Швеллер и двутавровая балка: сортамент, расчёт нагрузки, ГОСТ, применение

Швеллер и двутавровая балка — основные несущие элементы стальных каркасов зданий, мостов, эстакад и промышленных сооружений. Оба профиля работают на изгиб, но имеют разную форму сечения и области применения. В этом экспертном справочнике — полный сортамент обоих типов, расчёт несущей способности, ГОСТы и практические рекомендации.

Швеллер стальной горячекатаный

Что такое швеллер

Швеллер — фасонный прокат П-образного сечения. Состоит из стенки и двух полок, расположенных по одну сторону стенки. Благодаря этой форме швеллер хорошо работает на изгиб в плоскости стенки и часто используется как балка, стойка или элемент рамы.

Виды швеллеров

• С параллельными полками (серия П) — ГОСТ 8240-97. Полки параллельны друг другу. Более современный профиль, удобный для стыковки и крепления. Обозначение: 5П, 6,5П, 8П, 10П, 12П, 14П, 16П, 18П, 20П, 22П, 24П, 27П, 30П, 33П, 36П, 40П.
• С уклоном полок (серия У) — ГОСТ 8240-97. Внутренние грани полок имеют уклон 4–10%. Старый тип, по-прежнему массовый. Обозначение: 5У, 6,5У, 8У… 40У.
• Гнутый равнополочный — ГОСТ 8278-83. Из листа на профилегибочном стане. Толщина стенки и полок одинакова (2–8 мм). Для лёгких конструкций и каркасов.

Сортамент: размеры и масса (серия П, ГОСТ 8240)

• 5П — h=50 мм, b=32 мм, s=4,4 мм, масса 4,84 кг/м
• 8П — h=80, b=40, s=4,5, масса 7,05 кг/м
• 10П — h=100, b=46, s=4,5, масса 8,59 кг/м
• 12П — h=120, b=52, s=4,8, масса 10,4 кг/м
• 14П — h=140, b=58, s=4,9, масса 12,3 кг/м
• 16П — h=160, b=64, s=5,0, масса 14,2 кг/м
• 18П — h=180, b=70, s=5,1, масса 16,3 кг/м
• 20П — h=200, b=76, s=5,2, масса 18,4 кг/м
• 22П — h=220, b=82, s=5,4, масса 21,0 кг/м
• 24П — h=240, b=90, s=5,6, масса 24,0 кг/м
• 27П — h=270, b=95, s=6,0, масса 27,7 кг/м
• 30П — h=300, b=100, s=6,5, масса 31,8 кг/м
• 36П — h=360, b=110, s=7,5, масса 41,9 кг/м
• 40П — h=400, b=115, s=8,0, масса 48,3 кг/м

Где h — высота, b — ширина полки, s — толщина стенки. Длина поставки: 4–12 м (стандарт 6 и 12 м).

Применение швеллера

• Перемычки — над дверными и оконными проёмами в кирпичных и блочных стенах (швеллер 10П–16П).
• Перекрытия — швеллер как балка перекрытия с бетонным заполнением (16П–24П).
• Рамы и каркасы — основания оборудования, станков, конвейеров (14П–30П).
• Подкрановые пути — для мостовых кранов грузоподъёмностью до 10 тонн (24П–36П).
• Лестницы — косоуры из швеллера (12П–18П) с наваренными ступенями.

Двутавровая балка (двутавр)

Что такое двутавр

Двутавр — фасонный прокат Н-образного (двутаврового) сечения. Состоит из стенки и двух симметричных полок. Благодаря симметрии двутавр — оптимальный профиль для работы на изгиб: материал максимально удалён от нейтральной оси, что обеспечивает наибольший момент инерции при минимальной массе.

Виды двутавров

• С уклоном полок (ГОСТ 8239-89) — классический горячекатаный двутавр. Уклон внутренних граней полок 6–12%. Номера: 10, 12, 14, 16, 18, 18а, 20, 20а, 22, 22а, 24, 24а, 27, 27а, 30, 30а, 33, 36, 40, 45, 50, 55, 60.
• С параллельными полками (СТО АСЧМ 20-93 / ГОСТ Р 57837) — широкополочные. Серии: Б (нормальный), Ш (широкополочный), К (колонный). Более современный, с бо́льшим моментом инерции. Номера по высоте: 20Б1, 25Б1, 30Б1, 35Б1… до 100Б1 и выше.
• Сварной — изготавливается из листового проката (стенка + полки) на сварочном стане. Для нестандартных размеров и больших пролётов. Высота — до 2000+ мм.

Сортамент: двутавр с уклоном полок (ГОСТ 8239)

• №10 — h=100, b=55, s=4,5, масса 9,46 кг/м, Ix=198 см⁴, Wx=39,7 см³
• №12 — h=120, b=64, s=4,8, масса 11,5 кг/м, Ix=350 см⁴, Wx=58,4 см³
• №14 — h=140, b=73, s=4,9, масса 13,7 кг/м, Ix=572 см⁴, Wx=81,7 см³
• №16 — h=160, b=81, s=5,0, масса 15,9 кг/м, Ix=873 см⁴, Wx=109 см³
• №18 — h=180, b=90, s=5,1, масса 18,4 кг/м, Ix=1290 см⁴, Wx=143 см³
• №20 — h=200, b=100, s=5,2, масса 21,0 кг/м, Ix=1840 см⁴, Wx=184 см³
• №24 — h=240, b=115, s=5,6, масса 27,3 кг/м, Ix=3460 см⁴, Wx=289 см³
• №27 — h=270, b=125, s=6,0, масса 31,5 кг/м, Ix=5010 см⁴, Wx=371 см³
• №30 — h=300, b=135, s=6,5, масса 36,5 кг/м, Ix=7080 см⁴, Wx=472 см³
• №36 — h=360, b=145, s=7,5, масса 48,6 кг/м, Ix=13380 см⁴, Wx=743 см³
• №40 — h=400, b=155, s=8,3, масса 57,0 кг/м, Ix=19062 см⁴, Wx=953 см³
• №50 — h=500, b=170, s=10,0, масса 78,5 кг/м, Ix=39727 см⁴, Wx=1589 см³
• №60 — h=600, b=190, s=12,0, масса 108,0 кг/м, Ix=76806 см⁴, Wx=2560 см³

Ix — момент инерции (определяет жёсткость при изгибе), Wx — момент сопротивления (определяет несущую способность).

Применение двутавра

• Балки перекрытий промзданий — двутавр №20–40. Пролёты 6–18 м.
• Подкрановые балки — для мостовых кранов грузоподъёмностью 10–50+ тонн (двутавр №30–60 или сварной).
• Мосты и путепроводы — сварные двутавры высотой 1–2 м. Сталь 09Г2С или С345.
• Колонны каркасных зданий — широкополочные двутавры серии К (колонные). Высокая устойчивость при сжатии.
• Фермы — верхний и нижний пояс из двутавра, раскосы из уголка.

Швеллер vs двутавр: когда что

• Швеллер — когда нужен П-образный профиль для опирания (перемычки, лестницы, подкрановые пути для лёгких кранов), для рам и оснований оборудования, для кладки в пару (два швеллера «спинками» образуют замкнутое сечение).
• Двутавр — когда нужна максимальная несущая способность на изгиб при минимальной массе, для балок перекрытий, подкрановых балок, мостов. Двутавр при одинаковой массе выдерживает в 1,5–2 раза большую нагрузку, чем швеллер.

Расчёт балки на изгиб (упрощённо)

1. Определите расчётную нагрузку q (кН/м) и пролёт L (м).
2. Рассчитайте максимальный изгибающий момент: М = q×L²/8 (для равномерно распределённой нагрузки).
3. Определите требуемый момент сопротивления: Wx_тр = М / (Ry × γ), где Ry — расчётное сопротивление стали (для С245 = 240 МПа, для С345 = 335 МПа), γ — коэффициент условий работы (обычно 0,9–1,0).
4. Подберите профиль из сортамента: Wx ≥ Wx_тр.
5. Проверьте прогиб: f = 5qL⁴/(384EIx) ≤ L/250 (для перекрытий) или L/400 (для подкрановых балок).

Для сложных конструкций используйте расчётные программы: SCAD, Лира, Robot Structural Analysis, IDEA StatiCa.

Марки стали

• Ст3сп (С245) — стандарт для обычных конструкций. σт ≥ 245 МПа.
• 09Г2С (С345) — для ответственных: мосты, краны, конструкции при t до −70°C. σт ≥ 345 МПа.
• С390, С440 — высокопрочные, для мостов и большепролётных конструкций.

Производители

• БМЗ (Жлобин) — швеллер малых номеров.
• Россия: НТМК (Нижний Тагил — крупнейший производитель двутавра в СНГ, включая широкополочные), Евраз ЗСМК, Мечел, НЛМК.
• Сварные двутавры: изготавливаются на заводах металлоконструкций в Беларуси и России по индивидуальным проектам.