Швеллер или двутавр: что прочнее и что выбрать
На изгиб двутавр прочнее швеллера того же номера: у двутавра 20 момент сопротивления 184 см³, у швеллера 20П 153 см³, а тяжелее он всего на 14 %. Швеллер берут, когда нужна ровная спинка под крепление или профиль ниже по высоте.
Двутавр прочнее швеллера того же номера и на изгиб, и на прогиб. При равной высоте 200 мм у двутавра момент сопротивления Wx 184 см³, у швеллера 20П 153 см³, разница около 20 %. Вес метра у двутавра выше всего на 14 %: 21,0 кг против 18,4 кг. Двутавр симметричен и под нагрузкой сверху не закручивается. Швеллер выигрывает там, где к профилю что-то крепят плоской спинкой, где важна высота или где нужен край проёма, лестницы, рамы.
Чем отличается швеллер от двутавра
В сечении швеллер похож на букву П: стенка и две полки, обе смотрят в одну сторону. Двутавр похож на букву Н, положенную набок: полки расходятся от стенки в обе стороны. Номер у обоих профилей означает высоту в сантиметрах, двутавр 20 и швеллер 20 имеют высоту 200 мм.
Из формы вытекает главное различие в работе. У двутавра сечение симметрично относительно стенки. Нагрузка, приложенная по оси стенки, просто гнёт балку. У швеллера материал смещён в одну сторону, и одиночный швеллер, нагруженный сверху по полке, стремится вывернуться вбок. Поэтому одиночный швеллер в перекрытии или под тяжёлой нагрузкой ставят с раскреплением (к стене, настилу, соседним элементам) или парой.
«Чем отличается швеллер от балки» спрашивают, потому что в торговле балкой называют двутавр. В каталоге он так и лежит, в разделе балки (двутавр). А швеллер в проекте тоже может работать балкой, например прогоном или перемычкой.
Сравнение по ГОСТ: масса и момент сопротивления
Для честного сравнения взяты профили одной высоты из двух стандартов: швеллер серии П по ГОСТ 8240-97 и двутавр с уклоном полок по ГОСТ 8239-89. Wx отвечает за прочность на изгиб, Ix за жёсткость, то есть за прогиб.
| Номер | Швеллер П: масса 1 м, кг | Швеллер П: Wx, см³ | Двутавр: масса 1 м, кг | Двутавр: Wx, см³ |
|---|---|---|---|---|
| 10 | 8,59 | 34,9 | 9,46 | 39,7 |
| 12 | 10,4 | 50,8 | 11,5 | 58,4 |
| 14 | 12,3 | 70,4 | 13,7 | 81,7 |
| 16 | 14,2 | 93,8 | 15,9 | 109 |
| 18 | 16,3 | 121 | 18,4 | 143 |
| 20 | 18,4 | 153 | 21,0 | 184 |
| 24 | 24,0 | 243 | 27,3 | 289 |
Двутавр каждого номера на 14–20 % прочнее и на 10–14 % тяжелее швеллера. Если пересчитать на килограмм металла, двутавр всё равно немного впереди, на 3–5 %. Разница небольшая, и выбор чаще решают форма сечения и узлы крепления.
Современные двутавры по ГОСТ Р 57837-2017 обозначают с буквой: 20Б1, 20Б2, 20Ш1, 20К1. По массе 20Б1 (21,3 кг) близок к двутавру 20 по ГОСТ 8239 (21,0 кг), а Б2, Ш и К заметно тяжелее и мощнее. Вес всех вариантов собран на странице ГОСТ Р 57837, швеллеров на странице ГОСТ 8240-97.
Что прочнее на прогиб
Прогиб балки при одной нагрузке и одном пролёте обратно пропорционален моменту инерции Ix. У швеллера 20П Ix 1530 см⁴, у двутавра 20 1840 см⁴. Значит, двутавр прогнётся примерно на 17 % меньше. У 16П и двутавра 16 соотношение похожее: 750 против 873 см⁴, двутавр прогибается на 14 % меньше.
Для перекрытий прогиб часто важнее прочности: балка выдержит, но будет пружинить, а штукатурка снизу потрескается. Поэтому на перекрытия, перемычки с большим пролётом и подкрановые пути ставят двутавр. Сечение под конкретный пролёт и нагрузку подбирает расчёт или проектировщик, таблица выше нужна только для сравнения профилей. Прикинуть вес балки и стоимость по длине можно в калькуляторе балки.
| Номер профиля | Вес 1 м, кг | Метров в тонне | ≈ ₽ за метр |
|---|---|---|---|
| 16Б1 | 12,7 | 79 | 1 283 |
| 16Б2 | 15,8 | 63 | 1 835 |
| 20Б1 | 21,3 | 47 | 2 312 |
| 20Б2 | 25,3 | 40 | 2 747 |
Спаренный швеллер против двутавра
Два швеллера, сваренные спинками или полками в коробку, работают вместе, моменты сопротивления складываются. Посмотрим на цифры.
| Вариант | Высота, мм | Масса 1 м, кг | Wx, см³ |
|---|---|---|---|
| 2 × 16П | 160 | 28,4 | 187,6 |
| Двутавр 20 (ГОСТ 8239) | 200 | 21,0 | 184 |
| 2 × 20П | 200 | 36,8 | 306 |
| Двутавр 24 (ГОСТ 8239) | 240 | 27,3 | 289 |
Спарка из двух 16П держит столько же, сколько двутавр 20, но весит на треть больше. Зато она на 40 мм ниже, а сваренная в коробку плохо закручивается и устойчива вбок. Спаренный швеллер берут, когда высоты под двутавр нет, когда нужна широкая опорная площадка (под стену, под кладку, под оборудование) или когда двух швеллеров нужной длины проще достать, чем балку.
Где что ставят
Двутавр ставят на перекрытия по стенам, на перемычки над широкими проёмами, ригели каркаса, под кран-балку и тельфер, на прогоны с большим шагом. Везде, где нагрузка идёт сверху и важна жёсткость.
Швеллер берут на обвязку и окантовку проёмов, косоуры лестниц, рамы под навесное оборудование, закладные, балки навесов и прогоны с небольшим пролётом, обрамление площадок. Ровная спинка швеллера удобна, чтобы прижать профиль к стене или приварить к нему лист и настил.
Пример с весом. Навес 6 × 4 м, две продольные балки по 6 м. Из швеллера 20П они весят 2 × 6 × 18,4 = 221 кг, из двутавра 20 по ГОСТ 8239 2 × 6 × 21,0 = 252 кг. Двутавр добавит 31 кг металла и около 20 % запаса по прочности. Нужен ли этот запас, решает расчёт на снег и ветер для вашего района, а не таблица. Если балка лежит на стенах дома и несёт перекрытие, номер профиля берут только из расчёта.
На сайте есть страницы под ходовые размеры. Двутавр: двутавр 16, двутавр 20. Швеллер: швеллер 16, швеллер 20. О разнице серий П и У есть отдельная статья, чем отличается швеллер П от У.
Двутавр или профильная труба: что прочнее
На вертикальный изгиб при равной массе двутавр прочнее. Возьмём трубу 200 × 100 × 5 (22,3 кг/м по ГОСТ 30245) и двутавр 20 (21,0 кг/м). По формуле для прямоугольного сечения без учёта скругления углов у трубы Wx выходит около 152 см³, у двутавра по ГОСТ 184 см³. Металл двутавра сосредоточен в полках, дальше от середины, и работает на изгиб эффективнее.
Труба сильнее в другом. У неё замкнутое сечение, она в разы лучше держит кручение и изгиб вбок. Поэтому на стойки, колонны навесов, каркасы ворот и рамы, где нагрузка приходит с разных сторон, профтруба удобнее, а на горизонтальную балку под тяжёлую нагрузку сверху лучше двутавр.
Частые вопросы
Двутавр или швеллер: что прочнее на прогиб?
Двутавр. При равной высоте 200 мм у двутавра Ix 1840 см⁴, у швеллера 20П 1530 см⁴, прогиб двутавра при той же нагрузке меньше примерно на 17 %.
Чем отличается швеллер от двутавра?
Формой сечения. У швеллера полки с одной стороны стенки, у двутавра с обеих, поэтому двутавр симметричен и не закручивается под нагрузкой сверху. Двутавр того же номера прочнее на 14–20 % и тяжелее на 10–14 %.
Чем отличается швеллер от балки?
Балкой в торговле называют двутавр, и отличие то же, что у швеллера от двутавра. В конструкции балкой может работать и швеллер, если он лежит на опорах и несёт нагрузку.
Можно ли заменить двутавр двумя швеллерами?
Можно, если спарка набирает тот же момент сопротивления. Два 16П дают Wx 187,6 см³, как двутавр 20, но весят на треть больше. Замену в проекте согласовывают с проектировщиком.
Что прочнее, двутавр или профильная труба?
На изгиб сверху при равной массе прочнее двутавр: у двутавра 20 Wx 184 см³, у трубы 200 × 100 × 5 около 152 см³. На кручение и боковую нагрузку крепче труба.