Швеллер или двутавр для перекрытия: таблица подбора по пролёту и нагрузке

Балку выбирают по двум условиям, а не по одному

Стальная балка перекрытия должна пройти две проверки. Первая — прочность: напряжение в сечении не должно превысить расчётное сопротивление стали. Вторая — жёсткость: прогиб не должен выйти за предел, который задаёт СП 20.

Балка, прошедшая по прочности, запросто может не пройти по прогибу. Она не сломается — она будет заметно гнуться, а под ней потрескается штукатурка и перестанут закрываться двери. На пролётах длиннее четырёх метров при небольшой нагрузке выбор почти всегда определяет именно прогиб.

Отсюда важное следствие: если балку не пропускает прогиб, переход на более прочную сталь не поможет. Жёсткость зависит от модуля упругости, а он у всех сталей одинаковый — 206 000 МПа. Спасает только более высокий профиль.

Что заложено в расчёт

Формулы

Как собрать нагрузку

Нагрузка на перекрытие складывается из полезной (люди, мебель, оборудование) и постоянной — веса самого пирога пола. Полезную берут из СП 20, постоянную считают по слоям.

Таблица подбора швеллера

Швеллер по ГОСТ 8240-89. В ячейке — минимальный номер, проходящий по обоим условиям.

Таблица подбора двутавра

Двутавр по ГОСТ 8239-89 — тот, у которого номер означает высоту в сантиметрах, а полки идут с уклоном.

Швеллер или двутавр: что выходит дешевле

Если сравнивать профили одного номера, двутавр эффективнее: момент сопротивления на килограмм металла у него выше на 4–6 %. Логика простая — у двутавра две полки разнесены от нейтральной оси симметрично, и материал работает лучше.

Но покупают не «килограмм металла», а конкретный номер из сортамента. И тут выясняется, что швеллеров просто больше: линейка начинается с № 5, а у двутавра — только с № 10, да и шаг между номерами мельче (есть 16а, 18а). В результате на конкретном пролёте под швеллер чаще находится размер поменьше:

Вывод, который стоит запомнить: на пролётах частного дома швеллер обычно легче двутавра при той же несущей способности — на пролётах 2–3 метра разница доходит до 25–38 %, дальше держится в пределах 9–13 %. Исключение одно: на пролёте 5 метров сортамент ложится так, что легче оказывается двутавр.

Но есть оговорка, из-за которой швеллер не всегда можно ставить

У швеллера центр изгиба лежит вне сечения, за стенкой. Нагрузка, приложенная по оси балки, создаёт крутящий момент — одиночный швеллер под нагрузкой не только гнётся, но и закручивается. Расчёт выше этого не учитывает.

Практика из этого такая:

• Швеллер годится, когда верхняя полка раскреплена жёстким настилом — профлистом, плитой, сплошной обрешёткой. Настил не даёт сечению провернуться.
• Швеллеры спаривают — два стенка к стенке или полками внутрь. Пара работает симметрично, кручения нет, несущая способность удваивается.
• Двутавр ставят, когда балка открытая и раскрепить её нечем: прогон под кровлей, перемычка, балка под открытой площадкой.

Ещё двутавр удобнее в узлах: широкая полка даёт нормальную площадку под опирание плит и под болтовое крепление. Швеллер зато проще крепить к стене вплотную — стенка ровная, полки смотрят в одну сторону.

Пример: перекрытие гаража 6 × 4 метра

Гараж 6 × 4 м, перекрываем короткий пролёт — 4 метра. Сверху жилая мансарда: стяжка, доска, утеплитель, подшивка потолка.

Чего таблицы не учитывают

Таблицы выше — это предварительный подбор, а не проект. Они посчитаны для одного конкретного случая: однопролётная балка на двух опорах, равномерная нагрузка, сталь С245, раскреплённый сжатый пояс. За их границами остаётся:

• Сосредоточенные нагрузки — колонна, стойка мансарды или печь, опёртые на балку в пролёте. Момент от них считается отдельно и обычно выходит больше.
• Устойчивость плоской формы изгиба — если сжатый пояс ничем не раскреплён, балка теряет устойчивость раньше, чем исчерпает прочность.
• Опирание — длина площадки, местные напряжения под опорой, необходимость рёбер жёсткости.
• Неразрезные балки — на двух и более пролётах моменты распределяются иначе, профиль выходит меньше.
• Огнестойкость и коррозия — металл в перекрытии почти всегда нужно защищать.

Если перекрытие несёт жильё, а не гараж или хозблок, подбор по таблице стоит отдать на проверку проектировщику. Таблица нужна, чтобы понимать порядок величин и разговаривать с ним предметно — и чтобы не заказать двадцать четвёртый номер там, где хватает двенадцатого.