Как работает швеллер на изгиб

В строительных работах разного рода нередко возникает надобность в металлическом каркасе или усилении отдельных элементов кладки. Соответствующий металлопрокат – уголок, швеллер, двутавр – подбирают исходя из допустимой для арматуры нагрузки.

Описание и виды швеллеров

Швеллер – П-образный фасонный профиль

Швеллер – вид фасонного профиля. Это изделие с П-образной конфигурацией, состоит из стенки и полочек. Последние могут быть параллельными друг другу, с уклоном внутрь, разной длины. Конфигурация и габариты изделия определяют его назначения.

Различают горячекатаный швеллер и гнутый.

Горячекатаный – изготавливается методом горячей прокатки. Полосу стали прогревают до температуры в +1000°С и подают на стан. Валки придают заготовке П-образную форму. У такой балки полки точно параллельны друг другу. Углы жесткие. Такие конструкции чаще всего используются для армирования, так как способны выносить очень высокие несущие нагрузки.

Различают 5 видов горячекатаного швеллера:

• П – элемент с параллельными полочками;
• У – внешние углы граней достигают 90 градусов, а внутри создают уклон за счет разной толщины. Величина наклона не превышает 10%;
• Э – за счет скругления параллельных полочек изделие, в целом, меньше весит, при таких же прочностных характеристиках;
• Л – облегченный вариант с меньшей толщиной стенки и граней;
• С – специальный профиль с конфигурацией, определяемой потребностями промышленной отрасли.

Гнутый профиль отличается скругленными углами внутри и снаружи. Его изготавливают холодным методом. Стальную полосу сгибают на валках без предварительного прогрева. Такая технология дороже, но получаемый швеллер намного прочнее и долговечнее. Его можно использовать для напрягаемого каркаса. Различают 4 варианта:

• В – с наклоненными внутрь гранями;
• П – с параллельными полочками;
• Л – вариант меньшей толщины и массы при других стандартных размерах;
• С – специальный.

Гнутый профиль выносит меньшую несущую нагрузку, однако гораздо устойчивее к кручению, сжатию и растяжению.

На наличие сертификата качества

Виды нагрузок

Нагрузка на балку бывает 3 видов.

• Постоянная – это масса самой детали, а также конструкций, на которые она опирается.
• Временная – возникает под действием какого-либо фактора. Различают нагрузки длительные, наподобие веса перегородок, массы накапливаемой во время дождя воды, и кратковременные – вес передвигающихся людей, давление ветра, снега.
• Особая – появляется при нестандартных обстоятельствах, например, из-за землетрясений, деформации фундамента.

Нагрузки на швеллер вычисляют самостоятельно по формулам из справочника либо пользуются онлайн-калькулятором. В сложных случаях нужно обращаться к специалисту.

Характеристики швеллеров

Главная задача изделия как армирующей или несущей конструкции – восприятие механической нагрузки. Величина эта зависит от самой детали – толщины, размеров, сорта стали – и внешних параметров – конструкции, предполагаемых нагрузок.

Чтобы выполнить расчет швеллера на прочность, нужно учесть следующие характеристики:

• нормативная нагрузка, допустимая для изделия данного типа – указывается в документации или в справочнике;
• тип – важно учесть конфигурацию полок, продольное и поперечное сечение, поэтому формулы расчета для равнополочного или разнополочного профиля отличаются;
• длина изделия;
• число деталей, которые придется укладывать друг с другом, чтобы создать единую конструкцию;
• типоразмер с максимальным вертикальным прогибом.

Тип стали и габариты балки связаны с показателем нормативного давления. Допустимая нагрузка на швеллер указывается в таблицах.

Как рассчитать швеллер на прогиб и изгиб

Расчет швеллера на прогиб – необходимый элемент при проектировании здания или другого объекта, в составе которого используется балка. Вычисления производят самостоятельно или с помощью специальных онлайн-калькуляторов.

Вручную расчеты выполняются следующим образом. Допустим, используется профиль 10П, сделанный из стали 09Г2С. Он имеет шарнирное крепление. Длина его 10 м. В справочнике находят еще несколько необходимых показателей: предел текучести для указанного сорта стали – 345 МПа, момент сопротивления по осям X и Y – 34,9 и 7,37 соответственно.

• Максимальная нагрузка на изгиб при шарнирном закреплении появляется посредине балки и вычисления по формуле: M=W*Ryh.
• Вычисляют допустимый момент для 2 вариантов:

• стенка расположена вертикально – 34,9*345=12040,5 H*m;
• стенка горизонтальна – 7,37*345=2542,65 H*m.

Вычислив момент, определяют допустимую нагрузку на швеллер:

• g1=8*12040,5/102=-96,3 кгс/м;
• g2=8*2542,65/102=20,3 кгс/м.

Для данного случая очевидно, что несущая способность у балки, расположенной вертикально, в 5 раз лучше, чем у профиля, установленного горизонтально.

Расчетные схемы

Схема укладки швеллера влияет на формулу расчета. По способу распределения давления и типу крепления различают 5 вариантов.

• Однопролетная с шарнирным опиранием – например, профиль, установленный на стены для межэтажного перекрытия. Нагрузка в этом случае равномерно распределена.
• Консольная – балка жестко закреплена одним концом, второй не опирается. Нагрузка равномерно распределена. Вариант применяют при обустройстве козырька из двух элементов.
• Шарнирно-опертая – более сложной конфигурации. Балка устанавливается на 2 опоры и консоль. Так монтирует балконы, например.
• Однопролетная с шарнирным опиранием, но с давлением, оказываемой двумя конструкциями. Примером служит швеллер, на который опирают 2 балки.
• Однопролетная, устанавливаемая на 2 основания и на которую опирается еще одна балка.
• Консольная, сосредоточенная одной силой.

При одинаковых размерах профиля, но при разном способе опирания профиль будет выдерживать разную нагрузку. Так что учитывать это нужно даже при строительстве козырька над гаражом.

Исходные данные

Расчет допустимой нагрузки на швеллер проще рассчитать, используя онлайн-калькуляторы. Чтобы получить результат, необходимо указать нужные данные. Список включает:

• тип расчетной схемы;
• длину пролета в метрах;
• нормативную нагрузку – данные о ней получают из соответствующего ГОСТа;
• расчетную нагрузку, то есть ту, что как предполагается, создает конструкция;
• количество изделий, необходимых для перекрытия, козырька, балкона;
• расположение – вертикальное или горизонтальное;
• расчетное сопротивление – зависит от марки стали;
• тип используемого профиля – указывается вид балки, серия – П, У, Э, и толщину стенки.

Достаточно ввести цифры в соответствующие окошки, чтобы получить необходимую величину.

Анализ результата

Калькулятор выдает итог в виде определенных показателей.

1. Вес балки – точнее 1 погонного метра изделия. Он позволяет оценить вес будущей балки и учесть нагрузку, которую он создает на стену и фундамент.
2. Момент сопротивления швеллера – необходимый для обеспечения стабильности конструкции.
3. Максимальный прогиб, допустимый для швеллера, перекрывающего пролет.
4. Расчет по прочности указывает момент сопротивления изделия, которое решили использовать. Здесь же указывается главный определяющий параметр – запас, то есть, показатель, указывающий, насколько момент сопротивления выбранного профиля больше или меньше расчетного. Если в результате вычислений появляется значение со знаком «+», швеллер можно использовать, если со знаком «-» – балка не подходит.
5. Расчет по прогибу показывает собственно величину прогиба, которая возникает у швеллера под влиянием нормативной нагрузки. Запас определяет, насколько устойчивость профиля превосходит или не дотягивает до предельных.

Каркас в бетонных конструкциях требуется для упрочнения сооружения. Но эту роль он выполняет, только если правильно рассчитана оказываемая нагрузка и верно подобран швеллер, удерживающий эту нагрузку.

Вам также может понравиться

Все о нагрузке на швеллер

Швеллер – популярный вид проката, который активно используют в строительстве. Отличием профиля от других вариаций сортамента металла является особая форма поперечного сечения в виде буквы П. Средняя толщина стенки готового изделия лежит в пределах от 0,4 до 1,5 см, а высота способна достигать отметки в 5–40 см.

Ключевая задача швеллера – восприятие нагрузок с последующим их распределением с целью обеспечения устойчивости и долговечности конструкции, в составе которой он используется.

В процессе эксплуатации одним из распространенных видов деформаций выступает прогиб, именно его чаще всего испытывает профиль.

Однако это не единственный вид механического воздействия, с которым сталкивается стальной элемент.

Среди других нагрузок – допустимый и критический изгибы. При первом происходит пластическая деформация изделия с последующим разрушением.

При проектировании металлических каркасов инженеры проводят специальные расчеты, в которых определяют несущую способность здания, конструкции и элемента в отдельности, что позволяет подобрать оптимальное поперечное сечение.

Для успешного проведения вычислений проектировщики пользуются следующими данными:

• нормативная нагрузка, которая приходится на элемент;
• тип швеллера;
• длина перекрываемого элементом пролета;
• число швеллеров, которые выкладывают рядом друг с другом;
• модуль упругости;
• типоразмеры.

Расчет предельной нагрузки подразумевает проведение стандартных математических действий. В сопромате есть несколько зависимостей, благодаря которым удается определить несущую способность элемента и подобрать его лучшую конфигурацию.

Швеллер – один из востребованных типов металлического проката, который используют для возведения стальных каркасов различных зданий и сооружений. Материал в основном работает на растяжение или прогиб.

Производители выпускают разные профили с измененными размерами поперечных сечений и марками стали, что отражается на несущей способности элементов.

Другими словами, вид проката определяет, какую нагрузку он способен выдержать, и для швеллеров 10, 12, 20, 14, 16, 18 и других вариаций значение максимального нагружения будет разным.

Наиболее востребованными считаются следующие марки швеллеров от 8 до 20, демонстрирующие максимальную несущую нагрузочную способность благодаря эффективной конфигурации поперечного сечения.

Элементы делят на две группы: П – с параллельными гранями, У – с уклоном полок.

Геометрические параметры марок, вне зависимости от группы, совпадают, разница кроется только в угле наклона граней и радиусе их закругления.

Используется в основном для укрепления стальных конструкций, которые находятся внутри здания или сооружения. Для производства таких элементов применяют стали спокойные или полуспокойные углеродистые, которые обеспечивают высокую свариваемость швеллеров. Запас прочности у изделия небольшой, поэтому он хорошо держит нагрузки и не деформируется.

Отличается повышенным запасом прочности благодаря улучшенному сечению, поэтому выбор проектировщики часто останавливают на нем. Востребован как в строительстве, так и в машиностроительной и станкостроительной сферах.

Швеллер 10 применяют для мостов, корпусов производственных зданий, где элементы устанавливают в качестве несущих опор для формирования стен.

Горизонтальная укладка швеллера приводит к необходимости расчета нагрузок. Прежде всего нужно начать с расчетного чертежа. В сопромате при формировании схемы нагрузок выделяют следующие виды балок.

• Однопролетная с опиранием на шарниры. Самая простая схема, в которой нагрузки распределяются равномерно. В качестве примера можно выделить профиль, который используют при устройстве межэтажных перекрытий.
• Консольная балка. Отличается от предыдущей жёстко закрепленным концом, положение которого не меняется вне зависимости от типов нагружения. В этом случае нагрузки тоже распределяются равномерно. Обычно такие виды крепления балок используют для устройства козырьков.
• Шарнирно опертая с консолью. В этом случае шарниры находятся не под концами балки, а на определенных расстояниях, что приводит к неравномерному распределению нагрузки.

Также отдельно рассматривают схемы балок с теми же вариантами опираний, в которых учитываются сосредоточенные нагрузки на метр. Когда будет сформирована схема, необходимо изучить сортамент, в котором приведены основные параметры элемента.

Третий шаг подразумевает сбор нагрузок. Выделяют два типа нагружения.

• Временное. Дополнительно делят на кратковременные и длительные. Первые включают ветровые и снеговые нагрузки, вес людей. Вторая категория подразумевает воздействие временных перегородок или слоя воды.
• Постоянное. Здесь необходимо учитывать вес самого элемента и конструкций, которые на него опираются в каркасе или узле.
• Особые. Представляют нагрузки, которые возникают в непредвиденных ситуациях. Это может быть воздействие взрыва или сейсмическая активность района.

Когда все параметры будут определены, а схема составлена, можно приступать к расчету с применением математических формул из СП металлических конструкций. Рассчитать швеллер – значит, проверить его на прочность, прогиб и другие условия. При невыполнении их сечение элемента увеличивают, если конструкция не проходит, или уменьшают, если остается большой запас.

Проектирование межэтажных или кровельных перекрытий, несущих металлоконструкций требует, помимо основного расчета нагрузки, проведение дополнительных вычислений по определению жесткости изделия. Согласно условиям СП величина прогиба не должна превышать допустимых значений, указанных в таблице нормативного документа в соответствии с маркой швеллера.

Проверка жёсткости является обязательным условием при проектировании. Перечисли этапы расчета.

• Сначала собирают распределенную нагрузку, которая действует на швеллер.
• Далее из сортамента берут момент инерции швеллера выбранной марки.
• Третий этап подразумевает определение величины относительного прогиба изделия с помощью формулы: f/L = М∙L/ (10∙Е∙Ix) ≤[f/L]. Ее тоже можно найти в СП металлических конструкций.
• Затем вычисляют момент сопротивления швеллера. Это изгибающий момент, который определяется по формуле: М = q∙L2/8.
• Последний пункт – определение относительного прогиба по формуле: f/L.

Когда все вычисления будут проведены, останется сравнить полученный прогиб с нормативным значением согласно соответствующему СП. Если условие выполняется, выбранная марка швеллера считается актуальной. В обратном случае, если значение сильно выше, подбирают больший профиль.

Если результат сильно ниже, то отдают предпочтение швеллеру с меньшим поперечным сечением.

Как работает швеллер на нагрузку?

Швеллер — это очень востребованное сегодня изделие, изготовленное из металла. Его главным отличительным свойством является сечение П-образной формы. Толщина готового изделия может составлять от 0,4 до 1,5 см, а высота стенок — 5-40 см.

Тонкополочные изделия изготавливаются с помощью обработки гибкой полосы при помощи специальных профильных станов. Швеллеры, производимые из цветных металлов, получают после обработки заготовки прессованием и выдавливанием, а стальные – по технологии горячей прокатки металлической заготовки на сортовых станах.

Какую нагрузку выдерживает швеллер?

Швеллер представляет собой металлопрокат, который активно используется в строительстве. Причём, конкретную сферу строительства определить достаточно сложно (практически невозможно).

Ведь швеллер применяется при строительстве практически любых конструкций. Однако, швеллер выполняется в различных конфигурациях из различных сплавов.

А это означает, что и несущая способность у вариаций швеллера неодинакова.

  Приспособление для подъема тяжестей: бруса, бревен. Механизм для подъема тяжестей

Швеллер купить не составит больших сложностей. Необходимо лишь чётко представлять характеристики швеллера перед приобретением. 

Алгоритм расчета нагрузки

• Узнаем полную величину заложенной в проекте нагрузки на профиль и увеличиваем, умножив на коэффициент надежности по нагрузкам (находим в нормах);
• Получившееся произведение умножаем на шаг швеллера;
• Определяем максимальный изгибающий момент – информация по швеллеру находится в таблицах ГОСТ. Вычисляем: Мmax (изгибающий момент) в КилоНьютонах на метр равняется произведению расчетной нагрузки на квадрат длины швеллера. Уточнение: 1 кНм равен 102 кгсм.

Момент сопротивления изделия – Wтр, находим путем следующих вычислений: Мmax умножаем на коэффициенты для условий работы и делим на коэффициент, учитывающий пластические деформации – 1,12.

Полученный результат сравниваем с положениями в ГОСТ и находим параметры нужного профиля.

Важно! По номеру швеллер всегда нужно подбирать чуть больше, нежели получилось по расчетам.

Виды нагрузок и швеллеров

Вид А. «Козырек над подъездом». К такому типу относятся балки, где имеются жесткие заделки. Нагрузка обычно поступает равномерно. Это могут быть козырьки над подъездами. Для их изготовления применяют сварку. Делают из двух швеллеров, присоединенных к стене, а пространство заполняется железобетоном.

Вид B. «Межэтажные перекрытия»Жестко закрепленные однопролетные балки, нагрузка на которые распределена равномерно. Обычно это балки перекрытий между этажами.

Вид C. «Шарнирная балконная опора». Балки имеют две опоры с консолью, нагрузка между ними распределяется равномерно, но они выпущены за пределы наружных стен. Это необходимо для создания опоры балконных плит.

Вид D. «Под две перемычки». Это однопролетные шарнирно-опертые балки, на которых действуют две сосредоточенные силы. Обычно это перемычки, на которые опирается другая пара балок-перекрытий.

Вид E. «Под одну перемычку». Это однопролетные шарнирно-опертые балки, где сосредоточена одна сила. Обычно это перемычки, на которые опирается одна балки другого перекрытия.

После того как будет уточнено к какому виду относится данный швеллер и куда будет идти основная нагрузка подбирается формула расчета.

Прикидочный способ расчета нагрузки на швеллер

• Чтобы произвести расчет надо сделать следующее:
•      -Сперва определить полную нагрузку, которая будет действовать на балку – и умножить ее на нормативный коэффициент надежности по нагрузкам.
•      -Полученный результат умножить на шаг балок (в данном случае это касается швеллеров).
• Далее необходимо сделать расчет максимально изгибающегося момента.
• Все данные для швеллера берутся по ГОСТу.

Формула такова: изгибающий момент Мmax будет равен расчетной нагрузке умноженной на длину швеллера в квадрате. Единица измерения — килоНютоны на метр.

( 1 кНм = 102 кгсм)

Затем перейти к вычислению нужного момента сопротивления балки.

Формула такова: момент сопротивления Wтр будет равен Мmax, который умножен на коэффициенты условий работы и поделен на 1,12 (это коэффициент для учета пластически деформаций).

Таким образом получим требуемое сечение. Но при этом нужно помнить, что номер швеллера должен быть больше требуемого момента сечения.

Максимально допустимый прогиб: важнейшая характеристика швеллера

При выборе конструктивного материала и допуске его к использованию в строительстве используются различные расчётные данные: минимальный момент сопротивления, изгибающий момент, нормальное напряжение и т.д.

Однако, самой важной характеристикой является максимально допустимый прогиб. Вычисляется он следующим образом: коэффициент 5/384 умножается на дробь. В числителе дроби находится произведение расчётной нагрузки на ¼ длины пролёта швеллера. В знаменателе – произведение момента инерции на показатель продольной упругости материала, из которого изготовлен швеллер (его модуль).

Полученные результаты являются исчерпывающим расчётом, позволяющим выяснить, действительно ли подходит швеллер для использования в той или иной части конструкции.

Какую нагрузку выдерживает швеллер 10

Швеллер считается самым распространенным изделием металлопроката. Это металлическая заготовка в виде балки, которая имеет форму буквы «П». К основным полезным функциям швеллера относят увеличение устойчивости и жесткости разных сооружений, что позволяет последним выдерживать высокие нагрузки.

Изделие изготавливается методом горячей деформации металла на прокатном стане без применения впоследствии дополнительной термической обработки. Все нормы выпуска швеллера 10П указаны в нормах стандарта ГОСТа 8240-97.

Швеллер 10 технические характеристики

В каждом стандарте по ГОСТу указаны технические характеристики швеллера 10П в зависимости от вида и способа его изготовления. Но к основным можно отнести ширину и длину заготовки.

Стандартная длина швеллера 10 варьируется в пределах от 4м до 12м, но встречаются и нестандартные размеры длиною в 13м. В таком случае предприятия металлопроката изготавливают изделие на заказ. После длины проката указывается его маркировка — индекс «П», что означает наличие параллельных граней в металлическом изделии. Ширина швеллера между полками указывает на его номер в сортаменте.

При выпуске изделия применяют обычную сталь марок ПС 3 или СП 3, низколегированную — 09г2с, которая увеличивает прочность и надежность заготовки, так как сталь содержит в себе сплав марганца. Обычно отличить заготовку горячего проката от холодного можно по внешнему виду: горячекатаный швеллер имеет слегка округленный внешний угол. Масса одного метра изделия — 8.59кг.

Какую нагрузку может выдержать 10 швеллер

Благодаря своим техническим характеристикам и конструкции изделие способно выдерживать осевые нагрузки и весьма устойчиво к нагрузкам на изгиб. Небольшая толщина швеллера служит, как правило, для возведения перекрытий на небольшом плече, создании перекидных сооружений средней длины.

С помощью швеллеров делают опоры для высоковольтных линий электропередач, краны, нефтяные вышки и прочие конструкции. Также часто подобные образцы находят применение в станкостроении, машиностроении и вагоностроении.

Большому распространению в промышленном производстве швеллера 10П поспособствовали его высокие характеристики прочности и надежности, а также доступная цена.

Швеллеры бывают разного размера и поэтому для каждого вида работ необходимо подбирать специальный металлопрокат. А для этого нужно знать на какую нагрузку его можно рассчитывать. Расчет нагрузки швеллера производится из того какой вид балки, и куда идет нагрузка. Удобней сделать расчет, представляя схему балки.

Момент сопротивления швеллера при проектировании перекрытий

При проектировании перекрытий, несущих металлоконструкций не достаточно одного прочностного расчета нагрузки на швеллер. Чтобы обеспечить надежность проектируемой конструкции, необходимо также произвести расчет на жесткость швеллера. Прогиб в данном случае не должен превышать допустимое значение.

Эта проверка профиля является обязательной при проектировании перекрытий для жилых и прочих помещений. Для примера возьмем ту же балку, что и ранее. Распределенная нагрузка, действующая на нее, составляет 50 кгс/м или 500 Н/м. Момент инерции швеллера 10П имеет значение Ix = 175 см4.

При проверке балки на жесткость, определяется ее относительный прогиб по формуле:

• f/L = М∙L/(10∙Е∙Ix)≤[f/L], где

М – изгибающий момент, Н∙м
L = 1000 см – длина хлыста
E = 2,1∙105 МПа – модуль упругости стали

Ix = 175 см4 – момент инерции сечения швеллера

Как рассчитать и выбрать размер швеллера с учетом нагрузки на изгиб

Швеллер является продукцией прокатного производства, которая имеет U-образное поперечное сечение. В зависимости от технологии производства, швеллеры бывают горячекатаные и гнутые.

Размеры и форма г/к швеллеров общего назначения регламентируются стандартом ГОСТ 8240-97. Ширина проката согласно указанному нормативному документу может быть от 32 до 115 мм, а высота 50 — 400 мм.

В обозначении номера профиля зашифрована высота швеллера в сантиметрах (цифра) и серия или тип профиля (буква).

Размеры гнутого швеллера регламентируются стандартом ГОСТ 8278-83. В соответствии этому документу высота профиля может принимать значение от 25 до 410 мм, толщина швеллера – от 2 до 8 мм, и ширина может быть 26 — 160 мм.

В APEX METAL вы сможете приобрести швеллер наиболее востребованных размеров из стали марок Ст3 и 09Г2С:

• серии П с параллельными гранями — типоразмеры профиля 5П — 30П;
• серии У с уклоном граней — типоразмеры профиля 6,5У — 30У;
• гнутый швеллер с размерами от 50х40х3 до 250х125х6.

Значения высоты и ширины полки, ширины и толщины стенки по ГОСТ 8240-97 смотрите на странице — Как правильно расшифровать условное обозначение швеллера.

Методика расчета швеллера на изгиб

Наиболее часто швеллер используют в качестве элемента, который работает на изгиб. Следовательно, ни один расчет данного профиля не обходится без определения его прочности под воздействием изгибных нагрузок. На сегодняшний день создано множество программных продуктов и калькуляторов расчета швеллера, которые позволяют произвести массовые, прочностные и проверочные расчеты.

Покажем, как самостоятельно всего за 3 шага найти момент сопротивления и подобрать соответствующий размер швеллера с учетом действующих нагрузок.

1. Сначала необходимо определить максимальное значение момента в профиле швеллера, который вычисляется по формуле:

• М = 9,81 х q х l²/ 8 / 1000, где

• q – значение распределенной нагрузки l – длина швеллера.
• 2. Зная изгибающий момент, определяем необходимое значение момента сопротивления сечения швеллера, чтобы обеспечить его прочность:
• Ry – расчетное значение сопротивления материала по пределу текучести (согласно СНиП 2-23-81).

Наименование стали Марка стали по ГОСТ Ry, МПа, с толщиной проката

С245	Ст3пс5, Стсп5	240 МПа (2 — 20 мм), 230 МПа (20 — 30 мм)
С275	Ст3пс	240 МПа (2 — 20 мм)
С345	12Г2С, 09Г2С	335 МПа (2 — 10 мм), 315 МПа (10 — 20 мм), 300 МПа (20 — 40 мм)

3. Сравниваем полученное расчетное значение момента сопротивления швеллера и теоретические значения в таблицах ГОСТ, выбираем требуемый размер проката.

Номер швеллера серии У Момент сопротивления Номер швеллера серии П Момент сопротивления Размер швеллера по ГОСТ 8278 Момент сопротивления

5У	9,1	5П	9,1	50х40х3	5,62
6,5У	15	6,5П	15	60х32х2,5	5,1
8У	22,4	8П	22,5	60х32х3	5,85
10У	34,8	10П	34,9	80х32х4	10,71
12У	50,6	12П	50,8	80х50х4	15,92
14У	70,2	14П	70,4	80х60х4	18,81
16У	93,4	16П	93,8	100х50х3	17,18
18У	121	18П	121	100х50х4	21,57
20У	152	20П	153	100х50х5	25,56
22У	192	22П	193	120х50х3	21,98
24У	242	24П	243	120х60х4	32,25
27У	308	27П	310	120х60х5	38,6
30У	387	30П	389	140х60х5	47,8
40У	761	40П	763	140х60х6	55,08
—	—	—	—	160х50х4	41,76
—	—	—	—	160х60х4	48,84
—	—	—	—	160х60х5	58,38
—	—	—	—	160х80х4	60,01
—	—	—	—	160х80х5	72,69
—	—	—	180х70х6	79,15
—	—	—	—	180х80х5	85,22
—	—	—	—	200х80х4	80,94
—	—	—	—	200х80х6	114,84
—	—	—	—	200х100х6	137,43
—	—	—	—	250х125х6	221,64

Выбор размера швеллера на примере

Пусть имеется швеллер, длина которой составляет 6 метров и он имеет шарнирное закрепление. На него действует распределенная нагрузка, величина которой составляет 250 кг/м. Расчет ведется в следующей последовательности:

1. Максимальное значение момента в профиле швеллера М = 9,81 х 250 х 6²/ 8 / 1000 = 11,04 кН∙м.
2. Необходимое значение момента сопротивления сечения швеллера, Wн = 11,04 х 1000 / 240 = 46,0 см3 (согласно СНиП 2-23-81 для стали С245 Ry = 240 МПа).
3. Подбираем по таблице ГОСТ размер швеллера с моментом сопротивления не ниже вычисленного значения 46,0 см3.

Это будет швеллер 12П (У) ГОСТ 8240-97 — значение момента сопротивления 50,8 см3 или швеллер гнутый 140х60х5 ГОСТ 8278-83 — значение момента сопротивления 47,8 см3.

Выбор швеллера с точки зрения экономической целесообразности

Расчет стоимости швеллера производится на основании данных о массе и стоимости за тонну:

Характеристика / Наименование Швеллер 12П Швеллер 140х60х5

Вес 1 метра, кг	10,7	9,77
Вес швеллера длиной 6 метров, кг	64,2	58,6
Цена за тонну*	84990 руб.	89590 руб.
Цена за 1 штуку швеллера	5456 руб.	5250 руб.

* Цена по состоянию на июнь 2022 года, актуальные цены на дату покупки сморите в интернет-магазине в разделе Металлопрокат — Швеллер.

Можно заметить, что из условий расчета швеллера на прочность, работающего на изгиб, немного более экономичным решением будет использование горячекатаного швеллера в сравнении с гнутым.

Балка двутавровая

Прайс-лист на балку ГОСТ 19425 серии М, ГОСТ 8239, СТО АСЧМ 20-93, ГОСТ 26020 (Б-нормальную, Ш-широкополочную, К-колонную) для перекрытий.

Уголок металлический

Цены на уголок равнополочный сталь 3 сп/пс и 09Г2С, оцинкованный, неравнополочный ст. 3 для гражданского и промышленного строительства.

Комбинированная балка перекрытия из швеллеров и бетона. Как правильно выбрать швеллер для перекрытий, расчеты на изгиб

Основные характеристики швеллера

Этот вид металлопроката производится способами горячей прокатки и гибки полосовых заготовок. В соответствии с таблицами ГОСТа 8240, высота стенки стального швеллера – 50-400 мм.

Горячекатаные изделия с наклонными внутренними гранями полок имеют увеличенную площадь сечения и по прочностным характеристикам приближаются к аналогам с двутавровым профилем.

Для повышения прочности и устойчивости к низким температурам прокат изготавливают из качественных углеродистых и низколегированных марок стали.

Швеллер удобен для монтажа на плоских поверхностях. Прокат используется для армирования бетонных конструкций, создания каркасных строений, при производстве легких машин и механизмов.

В частном строительстве лучшим выбором является швеллер, а не двутавр, что объясняется сочетанием достаточной прочности и доступной стоимости П-образного профиля.

Двутавровая балка, благодаря массивности и высоким прочностным характеристикам, в основном применяется в крупномасштабном промышленном и гражданском строительстве.

Требования к перекрытиям

Ко всем межэтажным устройствам предъявляются общие требования:

1. Прочность – способность выдержать вес всех элементов здания.
2. Жёсткость, позволяющая не прогибаться под тяжестью собственного веса, тяжёлых вещей на этаже.
3. Эффективная теплоизоляция и звукоизоляция перекрытий.
4. Огнестойкость, которая характеризуется устойчивостью к огню в течение некоторого времени.
5. Срок эксплуатации, соответствующий примерно времени использования всего здания.

Основные характеристики двутавровой балки

Двутавр выпускается с наклонными гранями полок в соответствии с ГОСТом 8239-89, сортамент продукции с параллельными гранями соответствует таблицам ГОСТа 26020 или СТО АСЧМ 20-93. Изделия отличаются высокой жесткостью и прочностью, на величину которой, помимо размеров сечения, влияют:

• марка стали, из которой производится металлопродукция, для эксплуатации при высоких нагрузках и в сложных температурных условиях используют низколегированные стали типа 09ГС;
• длина пролета – чем больше эта величина, тем ниже несущая способность двутавровой балки;
• способ закрепления балки, направление и характер нагрузки.

Прогиб лаг

Заходя в некоторые, особенно старые, дома даже невооруженным глазом можно заметить прогиб потолков второго, или, что бывает реже, пола первого этажа, являющийся следствием неправильного расчета несущей способности лаги или превышения допустимой нагрузки на перекрытия.

Как позывает практика эксплуатации многоэтажных домов постройки первой половины 50-х годов ХХ века, где использовались деревянные межэтажные перекрытия, к 2000-му году величина прогиба потолков составляла от 70 до 100 мм, что приводило к необходимости проведения капитальных ремонтов здания с усилением несущих элементов перекрытий. И это при условии, что проводится точный инженерный расчет нагрузок и сечения лаг на стадии проектирования. А что говорить об индивидуальной застройке, когда расчет несущей способности лаги производился «на глазок» по совету «грамотных» специалистов.

Очень часто на величину прогиба лаг влияет и качество применяемого материала, избыточная влажность древесины, недостаточная толщина металлопроката, из которого изготовлена балка, и еще множество различных причин, приводящих к провисанию, к примеру, перекрытия второго этажа под нагрузкой. Неверный расчет несущей способности может привести не только к возникновению прогиба лаги, но и полному разрушению конструкции и обрушению этажа вниз, причем когда этого никто не ожидает.

Сравнение двутавра и швеллера на прочность, в зависимости от прилагаемой нагрузки

Основное различие между свойствами двутавровой балки и швеллера заключается в различной реакции на нагрузки, в частности – на скручивание, что объясняется разницей в нахождении центра тяжести.

• Двутавр. Максимальный объем металла, особенно в изделиях широкополочной и колонной серий, сосредоточен в полках. Симметричные относительно стенки полки двутавра воспринимают основные вертикальные нагрузки и обеспечивают высокий момент инерции. Стенка работает в основном на сжатие. Этот симметричный профиль может подвергнуться скручиванию только в тех случаях, когда на него уложено перекрытие с неравномерной нагрузкой. Двутавр, благодаря массивности, высокой стоимости и прочностным характеристикам, используется в основном в крупномасштабном строительстве для создания перекрытий, испытывающих высокие нагрузки.
• Швеллер. Его главная особенность – несовпадение главной оси инерции со стенкой. Такая продукция хорошо работает при косом изгибе. Для создания легкой и прочной металлоконструкции швеллер сваривают в коробку с усилением шва металлическими пластинами. Создание такого металлоизделия требует больших трудозатрат. Швеллер чаще всего используется для создания каркасных конструкций, изготовления перекрытий небольших строений – дач, гаражей, хозпостроек, – а также лестниц.

И швеллер, и двутавр относятся к профильному прокату, не рассчитанному на восприятие серьезных усилий, направленных перпендикулярно стенке.

Калькулятор предусматривает расчёт балок на изгиб и прогиб, из горячекатаного и другого проката следующей номенклатуры:

• уголка равнополочного;
• уголка неравнополочного;
• швеллера с уклоном и с параллельными гранями полок;
• двутавров с уклоном полок и с параллел. гранями полок различных модификаций, а также тавровых балок (тавров).

Размеры проката углового профиля оговариваются ГОСТ 8509-93 и 8510-86; швеллеров – 8240-97; двутавров – 26020-83; тавров – ТУ 14-2-685-86; (получаемых продольным разрезом пополам горячекатаных двутавров с парал-ыми гранями полок по ГОСТ 26020-83) – смотрите калькулятор веса двутавра.

При вычислении массы 1 метра длины проката плотность стали в этих стандартах принята равной 7,85 г/см3 (7.85 кг/дм3 или 7850кг/м3).

ПРИМЕЧАНИЕ. Размеры выбранного швеллера, двутавра и тавра указываются в строке “РАЗМЕРЫ ВЫБРАННОГО ПРОФИЛЯ”; размеры полок уголков в их таблицах; толщина уголков выбирается отдельно после появления возможных толщин выбранного номера уголка в вышеуказанной строке.

Укладка деревянных балок

Строители знают о недостатках дерева и стараются свести их к минимуму. Перед монтажом перекрытия все деревянные детали обрабатывают антисептиками, предотвращающими гниение, повреждения насекомыми. Места соприкосновения балок из бруса с кирпичом, бетонными плитами и блоками газобетона изолируют различными материалами.

А чтобы повысить пожарную безопасность, древесину подвергают обработке растворами, не позволяющими ей вспыхнуть сразу же при появлении открытого огня.

Монтаж межэтажных конструкций начинают с заранее подготовленных несущих балок. Они укладываются параллельно короткой стене жилища. Шаг укладки зависит от ширины пролёта, но в среднем он равняется 1 м. Дальше потребуются несложные материалы, обеспечивающие утепление, а также не обойтись без следующих инструментов:

Процесс укладки деревянного перекрытия из балок и досок

• пилы;
• молотка;
• монтажного ножа;
• рулетки;
• строительного степлера.

Балки укрепляют анкерами в нишах кирпичной стены. Но перед закладкой делают косой срез на торцах бруса и пропитывают его антисептиком. Область соприкосновения древесины с кирпичом просмаливают, оборачивают рубероидом. Концы опор в нишах должны закрываться наглухо. Щели можно ликвидировать монтажной пеной.

Затем на несущие балки укладывают лаги для пола, а под них, чтобы уменьшить колебание конструкции, кладут резиновые прокладки. Снизу выполняют подшивку для потолка. Чердачным и подвальным перекрывающим устройствам необходимо утепление. Межэтажным перегородкам без него можно обойтись, но хорошая звукоизоляция обязательна.

Одним их основных конструкционных элементов, применяющихся для устройства перекрытий чердаков или помещений второго этажа в основном в малоэтажном индивидуальном строительстве, является деревянная или металлическая балка, выполняющая одновременно функции лаги пола и основы для крепления потолочных покрытий. Широкому распространению балочных перекрытий способствовали небольшая стоимость исходных строительных материалов и возможность устройства перекрытий без применения грузоподъемных механизмов.

Предварительные соображения

Калькулятор предусматривает расчёт балок для различных схем их крепления и нагрузки. Нагрузка балок может быть распределённой (“q” на схемах 3,4,5,9,15 и др.) или сосредоточенной (“P” на схемах 1,2,6,7,8 и др.)

Читать также: Виды розеток на кухне

Крепление балок может быть: а)консольным с жесткой заделкой одного из концов (например, схемы 1,2,3 и другие); б)”заделка – заделка”, когда оба конца балки жестко защемлены (заделаны), схемы 6,7,8,9; в)”шарнир – шарнир”,(схемы 12,13,14,15 и другие),причём левый шарнир неподвижный а правый подвижный; г)”заделка – шарнир”,(схемы 9,10,11 др.)

Жесткая заделка балки предотвращает поворот балки и перемещение её в любом направлении. Неподвижный шарнир допускает только поворот балки в месте крепления в вертикальной плоскости. Подвижный шарнир допускает поворот балки в месте крепления в вертикальной плоскости и перемещение вдоль её собственной оси.

Эти перемещения весьма незначительны и являются следствием деформации балки под нагрузкой.

Основным видом этой деформации является её прогиб, величина которого наряду с приложенной к балке нагрузкой зависит также от длины балки, размеров её поперечного сечения и физических характеристик материала, в данном случае от его модуля упругости (“E”).

Модуль упругости углеродистой стали равен (2-2.1)10^5 MПа; легированной (2.1-2.2)10^5 MПа; поэтому в калькуляторе принято среднее значение 2.1*10^5 MПа, что составляет 2142000кг/см2.

Из размерных характеристик поперечного сечения балки для расчёта прогиба используется момент инерции сечения (“I”); величина прогиба зависит также от положения проверяемой точки балки относительно опор.

Допустимая величина прогиба балок определяется их назначением и местом в строительных конструкциях и регламентируется соответствующим СНиП; в легких случаях она не должна превышать 1/120 – 1/250 длины балки.

ПОЭТОМУ НАСТОЯТЕЛЬНО РЕКОМЕНДУЕТСЯ ПРОВЕРЯТЬ РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЁТА НА ДОПУСТИМОСТЬ.

При строительстве ответственных объектов и конструкций применяют швеллера, которые обладают высокой прочностью и способны выдерживать существенные нагрузки, а также возникающие сдвиговые и осевые напряжения без потери несущих свойств. Однако могут наступать такие ситуации, когда здание было возведено с ошибками в расчётах предполагаемых нагрузок или они были изменены в ходе эксплуатации в результате чего был достигнут предел его прочности.

Это означает, что дальнейшая эксплуатация конструкции невозможна, так как велика вероятность создания аварийной ситуации. Поэтому единственным выходом из сложившейся ситуации без изменений условий нагружения будет выполнение усиления конструкции.

Усиление швеллера на прогиб и изгиб

Одним из самых простых способов усиления швеллера является установка подпоры. Она позволит существенно разгрузить несущую балку без внесения существенных изменений в готовую конструкцию.

Способ соединения должен в полной мере соответствовать типу нагружения: в случае постоянного действия поперечной силы можно выполнять любые соединения деталей способных обеспечить высокую надёжность и прочность, а вот при динамических — стоит использовать клёпаные и болтовые соединения.

В некоторых ситуациях установка подпорки невозможна из-за особенностей эксплуатации объекта.

Следовательно, придётся увеличивать поперечное сечение путём приваривания стальных накладок или уголков в продольном направлении либо приварить еще один швеллер таким образом, чтобы получилась симметричная конструкция.

Благодаря этому основная нагрузка сместится с точки возможного разрыва металла и распределится равномерно по площади балки новой формы.

Ещё одним способом усиления швеллера считается перераспределение нагрузки между всей конструкцией при помощи конструктивных изменений каркаса или его элементов. Это позволит снизить возникшие изгибающие напряжения и обеспечить необходимый запас прочности. Однако при этом не стоит забывать о проведении новых расчётов объекта, так как проблема может стать более серьёзной.

  Можно ли заварить чугунный блок двигателя

Усиление швеллера на кручение

Чтобы усилить швеллер на скручивание следует обеспечить установку симметричной конструкции методом сварки. Считается, что сварные швы в углах балки способны её ослабить, так как при нагреве металла она может продеформироваться, а накладной металл, особенно при локальной установке, принять на себя нагрузку. Поэтому нужно использовать специальные методы двухсторонней сварки.

Стандартным методом усиления считается приваривание второго швеллера параллельно установленному, чтобы получить в итоге двутавр или коробку.

Оба варианта являются примерно одинаковыми по эффективности, но их реализация возможна только при полном доступе ко всей поверхности стального каркаса, в противном случае придётся разрушать часть отделки, а также устанавливать временные страховочные опоры.

https://www.youtube.com/watch?v=uNKGcZlf0gA\u0026t=45s

Вторым способом увеличения устойчивости к кручению является выполнение бетонирования.

Как усилить швеллер на прогиб-изгиб и на скручивание

Бетонное перекрытие частного дома с применением швеллера

Современное строительство невозможно представить без различных видов металлопроката, без таких видов металлоизделий как двутавровая балка, стальной швеллер, уголок, арматура.

С помощью металлопрокатных изделий достигается высокая прочность строительных конструкций, с помощью балок и швеллера создаются мосты, перекрытия, различные ангары.

Металл применяется при строительстве жилых домов, промышленных зданий.

Швеллер в строительстве

Среди всех конструктивных элементов, которые являются каркасным основанием зданий, наибольшую популярность приобрел швеллер. Это металлоизделие представляет собой балку сечением в виде буквы П. В зависимости от размеров возводимого строения, может применяться разный швеллер по размерам и толщине стенок.

Читать также: Как быстро пилить дрова

Швеллер для перекрытия

В строительстве частного дома часто возникает потребность в производстве бетонного перекрытия. Бывает такие моменты, когда нет финансовой возможности или не хочется покупать готовые ЖБ конструкции.

Как можно сделать бетонные перекрытия самостоятельно?

Изображение с https://metinvestservice.ru/image/data/news_foto/shv.jpg

В первую очередь при установке внимание следует обратить на соотношение между длиной и шириной перекрытия, на слой заливаемого бетона, на форму и размер создаваемого несущего элемента.

Почему выбираются именно бетонные перекрытия? Такая конструкция не будет пропускать какие-то лишние звуки, есть и еще одно преимущество – основание получается прочным, оно не будет раскачиваться и прогибаться.

Безусловно, для упрочнения конструкции можно использовать и другой металлопрокат, например, двутавровую балку. На швеллер по праву считается наиболее выгодным, так как он получается дешевле, а по прочности не уступает двутавру ни в чем.

Размеры швеллера

Для бетонного перекрытия длиной 5 м Вам необходимо взять швеллер сечением 14 мм.

Виды перекрытий по материалу

• Деревянные;
• Железобетонные;
• Металлические.

Однако в некоторых случаях при строительстве дома можно обойтись без них, потому что по конструктивному устройству используются следующие виды перекрытий:

Одни перекрывающие системы держатся на горизонтальных балках. Для монтажа других балок они не требуются, достаточно плит нужных размеров, заказанных на заводе. Укладываются в доме с использованием грузоподъёмной техники. А монолитные перекрытия заливаются прямо на стройплощадке. Сборно-монолитные устройства между этажами – это сочетание балочных опор и бетонного монолита.

Кессонные горизонтальные конструкции используются обычно для обустройства потолка. На нижней их стороне имеются рёбра, составляющие прямоугольники, в совокупности напоминают поверхность вафли. В частном домостроении используются очень редко.

А шатровое перекрытие – это плоская плита, окаймлённая рёбрами. Обычно её одной достаточно для потолка всей комнаты, под размер которой она изготавливается. Арочные устройства необходимы тогда, когда требуется перекрыть фигурные пролёты домов.

В частных одно и двухэтажных домах используются плиты газобетона. Перекрывающая конструкция из него обладает очень хорошей звукоизоляцией, долго сохраняет тепло, поэтому в межэтажных перегородках дополнительное утепление может быть лишним.

Материал лёгкий, без запаха, от него не исходят какие-либо испарения или вредные вещества.

Огнестойкость его также очень высокая. Но ему нужна эффективная гидроизоляция, так как он хорошо впитывает влагу окружающей среды.

В строительной практике используются перегородки со смешением различных материалов. Деревянные балки, чтобы повысить прочность, усиливают металлом.

У монолитных конструкций применяется разнообразная не съёмная опалубка.

Иногда их основная часть – это пустотелые бетонные панели, а потолок полукруглого эркера – плиты газобетона, которым легко придать любую форму и толщину при помощи ручной пилы.

Вариант конструкции перекрытия из газобетонных блоков

Такое разнообразие материалов расширяет архитектурные возможности перекрывающих устройств, их звукоизоляцию и утепление.

Как правильно располагать швеллер?