Сравнение швеллера и двутавра

В строительном проектировании часто применяют стальные швеллеры и двутавровые балки. Они представляют собой горячекатаные фасонные профили, используемые в качестве опор тяжело нагруженных зданий и сооружений. Швеллеры и двутавры относятся к нормируемым строительным элементам, поэтому подбираются по номеру и габаритным размерам по результатам расчетов на прочность, жесткость и устойчивость от продольного изгиба. Несмотря на разницу в форме поперечного сечения, функции данных профилей во многом совпадают.

Общие определения швеллера и двутавра

Швеллер

Горячекатаный швеллер представляет собой разновидность металлической балки или объемного профиля, имеющей П-образную форму. Он состоит из вертикальной стенки с двумя горизонтальными полками, выступающими сверху и снизу с одной стороны. Стенки соединяются с полками посредством радиусных переходов.

Элементы структуры и профиля стального швеллера:

• Форма. Если смотреть с торца, он выглядит как буква «П», с длинной задней частью и двумя более короткими перпендикулярно расположенными выступами. Стойка швеллера является плоской вертикальной частью, которая отвечает за прочность швеллера к сдвиговым нагрузкам. Полки же, являясь верхней и нижней горизонтальными секциями, обеспечивают швеллеру необходимую прочность на изгиб. В отличие от двутавровой балки швеллерные полки – расположены по одну сторону от стенки.
• Материал. Обычно швеллеры изготавливаются из конструкционной углеродистой стали, нержавеющей стали или алюминия, в зависимости от требований к нагрузке и необходимой устойчивости к коррозии.
• Методы изготовления. Основным считается горячая прокатка. Деформирование стали при высоких температурах обеспечивает превосходную прочность и структурную целостность, что делает такой профиль идеальным для строительства высоконагруженных сооружений и объектов. Холоднокатаный прокат производится при комнатной температуре, что дает более гладкую и точную поверхность с более жесткими допусками; такие швеллеры часто используются при возведении каркасов. Алюминиевые изделия небольших размеров поперечного сечения производят горячим или холодным прессованием (экструзией). При прессовании обеспечивается наилучшее качество поверхности и равномерность прочностных характеристик готовой продукции (хотя процесс более энергоемкий).
• Основное использование и применение. Швеллеры широко используются в строительстве и производстве для опор и каркаса объектов жилого и коммерческого строительства. Там они являются компонентом структурной поддержки балок и колонн, где требуется одна плоская сторона. Применяются также для крепления стеновых связей к бетонным конструкциям. В станкостроении и транспортном машиностроении швеллеры используются при производстве рам оборудования, прицепов и опор.
• Преимущества. Регулируемость: часто используется в качестве регулируемой системы крепления при заливке в бетон, обеспечивая точное позиционирование. Универсальность: плоская стойка обеспечивает легкий монтаж плоских поверхностей по высоте, а полки способствуют повышению жесткости. П-образная форма поперечного сечения катаных и прессованных швеллеров характеризуется оптимальным соотношением прочности и веса.
• Типы. Горячекатаные швеллеры отличаются большей толщиной стоек и полок, в то время как холоднодеформируемые изделия более легкие, поэтому зачастую используются для изготовления прогонов или поясов. Швеллеры из нержавеющей стали выбирают для обеспечения максимальной коррозионной стойкости на открытом воздухе или в химических средах (например, при прокладке дренажных каналов).

Двутавр

Двутавровая балка — это разновидность фасонного проката, имеющая поперечное сечение в форме буквы «I» или «H», которая широко используется в современном проектировании и строительстве. Двутавр предназначен для выдерживания тяжелых нагрузок и сопротивления изгибу, что делает его идеальным для скелетного каркаса зданий, мостов и промышленных сооружений. Уникальная геометрия обеспечивает исключительное соотношение прочности и веса, концентрируя материал там, где он больше всего необходим для сопротивления возникающим внешним нагрузкам.

Двутавровая балка состоит из трех основных компонентов:

1. Двух горизонтальных полок, верхней и нижней. Они предназначены для противодействия изгибающим силам и моментам. При вертикальных нагрузках верхняя полка работает преимущественно на сжатие, а нижняя — на растяжение;

2. Центральной стойки — вертикального компонента, соединяющего обе полки. Основная функция стойки — противостоять поперечным силам (действующим перпендикулярно балке);

3. Радиусных сопряжений (галтелей) – криволинейных участков, где стойка соединяется с обеими полками.

Ключевыми характеристиками двутавра являются:

• Соотношение прочности и веса. Такая форма сечения очень эффективна при однонаправленном изгибе. Поскольку напряжение изгиба является самым высоким в верхних и нижних волокнах, большая часть материала концентрируется в полках, что позволяет сохранять полотно относительно тонким, минимизируя вес балки без ущерба для общей прочности конструкции.
• Материалы. Двутавры обычно изготавливаются из конструкционных углеродистых сталей, хотя их также производят из алюминия и даже композитных материалов.
• Форма полок. Стандартные двутавровые балки часто выполняют с наклонным или коническим исполнением полок. Такие полки в сравнении с обычными тоньше по краям, что повышает устойчивость к короблению и добавляет изделию жесткости.

Основные разновидности двутавровых балок:

• Стандартная, имеет узкие конические полки и глубокую стойку, что идеально подходит для конструкций, испытывающих преимущественно вертикальные нагрузки;
• Широкополочная балка (с параллельными гранями полок); имеет более широкие полки с параллельными внутренними поверхностями, что обеспечивает превосходную несущую способность высотных зданий и мостов;
• Асимметричная двутавровая балка, у которой одна полка шире другой; такой тип двутавра оптимизирован для определенных однонаправленных нагрузок.

Двутавровые балки универсальны и используются во многих проектах, среди которых:

• Каркасы коммерческих, жилых и высотных зданий (колонны, балки перекрытия, опоры крыши);
• Мосты и инфраструктура, где двутавры служат основными опорными элементами;
• Промышленные конструкции, требующие опор для тяжелой техники, мостовых кранов, антресолей и платформ;
• Используются в автомобилестроении для проектирования шасси и рам транспортных средств.

Преимущества:

• Высокая грузоподъемность, что подходит для поддержки тяжелых вертикальных грузов без деформации;
• Эффективное использование материала, что снижает общий расход стали (по сравнению с цельными балками);
• Доступны во многих размерах и профилях нормализованного фасонного проката.

Двутавры также технологичны: их легко сваривать, резать или соединять при помощи обычного крепежа.

Конструктивно-технологические особенности

Швеллер и двутавр — это стальной фасонный прокат, который используется для крепления каменной кладки и стеновых связей к конструкции здания. На переднюю поверхность профиля можно установить либо специальные крепежные болты для опоры каменной кладки, либо стяжки для стенок.

В задней части швеллера предусматривают отверстия под крепежные анкеры, которые располагаются внутри бетонной плиты, создавая прочную и стабильную опору для передачи нагрузки на конструкцию здания.

В большинстве случаев прокат заливается в бетонную плиту или пол, поэтому может легко встраиваться в системы обрезки бетонных кромок. Кроме того, использование швеллерных и двутавровых балок устраняет необходимость постоянного сверления на месте и обеспечивает дополнительную точную регулировку.

Изготовленный из нержавеющей стали, фасонный прокат обладает высокой прочностью и коррозионной стойкостью.  Это делает его идеальным продуктом для крепления наружной кирпичной кладки к конструкции здания. Здесь швеллер или двутавр используется в качестве регулируемой крепежной системы. Балка либо устанавливается в специальный паз, а лицевая сторона крепится к сборному железобетону или стальным конструкциям, либо присоединяется к каркасу здания с помощью технических винтов. Кроме того, профили можно использовать в качестве способа крепления ограничителя стены или опоры каменной кладки.

Ограничения

Швеллер

Швеллеры, хотя и универсальны, но имеют существенные недостатки, в первую очередь слабое сопротивление кручению (скручиванию) из-за открытого профиля, приводящее к короблению при высоких нагрузках. Они обладают меньшей несущей способностью по сравнению с двутавровыми балками, поэтому могут скручиваться или изгибаться в боковых направлениях.

Ключевые недостатки профиля:

• Слабое сопротивление кручению: из-за открытой П-образной конструкции они склонны к скручиванию при высоких нагрузках;
• Низкая несущая способность/прогиб: они, как правило, не идеальны для тяжелых конструкций или длинных неподдерживаемых пролетов, менее жесткие, чем двутавровые балки;
• Очень восприимчивы к ржавчине во влажной или прибрежной среде, если они не оцинкованы и не окрашены;
• Швеллерный профиль может создавать структурные сложности, часто требующие распорок и тщательного детального проектирования для обеспечения безопасности;
• Наклонные внутренние поверхности могут затруднить закрепление болтов без специальных угловых шайб; кроме того, варианты из высокопрочной стали склонны к растрескиванию во время сварки.

Несмотря на то, что швеллеры отлично подходят для конкретных применений, таких как рамы прицепов или поперечины, их недостаточная жесткость на кручение и меньшая грузоподъемность по сравнению с закрытыми двутавровыми профилями являются заметными ограничениями.

Двутавр

Двутавровые балки, хотя и отлично выдерживают вертикальные изгибающие усилия, страдают от низкого сопротивления кручению (торсии), высокой склонности к короблению (локальному и боковому скручиванию) и плохих характеристик при сложных условиях нагружения.

Они также подвержены коррозии, требуют постоянного технического обслуживания и могут выйти из строя по температурным деформациям. В частности, двутавровые балки могут деформироваться, изгибаться или разрушаться при воздействии высокой температуры, что требует дорогостоящей противопожарной защиты, например изоляции.

В условиях высокой влажности двутавры из обычной стали восприимчивы к ржавчине, поэтому требуют дорогостоящего текущего обслуживания и/или защитных покрытий. Особая геометрия полок может усложнить работу с ними в определенных соединениях по сравнению с более простыми формами.

Заключение

Хотя двутавры и швеллеры в ряде случаев могут использоваться как альтернативные решения, между ними существуют технические различия. Они сведены в таблицу.

Показатель	Швеллер	Двутавр
Расположение  полок	С одной стороны стенки	С двух сторон стенки
Высота стенки	Соизмерима с шириной полки	Может намного превышать толщину полки
Вертикальные нагрузки	Умеренные	Высокие
Вес погонного метра	Небольшой	Средний и высокий
Целесообразное применение	Каркасы, фермы, прицепы	Балки, колонны, мосты

В каталогах ЗАО «ТФД «Брок Инвест Сервис и К» представлен широкий ассортимент металлопроката: ознакомиться с актуальными позициями можно в разделах швеллеры, двутавровые балки, а также в общем каталоге продукции. Наши менеджеры помогут вам быстро подобрать подходящий типоразмер с учетом требований проекта.