Что такое швеллер?

Швеллеры – не новинка на строительном рынке. Их изготовлением занимается почти любое металлообрабатывающее предприятие. Так как профиль имеет требуемые параметры при производстве, всем изготовителям нужно придерживаться ГОСТ 8240-97 «Швеллеры стальные горячекатаные». В межгосударственном стандарте описаны все нюансы при изготовлении детали, их стандартные размеры, а также сводные таблицы.

Швеллер – это разновидность металлического проката, широко используемая в строительстве. Помимо этого, деталь является хорошим вариантом для создания металлических конструкций в области машиностроения, строительства судов, вагоностроении и сельского хозяйства. Назначение такого металлопроката – применение в качестве опорных сооружений в несущих металлических конструкциях. Сечение в виде буквы «П» позволяет металлопрокатному профилю выдерживать большие нагрузки на сооружения. Также форма сечения позволяет добиться плотного прилегания деталей. Название стройматериала произошло от фамилии инженера из Германии, кем впервые был использован такой профиль в строительстве несущей конструкции.

Размеры швеллера 20

Число, стоящее после наименования, показывает основной параметр профиля – высоту стенки, она указывается в сантиметрах. Значит, швеллер 20 – деталь с высотой стенок в 20 см, или 200 мм. Швеллер 200 совпадает по характеристикам с 20-тым, разница только в способе маркировки.

Модели 20 и 20П одинаковы, кроме одного – радиуса скругления полки r.

Фото: параметры швеллера 20П

Немного о параметрах швеллерных изделий:

• высота стенки h – 200 мм;
• ширина полки b – 76 мм;
• толщина стенки s – 5,2 мм;
• толщина полки t – 9 мм;
• радиус внутреннего закругления R – 9,5 мм;
• радиус закругления полки, если имеется уклон внутренних граней полок (У-маркировка), – 4 мм;
• радиус закругления полки с параллельными стенками профиля (П-маркировка) – 5,5 мм.

Указанные характеристики относятся к швеллерам горячего качения ГОСТ 8240-97.

Фото: гнутые неравнополочный и равнополочный швеллеры

Фото: швеллер 20П

Фото: прямой и гнутый швеллеры

Производство швеллера 20

По ГОСТ 8240-97 швеллеры изготавливаются исключительно на предприятиях, имеющих необходимое оборудование для выполнения технологического процесса. При покупке рекомендуется самостоятельно удостовериться в соблюдении этого правила. Правильно выполненная продукция имеет сертификаты соответствия, поэтому желательно проверить покупаемые швеллеры на наличие данного сертификата. Если его нет, то это может привести к дефектам изделия во время его эксплуатации. Вмонтированные элементы дадут трещину и повлекут за собой большой ущерб всей конструкции сооружения.

За основу берут металлические сплавы с добавлением конструкционной углеродистой или низколегированной стали. Маркируются такие стали по правилам:

• Ст2пс. Буквы Ст обозначают, что сталь обыкновенного качества. Цифра 2 говорит о марке стали (2 – содержание углерода в сплаве 0,09-0,15%). Буквы после цифры обозначают степень раскисления материала: пс – полуспокойная сталь. Это промежуточная степень, затвердевает без кипения, образуя большое количество газа. В сплаве содержатся пузырьки кислорода, тем самым немного снижается пластичность и твёрдость, что не так критично для швеллеров;
• Ст3сп. Сталь обыкновенного качества. 3 – содержание углерода в сплаве 0,14-0,22%. Сп – спокойная сталь. Параметр говорит о том, что содержание неметаллических компонентов и шлаков минимально. Такие стали имеют однородную плотную структуру, что улучшает механические свойства сплава. Сталь хорошо сваривается и так же хорошо сопротивляется ударным нагрузкам. Отлично подходит для применения в опорных металлоконструкциях, где имеется большая нагрузка на всю систему.

Технологический процесс изготовления

Швеллер 20 производится методом горячего качения. Принцип таков: сырьё проходит несколько этапов механической деформации на специальном прокатном стане. Такой комплекс оснащён вращающимися валами. Прокат проходит через эти установки, последовательно изменяя свою геометрическую форму до требуемой. При настройке стана руководствуются окончательными размерами швеллера, не учитываются только радиусы закруглений полок с внутренних сторон изделия, кромок швеллера и угла между их поверхностями.

Принципиальным отличием от других технологий является предварительный нагрев сырья до высоких температур. Более точные температуры зависят от выбранного металла. Разные металлы начинают менять своё агрегатное состояние при разных температурах. Металл нагревается до тех пор, пока не перейдёт в состояние повышенной пластичности, здесь будущему швеллеру придаётся качество, убираются внутренние напряжения в материале, а также повышается износостойкость рабочих элементов швеллера и количество этапов профилирования.

После нагрева происходит прокат сырья через стан. Система вращающихся валов пропускает через себя прогретый металл, последовательно меняя его геометрические параметры. К концу обработки из стана выходит уже типовой швеллер.

Повышая температуру металла, удаётся получить равномерную структуру внутри, что повышает сопротивление к различным нагрузкам. Этого «козыря» нет у альтернативных способов производства швеллеров. Также предварительный нагрев исключают будущую дополнительную термическую операцию для удаления внутренних напряжений. Однако за такой способ нужно платить – швеллер 20П горячего качения дороже своих альтернатив, так как нагрев металла и использование прокатного стана – дорогое удовольствие.

Сортамент швеллера 20

Существует много разных швеллеров, которые отличаются друг от друга параметрами и способом производства. Чтобы их не путать, были придуманы буквенные обозначения:

• «П» – внутренние грани полок располагаются параллельно друг другу;
• «У» – внутренние грани располагаются под уклоном в 4-10%;
• «С» – швеллер специальный, не имеет чётких параметров в ГОСТ, размеры определяются клиентом, имеется уклон;
• «Л» – облегчённая версия профиля, соответствует ГОСТ, внутренние грани параллельны;
• «Э» – экономный вариант, использование металла уменьшено, за счёт чего и уменьшается цена, грани внутри параллельны друг другу;
• «В» – применяется исключительно для строительства машин или вагонов;
• «Т» – металлический профиль, используемый для строительства тракторов.

Все швеллеры производятся тремя способами:

• горячее качение;
• холодное качение, сгибание;
• специальный способ.

Технические характеристики швеллера 20

Итак, описываемое изделие тяжелее швеллера 16П. Причин несколько: прочностные характеристики, превосходящие 16-ую модуль, плюсом в 20-ый швеллер внедрено больше количество новых компонентов, влияющих на свойства конечного продукта. Изготовление профиля ведётся согласно государственному стандарту. ГОСТ 8240-97 вступил в силу в 1997 году, о чём говорят последние цифры. С тех пор нормативный документ серьёзных изменений не претерпел, поэтому обновлять его бессмысленно.

Ширина профиля равняется 200 мм, в маркировке число указывается в сантиметрах (1 сантиметр = 10 миллиметров). Высота полок швеллера составляет 76 мм, при этом толщина элементов равняется 9 мм. Толщина стенок, наоборот, одинакова по всей площади швеллера, за исключением закруглённых оснований на переходах – 5 мм. Внешние углы проката прямые, а внутренние имеют закругление, что добавляет конструкции профиля дополнительную жёсткость, тем самым повышая прочностные характеристики. Гнутый швеллер таким похвастаться не может, все его углы скруглены, что по параметрам немного хуже, чем прямой аналог. Значение радиуса внутреннего скругления одинаково по всей площади профиля – 9,5 мм.

Прочие характеристики проката подробно расписаны в ГОСТ 8240-97. Их анализ производится на этапе проектирования. Они малозначимы для покупателя, но имеют большой вес для экспертов в области металлургии и инженеров группы снабжения, закупающих материал:

• площадь поперечного сечения профиля – 23,4 кв. см;
• момент инерции по осям Х и У – 1530 см⁴ и 134 см⁴ соответственно;
• момент сопротивления по тем же направлениям – 153 куб. см и 25,2 куб. см соответственно;
• радиус инерции – 8,08 см и 2,39 см для осей Х и У;
• статический момент полусечения – 88 куб. см.

Перед покупкой стройматериала нужно учесть несколько нюансов. Это будет полезно знать как обычным строителям, так и экспертам в области машиностроения. Первое – масса одного погонного метра продукции, второе – цена профиля 20П. По поводу последнего: цена сильно разнится в зависимости от региона продажи и характеристик проката, выпускаемого на предприятии. Небольшой нюанс: на итоговую стоимость влияет текущий сезон. В самый разгар строительного сезона цены растут, в конце – падают. Разница небольшая – плюс-минус 10%.

П-образная форма металлопрокатного швеллера позволяет выдерживать титанические нагрузки на профиль, несмотря на малую массу.

Профиль 20-ой модели имеет такие характеристики:

• высота полки – 20 сантиметров, или 200 миллиметров;
• ширина профиля – 76 миллиметров;
• толщина стенок швеллера – 5,2 миллиметра;
• толщина полок – 9 миллиметров;
• площадь сечения в поперечном направлении – 24 кв. мм;
• радиус закругления внутренних углов швеллера – 9,5 миллиметра.

Масса швеллера 20

Хоть в составе профиля и присутствует сплав, его содержание не снижает прочностных характеристик проката, а масса так же остаётся на низком уровне. Один погонный метр прямого П-образного швеллера 20-ой модели, выпускаемой на металлообрабатывающих предприятиях, весит 18,4 кг. Это хорошее достоинство, благодаря которому металлопрокат пользуется большим спросом у знатоков строительного дела.

Плюсы профильного швеллера 20-ой модели

Достоинствами такого металлического проката являются:

• использование в металлических конструкциях гарантирует дополнительную жёсткость системе;
• швеллер отвечает всем нужным требованиям прочности;
• не деформируется, а сплав в составе образует устойчивость к коррозии;
• лёгкий, ввиду чего облегчается работа с профилем, что является большим плюсом при монтаже на большой высоте.

При производстве металлопрокатного швеллера должны соблюдаться все требования, чётко расписанные в ГОСТ 8240-79 «Швеллеры стальные горячекатаные». В таком случае получится идеальная деталь, соответствующая всем заявленным прочностным характеристикам. Если профиль не проходит контроль, значит, он не соответствует какому-либо параметру и отправляется в брак. Однако если такой швеллер пропускают контролёры, то его использование в больших тяжеловесных конструкциях подвергает опасности всех рядом находящихся строителей.

Классы металлопрокатного профиля

Швеллер 20 бывает различных типов, о них и пойдёт речь:

• металлический прокат, имеющий уклон внутри. Такой профиль помечается буквой «У», например, швеллер 20У. Уклон имеет фиксированное значение от 4 до 10%, выше или ниже считается браком и не выпускается в продажу. Правильно изготовленные детали удобно использовать в качестве направляющих, так как геометрические параметры располагают надёжной поддержкой для роликовых и подобных им систем;
• описываемый швеллер входит в подгруппу «П». Данная литера обозначает параллельность внутренних граней профиля между собой. Это обязательное условие при производстве, несоблюдение приведёт к браку продукции. Параллельный вариант обеспечивает дополнительную жёсткость конструкции при существенной нагрузке непосредственно на площадку профиля. Параллельные полки затрудняют деформацию, что как раз и является хорошим достоинством, поэтому на строительном рынке такой профиль пользуется большим спросом и широко применяется в строительстве и машиностроении;
• третий тип проката маркируется литером «Э». Это те же швеллеры с параллельными внутренними гранями профиля, но более экономичные. Серия получила название за счёт того, что такой прокат стоит меньше своих аналогов. Подводный камень в том, что при изготовлении стройматериала затрачивается меньшее количество металла, что снижает общие характеристики проката, страдает несущая способность. Э-профиль хорошо работает в условиях с малыми постоянными или переменными нагрузками. Для более высоких воздействий лучше подойдет швеллер 20П;
• серия «Л» чем-то похожа на предшественника. Компоненты профилей облегчены, что является хорошим вариантом для придания жёсткости металлической конструкции при экономии массы всей системы. Лёгкие профили имеют параллельные внутренние грани. По сути, что «Э», что «Л» серии являются частными случаями стандартных прямых профилей;
• маркировка «С» говорит о том, что это специальный швеллер. Такой профиль не имеет чётких размеров в ГОСТ, он изготавливается исходя из требования покупателя. Имеет стандартный внутренний уклон от 4 до 10%.

Помимо классификации по типам существует ещё разделение по точности прокатки. Швеллер 20 выпускается высокой и повышенной точности профилирования, группы А и Б соответственно. От степени точности прокатки зависит максимально допустимые отклонения от табличных значений, указанных в ГОСТ. Это влияет на надёжность конструкции. Чем больше отклонение, тем больше снижается надёжность. За наиболее точную группу швеллеров 20П придётся доплачивать.

Масса швеллера 20П

Перед выбором швеллера, произведённого согласно государственному стандарту, нужно произвести расчёт параметров будущей конструкции. В этом помогут специалисты, которые с помощью сводных таблиц подберут все требуемые параметры. Специальные швеллеры изготавливаются под заказ и имеют индивидуальные чертежи.

Один погонный метр швеллера весом 18,4 кг подходит для возведения опорных сооружений, стрел подъёмных кранов, формирования навесов, павильонов, мостов, эстакад, перекрытий, каркасов, пандусов и прочих металлических конструкций. Также металлопрокатный швеллер котируется в вагоностроении, строительстве морских судов и автомобилей. Продукция фасуется партиями по 60 т, связками, пачками, может отпускаться поштучно. Все профили имеют сертификаты качества со всей важной информацией об изделии. Металлический прокат транспортируется автотранспортом, железнодорожными вагонами или в длинных контейнерах.

Классификация, размеры и поперечное сечение

Все параметры профиля регламентируются ГОСТ 8240-97. Зная габариты детали, её чистую массу и площадь поперечного сечения, можно выяснить вес всей конструкции, выбрать равнополочный или неравнополочный тип. Если будущий каркас относится к серии «Л», то применяется гнутый алюминиевый швеллер, устойчивый к воздействию окружающей среды.

Марки стали

Швеллеры 20П изготавливаются из углеродистой стали Ст3пс или Ст3сп ГОСТ 380-2005. Могут использоваться легированные стали 09Г2С, 17Г1С, 10ХСНД или 15ХСНД ГОСТ 19281-89. Возможно применение антикоррозионных легированных сталей 10ХСНД и 15ХСНД. Такие сплавы снижают общий вес конструкции и при этом сохраняют свойства материала в течение всего срока службы. Детали маленького веса более устойчивы к различным видам деформации: изгиб, кручение и т. д.