Швеллер высотой 120 мм

Швеллер стальной горячекатаный высотой 120 мм: технические характеристики, сортамент и применение в электротехнике и энергетике

Швеллер высотой 120 мм представляет собой стандартизированный металлический профиль с П-образным сечением, широко используемый в строительных и инженерных конструкциях. В контексте электротехнической и энергетической отраслей его основная функция – создание несущих каркасов, опор, поддерживающих систем и элементов безопасности для монтажа кабельных трасс, электрооборудования, осветительных установок и ограждающих конструкций. Данный типоразмер является одним из наиболее востребованных благодаря оптимальному соотношению несущей способности, массы и габаритов.

Сортамент и основные типы швеллеров 120 мм

В соответствии с действующими ГОСТами, швеллеры высотой 120 мм изготавливаются двумя основными способами, определяющими их механические свойства и область применения:

• Швеллер горячекатаный (ГОСТ 8240-97). Наиболее распространенный тип. Изготавливается методом горячей прокатки на сортовых станах. Обладает высокой прочностью и жесткостью. Имеет уклон внутренних граней полок.
• Швеллер гнутый равнополочный (ГОСТ 8278-83). Производится методом холодного гиба из листовой или рулонной стали. Грани полок параллельны. Часто применяется для легких конструкций и ограждений, где не требуются максимальные несущие характеристики.

Для ответственных конструкций в энергетике, как правило, применяется горячекатаный швеллер. Ключевым параметром, помимо высоты, является ширина полки, определяющая номер профиля и его момент сопротивления.

Таблица 1. Основные параметры горячекатаных швеллеров по ГОСТ 8240-97 (высота 120 мм)

Обозначение (Номер)	Высота h, мм	Ширина полки b, мм	Толщина стенки s, мм	Толщина полки t, мм	Площадь сечения, см²	Масса 1 м, кг	Момент сопротивления Wx, см³
12	120	52	4.8	7.8	13.3	10.4	50.6
12П	120	64	4.8	8.4	15.0	11.8	58.4
12У	120	74	5.0	8.7	17.0	13.3	65.5
12Л	120	95	6.0	10.0	23.3	18.3	93.4

Примечание: П – швеллер с параллельными гранями полок; У – швеллер с уклоном внутренних граней полок (серия У); Л – швеллер легкой серии (с увеличенной шириной полки при схожей высоте).

Материалы изготовления и марки стали

Для производства швеллеров 120 мм используются углеродистые и низколегированные стали общего назначения, а также стали повышенной прочности для работы в особых условиях.

• Ст3сп/пс5 (ГОСТ 535-2005): Наиболее распространенная марка для конструкций, работающих в нормальных климатических условиях. Применяется для каркасов ЗРУ, КРУ, кабельных эстакад.
• 09Г2С: Низколегированная сталь для сварных конструкций, работающих при температурах от -70°C до +450°C. Критически важна для энергообъектов в северных регионах (Северное исполнение).
• С245, С255, С345: Стали по ГОСТ 27772-88 для строительных стальных конструкций. Обладают нормируемым пределом текучести (245, 255, 345 Н/мм² соответственно), что позволяет проводить точные расчеты на прочность для ответственных конструкций.

Выбор марки стали регламентируется проектной документацией и зависит от расчетных нагрузок, условий эксплуатации (температура, агрессивная среда) и требований к свариваемости.

Применение в электротехнической и энергетической отраслях

1. Кабельные конструкции

Швеллер 120 мм служит основным несущим элементом в составе:

• Кабельных эстакад и галерей: Используется в качестве продольных балок (прогонов), укладываемых на поперечные рамы или консоли. Ширина полки 52-74 мм (номера 12, 12П, 12У) обеспечивает удобную укладку кабельных лотков или прямую фиксацию кабелей хомутами.
• Кабельных лотков несущего типа: Сам швеллер, установленный полкой вниз или вверх, может выполнять функцию лотка для укладки силовых кабелей крупных сечений.
• Конструкций для подвеса кабелей: Из швеллеров монтируются горизонтальные траверсы между стойками для подвеса кабелей на тросах или цепях.

2. Опорные и каркасные конструкции для оборудования

• Каркасы распределительных устройств (РУ, КРУ, КРУН): Швеллер 120 мм (чаще 12У или 12П) применяется для сборки силового каркаса шкафов и ячеек, обеспечивая жесткость и устойчивость конструкции.
• Рамы под трансформаторы, реакторы, генераторы: Используется для создания мощных фундаментных рам, воспринимающих и распределяющих вес оборудования и динамические нагрузки.
• Опорные конструкции для шинных мостов и токопроводов: Швеллер служит основой для крепления изоляторов и шин в закрытых и открытых распределительных устройствах.

3. Осветительные установки и системы заземления

• Опоры и мачты освещения: Швеллер 120 мм может использоваться в качестве составного элемента (в сварной конструкции) или самостоятельной стойки для подвеса прожекторов заливающего света на промышленных объектах, открытых распределительных устройствах (ОРУ) подстанций.
• Контур заземления: Полоса стальная, но в некоторых случаях швеллер (за счет большей площади контакта с грунтом) может применяться в качестве горизонтального заземлителя на сложных грунтах, хотя это менее экономично.
• Ограждающие конструкции и защитные экраны: Используется для монтажа периметральных ограждений электроустановок, каркасов защитных панелей.

Расчетные параметры и нагрузки

При проектировании конструкций на основе швеллера 120 мм инженеры оперируют следующими ключевыми геометрическими характеристиками, приведенными в таблицах сортамента:

• Момент сопротивления (Wx, Wy): Определяет способность профиля сопротивляться изгибу. Для швеллера 120 мм Wx варьируется от 50.6 до 93.4 см³ в зависимости от номера. Это основной параметр для расчета балок на прогиб.
• Момент инерции (Jx, Jy): Мера жесткости сечения при изгибе. Влияет на величину прогиба.
• Радиус инерции (ix, iy): Критичен для расчета на устойчивость сжатых элементов (стоек, колонн).
• Статический момент (Sx): Используется в расчетах на сдвиг и прочность сварных швов.

Допустимая нагрузка на швеллерную балку зависит от схемы нагружения (консольная, однопролетная, многопролетная), длины пролета, способа закрепления и марки стали. Например, швеллер 12У (С245), свободно лежащий на двух опорах пролетом 6 метров, равномерно нагруженный, может нести суммарную нагрузку около 2-2.5 тонн при допустимом прогибе в L/200.

Монтаж и обработка

Швеллер 120 мм обрабатывается стандартными для металлоконструкций методами:

• Резка: Газовая, плазменная, ленточнопильная. Абразивная резка не рекомендуется для ответственных конструкций из-за термического влияния на кромку.
• Сверление: Для крепления болтами, шпильками, хомутами. Требуется предварительная разметка по шаблонам.
• Сварка (ручная дуговая, полуавтоматическая в среде газа): Основной метод соединения. Для сталей типа 09Г2С необходимо соблюдение специальных технологий с предварительным подогревом.
• Антикоррозионная защита: Оцинковка (горячая или гальваническая), грунтование и окрашивание. Для агрессивных сред (химические предприятия, прибрежные зоны) применяются усиленные лакокрасочные системы.

Преимущества и недостатки швеллера 120 мм в энергетическом строительстве

Преимущества:

• Оптимальная высота для большинства задач монтажа кабельных трасс и каркасов оборудования.
• Высокая пространственная жесткость благодаря П-образному сечению.
• Удобство монтажа: плоские полки позволяют легко крепить к ним любые элементы на болтах.
• Широкая доступность на рынке металлопроката и предсказуемость характеристик.
• Возможность комбинации с другими профилями (двутавр, уголок).

Недостатки и ограничения:

• По сравнению с двутавром аналогичной высоты имеет меньший момент сопротивления относительно оси Y (слабая ось), что ограничивает его применение в качестве самостоятельной изгибаемой балки при нагрузках, действующих в плоскости полок.
• Асимметричность сечения относительно вертикальной оси требует внимания при расчете на косой изгиб и устойчивость.
• Большая погонная масса по сравнению с гнутыми профилями, что может быть критично для мобильных или быстро возводимых конструкций.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается швеллер 12П от 12У?

Швеллер 12П имеет параллельные грани полок, что упрощает крепление плоских элементов. Швеллер 12У имеет уклон внутренних граней полок (обычно 4-10%), что является наследием технологии горячей прокатки. С точки зрения несущей способности при изгибе в плоскости стенки они близки, но геометрические характеристики (моменты инерции, радиусы) различаются. Для большинства конструктивных решений в энергетике взаимозаменяемы, но при проектировании по предельным состояниям требуется пересчет.

Какой швеллер 120 мм лучше подходит для кабельной эстакады в качестве продольной балки?

Для пролетов до 3-4 метров подойдет швеллер 12 или 12П. Для увеличенных пролетов (4-6 м) или при высоких нагрузках (многоярусная укладка кабелей большого сечения) рекомендуется применять швеллер 12У или 12Л, имеющие больший момент сопротивления (Wx). Окончательный выбор должен быть основан на статическом расчете, учитывающем вес кабелей, снеговую и ветровую нагрузки.

Можно ли использовать швеллер 120 мм в качестве заземляющего проводника?

Да, можно, но нерационально с точки зрения стоимости материала. Согласно ПУЭ (Глава 1.7), в качестве искусственных заземлителей допускается применение стальных полос, уголков, труб. Швеллер имеет большую площадь поверхности контакта с грунтом, что снижает сопротивление растеканию, но его применение оправдано только при использовании в качестве несущей конструкции, совмещенной с заземлителем (например, опора ограждения). Сечение должно удовлетворять требованиям по коррозионной и механической стойкости.

Как правильно рассчитать прогиб балки из швеллера 120 мм под кабельной трассой?

Расчет ведется по формулам сопротивления материалов для соответствующей схемы нагружения. Для равномерно распределенной нагрузки q (в Н/м) на однопролетной шарнирно опертой балке максимальный прогиб f = (5 q L^4) / (384 E Jx), где L – длина пролета (м), E – модуль упругости стали (2.1*10^11 Па), Jx – момент инерции сечения (м^4) по таблице сортамента. Полученный прогиб не должен превышать нормативного значения (обычно L/150 – L/200 для кабельных конструкций).

Какая маркировка указывает на сталь для северного исполнения?

Прямой маркировки на самом швеллере может не быть. В сопроводительной документации (сертификате) должна быть указана марка стали, соответствующая низкотемпературным требованиям, например, 09Г2С, 10Г2С1, 16Г2АФ или импортные аналоги. Критичным параметром является ударная вязкость (KCU) при температуре -40°C или -60°C, которая нормируется для этих марок.

Как защитить швеллерные конструкции в помещении кабельного полуэтажа с повышенной влажностью?

Необходима качественная подготовка поверхности (струйная или абразивная очистка до степени Sa 2½ по ISO 8501-1) и нанесение комплексной лакокрасочной системы: эпоксидный грунт-адгезив (толщиной 60-80 мкм) и химически стойкая эпоксидная или полиуретановая эмаль (толщиной 80-100 мкм). Альтернативой для сварных конструкций является горячее цинкование, обеспечивающее долговременную защиту.