Покрівля – це не лише крокви та покрівельне покриття. Під ним знаходиться ціла система елементів, які мають витримувати власну вагу конструкції, снігове та вітрове навантаження, а іноді й вагу обладнання. Тому вибір металопрокату для покрівельного каркаса не можна зводити лише до питання розміру профілю.
Швелер використовують у будівництві для виготовлення прогонів, балок, стояків, елементів ферм та інших частин металевих конструкцій. Він добре працює на вигин і дає змогу створювати міцні каркаси без надмірного збільшення кількості металу. Але конкретний профіль необхідно підбирати з урахуванням умов експлуатації та розрахункових навантажень.
Залежно від проєкту швелер може виконувати різні функції. Його застосовують під час будівництва промислових і складських будівель, ангарів, навісів, майстерень, гаражів та інших об’єктів.
Однією з поширених сфер застосування є виготовлення прогонів. Ці елементи розташовуються між несучими конструкціями та передають навантаження від покрівельного покриття на основні балки або ферми.
Швелер також може використовуватися для виготовлення:
При цьому один і той самий тип профілю не обов’язково буде однаково добре підходити для всіх перелічених завдань. Навантаження та умови роботи кожного елемента можуть суттєво відрізнятися.
Перше, з чим потрібно визначитися, — тип профілю. Для покрівельних конструкцій можуть використовуватися як гарячекатані, так і гнуті швелери.
Гарячекатаний швелер отримують шляхом гарячої прокатки сталі. Такий профіль відрізняється розвиненим перерізом і застосовується в конструкціях, де важливі міцність та жорсткість. Його часто обирають для більш відповідальних несучих елементів, які сприймають значні навантаження.
Гнутий швелер виготовляють із листової сталі методом профілювання. Він може бути цікавим там, де потрібно зменшити масу конструкції або підібрати певну геометрію профілю. Однак його характеристики необхідно оцінювати за конкретним типорозміром, а не лише за висотою стінки.
Вибір між двома варіантами має ґрунтуватися на розрахунках. Легший профіль не завжди виявляється економічнішим, якщо для забезпечення необхідної жорсткості доводиться зменшувати крок між опорами або додавати додаткові елементи.
Основним параметром є не просто висота швелера. Для покрівельної конструкції мають значення товщина стінки та полиць, площа поперечного перерізу, маса погонного метра, момент інерції та момент опору.
Саме розрахункові характеристики дають змогу зрозуміти, наскільки ефективно профіль працюватиме під навантаженням.
Наприклад, два швелери можуть мати близьку висоту, але відрізнятися за товщиною металу та геометрією полиць. У результаті їхня жорсткість і здатність сприймати згинальні навантаження будуть різними.
Тому обирати швелер лише за принципом «чим більший розмір, тим краще» теж неправильно. Занадто важкий профіль збільшує масу всієї покрівельної системи та навантаження на стіни, колони й фундамент.
Для покрівлі особливо важливим є снігове навантаження. Його величина залежить від регіону будівництва, форми та ухилу даху, особливостей розташування будівлі та інших факторів.
Сніг не завжди розподіляється по поверхні покрівлі рівномірно. В окремих зонах можуть утворюватися снігові мішки, особливо біля перепадів висоти, парапетів, конструкцій, що виступають, та інших елементів.
Тому швелер для покрівельних конструкцій необхідно обирати з урахуванням найбільш несприятливого розрахункового випадку, а не лише середньої кількості снігу.
Якщо прогони або балки мають недостатню жорсткість, під навантаженням може виникнути надмірний прогин. Це здатне вплинути не лише на металевий каркас, а й на стан покрівельного покриття.
Покрівля зазнає не лише вертикального тиску. Вітер здатний створювати значні горизонтальні та підйомні навантаження.
Особливо уважно цей фактор необхідно враховувати для легких покрівель, навісів, ангарів і будівель із великою площею покриття. Під час сильного вітру частина навантаження може передаватися на кріплення та вузли з’єднання.
Тому недостатньо підібрати міцний швелер. Важливо, щоб уся система — від профілю до кріпильних елементів — була розрахована на навантаження, що виникають.
Прогони сприймають навантаження від покрівельного покриття та передають його на основні несучі елементи. Їхній переріз залежить від відстані між опорами, кроку прогонів, матеріалу покрівлі та розрахункових навантажень.
Чим більший проліт між опорами, тим вищі вимоги до жорсткості профілю. За однакового навантаження довгий прогін прогинатиметься сильніше, ніж короткий.
Тому іноді збільшити кількість опор або зменшити крок між ними виявляється раціональнішим, ніж використовувати надмірно масивний швелер.
Під час підбору необхідно враховувати й схему обпирання. Один і той самий профіль за різних способів закріплення може працювати зовсім по-різному.
Використання швелера як кроквяного елемента можливе в металевих покрівельних конструкціях, однак тут особливо важливим є розрахунок.
Кроквяна система сприймає власну вагу, навантаження від покрівельного покриття, снігу, вітру та інших елементів. Крім того, окремі елементи можуть одночасно працювати на вигин і стиск.
У такій ситуації необхідно перевіряти не лише міцність, а й стійкість профілю. Для довгих стиснутих елементів ризик втрати стійкості зростає.
Тому не можна визначати переріз кроквяного елемента лише за зовнішнім виглядом або досвідом будівництва схожого об’єкта.
Спроба знизити вартість покрівельного каркаса за рахунок зменшення товщини металу може призвести до протилежного результату.
Тонший профіль справді має меншу масу і може коштувати дешевше. Але водночас знижується його жорсткість, а чутливість до локальних деформацій може збільшуватися.
У результаті може знадобитися зменшити відстань між опорами, додати додаткові зв’язки або посилити окремі вузли. При цьому підсумкова конструкція виявиться складнішою.
Тому оцінювати вартість необхідно не лише за ціною одного метра швелера, а за вартістю всієї покрівельної системи.
Швелер підходить далеко не для кожної покрівельної конструкції. Залежно від завдання альтернативою можуть бути двотавр, профільна труба, кутник або зварна конструкція.
Наприклад, профільна труба може виявитися зручнішою для деяких рам і ферм завдяки замкнутому перерізу. Двотавр часто використовують там, де потрібна висока несуча здатність під час роботи елемента на вигин.
Вибір залежить від схеми конструкції, напрямку навантажень, довжини прольоту, умов з’єднання та інших параметрів.
Однією з поширених помилок є купівля швелера, орієнтуючись лише на висоту стінки. Такий підхід не враховує важливі характеристики перерізу.
Перед вибором необхідно знати хоча б основні вихідні дані: довжину елемента, відстань між опорами, передбачуване навантаження, крок прогонів або крокв, спосіб кріплення та умови експлуатації.
Для відповідальних конструкцій розрахунок має виконувати фахівець. Він визначає необхідні характеристики перерізу та перевіряє конструкцію за міцністю, жорсткістю та стійкістю.
Який швелер зрештою обрати для покрівлі? Універсальної відповіді на це питання немає. Для легкого навісу та промислової будівлі вимоги до металокаркаса будуть абсолютно різними.
Правильний швелер — це той профіль, характеристики якого відповідають розрахунковій схемі конкретної покрівлі. Під час вибору враховують тип профілю, розміри перерізу, товщину металу, момент інерції, момент опору, довжину прольоту, спосіб обпирання, снігове та вітрове навантаження.
Не варто прагнути встановити найважчий швелер «із запасом» або, навпаки, обирати максимально легкий варіант заради економії. У першому випадку збільшується маса всієї конструкції, у другому може не вистачити міцності або жорсткості.
Грамотно підібраний металопрокат дає змогу отримати надійну покрівельну конструкцію без невиправданої витрати сталі. Тому перш ніж купити швелер для покрівлі, варто визначити умови його роботи та порівняти характеристики кількох відповідних профілів. Такий підхід допомагає уникнути прогинів, додаткових підсилень і дорогих переробок уже після монтажу.
