Что такое швеллер: особенности, разновидности и область применения

Металлический швеллер является одним из конструкционных и строительных материалов с обширной сферой применения. Чтобы понять, что такое швеллер, необходимо более детально познакомиться с его сортаментом и способами изготовления. Разбираемся, какими особенностями и преимуществами обладает материал, как применяется в строительстве и производстве.

Что называют швеллером

Так называют балку с характерной П-образной формой сечения. Если взглянуть на сечение (профиль), то в нем можно выделить три составляющие: среднюю (центральную) стенку и боковые полки, которые находятся по одну сторону от стенки. Разобраться, что это такое – швеллер, поможет следующее описание.

• В изготовлении металлопроката используется сталь разных марок, обычно углеродистая или низколегированная конструкционная, с добавкой хрома и никеля. Реже используется кислотостойкая нержавеющая сталь: сплав, легированный титаном и молибденом.
• Особенности сплавов обеспечивают такие характеристики швеллера, как высокая механическая прочность и жесткость.
• Основные характеристики балки – длина и высота. Под высотой понимается высота ножек буквы «П»; также имеются отличия в их толщине и сглаженности. Высота всегда указывается в маркировке металлопроката.

Область применения Т-образного проката

Строители и конструкторы знают, что швеллер – это один из самых распространенных профилей металлопроката. Без него сложно представить самые разные ситуации.

• Сооружение фундаментов и строительных конструкций (стен, арок). В крупных проектах отдельные элементы соединяются разными способами: сваркой, заклепками, болтами.
• В монолитном строительстве швеллер используют при заливке фундамента и остальных элементов здания (несущих стен, перекрытий, лестничных пролетов).
• Возведение мостовых конструкций, опорных сооружений, отбойников, грузоподъемных агрегатов и машин (например, стрел подъемных кранов), вспомогательных и малонагруженных элементов.
• В автомобиле-, судо- и вагоностроении (например, в ремонте железнодорожного подвижного состава). Из балок монтируют каркасы кузовов грузовиков, полуприцепов, трейлеров, рефрижераторов.
• Т-образные балки используются для размещения коммуникаций (труб или кабелей), строительства пандусов. С использованием швеллера изготавливают станины для станочного и технологического оборудования.

Разновидности по форме и размеру

Популярность в сфере строительных работ обусловлена большим разнообразием металлопрофиля. Промышленность изготавливает солидную номенклатуру балок, и базовым считается П-образный прокат со следующими особенностями.

• Высота профиля (расстояние между полами) колеблется в границах 50-400 мм, ширина полки – 32-115 мм.
• Внутренние грани полок могут иметь закругление, или быть параллельными друг другу. Конфигурация граней значительно влияет на устойчивость балки к нагрузкам, поэтому самопроизвольно заменять один вид швеллера на другой настоятельно не рекомендуется. Необоснованная замена может повлиять на прочность конструкции или привести к ее удорожанию.
• Маркировка швеллера включает не только число (номер), сообщающее о высоте стенки, но и буквенный символ. При этом маркировка изделий с параллельными и наклонными гранями отличается.
• Буквенная маркировка изделий с параллельными гранями полок: П – нормальный швеллер, Л – облегченный, Э – экономичный, В – специальный (для вагоностроения).

• Условные обозначения для изделий с уклоном внутренних граней полок: У – нормальный, С – специальный (усиленный, для автомобильной промышленности и вагоностроения).
• Иногда встречается название «двутавровый (или двойной) швеллер», хотя данный вид металлопроката Н-образной конфигурации принято называть двутавром.

Разновидности по способу изготовления

Сегодня швеллер делают следующими способами.

• Горячая обработки металла давлением (прокатка). Исходный материал – горячая заготовка, которую подвергают обработке на сортовом станке.
• Холодная деформация (гибка). На профилегибочных станах делают швеллеры с тонкими стенками.
• Менее распространена лазерная сварка и прессование. Прессованием получают профили из цветных металлов и сплавов.

Способ, каким изготовлен профиль, определяет не только его геометрию, но и эксплуатационные показатели (прочность и жесткость, стойкость к изгибу и кручению).

Горячекатаные профили

Метод позволяет получить горячекатаный швеллер в ассортименте. Профиль горячего проката наиболее востребован в разных отраслях хозяйства, на его основе собирают самые прочные, износостойкие металлические конструкции. По способу изготовления продукция делится на два вида.

• Стальные горячекатаные швеллеры.
• Стальные специальные (их применяют в машино- и вагоностроении).

Чтобы получить стальной профиль, заготовку (болванку из черного металла) нагревают до мягкости, после чего пропускают через сортовой прокатный стан. Заготовка подвергается пластической деформации и принимает необходимую форму. При этом структура металла остается однородной, а горячекатаная стальная балка получает необходимую прочность и рабочие характеристики.

Сортовой прокатный стан – оборудование, позволяющее изготавливать достаточно разнообразную номенклатуру сортового проката. Так, выпускается нормальный швеллер, который может иметь параллельные или наклонные грани полок.

Кроме него производят облегченный и экономичный профиль, а также профиль специальной серии, для изготовления которого используются не типовые, а специальные калибры рабочих валков стана.

Гнутые

Холодным способом изготавливают два вида металлоизделий.

• Гнутые равнополочные. Название подсказывает, что такой профиль имеет одинаковую ширину полок. Материалом служит углеродистая сталь (конструкционная или обычная рулонная). Балки изготавливаются на профилегибочных станах способом холодной пластической деформации; высота продукции составляет 50-400 мм, ширина полок лежит в диапазоне 32-115 мм.
• Гнутые неравнополочные. Основой служит холодно- или горячекатаная сталь, заготовки пропускают через профилегибочный станок, после чего они приобретают нужные параметры и разную ширину полок.

Отличить гнутый швеллер от обычного можно по внешнему виду, если посмотреть на сечение. У г/к изделий толщина сечения разная на разных участках (полки всегда будут толще). Например, у неравнополочной балки толщина меньшей и большей полки будет различной. Если посмотреть на гнутое изделие, то можно заметить, что толщина по всему сечению будет одинаковой.

Для изготовления гнутой продукции используют низколегированные и углеродистые марки стали (рулонной, х/к или г/к); альтернативный материал – алюминий. Холодная обработка, когда заготовки пропускают через профилегибочный станок, имеет свои преимущества.

• Давление на холодную заготовку не оставляет термические напряжения в структуре металла (как в случае с г/к профилем). Тем самым исключаются технологические дефекты.
• Х/к прокат характеризуется сглаженными внешними углами полок и сечением одинаковой толщины.
• Качество поверхности получается более высоким, но прочность оказывается несколько ниже.
• Промышленность производит швеллер в трех классах точности, что маркируется буквами: А – высокая точность, Б – повышенная, В – обычная.

Особенности, виды и тонкости выбора материала

Простая П-образная форма швеллера делает его крайне востребованным конструкционным материалом со следующими особенностями.

• Профиль отличается универсальностью: его широко применяют в строительстве, на производстве, в инжиниринге.

• В профиле идеально сочетается прочность, низкая металлоемкость и доступный ценник.
• Легкая и прочная балка, благодаря своей форме, хорошо справляется с высокими нагрузками, демонстрирует стойкость к любым видам деформаций (к скручиванию, продольному и поперечному изгибу), и потому является основой любого строительства.
• Стальной профиль остается доступным для обработки: его можно резать, клепать и сваривать.
• Балки отличаются длительным сроком службы и стойкостью к любым отрицательным внешним воздействиям (к коррозии, перепадам температур, ультрафиолету).
• В частном строительстве из металлических балок делают надежные оконные и дверные рамы, лестницы, стропила для легкой крыши, каркас стен для гаража.

Кроме П-образных изделий в строительных проектах используют и другие разновидности металлопроката, которые часто называют швеллером (из-за схожести применения). К ним относят следующие виды стальных изделий.

• Швеллер полоса. Имеет вид полосы металла с прямыми углами, служит направляющей, принимает на себя горизонтальные нагрузки. Его часто используют при изготовлении рам и стоек.

• Швеллер квадрат. Квадратная форма позволяет использовать материал там, где требуется равномерное усиление жесткости; поддерживает конструкцию по принципу балки.
• Швеллер лист. Прямоугольный листовой металлопрокат подходит для изготовления несущих конструкций разной конфигурации.

Каждая разновидность швеллерного металлопроката обладает уникальными рабочими характеристиками, что надо учитывать при выборе для конкретного строительного проекта. Например, П-образный профиль, полоса и квадрат используются там, где важна прочность и устойчивость к вертикальным и горизонтальным нагрузкам. Листовой материал более гибкий в использовании, и весит меньше, что также может иметь значение.

Если строительная конструкция возводится с использованием П-образной балки, ее базовые геометрические характеристики (размер, форма), нуждаются в тщательных расчетах, и задача эта довольно сложная. При выборе лучше всего заранее уточнить требования проекта, например, размеры и форму конструкции, расчетную нагрузку, условия эксплуатации.

Чтобы упростить задачу, справочники и таблицы для швеллера металлического содержат максимум полезной информации, которую используют в расчетах. Например, кроме основных параметров (габаритов профиля, толщины стенки) приводят радиусы закруглений. Также указывают моменты инерции, сопротивление и статические параметры (с учетом массы).

Выбранный металлопрокат важно правильно хранить, так как от условий хранения зависит его долговечность. Чтобы предотвратить коррозию и сохранить первоначальные свойства, для хранения выбирают место, максимально защищенное от атмосферной влаги и химических соединений.

Длина швеллера на практике

Стандартная длина швеллера лежит в пределах 3-12 м. Но, поскольку профиль достаточно вариативен и используется часто, на практике ориентируются на следующую классификацию по длине.

• Швеллеры мерной длины. Это значит, что все профили в пачке будут иметь одинаковую длину, 6 или 12 м, причем с высокой точностью. Например, отклонение от длины не будет превышать 40 мм (для изделий длиной 6 м), или 80 мм (для 12 м). Учитывается и кривизна: не более 0,2 %.
• Прокат кратной мерной длины. Металлопрокат режется на части заданного размера. У швеллера повышенной точности длиной 6 м погрешность не должна превышать 30 мм, для более длинных изделий – не более 50 мм.
• Немерные металлоизделия. Подразумевается, что в пачке содержатся изделия разной длины, не попадающей ни в какие допуски. Но нередко так называют небольшие профили (до 3 м), которые находят применение в вагоно- или станкостроении.

Коротко о главном

Швеллеры является одним из самых востребованных конструкционных элементов, применяемых в строительной и промышленной сфере. Характерная особенность материала – Т-образный профиль, а основой для изготовления служит стальной прокат. Для изготовления балок используется несколько методов, поэтому готовые металлоизделия обладают разными рабочими характеристиками.