Виды фасонного стального проката: двутавры, швеллеры и уголки

Основные виды фасонного стального проката

Фасонный стальной прокат представляет собой профили определённой геометрической формы, получаемые методом горячей или холодной прокатки. В отличие от листового или сортового проката (круг, квадрат), фасонные профили обладают повышенной несущей способностью при меньшем расходе металла. К основным видам такого проката относятся двутавры, швеллеры и уголки. Подробные сведения о сортаменте и допусках приведены в актуальных редакциях государственных стандартов. Актуальные цены и наличие можно уточнить на портале steelradar.ru.

Двутавры: конструкция и область применения

Двутавр — профиль, сечение которого напоминает букву «Н». Он состоит из двух параллельных или с небольшим уклоном полок, соединённых вертикальной стенкой. Такая форма обеспечивает высокое сопротивление изгибу в вертикальной плоскости. Двутавры применяются в качестве основных несущих балок перекрытий, мостовых пролётов и подкрановых путей. Горячекатаные двутавры изготавливаются по ГОСТ 8239-89 (с уклоном полок) и ГОСТ 26020-83 (с параллельными гранями полок, так называемые широкополочные).

Швеллеры: особенности и типы

Швеллер имеет П-образное поперечное сечение. В отличие от двутавра, стенка у швеллера расположена с одной стороны, что делает его менее симметричным относительно вертикальной оси. Это влияет на распределение напряжений при изгибе. Швеллеры подразделяются на горячекатаные (ГОСТ 8240-97) и холодногнутые (ГОСТ 8278-83). Горячекатаные профили имеют большую толщину стенки и полок, холодногнутые — изготавливаются из листовой стали и имеют меньшую массу. Швеллеры используются в каркасах зданий, колоннах, рамах, элементах транспортных средств и опорах линий электропередачи.

Уголки равнополочные и неравнополочные

Уголок — это профиль Г-образного сечения. Он может быть равнополочным (обе полки одинаковой ширины) и неравнополочным (полки разной ширины). Равнополочные уголки регламентируются ГОСТ 8509-93, неравнополочные — ГОСТ 8510-86. Уголки применяются в качестве элементов связей, раскосов и поясов ферм, а также для усиления проёмов и обрамления конструкций. Неравнополочные профили часто используются в местах, где требуется разная жёсткость в двух плоскостях, например, в балках с односторонним опиранием.

Технические характеристики и маркировка

Геометрические параметры и номера профилей

Основные геометрические параметры фасонного проката — высота профиля, ширина полки, толщина стенки и толщина полки. Для двутавров и швеллеров номер профиля соответствует высоте в сантиметрах. Например, двутавр №20 имеет высоту 200 мм. Уголки обозначаются через ширину полки и толщину: например, уголок 75х75х6 (равнополочный, полка 75 мм, толщина 6 мм) или 100х63х8 (неравнополочный). Каждому номеру профиля соответствуют определённые значения массы погонного метра, площади сечения, моментов инерции и моментов сопротивления.

Марки стали и их влияние на свойства

Для изготовления фасонного проката используются углеродистые и низколегированные стали. Наиболее распространённая марка — Ст3 (Ст3сп, Ст3пс, Ст3кп). Она обладает достаточной прочностью (предел текучести 235–245 МПа) и хорошей свариваемостью. Для конструкций, работающих при низких температурах или под высокими динамическими нагрузками, применяют низколегированные стали типа 09Г2С. Эта марка имеет предел текучести около 345 МПа и повышенную хладостойкость. Выбор марки стали напрямую влияет на несущую способность профиля и условия его эксплуатации.

Стандарты качества (ГОСТ, ТУ)

Качество фасонного проката регламентируется государственными стандартами. ГОСТ 535-2005 устанавливает общие технические условия на сортовой и фасонный прокат из углеродистой стали. Отдельные стандарты определяют сортамент конкретных профилей: ГОСТ 8239-89 для двутавров, ГОСТ 8240-97 для швеллеров, ГОСТ 8509-93 и ГОСТ 8510-86 для уголков. Для холодногнутых профилей действуют ГОСТ 8278-83 (швеллеры) и ГОСТ 8281-80 (уголки). Технические условия (ТУ) могут устанавливать дополнительные требования к профилям, изготовленным по заказу конкретного потребителя, например, по точности прокатки или химическому составу стали.

Применение в строительстве и машиностроении

Несущие конструкции зданий и сооружений

Фасонный прокат является основой металлических каркасов зданий. Двутавры используются в качестве колонн и балок перекрытий. Швеллеры применяются для устройства прогонов кровли, обрамления проёмов и в качестве элементов жёсткости стен. Уголки служат для создания связей между колоннами и фермами, обеспечивая пространственную жёсткость каркаса. В промышленных зданиях двутавры и швеллеры воспринимают нагрузки от оборудования, мостовых кранов и снегового покрова.

Металлические фермы и перекрытия

В фермах фасонный прокат используется для формирования поясов и решётки. Верхние и нижние пояса часто выполняют из двутавров или швеллеров, а раскосы и стойки — из уголков. Такая комбинация позволяет получить лёгкую и жёсткую конструкцию пролётом до 30–40 метров. В междуэтажных перекрытиях двутавры и швеллеры работают как главные и второстепенные балки, на которые укладываются профилированный настил или железобетонные плиты.

Элементы мостов и кранов

В мостостроении используются преимущественно двутавры с параллельными полками (широкополочные) из низколегированных сталей. Они образуют главные балки пролётных строений. Швеллеры применяются в качестве продольных и поперечных связей. В краностроении двутавры служат основой для подкрановых балок, по которым перемещается мостовой кран. Уголки используются для изготовления ферм мостов кранов и их рам.

Выбор профиля под нагрузку и расчёт

Учёт изгибающих и сдвигающих нагрузок

При выборе профиля учитывается тип нагрузки: статическая (собственный вес, полезная нагрузка) или динамическая (ветер, работа крана, сейсмические воздействия). Для балки, работающей на изгиб, основным критерием является момент сопротивления сечения (W). Чем больше W, тем меньше изгибающее напряжение при заданном моменте. Сдвигающие нагрузки (поперечная сила) проверяются по касательным напряжениям, которые зависят от толщины стенки профиля. Для колонн, работающих на сжатие, критичен момент инерции (I), определяющий устойчивость стержня.

Таблицы сортамента и моментов сопротивления

Для каждого номера профиля в таблицах сортамента указаны точные значения площади сечения (A), массы 1 метра, моментов инерции (Ix, Iy) и моментов сопротивления (Wx, Wy). Эти данные необходимы для инженерных расчётов. Например, для двутавра №20 по ГОСТ 8239-89 момент сопротивления относительно оси X (Wx) составляет 184 см³. При выборе профиля из таблицы находят такой номер, у которого Wx не меньше требуемого по расчёту. Для швеллеров и уголков таблицы сортамента также содержат радиусы инерции, что важно при расчёте гибкости сжатых элементов.

Пример расчёта балки на прочность

Требуется подобрать двутавр для балки пролётом 6 метров, нагруженной равномерно распределённой нагрузкой 20 кН/м. Расчётный изгибающий момент M = q*l²/8 = 20*6²/8 = 90 кН*м. Расчётное сопротивление стали Ст3 принимается 240 МПа. Необходимый момент сопротивления W = M / R = 90 000 000 Н*мм / 240 МПа = 375 000 мм³ = 375 см³. По таблице сортамента ближайшее значение Wx = 409 см³ имеет двутавр №27. Для данной балки подходит двутавр №27.

Технологии обработки и защиты

Сварка и резка фасонного проката

Фасонный прокат соединяется в основном сваркой. Для углеродистых сталей (Ст3) применяются электроды типа Э42 или Э46. Для низколегированных сталей (09Г2С) используются электроды типа Э50А. Сварные швы выполняются встык, внахлёст или с накладками. При резке профилей используются механические ножницы, дисковые пилы или термические методы (кислородная, плазменная, лазерная резка). После сварки может потребоваться правка профилей для устранения деформаций, вызванных нагревом.

Антикоррозийная защита и покрытия

Для продления срока службы стальных конструкций применяется антикоррозийная защита. Наиболее распространённые методы — окрашивание лакокрасочными материалами (грунтовка ГФ-021, эмали ПФ-115 или ХВ-110) и горячее цинкование. Оцинковка обеспечивает защиту на 20–50 лет в зависимости от агрессивности среды. Для конструкций, эксплуатируемых внутри помещений, достаточно двухслойного окрашивания. Для наружных конструкций в промышленной атмосфере требуется более сложная система покрытия, включающая цинконаполненную грунтовку и стойкие к УФ-излучению эмали.

Допуски и контроль качества

Приёмка фасонного проката осуществляется по ГОСТ 535-2005 или по условиям поставки, указанным в заказе. Контролируются геометрические размеры (высота, ширина, толщина), кривизна профиля, длина, а также наличие дефектов поверхности (плены, трещины, раковины). Предельные отклонения по высоте профиля составляют ±2 мм для двутавров до №20 и ±3 мм для больших номеров. Толщина стенки контролируется с точностью ±0,3–0,5 мм. Каждая партия проката сопровождается сертификатом, в котором указаны марка стали, номер плавки и результаты механических испытаний.