Швеллер и двутавр: выбор балки для перекрытий и каркасов

Когда заказчик говорит «нужна балка», в девяти случаях из десяти речь идёт о двутавре или швеллере. Оба профиля относятся к фасонному прокату, оба хорошо работают на изгиб и широко применяются в перекрытиях, каркасах, перемычках, площадках. Но выбор между ними — не вопрос вкуса. У двутавра и швеллера разная геометрия, разное поведение под нагрузкой и разные удобные области применения. Попробуем разобраться в этом так, чтобы после статьи можно было уверенно прочитать спецификацию и задать подрядчику правильные вопросы.

Геометрия: почему сечение решает всё

Двутавр — симметричный профиль из стенки и двух полок, сечение похоже на букву «Н», повёрнутую набок, или на заглавную «I». Швеллер — профиль П-образного сечения: стенка и две полки, направленные в одну сторону.

Для изгиба важно, насколько далеко металл расположен от нейтральной оси. И у двутавра, и у швеллера основная масса металла сосредоточена в полках, удалённых от центра, — это и делает их эффективными балками. Но есть ключевое различие.

• Двутавр симметричен относительно обеих осей. Нагрузка, приложенная по оси стенки, вызывает чистый изгиб. Профиль не стремится повернуться или закрутиться.
• Швеллер симметричен только относительно одной оси. Его центр изгиба лежит вне сечения, со стороны спинки. Если нагрузка приложена по оси стенки или по полке, возникает кручение. Одиночный швеллер под большой нагрузкой «заваливается» набок.

Отсюда практическое правило: как одиночная балка, воспринимающая значительную вертикальную нагрузку, двутавр обычно выигрывает. Швеллер хорош там, где его кручение сдерживается — он прикреплён к стене, к плите, работает в паре с другим швеллером или используется как обвязочный, торцевой, окаймляющий элемент.

Серии профилей и как читать обозначения

У обоих профилей номер обычно соответствует высоте сечения в сантиметрах: двутавр 20 — высота около 200 мм, швеллер 16 — около 160 мм. Дальше начинаются буквы, и в них стоит разобраться.

Швеллеры

Горячекатаные швеллеры выпускают по ГОСТ 8240. Основные серии:

• У — с уклоном внутренних граней полок: 10У, 12У, 16У, 20У и т. д. Классический строительный швеллер.
• П — с параллельными гранями полок: 10П, 16П, 20П. Удобнее для болтовых соединений, так как шайба ложится на плоскость без косых шайб.
• Э, Л, С — экономичная, лёгкая и специальная серии, применяются реже.

Отдельно существуют гнутые швеллеры по ГОСТ 8278 из листа — они легче, с тонкой стенкой и скруглёнными углами, используются в лёгких каркасах, обрамлениях, ограждениях.

Двутавры

Классические двутавры с уклоном полок — по ГОСТ 8239: 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 27, 30 и далее. Сегодня в строительстве гораздо чаще применяют двутавры с параллельными гранями полок по ГОСТ 26020 и СТО производителей:

• Б — балочные, нормальные: 20Б1, 25Б1, 30Б2, 35Б1. Основной профиль для балок перекрытий.
• Ш — широкополочные: 20Ш1, 30Ш1, 40Ш1. Более широкие полки, лучше устойчивость, применяются для тяжёлых балок и иногда для колонн.
• К — колонные: 20К1, 25К2, 30К1. Ширина полки близка к высоте сечения, профиль одинаково устойчив в обеих плоскостях — именно то, что нужно сжатой колонне.
• Д, ДБ — дополнительные серии с иными соотношениями размеров.

Цифра после буквы показывает вариант толщин в пределах одного номера: 30Б1 легче, 30Б2 тяжелее. При одинаковой высоте разница в массе и несущей способности бывает существенной, поэтому в заявке указывают полное обозначение, а не просто «двутавр 30».

Сравнение по ключевым параметрам

Где что применяют: типичные сценарии

Перекрытия в частных и небольших зданиях

Металлические балки перекрытий под деревянный настил, профнастил с бетоном или сборные плиты — классическая задача для двутавра серии Б. Для пролётов 4–6 м при жилой нагрузке и шаге балок около 1 м чаще всего выходят профили 16Б1–20Б1, при больших пролётах и шаге — 25Б1–30Б1. Это ориентиры, окончательное сечение определяется расчётом с учётом прогиба: для перекрытий обычно ограничивают прогиб величиной около 1/250 пролёта, и именно жёсткость, а не прочность, чаще всего диктует номер.

Перемычки над проёмами

При пробивке нового проёма в кирпичной стене или расширении существующего чаще применяют швеллеры — два профиля с обеих сторон стены, стянутые болтами или шпильками. Спинка швеллера плотно прилегает к кладке, полки охватывают её, а парная установка гасит кручение. Иногда при широких проёмах и больших нагрузках ставят двутавры с пакетом обрамления.

Каркасы зданий и площадок

В каркасах складов, мезонинов, технологических площадок колонны делают из двутавров серии К или из квадратных труб, ригели и балки — из двутавров серии Б или Ш. Швеллер здесь занимает роль вспомогательного элемента: обвязки, связи, второстепенные балки по краю, опоры под оборудование, косоуры лестниц.

Лестницы и площадки

Косоуры металлических лестниц традиционно делают из швеллера: ровная спинка смотрит наружу, на полки удобно приваривать уголки-опоры под ступени. Номер подбирают по пролёту и нагрузке — чаще всего 14–20.

Монорельсы и подвесные пути

Для талей и кран-балок используют двутавры — по нижней полке катится тележка. Здесь важна специальная серия или проверка нижней полки на местный изгиб.

Монтажные нюансы, о которых забывают

Правильно подобранная балка может работать плохо из-за ошибок в узлах. Самые частые из них:

1. Недостаточное опирание на стену. Балку на кирпичную кладку опирают обычно не менее чем на 150–250 мм, через распределительную железобетонную подушку или стальную пластину. Без подушки кирпич под полкой сминается.
2. Отсутствие раскрепления сжатой полки. Длинная балка без настила или связей может потерять устойчивость в плоскости, перпендикулярной нагрузке, — так называемая потеря общей устойчивости. Настил, прикреплённый к верхней полке, или поперечные связи решают проблему.
3. Сварка «на весь контур» без учёта проекта. Опорные узлы бывают шарнирными и жёсткими. Если в проекте шарнир, а на площадке «для надёжности» обварили всё вкруговую, узел начинает работать иначе, и перераспределение усилий может перегрузить колонну или стену.
4. Неправильная ориентация швеллера. Полками вниз или вверх, к стене или от стены — для швеллера это существенно. Ориентация должна соответствовать чертежу.
5. Отсутствие антикоррозийной защиты в местах опирания. Концы балок, замурованные в кладку, ржавеют незаметно. Их нужно окрашивать или обрабатывать до монтажа, а не после.

Пример из практики: перекрытие над пристройкой

Чтобы цифры не оставались абстрактными, приведём упрощённый пример, близкий к тому, с чем к нам приходят частные заказчики и небольшие производственные компании. Нужно перекрыть одноэтажную пристройку шириной 5,5 м в свету. Стены кирпичные, перекрытие — профнастил с монолитным бетоном толщиной около 100 мм, сверху стяжка и покрытие пола, полезная нагрузка — как для служебного помещения.

Первый вопрос — шаг балок. Если поставить их через 1,5 м, профнастил под бетон потребуется высокий и с промежуточными опорами на время бетонирования. Если шаг 1 м — профнастил проще, но балок больше. Обычно находят компромисс около 1,2 м.

Второй вопрос — профиль. Расчётный пролёт с учётом опирания — около 5,8 м. Для такой схемы предварительный расчёт обычно приводит к двутавру 20Б1 – 25Б1, и решающей оказывается проверка прогиба, а не прочности. Одиночный швеллер того же номера по прогибу и по кручению здесь проигрывает — его пришлось бы раскреплять и увеличивать.

Третий вопрос — опирание. Под каждую балку в кладку закладывается распределительная плита или монолитный пояс, концы балок окрашиваются и заделываются, а по верхней полке привариваются упоры для сцепления с бетоном. Торцевые балки у стен — из швеллера спинкой к кладке: ему как раз удобно прилегать к плоскости и служить обвязкой.

Итог: основные балки — двутавр, обвязка — швеллер. Ровно та логика, о которой шла речь выше.

Масса и заказ: на что обратить внимание

Фасонный прокат продают по массе, а длины бывают мерные и немерные. Стандартная длина двутавров и швеллеров — 12 м, часто доступны и другие длины. Справочная масса метра нескольких ходовых профилей:

При заказе важно:

• указывать полное обозначение профиля с серией и вариантом толщин (20Б1, а не «двутавр 20»), а также стандарт или СТО;
• указывать марку стали: для большинства конструкций — С255 или С345 по ГОСТ 27772, для работы при низких температурах и под динамикой — С345 или 09Г2С;
• согласовать длины под раскрой: если балки по 6,3 м, из 12-метровой заготовки получится только одна, и останется 5,7 м обрезка;
• учитывать, что доставить 12-метровую балку во двор в центре Москвы — отдельная задача: нужен длинномер, пропуск и место для разгрузки.

Наш подход

Мы поставляем двутавры и швеллеры всех основных серий со склада и под заказ, режем в размер, сверлим отверстия под болтовые соединения и при необходимости грунтуем до отгрузки. Ассортимент — в разделе сортового и фасонного проката. Если балки нужны не сами по себе, а в составе перекрытия, площадки или каркаса, наша бригада выполнит монтаж металлоконструкций с устройством опорных узлов, а доставку длинномером и подъём на место организуем через такелажную службу.

Если свести всё к одной мысли: двутавр — для балок и колонн, которые несут основную нагрузку и стоят «сами по себе»; швеллер — для элементов, которые опираются спинкой на что-то, работают парой или обрамляют. А всё, что между этими случаями, решается расчётом, а не тем, какой профиль сейчас лежит на складе.