Швеллер Ст3

Швеллер Ст3: технические характеристики, сортамент и применение в электротехнике и энергетике

Швеллер из стали марки Ст3 представляет собой один из наиболее распространенных и востребованных видов металлопроката в строительстве и промышленности, включая энергетический и электротехнический сектора. Данный профиль, имеющий П-образное сечение, сочетает в себе значительную жесткость при относительно малой массе, что делает его универсальным конструкционным элементом. Сталь Ст3 (по современному обозначению – С245) относится к углеродистым сталям обыкновенного качества, что определяет ее баланс между прочностными характеристиками, свариваемостью и стоимостью.

Классификация и сортамент швеллеров

Швеллеры из стали Ст3 производятся в соответствии с двумя основными стандартами, определяющими их геометрию и метод изготовления.

• ГОСТ 8240-97 (Горячекатаные стальные швеллеры). Наиболее массовая продукция. Изготавливается методом горячей прокатки на сортовых станах. Имеет уклон внутренних граней полок.
• ГОСТ 8278-83 (Гнутые равнополочные стальные швеллеры). Производится методом холодного или горячего гиба из листовой или рулонной стали. Грани полок параллельны. Часто используется для легких конструкций и в качестве элементов каркасов для электротехнических изделий.

Основные параметры, характеризующие швеллер: номер (высота сечения в см), ширина полки, толщина стенки (стенки) и толщина полки. Номер швеллера по ГОСТ 8240-97 варьируется от 5 до 40.

Таблица 1. Основные параметры горячекатаных швеллеров по ГОСТ 8240-97 (выборочно)

Номер швеллера (высота, см)	Ширина полки, b (мм)	Толщина стенки, s (мм)	Толщина полки, t (мм)	Масса 1 метра, кг	Момент сопротивления, Wx (см³)
10	46	4.5	7.6	8.59	34.8
14	58	4.9	8.1	12.29	75.3
18	70	5.1	8.7	18.43	152.2
20	76	5.2	9.0	21.64	184.6
30	100	6.5	10.5	36.48	430.8
40	115	8.0	13.5	57.17	803.3

Химический состав и механические свойства стали Ст3

Сталь марки Ст3 (С245) по ГОСТ 380-2005 (устаревший) и ГОСТ 27772-2015 (актуальный) является углеродистой сталью обыкновенного качества. Ее ключевые особенности – умеренное содержание углерода, обеспечивающее хорошую свариваемость без образования закалочных структур, и наличие примесей в регламентированных пределах.

Химический состав (основные элементы, %):

• Углерод (C): 0.14-0.22
• Кремний (Si): 0.05-0.17
• Марганец (Mn): 0.40-0.65
• Сера (S): не более 0.050
• Фосфор (P): не более 0.040

Механические свойства (для проката толщиной до 20 мм по ГОСТ 27772-2015):

• Предел текучести (Ry): не менее 245 Н/мм² (25 кгс/мм²)
• Временное сопротивление разрыву (Ru): 370-480 Н/мм²
• Относительное удлинение (δ): не менее 25%
• Ударная вязкость при 20°C: не менее 29 Дж/см²

Данный набор свойств делает швеллер Ст3 пригодным для изготовления несущих и ненесущих элементов сварных и несварных конструкций, работающих в диапазоне температур от -40°C до +425°C. Для работы при более низких температурах применяются модификации стали с повышенной ударной вязкостью (Ст3пс5, Ст3сп5).

Применение швеллеров Ст3 в энергетике и электротехнике

В отраслях, связанных с генерацией, передачей и распределением электроэнергии, швеллер Ст3 находит широкое применение благодаря своей конструкционной жесткости и простоте монтажа.

• Каркасы и опорные конструкции. Из швеллеров собираются силовые каркасы для электротехнических шкафов (КРУ, КСО), пультов управления, трансформаторных будок, комплектных распределительных устройств (КРУН). Швеллеры номеров 5-12 часто используются как вертикальные стойки и горизонтальные связи.
• Опорные конструкции для кабельных трасс. Швеллер является основным материалом для изготовления консолей и траверс для крепления кабельных лотков, коробов и перфорированных полок. Консоли из швеллера (например, №8, 10) крепятся к колоннам или стенам и несут значительную нагрузку от многоярусных кабельных линий.
• Монтажные и установочные профили. В монтаже электрооборудования швеллер используется как универсальная монтажная шина или силовая рейка для крепления тяжелых аппаратов (трансформаторов, реакторов, крупных автоматических выключателей) непосредственно на фундамент или стену.
• Элементы опор воздушных линий электропередачи (ВЛ). В конструкциях порталов, траверс для подвески изоляторов и проводов на подстанциях и отходящих линиях применяются швеллеры средних и крупных номеров (от 14 и выше).
• Усиление проемов и монтаж силового оборудования. При прокладке кабельных каналов, вводах в здания, установке силовых щитов используются швеллеры для обрамления и усиления проемов, а также для создания независимых несущих рам, исключающих передачу вибрации от оборудования на строительные конструкции.
• Конструкции для монтажа солнечных панелей (СЭС). Швеллеры из стали Ст3 с цинковым или полимерным покрытием часто применяются в качестве несущих балок и опорных элементов стационарных и поворотных каркасов для фотомодулей.

Преимущества и недостатки швеллеров из стали Ст3

Преимущества:

• Высокая доступность и низкая стоимость по сравнению с низколегированными сталями.
• Отличная свариваемость всеми видами сварки без необходимости предварительного подогрева (для большинства толщин) и последующей термообработки.
• Хорошая обрабатываемость резанием, гибкостью (для гнутых профилей).
• Удовлетворительная коррозионная стойкость в атмосферных условиях, которая может быть значительно повышена за счет оцинковки или нанесения защитных покрытий.
• Стандартизированный сортамент и наличие готовых технических решений для монтажа.

Недостатки:

• Ограниченная прочность по сравнению со сталями повышенной и высокой прочности (например, С345, С390). Это приводит к увеличению массы конструкции при высоких нагрузках.
• Склонность к коррозии во влажных и агрессивных средах без дополнительной защиты.
• Снижение ударной вязкости при температурах ниже -20°C для базовых марок (Ст3сп/пс). Для северного исполнения требуется сталь с гарантированной ударной вязкостью при -40°C и ниже.

Особенности монтажа и обработки

При работе со швеллером Ст3 в электротехнических проектах необходимо учитывать следующие аспекты:

• Резка. Допускается газовая, плазменная и механическая резка (абразивными кругами, ленточнопильными станками).
• Сварка. Применяется ручная дуговая сварка (ММА), сварка в среде защитных газов (MIG/MAG), автоматическая и полуавтоматическая сварка. Рекомендуются электроды типа Э46 (УОНИ 13/45, АНО-4 и аналоги) для получения соединений, равнопрочных основному металлу.
• Сверление. Швеллер легко поддается сверлению стандартным HSS-инструментом для создания отверстий под болтовые соединения при монтаже консолей, соединении элементов каркаса.
• Антикоррозионная защита. Для эксплуатации внутри отапливаемых помещений достаточно грунтовки и покраски. Для наружных конструкций (консоли на фасаде, опоры на открытых подстанциях) обязательна горячая оцинковка или нанесение многослойного полимерного покрытия по системе «грунт-эмаль».
• Крепеж. Используются стандартные метизы класса прочности 4.8, 5.6, 8.8 в зависимости от нагрузки. При креплении к бетону применяются анкерные болты.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается швеллер Ст3 от швеллера С245?

По сути, это одно и то же. Ст3 – устаревшее обозначение по ГОСТ 380-2005. С245 – современное обозначение по ГОСТ 27772-2015, где цифра указывает на минимальный предел текучести в МПа (245 Н/мм²). Химический состав и механические свойства идентичны.

Какой швеллер выбрать для консолей под кабельный лоток шириной 600 мм?

Для консолей под лоток такой ширины, заполненных кабелем на 60-70%, обычно достаточно швеллера №8 или №10. Окончательный выбор зависит от длины консоли (вылета от стены), количества ярусов и полной расчетной нагрузки (вес лотков, кабелей, снега/льда для наружных трасс). Обязателен статический расчет.

Можно ли использовать швеллер Ст3 для несущих конструкций на открытой подстанции в северном регионе?

Да, но необходимо использовать не базовую марку Ст3сп, а сталь, гарантирующую ударную вязкость при низких температурах. Это марки Ст3пс5 или Ст3сп5 по старому ГОСТ, или С245 с индексом «Т» (хладостойкая) по новому стандарту. Конструкция должна быть защищена от коррозии горячим цинкованием.

Как правильно рассчитать нагрузку на балку из швеллера?

Расчет проводится по методикам Строительной Механики и нормам (СП 16.13330). Определяются: схема нагружения (сосредоточенная, распределенная), величина нагрузки, длина пролета. Ключевой проверяемый параметр – максимальное нормальное напряжение, которое не должно превышать расчетного сопротивления стали (Rу/γ). Также проверяется прогиб, который для большинства электротехнических конструкций не должен превышать 1/200-1/250 от длины пролета. Для сложных расчетов требуется привлечение проектировщика.

Что лучше для каркаса шкафа: гнутый или горячекатаный швеллер?

Горячекатаный швеллер (ГОСТ 8240) имеет более толстые стенки и полки, большую жесткость и несущую способность. Он предпочтителен для силовых каркасов тяжелых КРУ, силовых щитов. Гнутый швеллер (ГОСТ 8278) легче, дешевле, имеет точные геометрические размеры и острые грани. Он оптимален для легких каркасов пультов управления, обшивочных конструкций, внутренних усилительных элементов, где основная нагрузка – собственный вес и вес панелей.

Как маркируется швеллер 20П из стали Ст3сп?

Полная маркировка включает: профиль, номер, тип (П – с уклоном внутренних граней), обозначение стали. Пример: Швеллер 20-П-Ст3сп-6 ГОСТ 8240-97/ГОСТ 535-2005. Цифра «6» – категория проката (группа механических свойств). В документации также указывается длина (мерная, кратная мерная, немерная).

Какая допустимая нагрузка на швеллер №14?

Допустимая нагрузка не является постоянной величиной. Она зависит от схемы нагружения, длины пролета, способа закрепления концов и запаса прочности. Например, для швеллера 14П, свободно лежащего на двух опорах пролетом 3 метра, с равномерно распределенной нагрузкой, ориентировочная допустимая нагрузка составляет около 1500-1700 кг (15-17 кН). Для точного определения необходим расчет на прочность и жесткость.