Швелер (іноді називають «U-профіль») – це металевий профіль із перетином у формі літери «П». Він широко застосовується в будівельних та інженерних конструкціях завдяки своїй здатності сприймати згинальні навантаження і зручності монтажу. Якщо ви плануєте використовувати швелер для несучої конструкції – чи то перекриття, чи то опорна балка, чи то колона, чи то елемент каркаса – важливо правильно вибрати типорозмір, клас сталі та врахувати низку інших чинників. У цій статті розберемо, як підійти до цього вибору.
Що таке швелер і в чому його переваги?
- Зручна «U»-подібна форма: Профіль швелера дає хорошу жорсткість на вигин і кручення, особливо в площині стінки. Це робить його надійним елементом для перекриттів, ригелів та інших конструкцій, де потрібно утримувати вагу без великих прогинів.
- Зручність у монтажних роботах: Швелер простіше стикувати з іншими елементами (куточками, листовим металом, двотаврами) – для зварювання або болтових з’єднань можна використовувати внутрішню поверхню полиць.
- Поширеність і стандартизація: У країнах СНД швелери виготовляються за ГОСТ 8240-97 (раніше ГОСТ 8240-89). В Україні застосовують також відповідні ДСТУ або EN-стандарти, але суть схожа: існують певні типорозміри (№5, №6,5, №8, №10, №12, №14, тощо) з фіксованими висотою, шириною полиць і товщиною стінки.
Види швелерів та їх маркування
Згідно з ГОСТ 8240-97, розрізняють:
- Гарячекатані швелери з ухилом внутрішніх граней полиць: Позначаються цифрою (висотою профілю в см) і буквою, наприклад «Швелер №10» або «Швелер 10П». Умовно розрізняють:
- Ухил полиць (У) – наприклад, «У» (звичайний ухил, до 8%).
- П – паралельні грані полиць, тобто без ухилу (цей варіант рідше зустрічається в документах старого формату, але все ще можна зустріти).
- Спеціальні швелери (з додатковими літерами)
- «Л» (легкі) – менша товщина стінки за тієї самої висоти, що дає змогу економити метал, але дещо знижує несучу здатність.
- «С» (спеціальні, для спецобладнання) тощо.
- Швелер гнутий: За ГОСТ 8278-83, сталеві гнуті профілі виготовляють з листа шляхом холодного згинання. Вони мають рівні або нерівні полиці, часто використовуються як полегшений варіант. Але для відповідальних несучих елементів у приватному будівництві зазвичай віддають перевагу гарячекатаному швеллеру – він більш передбачуваний за міцністю і краще переносить зварювання.
Основні фактори вибору
1. Розрахункові навантаження
- Згинальний момент і прольоти: Що більший проліт, то вищим буде згинальний момент, необхідний від швелера. Для невеликих прольотів (3-4 м) достатньо профілю №10-12; якщо ж проліт 5-6 м і навантаження значне (перекриття житлової кімнати, склад), може знадобитися №14-16 і вище.
- Тип навантаження
- Зосереджена (наприклад, опора для колони) – важлива площа полиці, щоб розподіляти тиск і уникати локальних вм’ятин.
- Розподілена (перекриття, підлога) – важливо перевірити прогин і згинальну жорсткість (момент опору Wx, Iy).
2. Геометричні характеристики
- Висота профілю (h) – головний параметр (наприклад, 10 см, 12 см), що вказує на здатність сприймати вигин.
- Ширина полиць (b) і товщина стінки (s) впливають на стійкість і момент опору. У табличних даних ГОСТ 8240-97 наводяться значення Wx, Wy, які показують, як швелер чинить опір вигину в головних площинах.
3. Марка сталі
- Звичайні марки (Ст3сп/пс, С255) підходять для більшості випадків у приватному будівництві.
- Низьколеговані (09Г2С, С345) мають вищу міцність і можуть давати змогу економити на масі профілю, але зазвичай дорожчі.
4. Довжина і спосіб спирання
- Швелери поставляються зазвичай довжиною 6 або 12 м. Для дрібних робіт можуть бути залишки або нарізка під замовлення.
- Спирання на цегляну, бетонну, металеву основу має бути правильно організовано: глибина закладення, закладні деталі.
5. Запас міцності та прогину
- Під час підрахунку несучої здатності враховують не тільки міцність, а й деформації (прогин). СНиП/СП/ДБН зазвичай вказують, що прогин не повинен перевищувати L/200…L/250, щоб підлоги не «грали» і не скрипіли.
- Якщо розрахунок показує, що швелер №10 «на межі», то для надійності часто беруть №12, щоб зменшити прогин і підвищити довговічність.
Розрахунок чи «окомір»?
Розрахунок за будівельними нормами (наприклад, СП 16.13330.2017 «Сталеві конструкції») дає точні відповіді на питання про необхідні параметри швелера. Інженер враховує тип навантаження, проліт, марку сталі, умови експлуатації.
Якщо ж ви покладаєтеся на «окомір» або поради з форумів, краще взяти невеликий запас: наприклад, якщо для прольоту 4 м з незначним навантаженням рекомендують №10, можна взяти №12, щоб уникнути ризику прогинів у майбутньому.
Монтажні поради
- Підготовка основи
- Якщо швелер спирається на цегляну кладку – потрібна металева пластина або бетонний пояс, щоб рівномірно передати навантаження.
- Якщо це сталевий каркас (колони, куточки), то швелер приварюють або прикручують болтами через сполучні пластини.
- Захист від корозії: Нанесіть ґрунтовку (антикорозійна) і фінішну фарбу. У підвальних, вологих приміщеннях можна використовувати бітумний або полімерний склад.
- Поєднання декількох швелерів: Іноді два швелера ставлять «спинками» один до одного, утворюючи замкнутий прямокутник (т.зв. «здвоєний швелер»). Це збільшує жорсткість, але вимагає акуратного зварювання по всій довжині і прокладок, щоб стінки щільно прилягали.
- Додаткове армування: Якщо потрібно ще збільшити несучу здатність, до стінки швелера приварюють листову сталь або куточок, формуючи своєрідну балку коробчатого перерізу.
Приклад вибору
Припустимо, вам потрібен проліт 4 м, навантаження – підлога другого поверху з меблями і людьми, розрахункове навантаження ~400 кг/м². Попередні оцінки показують, що момент опору вимагаємо ~ 50-60 см³. За сортаментом (ГОСТ 8240-97) бачимо:
- Швелер 10 (h=100 мм) має Wx ≈ 37-40 см³ (залежно від серії та ухилу полиць), цього може виявитися недостатньо.
- Швелер 12 (h=120 мм) дає Wx ≈ 55-65 см³, що вже ближче до потрібного значення.
- Швелер 14 (h=140 мм) Wx може бути 75-80 см³, забезпечить ще більший запас.
За бажання знизити прогин можна вибрати швелер 14, хоч він і трохи важчий. Це класична ситуація, коли беруть «із запасом», щоб не ризикувати комфортом проживання.
«У практиці приватного будівництва часто беруть швелер №12 або №14 для прольотів 3-5 м. Але точний вибір залежить від інженерного розрахунку. Головне – переконатися, що профіль відповідає ГОСТ 8240-97 або іншому стандарту і що сталь не має дефектів. А якщо розрахунок показує граничні значення, краще взяти наступний номер швелера – щоб не переживати про прогини в майбутньому.» – Інженер-конструктор компанії «Стіллар», м. Київ
Короткий алгоритм вибору
- Визначтеся з прольотом і навантаженнями: довжина, тип експлуатації (житлове приміщення, гараж, підсобка).
- Проведіть (або замовте) розрахунок: перевірте, яка потрібна висота профілю, Wx, товщина стінки.
- Порівняйте з сортаментом ГОСТ 8240-97: виберіть кілька відповідних типорозмірів (№10, №12, №14 тощо).
- Уточніть марку сталі: зазвичай Ст3сп/пс або С255 – достатньо для приватних робіт. За бажання – низьколеговані марки (09Г2С).
- Враховуйте монтаж: спосіб обпирання, зварювання або болти, необхідність подвійного швелера.
- Закладайте невеликий запас: якщо розрахунок показує «граничну» цифру, переходьте на наступний номер, щоб знизити ризик надмірного прогину.
- Організуйте доставку і монтаж: важливо мати відповідний транспорт, врахувати підйом і безпеку під час встановлення.
- Покриття від корозії: ґрунтуйте і фарбуйте, особливо якщо профіль експлуатуватиметься у вологому середовищі.
Підсумки вибору швелера для створення несучої конструкції
Вибір швелера для несучої конструкції – це не просто «взяти будь-який номер, аби встав». Потрібно враховувати довжину прольоту, передбачуване навантаження, марку сталі, геометрію (з ухилом полиць або без), а головне – перевіряти прогин і запас міцності згідно з СНиП/СП/ДБН. У більшості приватних проєктів під прольоти 3-5 м підходить швелер №10-14, але все дуже індивідуально. Краще один раз провести розрахунок і вибрати оптимальний профіль, ніж потім переробляти все через неприпустимий прогин або тріщини в конструкції.
Купуйте матеріал у перевірених постачальників, вимагайте сертифікати відповідності ГОСТ 8240-97. І пам’ятайте: якісно підібраний і встановлений швелер – запорука надійного каркаса і спокою на довгі роки.