Эволюция сортамента: почему появились Ш и К двутавры

25.01.2026

Классический горячекатаный двутавр, знакомый любому строителю прошлого столетия, имел форму, близкую к букве «I». Его геометрические пропорции были в определённой степени компромиссом, обеспечивая приемлемую несущую способность и при изгибе, и при сжатии.

Полки такого профиля, регламентированные старыми стандартами вроде ГОСТ 8239-89, были относительно узкими, а стенка – достаточно высокой. Подобная конфигурация хорошо работала в балках перекрытий, где основной вид нагружения – поперечный изгиб.

Однако бурное развитие промышленности и строительства в середине прошлого века выявило пределы универсальности обычного профиля. Конструкторы столкнулись с задачами, где требовалась не просто прочность, а максимальная оптимизация материала под чётко заданный вид силового воздействия. Это привело к логичной и изящной в своей простоте специализации сортамента.

Широкополочный двутавр, обозначаемый литерой «Ш», стал прямым ответом на запросы проектировщиков большепролётных конструкций, испытывающих значительный изгибающий момент. Его ключевое отличие – полки, значительно превосходящие по ширине полки стандартного профиля при схожей высоте сечения.

Допустим, двутавр 35Ш1 имеет высоту 338 мм при ширине полки 250 мм, в то время как у обычного двутавра 30 высота 300 мм, а ширина полки лишь 135 мм. Увеличение ширины полок прямо влияет на момент инерции и момент сопротивления сечения относительно горизонтальной оси, что является определяющими параметрами для работы на изгиб.

Проще говоря, такая балка способна выдержать гораздо большую распределённую нагрузку на той же длине пролёта либо обеспечить тот же уровень надёжности при меньшем весе металлоконструкции. Это свойство оказалось бесценным при возведении тяжёлых промышленных цехов, большепролётных ангаров и мостовых конструкций, где балки работали преимущественно на изгиб от вертикальных сил.

Параллельно с этим развивалась другая специализированная форма – колонный двутавр, маркируемый буквой «К». Его появление диктовалось потребностями в эффективных центрально-сжатых элементах, коими являются колонны каркасов зданий.

Ключевая проблема для обычного двутавра в колонне – риск потери устойчивости, причём не только в целом, но и местной, то есть выпучивания отдельных элементов сечения. Колонный профиль решает эту задачу за счёт принципиально иных пропорций.

Его полки имеют почти равную ширину с высотой сечения, а стенка существенно толще, чем у классического или широкополочного аналога. Возьмём для сравнения двутавр 20К1: высота 193 мм, ширина полки 200 мм, толщина стенки 6.5 мм. Сравним с двутавром 20: высота 200 мм, ширина полки 100 мм, толщина стенки 5.2 мм. У колонного двутавра полки являются более развитыми, что повышает радиус инерции сечения, а значит, и его гибкость, критическую силу. Равнопрочность полок и стенки на сжатие гарантирует, что конструктивный элемент будет терять устойчивость как целое, а не за счёт местных деформаций.

Практический выбор между этими типами профиля базируется на анализе эпюр внутренних усилий в проектируемой конструкции. Для чисто изгибаемых элементов рационально применять широкополочные двутавры, так как они дают максимальную эффективность вложенного металла.

В чисто сжатых колоннах однозначно предпочтительнее колонные профили. Реальность же проектирования часто сталкивает нас со случаями внецентренного сжатия, когда колонна нагружена не только вертикальной силой, но и изгибающим моментом, допустим, от примыкающих балок или ветровой нагрузки.

Здесь на помощь приходило использование парных профилей, которые соединялись связями для создания сквозных сечений с повышенной жёсткостью. Развитие теории расчёта на устойчивость и появление соответствующих норм проектирования, СНиП II-23-81 «Стальные конструкции», закрепило математический аппарат для работы с этими новыми формами.

Сортамент данных профилей был стандартизирован в СССР в нормативных документах, которые позже трансформировались в ГОСТ 26020-83 и серию стандартов на конкретные типы. Это позволило унифицировать проектные решения, упростить изготовление на прокатных станах и поставить производство металлоконструкций на поток.

Вес погонного метра, моменты сопротивления, инерции и другие геометрические характеристики стали табличными данными, доступными любому инженеру-расчётчику. К примеру, для двутавра 40К2 момент инерции относительно оси Y-Y, определяющей устойчивость колонны, составляет 8890 см⁴, что почти в пять раз превышает аналогичный показатель для обычного двутавра 40.

Этот численный пример наглядно демонстрирует качественный скачок в несущей способности при схожей массе металла.

Работа с такими профилями на монтаже имеет свои нюансы. Широкополочные балки, особенно большой высоты, требуют внимания к обеспечению общей устойчивости до закрепления связями или настилом.

Их монтаж часто влек за собой применение более мощной крановой техники из-за увеличенного веса элементов при той же длине. Колонные двутавры, в силу своей формы, удобны для стыковки и устройства базовых опорных узлов, так как развитая полка предоставляет достаточную площадь для размещения фрезерованного торца и опорной плиты.

Сварка этих профилей, в особенности толстостенных колонных, диктует необходимость применения технологий, исключающих образование больших остаточных напряжений, которые могут спровоцировать потерю устойчивости уже на этапе монтажа. Использование предварительного подогрева, правильная очерёдность наложения швов – эти операции становились обязательными при сборке ответственных каркасов.

Таким образом, переход от универсального двутавра к специализированным широкополочным и колонным профилям стал не изобретением ради новизны, а закономерным следствием углубления инженерных знаний и ужесточения требований к экономической эффективности строительства. Это позволило проектировать более лёгкие, но при этом более прочные металлоконструкции, осваивать большепролётное строительство и создавать каркасы для уникальных промышленных объектов.

Материал в конструкции стал работать не просто с запасом, а оптимально, что и являлось основной задачей инженерной мысли той эпохи. Понимание этой эволюции даёт современному специалисту ключ к грамотной оценке существующих конструкций и осознанному выбору современных аналогов, продолжающих логику развития стального проката.

Рассказать друзьям:

Комментарии

Пока нет комментариев