Швеллер высотой 200 мм: технические характеристики, сортамент и применение в электротехнике и энергетике
Швеллер высотой 200 мм представляет собой стандартизированный металлический профиль с П-образным сечением, где номинальная высота стенки составляет 200 миллиметров. В электротехнической и энергетической отраслях данный типоразмер является одним из наиболее востребованных благодаря оптимальному сочетанию несущей способности, монтажных качеств и материалоемкости. Он используется для создания силовых каркасов, опорных конструкций, мачт, консолей и технологических площадок, где требуются высокая механическая прочность и устойчивость к изгибающим и сжимающим нагрузкам.
Классификация и методы производства
Швеллеры 200 мм различаются по технологии изготовления, что напрямую влияет на их механические свойства, точность геометрии и область применения.
1. Горячекатаный швеллер (ГОСТ 8240-97)
Изготавливается методом горячей прокатки на сортовых станах. Характеризуется повышенной прочностью и наличием радиусов сопряжения полок и стенки. Имеет уклон внутренних граней полок (серии У) или параллельные грани полок (серии П). Широко применяется для ответственных несущих конструкций в энергетике.
2. Гнутый швеллер (ГОСТ 8278-83)
Производится методом холодного или горячего гиба из листовой или рулонной стали. Имеет острые углы сопряжения. Обладает более точными геометрическими размерами, но, как правило, уступает горячекатаному в прочности при равной массе. Применяется для вспомогательных конструкций, кабельных лотков, коробов, облегченных каркасов.
Сортамент и основные геометрические параметры
Для горячекатаного швеллера высотой 200 мм по ГОСТ 8240-97 существует несколько типоразмеров, различающихся по ширине полки и толщине металла.
| 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) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 20 | 200 | 76 | 5.2 | 9.0 | 28.83 | 22.63 | 184 |
| 20П | 200 | 90 | 5.6 | 10.0 | 32.83 | 25.77 | 211 |
| 20У | 200 | 80 | 5.6 | 9.5 | 30.63 | 24.04 | 196 |
| 20С | 200 | 110 | 7.0 | 12.0 | 46.23 | 36.28 | 305 |
Гнутый равнополочный швеллер 200 мм регламентируется ГОСТ 8278-83. Его параметры (ширина полки, толщина стенки) варьируются в широких пределах в зависимости от заказа. Пример: 200x80x4 мм, где 200 — высота, 80 — ширина полки, 4 — толщина металла.
Материалы изготовления и защитные покрытия
Основной материал для швеллеров — углеродистая сталь обыкновенного качества (Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп) и конструкционная сталь (С245, С255). Для работы в агрессивных средах (приморские регионы, промышленные зоны) применяются:
- Оцинкованные швеллеры (горячее или электролитическое цинкование). Обеспечивают долговременную защиту от коррозии, критически важную для воздушных линий электропередач (ЛЭП) и подстанционных конструкций.
- Швеллеры из низколегированных сталей (09Г2С). Обладают повышенной стойкостью к атмосферной коррозии и могут использоваться без дополнительного покрытия в ряде случаев.
- Швеллеры с лакокрасочным покрытием. Защита наносится после изготовления и подготовки поверхности (пескоструйная очистка, грунтование).
- Момент сопротивления (Wx) — определяет способность балки сопротивляться изгибу. Основной параметр для расчета балок на поперечный изгиб (например, прогоны под оборудование).
- Момент инерции (Ix) — характеризует жесткость сечения при изгибе. Важен для расчета прогибов.
- Радиус инерции (i) — используется при расчете элементов на устойчивость (сжатые колонны, стойки).
Применение в электротехнической и энергетической отраслях
1. Каркасы и опорные конструкции распределительных устройств (РУ) и подстанций
Швеллер 200 мм служит основой для сборки мощных каркасов ЗРУ (закрытых распределительных устройств), КРУ (комплектных распределительных устройств), а также для монтажа силовых трансформаторов, реакторов и другого тяжелого оборудования. Его жесткость позволяет создавать многоярусные конструкции для размещения шинных мостов, изоляторов и аппаратуры.
2. Опоры и мачты воздушных линий электропередач (ЛЭП) и освещения
Используется в составе сборно-балочных опор ВЛ 6-110 кВ, а также для изготовления мачт освещения открытых switchyard (открытых распределительных устройств). Часто применяется в виде составных секций, свариваемых в решетчатые конструкции (мачты портального типа).
3. Кабельные конструкции
Швеллер является основным элементом для изготовления кабельных эстакад и лотков большого сечения. Два швеллера, установленные полками вниз, образуют жесткую несущую балку, на которую монтируются траверсы для укладки силовых кабелей высокого напряжения. Также используется для создания консолей от колонн.
4. Технологические площадки, лестницы, ограждения
Применяется в качестве несущих балок для площадок обслуживания выключателей, разъединителей, для каркасов лестниц и перил, где важна высокая надежность и соответствие нормам промышленной безопасности.
5. Конструкции для крепления силового оборудования
Из швеллера изготавливаются мощные кронштейны, консоли и рамы для монтажа трансформаторов тока и напряжения, силовых шкафов, крупногабаритных кабельных муфт.
Расчетные параметры и нормы выбора
Выбор швеллера 200 мм для конкретной задачи осуществляется на основе прочностного расчета. Ключевые параметры:
Расчеты ведутся согласно СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции» с учетом коэффициентов надежности по нагрузке, условий работы, климатического района. Для ответственных конструкций энергетических объектов обязателен учет сейсмических воздействий (при необходимости) и динамических нагрузок от оборудования.
Особенности монтажа и обработки
Монтаж швеллерных конструкций в энергетике преимущественно осуществляется с помощью сварки (ручная дуговая, полуавтоматическая в среде защитных газов) и на болтовых соединениях (высокопрочные болты). При сварке необходимо учитывать тип стали и соблюдать технологию, чтобы не вызвать отпуск металла в зоне шва. Для резки применяется газовая (кислородно-пропановая) или плазменная резка, реже — абразивно-отрезные станки. Крепление к железобетонным фундаментам выполняется через анкерные болты, закладываемые на этапе бетонирования.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем отличается швеллер 20П от 20У?
Швеллер 20П имеет параллельные грани полок, а швеллер 20У — уклон внутренних граней полок (примерно 10%). Это исторически сложившееся различие в технологии прокатки. В большинстве современных расчетных схем эта разница не является принципиальной, но ее необходимо учитывать при сопряжении с другими элементами и при заказе метизов для крепления.
Какой швеллер 200 мм лучше для сварной конструкции: горячекатаный или гнутый?
Для основных несущих элементов, работающих на изгиб и сжатие, предпочтительнее горячекатаный швеллер. Он имеет более благоприятное распределение металла и лучшие прочностные характеристики. Гнутый швеллер целесообразно использовать для элементов, не испытывающих высоких нагрузок, или в конструкциях, где важна точность геометрических размеров и чистота поверхности.
Какое защитное покрытие наиболее долговечно для уличных конструкций (опор, эстакад)?
Наибольший срок службы (25-50 лет и более) обеспечивает горячее цинкование. Оно создает не только барьерное, но и электрохимическое (катодное) покрытие. Лакокрасочные системы (например, грунт + финишная эмаль) также эффективны, но требуют контроля качества подготовки поверхности и периодического обновления. Для особо агрессивных сред применяют комбинированные системы: горячее цинкование + покраска.
Как правильно рассчитать нагрузку на балку из швеллера 200 мм?
Расчет проводится в несколько этапов: 1) Сбор всех нагрузок (постоянных от веса конструкции, временных от оборудования, снеговых, ветровых). 2) Определение расчетной схемы (однопролетная шарнирно-опертая балка, консоль, неразрезная балка). 3) Построение эпюр внутренних усилий (моментов и поперечных сил). 4) Подбор сечения по условию прочности (σ = M/W ≤ Ry*γc) и жесткости (прогиб f ≤ [f] по нормам). Для сложных случаев расчет должен выполнять квалифицированный инженер-конструктор.
Можно ли использовать швеллер 200 мм в качестве заземляющего устройства?
Да, стальной горячекатаный швеллер может использоваться в качестве искусственного заземлителя (горизонтального полосового) согласно ПУЭ и ГОСТ Р 50571.5.54-2013. Его сопротивление растеканию тока зависит от удельного сопротивления грунта, длины и глубины заложения. Необходимо обеспечить надежное болтовое или сварное соединение с заземляющим проводником. Оцинкованный швеллер предпочтительнее из-за коррозионной стойкости.
Каковы стандартные длины поставки швеллера 200 мм?
Горячекатаный швеллер по ГОСТ 8240-97 поставляется мерной (от 5 до 12 м), кратной мерной (в пределах мерной) и немерной (от 3 до 12 м) длины. На практике для энергетических объектов часто заказывают мерные длины 11.7-12 метров для минимизации отходов при раскрое. Гнутый швеллер может поставляться в мерных и немерных длинах, а также по индивидуальным размерам заказчика.
Заключение
Швеллер высотой 200 мм является универсальным и высокоэффективным профилем для решения широкого спектра задач в электротехническом строительстве и энергетике. Его технические характеристики, регламентированные государственными стандартами, позволяют осуществлять точные инженерные расчеты несущих конструкций, обеспечивая долговечность, надежность и безопасность объектов. Правильный выбор типа швеллера (горячекатаный/гнутый), марки стали, вида защитного покрытия и способа монтажа, основанный на профессиональном расчете и учете условий эксплуатации, является залогом создания экономичных и технически совершенных решений.