Швелер – це один з найпоширеніших видів металопрокату, що використовується в будівництві для перекриттів, балок, колон, мостів та інших конструкцій, що несуть. Однак перед його застосуванням важливо оцінити прогин під навантаженням, оскільки надмірна деформація може призвести до появи тріщин, порушення геометрії будівлі та навіть обвалення.
У цій статті розберемо:
- Від чого залежить прогин швелера?
- Як підібрати потрібний профіль для різних навантажень?
- Які параметри враховувати під час розрахунку?
- Як мінімізувати прогин, якщо вже є встановлена конструкція?
Чинники, що впливають на прогин швелера
Прогин швелера визначається рядом ключових параметрів.
| Фактор | Вплив на прогин |
|---|---|
| Довжина прольоту (L) | Чим більша довжина балки, тим сильніше прогин. |
| Тип навантаження | Точкове навантаження (наприклад, вага обладнання) викликає більш виражений прогин, ніж рівномірне (перекриття, дахи). |
| Матеріал швелера | Чим вища міцність сталі, тим менше прогин. |
| Жорсткість профілю (момент інерції, Ix) | Чим більший момент інерції, тим балка менше схильна до деформацій. |
| Тип закріплення | Жорстко зафіксовані балки прогинаються менше, ніж вільно укладені. |
Вплив довжини прольоту
Чим довша балка, тим вища ймовірність її прогину під навантаженням. Це з тим, що з збільшення прольоту момент опору зменшується, а навантаження розподіляється велику довжину.
Приклади:
- Швелер 12П довжиною 3 м – витримує значні навантаження без видимого прогину.
- Швелер 16П довжиною 6 м – вже може деформуватися під важкою вагою.
- Швелер 20П довжиною 8 м – вимагає додаткового посилення чи зменшення кроку опор.
Порада: Якщо планується проліт більше 6 метрів, обов’язково продумуйте додаткове посилення швелерів – це може бути встановлення вертикальних стійок, ребер жорсткості або використання двотаврової балки замість швелера.
Тип навантаження: точкова або розподілена
Прогин безпосередньо залежить від того, як саме навантаження діє на швелер.
| Тип навантаження | Опис | Вплив на прогин |
|---|---|---|
| Крапкова | Зосереджена вага в одній або кількох точках (наприклад, колона, точкове обладнання) | Значний прогин у місці застосування навантаження, ризик локального руйнування |
| Розподілена | Вага розподілена рівномірно по всій довжині балки (наприклад, настил підлоги, дах) | Прогин менше, оскільки навантаження перерозподіляється |
Приклад:
- Якщо на швелер довжиною 6 м поставити точкове навантаження 500 кг, у місці встановлення вагового елемента прогин може досягти 8-12 мм.
- Якщо ту ж вагу розподілити по всій довжині, прогин може становити лише 2–4 мм.
Порада: Якщо неможливо уникнути точкового навантаження, встановлюйте додаткові посилення в місцях застосування сили. Наприклад, якщо на балці стоїть колона, під ній можна приварити додатковий реберний підсилювач.
Матеріал швелера
Сталь відрізняється за міцністю, отже, впливає опір прогину.
| Марка стали | Межа плинності (МПа) | Застосування |
|---|---|---|
| С235 | 235 МПа | Легкі конструкції, навіси |
| С345 | 345 МПа | Промислові будівлі, перекриття |
| С390 | 390 МПа | Мости, колони, важкі навантаження |
Приклад: Швелер із С345 витримає на 30–50% більше навантаження без значного збільшення маси порівняно із С235.
Порада: Для відповідальних конструкцій завжди вибирайте швелери зі сталі не нижче С345, особливо якщо плануються великі прольоти.
Жорсткість профілю (момент інерції, Ix)
Момент інерції – це параметр, що показує, наскільки ефективно опирається балка вигину. Чим більший момент інерції, тим балка менш схильна до прогину.
Приклад порівняння різних швелерів:
| Марка швелера | Висота стінки (h), мм | Ширина полиці (b), мм | Момент інерції Ix, см⁴ |
|---|---|---|---|
| Швелер 12П | 120 | 52 | 350 |
| Швелер 16П | 160 | 64 | 1000 |
| Швелер 20П | 200 | 76 | 2100 |
| Швелер 24П | 240 | 85 | 4000 |
Порада: Якщо стоїть вибір між двома швелерами, віддавайте перевагу вищому профілю, оскільки він у 2-3 рази краще чинить опір прогину.
Тип закріплення балки
Як зафіксовано швелера – ще один важливий фактор.
| Тип закріплення | Опис | Вплив на прогин |
|---|---|---|
| Вільна опора (без закріплення кінців) | Швелер просто лежить на опорах | Максимальний прогин, конструкція може “грати” під навантаженням |
| Один кінець зафіксовано | Один кінець жорстко приварений, другий лежить | Зменшений прогин, але балка може нахилятися |
| Обидва кінці жорстко зафіксовані | Обидва кінці зафіксовані зварюванням, анкерами чи болтами | Мінімальний прогин, максимальна надійність |
Приклад:
- Якщо швелер довжиною 5 м лежить без твердого кріплення, прогин може бути до 8 мм.
- Якщо його кінці зафіксувати анкерами, прогин зменшиться до 3 мм.
Порада: Якщо у вас довгий проліт і важлива мінімальна деформація, фіксуйте кінці балки жорстко.
Як підібрати швелер, щоб мінімізувати прогин?
Перед вибором балки важливо розуміти її механічні характеристики.
Критерії вибору швелера
При виборі швелера важливо враховувати його механічні характеристики.
| Параметр | Опис | Як впливає прогин? |
|---|---|---|
| Висота стінки (h), мм | Визначає основну несучу здатність балки | Чим вище стінка, тим краще балка чинить опір вигину |
| Ширина полиці (b), мм | Впливає на розподіл навантаження | Вузькі полиці менш стійкі до прогину |
| Товщина стінки (s), мм | Визначає жорсткість профілю | Тонкі стінки швидше втрачають форму при навантаженні |
| Момент інерції (Ix), см⁴ | Відбиває жорсткість балки у вигині | Чим більше Ix, тим міцніше балка |
Приклад порівняння міцності різних швелерів:
| Марка швелера | Висота стінки (h), мм | Ширина полиці (b), мм | Момент інерції Ix, см⁴ | Осьова жорсткість Wx, см³ |
|---|---|---|---|---|
| Швелер 12П | 120 | 52 | 350 | 58 |
| Швелер 16П | 160 | 64 | 1000 | 125 |
| Швелер 20П | 200 | 76 | 2100 | 210 |
| Швелер 24П | 240 | 85 | 4000 | 320 |
Висновок:
- Чим вище момент інерції (Ix), тим менший прогин дає швелер за тієї ж навантаженні.
- За інших рівних умов краще вибрати більш високий профіль, оскільки він витримує більші навантаження.
Порада: Якщо конструкція вимагає мінімальної ваги, але високої жорсткості, можна використовувати посилений профіль, наприклад, Швелер 16П з товщиною стінки 5-6 мм замість 4 мм.
Який швелер обрати залежно від навантаження?
Різні конструкції вимагають різної жорсткості балок.
| Тип конструкції | Оптимальний швелер | Примітка |
|---|---|---|
| Несучі балки перекриття | Швелер 16П – 20П | При довжині прольоту 4-6 м |
| Покрівельні конструкції | Швелер 12П – 14П | При невеликих навантаженнях |
| Мостові конструкції, кранові колії | Швелер 24П и вище | Для великих прольотів та динамічних навантажень |
| Навіси, козирки, легкі перекриття | Швелер 10П – 12П | Важливо враховувати снігові навантаження |
| Рамні конструкції, опори | Швелер 14П – 16П | Залежить від вимог щодо стійкості |
Приклад розрахунку вибору балки: Якщо швелер 16П довжиною 5 м має прогин 6 мм під навантаженням 500 кг, то при тому ж навантаженні швелер 20П довжиною 5 м дасть прогин 3 мм.
Порада: Якщо розрахунки показують надмірний прогин, потрібно: збільшити висоту профілю, скоротити довжину прольоту, додати посилення ребрами жорсткості.
Способи зменшення прогину швелера
Якщо прогин швелера виявляється вище допустимого, є кілька рішень:
Використання ребер жорсткості
Додаткові металеві вставки, приварені до стінки балки значно знижують вигин.
Приклад: Установка двох вертикальних ребер жорсткості на 6-метровий швелер 20П знижує прогин на 30-40%.
Порада: Використовуйте куточки або листовий метал для посилення у місцях найбільшого навантаження.
Здвоювання швелерів
Якщо навантаження занадто велике, можна використовувати парний швелер, приваривши дві балки спина до спини.
Приклад:
- Швелер 16П одиночний має момент інерції 1000 см⁴,
- Подвійний 16П (паралельна сполука) дає 2200 см⁴, що зменшує прогин вдвічі.
Порада: Цей метод часто застосовується для мостових конструкцій, перекриттів із великими прольотами.
Використання жорсткіших марок сталі
Якщо балка працює при високому навантаженні, замість стандартної сталі С235 можна використовувати С345 або С390.
Приклад: Швелер 16П зі сталі С345 буде на 15-20% міцніший, ніж аналогічний зі сталі С235.
Порада: У відповідальних конструкціях краще використовувати швелер зі сталі С345, так як він більш стійкий до вигину та прогину.
Зменшення прольоту балки
Чим коротше балка, тим менше її прогин.
Приклад:
- Якщо проліт швелера 16П становить 5 м, його прогин під навантаженням 1000 кг становитиме 8 мм.
- Якщо той самий швелер скоротити до 4 м, прогин зменшиться до 4 мм.
Порада: Оптимальна відстань між опорами для більшості швелерів – 3–5 м. Якщо проліт більше, обов’язково продумуйте посилення.
Розрахунок прогину швелера під навантаженням
Прогин швелера – це важливий параметр, який визначає надійність усієї конструкції. Вибираючи балку, враховуйте:
- Довжину прольоту – що коротше, то менше прогин.
- Тип навантаження – точкове навантаження потребує більш потужного профілю.
- Момент інерції (Ix) – що вище, краще.
- Допустимі норми прогину – не більше L/250 для перекриттів.
Якщо швелер вже прогинається, можна:
- Додати додаткові опори.
- Подвоїти балки або посилити їх ребрами.
- Поступово розподілити навантаження.
Де придбати якісний швелер?
Металобаза «Стилар» пропонує широкий асортимент сталевих швелерів, включаючи гарячекатані, посилені та полегшені моделі.
- Прямі поставки від виробника.
- Відповідність ГОСТ та ДСТУ.
- Розрахунок навантажень та допомога у виборі.
- Доставка по всій Україні.
Зв’яжіться з нами – підберемо оптимальний швелер для вашого проекту та забезпечимо його міцність на роки!