Швеллер высотой 220 мм

Швеллер высотой 220 мм: технические характеристики, сортамент и применение в электротехнике и энергетике

Швеллер высотой 220 мм представляет собой стандартизированный металлический профиль с П-образным сечением, являющийся одним из ключевых элементов в строительных и инженерных конструкциях, включая объекты энергетической инфраструктуры. Данный типоразмер относится к категории крупных и высоконагруженных профилей, что определяет его использование в ответственных проектах. В контексте электротехнической и кабельной продукции, швеллер 220 мм преимущественно применяется для создания несущих каркасов, опор, консолей и технологических площадок, на которых монтируются силовое оборудование, кабельные трассы (лотки, короба, полки), шинопроводы, трансформаторы и другие тяжелые компоненты.

Сортамент и нормативная база

Швеллеры высотой 220 мм изготавливаются в соответствии с двумя основными стандартами, определяющими их геометрические параметры, допуски и механические свойства. Выбор между ними зависит от требований проекта к точности, прочности и экономической эффективности.

1. Швеллер стальной горячекатаный (ГОСТ 8240-97)

Наиболее распространенный тип, производимый методом горячей прокатки. Обладает несколько менее строгими допусками по геометрии, но высокой прочностью. В рамках данного стандарта для высоты 220 мм существует несколько вариантов по ширине полки и толщине стенки.

2. Швеллер стальной гнутый равнополочный (ГОСТ 8278-83)

Изготавливается методом холодного гиба из листовой или рулонной стали. Имеет более точные геометрические размеры и качественную поверхность. Часто применяется для конструкций, где важна эстетика и точность сопряжения. Толщина стенки и, соответственно, масса и момент сопротивления могут варьироваться в широких пределах в зависимости от заказа.

Материалы и механические свойства

Для производства швеллеров 220 мм используются углеродистые и низколегированные стали, регламентируемые следующими стандартами:

• Ст3сп/пс5 (ГОСТ 535-88): обычная конструкционная сталь для большинства неответственных конструкций и опор.
• 09Г2С: низколегированная сталь для эксплуатации при низких температурах (до -70°C) и повышенных нагрузках. Критически важна для энергообъектов в северных регионах.
• Сталь повышенной прочности (С345, С375): применяется для высотных опор, тяжелых консолей, где необходимо снизить массу при сохранении несущей способности.

Ключевые механические характеристики, которые необходимо учитывать при расчетах:

• Предел текучести (σ_т): от 235 Н/мм² (Ст3) до 345 Н/мм² и выше (С345).
• Временное сопротивление разрыву (σ_в): 370-490 Н/мм² для Ст3, до 490-620 Н/мм² для низколегированных сталей.
• Модуль упругости (Е): ~2.1·10⁵ Н/мм² для всех сталей.

Применение в электроэнергетике и при монтаже кабельных систем

Швеллер 220 мм в силу своей высокой жесткости на изгиб (определяемой моментом сопротивления Wx) и относительно удобного для монтажа размера находит широкое применение.

1. Строительство подстанций и ЗТА

• Каркасы зданий ЗРУ и ОРУ: используется в качестве колонн, ригелей, прогонов для сооружения каркасов технологических зданий закрытых распределительных устройств (ЗРУ) и навесов над оборудованием открытых распределительных устройств (ОРУ).
• Опорные конструкции для оборудования: служит основой для сборки мощных силовых трансформаторов, реакторов, ячеек КРУ и КСО. Из швеллеров свариваются рамы-фундаменты, обеспечивающие устойчивость и точное позиционирование аппаратуры.
• Консоли и эстакады для шинопроводов: из швеллеров монтируются жесткие консольные опоры для крепления токопроводов и шин больших сечений.

2. Прокладка кабельных линий

• Кабельные эстакады и галереи: швеллер 220 мм является основным несущим элементом (балкой) при сооружении однопутных и двухпутных кабельных эстакад. На его полку с заданным шагом устанавливаются кабельные полки или лотки. Его прочности достаточно для перекрытия пролетов 6-12 метров в зависимости от нагрузки.
• Кабельные конструкции в туннелях и каналах: используется в качестве продольных несущих балок, к которым на кронштейнах крепятся многоярусные кабельные полки.
• Силовые кронштейны и консоли: применяется для изготовления закладных деталей и консолей, выдерживающих вес нескольких кабельных лотков, заполненных силовыми кабелями большого сечения.

3. Антенно-мачтовые сооружения и опоры ЛЭП

Швеллеры 220 мм используются в качестве поясов (раскосов) в сборных решетчатых мачтах связи, порталах открытых распределительных устройств и опорах линий электропередачи на промежуточных и анкерных позициях.

Расчетные аспекты и монтаж

При проектировании конструкций на основе швеллера 220 мм инженер должен выполнить проверки по двум группам предельных состояний.

1. Расчет по первой группе (прочность и устойчивость)

• Прочность при изгибе: σ = M / W_x ≤ R_yγ_c, где M – максимальный изгибающий момент от нагрузки (собственный вес, вес кабелей, снег, ветер), W_x – момент сопротивления из таблиц сортамента, R_y – расчетное сопротивление стали, γ_c – коэффициент условий работы.
• Прочность при срезе: τ = QS / (It_w) ≤ R_sγ_c, где Q – поперечная сила, S – статический момент, I – момент инерции, t_w – толщина стенки.
• Устойчивость плоской формы изгиба: Проверка на общую и местную устойчивость сжатой полки и стенки.

2. Расчет по второй группе (жесткость)

Проверка прогиба: f / L ≤ [f/L], где f – фактический прогиб балки под нормативной нагрузкой, L – пролет, [f/L] – предельно допустимое относительное прогиб (для кабельных конструкций обычно 1/150 — 1/200).

Особенности монтажа

• Резка: Допускается газовая или плазменная резка. Для горячекатаных швеллеров необходимо зачищать места реза от окалины.
• Соединение: Основной метод – ручная дуговая или полуавтоматическая сварка в среде CO2. Для монтажных соединений используются болты высокой прочности (класса 8.8, 10.9) с предварительной обработкой поверхностей (дробеструйной очисткой).
• Антикоррозионная защита: Обязательный этап. Наиболее эффективная система: абразивоструйная очистка до Sa 2.5, грунт-эпоксид по цинк-фосфату, финишное покрытие полиуретановой или акриловой эмалью. Для агрессивных сред (химпредприятия, морское побережье) применяются цинкосодержащие грунты и многослойные системы.

Сравнение с другими профилями

Таблица 3. Сравнение швеллера 220 мм с двутавром и уголком

Тип профиля	Преимущества	Недостатки	Предпочтительная область применения
Швеллер 220	Удобство крепления к плоским поверхностям (стенам, колоннам), возможность «вкладывания» внутрь других элементов, хорошая устойчивость при косом изгибе.	Меньшая жесткость на изгиб в главной плоскости по сравнению с двутавром аналогичной высоты. Асимметричное сечение.	Консоли, рамы, опорные конструкции под оборудование, элементы кабельных эстакад с креплением к стойкам.
Двутавр 20Б1-24Б1 (близкая высота)	Максимальная жесткость и прочность на изгиб в одной плоскости при минимальном весе. Симметричное сечение.	Сложнее крепить к вертикальным плоскостям, менее устойчив при кручении и косом изгибе.	Основные несущие балки эстакад с большими пролетами, ригели каркасов.
Спаренные уголки 200x200x20	Высокая гибкость в компоновке, хорошая устойчивость в решетчатых конструкциях.	Трудоемкость при изготовлении составных сечений, требуется соединительная прокладка.	Раскосы и пояса решетчатых мачт, порталов, легкие опорные конструкции.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. Как правильно обозначить швеллер 220 мм в документации?

Для горячекатаного: Швеллер 22 (или 22а, 22б) ГОСТ 8240-97. Для гнутого: Швеллер гн. 220x80x5 ГОСТ 8278-83, где 5 – толщина металла в мм. В спецификациях дополнительно указывают марку стали (Ст3, 09Г2С), длину и массу.

2. Какой максимальный пролет может перекрыть швеллер 220 мм в качестве балки кабельной эстакады?

При использовании швеллера 22 (Wx=192 см³, сталь С255) и допустимом прогибе 1/200 от пролета, максимальный пролет для равномерно распределенной нагрузки (с учетом веса кабелей, лотков и снега) составляет примерно 8-9 метров. Для увеличения пролета до 12 метров необходимо применять швеллер 22б (Wx=232 см³) или переходить на двутавр.

3. Можно ли использовать гнутый швеллер вместо горячекатаного для несущих конструкций?

Да, но с обязательным пересчетом. Гнутый профиль имеет скругления в углах, что немного снижает момент сопротивления по сравнению с горячекатаным при той же номинальной толщине. Его применение регламентируется СП 16.13330.2017, и необходимо использовать расчетные характеристики, предоставленные производителем, а не теоретические.

4. Как защитить швеллерные конструкции от коррозии в сырых помещениях кабельных полуэтажей?

Рекомендуется комбинированная система: горячее цинкование всего швеллера до изготовления конструкций (обеспечивает катодную защиту) с последующим нанесением дополнительного полимерного слоя (дуплекс-система). Альтернатива – тщательная абразивная очистка и нанесение 2-3 слоев этинолевых или эпоксидных химически стойких эмалей.

5. Как крепить кабельные лотки к полке швеллера 220 мм?

Наиболее надежный способ – при помощи резьбовых шпилек, пропущенных через предварительно просверленные в полке отверстия, с фиксацией снизу гайкой с широкой шайбой. Для быстрого монтажа также используются специальные болтовые зажимы (кляммеры), охватывающие полку швеллера без необходимости сверления. Применение сварки для крепления кронштейнов нежелательно, так как нарушает защитное покрытие.

6. Каковы основные дефекты, на которые нужно обращать внимание при приемке партии швеллеров?

• Отклонения геометрии (разность длин полок, кривизна по оси и плоскости).
• Наличие окалины, ржавчины, расслоений на кромках.
• Трещины, особенно в зонах резких переходов (у горячекатаных).
• Совпадение сертификата качества с маркировкой на пакете.

Заключение

Швеллер высотой 220 мм является универсальным и технологичным металлопрокатом, занимающим важное место в арсенале проектировщика и монтажника объектов энергетики. Его правильный выбор, основанный на понимании сортамента, механических свойств и коррозионной стойкости, напрямую влияет на надежность, долговечность и безопасность создаваемых конструкций – от кабельных эстакад до опорного каркаса силового оборудования. Использование данного профиля в соответствии с расчетными требованиями и нормами обеспечивает оптимальное соотношение несущей способности и материалоемкости.