Швелер – це «П»-подібний металевий профіль, який завдяки своїй геометрії поєднує високу жорсткість з відносною легкістю монтажу. Його використовують повсюдно в будівництві (балки, ригелі, колони, обв’язки каркаса), у машинобудуванні (рами, опори), а також в інших індустріях, де важлива надійна металева конструкція. Однак під час вибору конкретного швелера потрібно орієнтуватися не тільки на «номер» (або висоту), а й на цілу низку параметрів: спосіб виробництва (гарячекатаний або гнутий), геометрію полиць (нахил або паралельні), товщину стінки, серію (у випадку гарячекатаних), а також враховувати власне розрахункові вимоги щодо навантажень і умови експлуатації. Нижче ми розглянемо всі основні види швелерів, їхні особливості та наведемо професійні рекомендації щодо вибору.
Класифікація швелерів за способом виробництва
Гарячекатані швелери
- Технологія: Виробляються на прокатних станах з розпеченої металевої заготовки (заготівля проходить через систему валків, що набувають «П»-подібної форми).
- Геометрія і сортамент
- Як правило, полиці мають ухил внутрішніх граней (до 8-10%), що регламентовано стандартами (наприклад, ГОСТ 8240-97 у країнах СНД).
- «Номер» швелера (наприклад, №16, №20) орієнтовно відповідає висоті профілю в сантиметрах (16 → ~160 мм).
- Для кожного «номера» існують різні серії (найчастіше «П», «Б», «В»), які відрізняються товщиною стінки, шириною полиць і масою на метр погонний. Наприклад, у №16 у «легкій» серії стінка і полиці тонші, а у №16 «посиленої» серії – товщі.
- Плюси та мінуси
- Плюси: висока міцність, масова доступність, точність геометрії (у рамках прокатних норм), великий «класичний» сортамент.
- Мінуси: наявність ухилу полиць може ускладнювати стикування і монтаж (іноді потрібно підганяти деталі), а також товщина стінки і полиць жорстко задані серіями – не можна «тонко» варіювати.
Гнуті (холодногнуті) швелери
- Технологія: З листового або рулонного прокату шляхом холодного згинання на профілезгинальних станах формується «П»-образна форма. Товщина стінки може бути від 2-3 мм (для легких конструкцій) до 8-10 мм (для важких), водночас висоту і ширину полиць теж можна налаштовувати «під замовлення».
- Геометрія
- Зазвичай полиці паралельні й не мають ухилу (на відміну від більшості гарячекатаних).
- Товщина стінки і полиць може збігатися (рівна) або відрізнятися – в деяких станах допускають різні налаштування.
- Плюси та мінуси
- Плюси: гнучке налаштування розмірів і товщини, ідеально паралельні полиці, високоточна геометрія (невеликі допуски). Можна замовити нестандартну довжину (7,5 м, 9 м тощо) без додаткового різання.
- Мінуси: за великих габаритів і порівняно тонкої стінки зростає ризик локальної втрати стійкості, «випучування». Для дуже великих навантажень гарячекатаний профіль може бути надійнішим. Крім того, у вільному продажі нестандартні гнуті швелери трапляються рідше – часто їх потрібно замовляти у профілезгинального цеху.
Види гарячекатаних швелерів за серією
У країнах СНД орієнтуються на ГОСТ 8240-97 (або національні стандарти, його гармонізовані). Для кожного «номера» (висоти) є кілька серій:
- Серія «П» (іноді базова)
- Звичайний ухил полиць, середня товщина стінки.
- Часто зустрічається в оптових складах і металобазах.
- Серія «Б»
- Може мати ширші полиці та/або трохи більшу товщину стінки, ніж «П».
- Дає вищий показник несучої здатності за того самого «номера».
- Серія «В» (усиленная)
- Ще більш товсті стінки і полиці.
- Найбільш «важкий» варіант при збереженні «номера». Часто застосовується при підвищених навантаженнях.
- Паралельні полиці
- Рідше зустрічаються в гарячекатаній лінійці, але деякі заводи випускають швелери з практично паралельними гранями.
- Зручні в монтажі, але вибір типорозмірів не такий великий, як у класичних серіях з ухилом.
Як підібрати конкретний тип (кроки та рекомендації)
- Визначити навантаження: Спочатку завжди йде інженерний розрахунок або орієнтовна оцінка за таблицями (з урахуванням довжини прольоту, планованої маси, характеристик матеріалів). Вам потрібно зрозуміти, який приблизний момент опору і жорсткість потрібні.
- Звіритися із сортаментом
- Для гарячекатаних: шукаєте «номер» (скажімо, №16), і перевіряєте, яка саме серія (П, Б, В) дає потрібний запас міцності. Часто різниця в товщині стінки між «легкою» і «посиленою» серією може додати 20-30% до несучої здатності.
- Для гнутих: уточніть у виробника, які висоти, ширини полиць і товщини доступні. Вибираєте той варіант, який покриває розрахункові вимоги.
- Врахувати монтажні умови
- Якщо вам важливо, щоб полиці були паралельні (для зручності зварювання з іншими елементами), гарячекатана серія з нахилом може не підійти – тоді або беруть серію з майже паралельними полицями (якщо є в продажу), або замовляють гнутий профіль.
- У разі обмеженого доступу або нестандартної довжини (наприклад, 7,2 м) буває простіше взяти гнутий швелер на замовлення, ніж купувати 12-метровий гарячекатаний і витрачати час на різання/відходи.
- Врахувати агресивне середовище
- Якщо швелер працюватиме у вологих умовах або піддаватиметься корозійним факторам, віддати перевагу товстішій стінці або надійнішій серії (щоб «запас» міцності не зник від іржі).
- Розглянути оцинковані гнуті швелери або додаткові покриття.
- Перевірити стійкість: Якщо швелер високий (великий «номер»), але тонкостінний (легка серія або тонкий гнутий профіль), уважно перевіряють не тільки міцність, а й ризик «випучування» стінки. У разі сумнівів – обирають більш «товсту» модифікацію або підсилюють місцево ребрами жорсткості.
Порівняння гарячекатаних і гнутих швелерів
Критерій | Гарячекатаний швелер | Гнутий (холодногнутий) швелер |
---|---|---|
Спосіб виробництва | Прокат за високої температури | Згинання листа (холодне) на профілезгині |
Геометрія полиць | Часто з ухилом (8-10%) | Зазвичай паралельні |
Вибір товщини | Обмежений серіями (П, Б, В) | Гнучке «під замовлення», 3-8 мм або більше |
Асортимент | Номери від 5 до 40 (у мм ~50-400), є типові довжини 6, 12 м | Можна виконати будь-яку довжину до тех. обмеження. Багато «нестандартних» розмірів |
Маса за необхідної міцності | Часто вище (оскільки сортамент жорстко заданий) | Можна оптимізувати (тонше там, де допустимо) |
Ухил полиць | Може ускладнювати зварювання і монтаж | Немає ухилу → зручніше при стикуванні |
Ціна | Залежить від масовості, зазвичай відома | Залежить від замовлення, може бути дорожче або дешевше, якщо «нестандарт» |
Стійкість | Висока, але під час легкої серії треба стежити за товщиною | За великих висот і тонкої стінки можливі проблеми «випучування» |
Практичні поради
- Дивіться не тільки «номер», а й серію (якщо гарячекатаний): «Посилена» серія може значно підвищити жорсткість і несучу здатність, особливо важливо при довгому прольоті або великих навантаженнях.
- Перевіряйте товщину стінки і полиць: У технічному описі або сортаментних таблицях вказуються ці параметри. Різниця в 1-2 мм дає 10-30% приросту за показниками міцності.
- За наявності ухилу полиць: Уточніть, чи не викличе це складнощів під час стику з іншими елементами. Якщо заважає – подумайте про паралельні полиці (в «ПП» серії) або гнутий профіль.
- Гнутий профіль
- Якщо навантаження не величезне, а хочеться легковажності й точної геометрії – гнутий швелер може стати оптимальним.
- Однак за великих прольотів і високих навантажень гнутий профіль з тонкою стінкою вимагає ретельних розрахунків на стійкість, можливі додаткові ребра жорсткості.
- Врахування умов експлуатації: Якщо конструкція на вулиці або у вологому середовищі, при «тонкому» профілі зростає ризик корозійної втрати товщини. Краще взяти більш товстий варіант або гарненько оцинкувати/пофарбувати.
- Регулярний огляд і фарбування: Для несучих конструкцій зі швелерів необхідний періодичний контроль стану: наявність іржі, тріщин. Якщо конструкція відповідальна, іноді застосовують ультразвуковий замір товщини.
Часті помилки під час вибору
- Орієнтація тільки на «номер»: наприклад, вибирають №16, думаючи, що «весь №16 однаковий». Насправді серія «Б» може мати товщину стінки на 1-1,5 мм більшу, ніж серія «П».
- Недооцінка ухилу полиць: монтажники потім скаржаться, що «не сходиться» кут при зварюванні.
- Сліпе прагнення до «легкої» серії (щоб заощадити вагу і гроші): під час розрахунків виявляється, що під навантаженнями балка «прогинається», або не вистачає жорсткості.
- Ігнорування нестандартних розмірів під час гнутих: деякі могли б оптимізувати металоємність, якщо замовити точну товщину, але не роблять цього через звичку купувати тільки «штатний» гарячекатаний прокат.
Приклад використання в реальному проєкті
- Каркас складського приміщення: потрібен проліт 6 м, навантаження передбачається вище середнього (зберігання матеріалів). Розрахунок показує, що необхідно приблизно 120-130 см³ моменту опору. Дивимося гарячекатаний №18 «легкої» серії – дає близько 100-110 см³ (не вистачає). Тоді беремо «посилену» серію (товща стінка), отримуємо 130-140 см³, що відповідає розрахунковому запасу. Так, він важчий і дорожчий, але зате гарантує потрібну міцність і мінімальний прогин.
- Невеликий навіс довжиною 3-4 м: навантаження легке, перекриття – полікарбонат. Тут «надлишковий» масивний гарячекатаний профіль може виявитися занадто важким і витратним. Зручніше замовити гнутий швелер висотою 100-120 мм з товщиною, скажімо, 3-3,5 мм. Цього вистачить для даху (після розрахунку), і монтаж спроститься, адже профіль легший за масою, а полиці паралельні.
Види швелерів та їхній правильний вибір
Щоб правильно вибрати швелер, потрібно:
- Визначити навантаження (згинальні моменти, проліт, умови експлуатації).
- Розглянути гарячекатані варіанти: подивитися «номер» (14, 16, 18, 20 тощо) і серію («П», «Б», «В»). Що «важча» серія, то товща стінка, вища несуча здатність, але й вища маса і ціна.
- Порівняти з гнутими швелерами: якщо потрібна паралельна полиця, точна довжина, певна товщина – гнуті профілі можуть бути ідеальним рішенням, але стежте за стійкістю (особливо за тонких стінок і великих висот).
- Врахувати монтаж: ухил полиць, доступне обладнання для різання і зварювання, корозійні чинники.
- Перевірити запас міцності: краще мати деяку «резервну» несучу здатність, ніж працювати на межі.
У підсумку, «правильний» швелер – це не просто цифра в назві (№14, №16), а саме поєднання необхідної висоти, товщини стінки (і полиць), способу прокату (гарячекатаний або гнутий), і, звичайно, відповідності навантаженням. Такий підхід забезпечить безпечну, економічно виправдану і довговічну конструкцію.