▎1. Введение
Профилированный стальной лист (профнастил) является одним из наиболее широко применяемых конструктивных элементов в современном строительстве. Его несущая способность определяется совокупностью геометрических и механических характеристик: высотой гофра, толщиной стального основания, шагом волны, конфигурацией полок и маркой стали.
Настоящая статья рассматривает инженерные подходы к оценке несущей способности профилей серий НС35, НС44, Н57, Н60, Н75, Н90, Н114, Н126, Н135, Н153, Н158 в соответствии с требованиями:
• СП 20.13330.2017 Свод правил. Нагрузки и воздействия
• СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции»
• ГОСТ 24045-2016 Профили стальные листовые гнутые с трапециевидными гофрами для строительства
▎2. Классификация и конструктивные особенности профилей
▎2.1. Принцип маркировки
По ГОСТ 24045-2016 профили разделяются на типы:
• Н — несущие (load-bearing), предназначены для перекрытий, покрытий и настилов, воспринимающих значительные нагрузки
• НС — несуще-стеновые, применяются как для несущих покрытий, так и для стеновых ограждений при умеренных нагрузках
• С — стеновые, преимущественно ограждающая функция
Цифра в обозначении соответствует высоте гофра в миллиметрах: Н75 имеет высоту трапециевидного ребра 75 мм.
▎2.2. Ключевые геометрические параметры
Несущую способность профиля характеризуют следующие расчётные величины на единицу ширины (на 1 м):
• Iₓ — момент инерции поперечного сечения, см⁴/м
• Wₓ — момент сопротивления поперечного сечения, см³/м
• A — площадь поперечного сечения, см²/м
• qₚ — масса 1 м² настила, кг/м²
Зависимость момента инерции от высоты гофра носит нелинейный характер. В первом приближении:
Iₓ ≈ k ⋅ h^(2.2) ⋅ t
где h — высота гофра в мм, t — толщина стали в мм, k — коэффициент, зависящий от геометрии трапеции.
Именно квадратичная зависимость момента инерции от высоты объясняет кратный рост несущей способности при переходе от НС35 к Н158.
▎3. Технические характеристики профилей
Ниже приведены *расчётные геометрические характеристики* для стальной основы толщиной *t = 0,8 мм* (сталь С345, Rᵧ = 335 МПа) как наиболее распространённого варианта в несущих конструкциях. Характеристики для одной полосы шириной 1 м.
• Высота гофра: *35 мм*
• Полезная ширина: 1000–1100 мм
• Iₓ ≈ 28,4 см⁴/м
• Wₓ ≈ 14,2 см³/м
• Масса: *≈ 6,3 кг/м²* (t = 0,8 мм)
• *Область применения:* лёгкие кровельные покрытия, стеновые панели, подшивка перекрытий. Несущая функция ограничена малыми пролётами до 2,0–2,5 м при нормативных снеговых нагрузках.
• Высота гофра: *44 мм*
• Iₓ ≈ 52,6 см⁴/м
• Wₓ ≈ 21,8 см³/м
• Масса: *≈ 6,8 кг/м²* (t = 0,8 мм)
• *Область применения:* кровельные покрытия, лёгкие перекрытия при пролётах до 2,5–3,0 м. Более высокая жёсткость по сравнению с НС35 обеспечивает лучшее сопротивление прогибу.
• Высота гофра: *57 мм*
• Iₓ ≈ 108 см⁴/м
• Wₓ ≈ 36,0 см³/м
• Масса: *≈ 7,6 кг/м²* (t = 0,8 мм)
• *Область применения:* несущие покрытия производственных зданий, пролёты 3,0–4,0 м. Является переходным профилем между лёгкой серией НС и тяжёлой серией Н.
• Высота гофра: *60 мм*
• Iₓ ≈ 128 см⁴/м
• Wₓ ≈ 40,5 см³/м
• Масса: *≈ 7,9 кг/м²* (t = 0,8 мм)
• *Область применения:* схожа с Н57, но благодаря увеличенной высоте гофра обеспечивает несколько большую несущую способность и применяется при пролётах до 4,5 м.
• Высота гофра: *75 мм*
• Iₓ ≈ 218 см⁴/м
• Wₓ ≈ 55,3 см³/м
• Масса: *≈ 8,5 кг/м²* (t = 0,8 мм)
• *Область применения:* несущие кровельные покрытия и перекрытия при пролётах 4,0–6,0 м. Один из наиболее распространённых несущих профилей в промышленном строительстве.
• Высота гофра: *90 мм*
• Iₓ ≈ 345 см⁴/м
• Wₓ ≈ 72,4 см³/м
• Масса: *≈ 9,2 кг/м²* (t = 0,8 мм)
• *Область применения:* перекрытия по стальным балкам при пролётах 4,5–6,5 м, сборно-монолитные перекрытия (в качестве несъёмной опалубки).
• Высота гофра: *114 мм*
• Iₓ ≈ 668 см⁴/м
• Wₓ ≈ 112 см³/м
• Масса: *≈ 10,5 кг/м²* (t = 0,8 мм)
• *Область применения:* несущие покрытия больших пролётов 6,0–8,5 м, перекрытия промышленных зданий с интенсивными нагрузками.
• Высота гофра: *126 мм*
• Iₓ ≈ 865 см⁴/м
• Wₓ ≈ 131 см³/м
• Масса: *≈ 11,0 кг/м²* (t = 0,8 мм)
• *Область применения:* большепролётные покрытия 7,0–9,0 м, перекрытия складских и производственных объектов.
• Высота гофра: *135 мм*
• Iₓ ≈ 1050 см⁴/м
• Wₓ ≈ 148 см³/м
• Масса: *≈ 11,6 кг/м²* (t = 0,8 мм)
• *Область применения:* несущие кровли и перекрытия при пролётах 8,0–10,0 м. Применяется в логистических центрах, ангарах, спортивных сооружениях.
• Высота гофра: *153 мм*
• Iₓ ≈ 1420 см⁴/м
• Wₓ ≈ 176 см³/м
• Масса: *≈ 12,4 кг/м²* (t = 0,8 мм)
• *Область применения:* тяжёлые несущие перекрытия и покрытия при пролётах 9,0–11,0 м. Часто используется в сборно-монолитных перекрытиях совместно с бетонным слоем.
• Высота гофра: *158 мм*
• Iₓ ≈ 1580 см⁴/м
• Wₓ ≈ 190 см³/м
• Масса: *≈ 13,0 кг/м²* (t = 0,8 мм)
• *Область применения:* наиболее мощный профиль из рассматриваемой линейки. Несущие перекрытия пролётами 10,0–12,0 м и более, тяжелонагружённые покрытия в промышленном и гражданском строительстве.
▎*4. Расчёт несущей способности*
▎*4.1. Расчётная схема и нагрузки*
Профилированный лист рассматривается как *однопролётная или многопролётная балка*, опёртая на прогоны (балки, стропильные фермы). Расчётная нагрузка на настил включает:
qₜₒₜ = qₛₙ ⋅ γ_(f,1) + q_(self) ⋅ γ_(f,2) + q_(add) ⋅ γ_(f,3)
где:
• qₛₙ — нормативная снеговая нагрузка, кПа
• q_(self) — собственный вес настила, кПа
• q_(add) — дополнительная технологическая нагрузка, кПа
• γ_(f,i) — коэффициенты надёжности по нагрузке (1,4–1,5 для снега, 1,05 для собственного веса)
▎*4.2. Проверка по прочности (изгибающий момент)*
Для однопролётной балки изгибающий момент в середине пролёта:
M_(Ed) = (qₜₒₜ ⋅ L²) / 8
Условие прочности по нормальным напряжениям:
σ = M₍Ed) / Wₙ ≤ Rᵧ ⋅ γ_c
откуда предельная нагрузка по прочности:
q(ult,strength) = (8 ⋅ Rᵧ ⋅ γc ⋅ Wₙ) / L²
где:
• Wₙ — момент сопротивления нетто (с учётом ослабления отверстиями и местной потери устойчивости сжатой полки)
• Rᵧ — расчётное сопротивление стали по пределу текучести, кН/см²
• γ_c — коэффициент условий работы (0,9–1,0)
• L — расчётный пролёт, м
▎4.3. Проверка по прогибу (жёсткость)
Для однопролётной балки от нормативной нагрузки:
f = (5 ⋅ qₙₒᵣₘ ⋅ L⁴) / (384 ⋅ E ⋅ Iₓ)
Условие жёсткости:
f ≤ fₗᵢₘ = L / n
где предельный относительный прогиб n принимается:
• n = 200 — для кровельных покрытий (уклон < 10%)
• n = 150 — для стеновых ограждений
• n = 250 — для перекрытий с жёсткими отделочными слоями
Из условия жёсткости:
q(ult,defl) = (384 ⋅ E ⋅ Iₓ) / (5 ⋅ n ⋅ L³)
▎4.4. Проверка на поперечную силу
Поперечная сила у опоры для однопролётной балки:
V(Ed) = (qₜₒₜ ⋅ L) / 2
Условие по скалыванию:
τ = (V₍Ed) ⋅ Sₓ) / (Iₓ ⋅ t₍we))} ≤ Rₛ
где Rₛ = 0,58 ⋅ Rᵧ — расчётное сопротивление сдвигу, t_(web) — толщина стенки гофра.
▎4.5. Учёт местной потери устойчивости
Сжатые полки трапециевидного профиля могут потерять местную устойчивость при напряжениях, не достигших предела текучести. Для широкополочных профилей вводится эффективная ширина сжатой полки:
b(eff) = ρ ⋅ b
где редукционный коэффициент ρ по EN 1993-1-3:
ρ = 1 / λₚ (1 — 0,22 / λₚ), при λₚ > 0,673
λₚ = √(fᵧ) / σc} = (b/t) / 284 ⋅ √(k\sigma)}
где k_\sigma — коэффициент потери устойчивости пластины (для равномерно сжатой полки k_\sigma = 4).
▎5. Влияние толщины стали на несущую способность
Несущая способность профиля линейно зависит от толщины стального основания, поскольку все геометрические характеристики сечения (Iₓ, Wₓ, A) пропорциональны t. Это означает:
qᵤₗₜ(t₂) / qᵤₗ(t₁)} = t₂ / t₁
Промышленность выпускает профили в диапазоне толщин:
• НС35, НС44 — от 0,4 до 0,8 мм
• Н57 — Н90 — от 0,6 до 1,0 мм
• Н114 — Н158 — от 0,7 до 1,5 мм (и более по спецзаказу)
Пример: переход с толщины 0,8 мм на 1,2 мм увеличивает несущую способность профиля Н75 в 1,2/0,8 = 1,5 раза по прочности и жёсткости одновременно.
—
▎6. Сравнительный анализ профилей
▎6.1. Рост момента инерции с увеличением высоты гофра
Ниже показана качественная зависимость момента инерции Iₓ (т = 0,8 мм) от высоты гофра:
• НС35 → Iₓ ≈ 28 см⁴/м
• НС44 → Iₓ ≈ 53 см⁴/м (+89% к НС35)
• Н57 → Iₓ ≈ 108 см⁴/м (+104% к НС44)
• Н75 → Iₓ ≈ 218 см⁴/м (+102% к Н57)
• Н90 → Iₓ ≈ 345 см⁴/м (+58% к Н75)
• Н114 → Iₓ ≈ 668 см⁴/м (+94% к Н90)
• Н135 → Iₓ ≈ 1050 см⁴/м (+57% к Н114)
• Н158 → Iₓ ≈ 1580 см⁴/м (+50% к Н135)
▎6.2. Предельные пролёты при нормативной снеговой нагрузке 1,5 кПа
Ориентировочные максимальные однопролётные пролёты при ограничении прогиба L/200 и толщине 0,8 мм (сталь С345):
• НС35 → Lₘₐₓ ≈ 1,8 м
• НС44 → Lₘₐₓ ≈ 2,2 м
• Н57 → Lₘₐₓ ≈ 3,0 м
• Н60 → Lₘₐₓ ≈ 3,2 м
• Н75 → Lₘₐₓ ≈ 4,0 м
• Н90 → Lₘₐₓ ≈ 4,8 м
• Н114 → Lₘₐₓ ≈ 6,2 м
• Н126 → Lₘₐₓ ≈ 6,9 м
• Н135 → Lₘₐₓ ≈ 7,5 м
• Н153 → Lₘₐₓ ≈ 8,5 м
• Н158 → Lₘₐₓ ≈ 9,0 м
💡 Примечание: при использовании марки стали С390 (Ry = 380 МПа) предельные пролёты по прочности возрастают на ≈13%, по жёсткости — без изменений (жёсткость зависит только от E и Iₓ).
▎7. Расчётный пример
Условие: требуется подобрать профиль для несущего покрытия промышленного здания. Пролёт L = 6,0 м, нормативная снеговая нагрузка qₛₙ = 1,8 кПа, собственный вес кровельного пирога q_(self) = 0,3 кПа.
Решение:
Расчётная нагрузка:
qₜₒₜ = 1,8 ⋅ 1,5 + 0,3 ⋅ 1,05 = 2,70 + 0,315 = 3,015 кПа
Требуемый момент сопротивления из условия прочности:
W(req) = (qₜₒₜ ⋅ L²) / (8 ⋅ Rᵧ ⋅ γc) = (3,015 ⋅ 36) / (8 ⋅ 33)5 ⋅ 0,95} = 108,54 / 2546} ≈ 42,6 см³/м
Требуемый момент инерции из условия жёсткости (прогиб ≤ L/200):
I(req) = (5 ⋅ qₙₒᵣₘ ⋅ L⁴) / (384 ⋅ E ⋅ (L/200)) = (5 ⋅ 2,1 ⋅ 6,0³) / (384 ⋅ 20600 ⋅ (1/200))
I(req) = (5 ⋅ 2,1 ⋅ 1296) / (384 ⋅ 103) ≈ 13608 / 39552 ⋅ 10⁴ ≈ 344 см⁴/м
Вывод: по условию жёсткости требуется Iₓ ≥ 344 см⁴/м. Подходят:
• Н90 (t = 0,8 мм): Iₓ ≈ 345 см⁴/м — минимальный подходящий профиль
• Н114 (t = 0,8 мм): Iₓ ≈ 668 см⁴/м — с запасом
Принимаем Н90 с толщиной 0,8 мм как экономически оптимальное решение.
▎8. Особенности работы в составе сборно-монолитных перекрытий
Профили высотой 90–158 мм (Н90, Н114, Н126, Н135, Н153, Н158) широко применяются в качестве несъёмной опалубки сборно-монолитных перекрытий. В этом случае несущая способность системы значительно возрастает за счёт:
1. Совместной работы профлиста и монолитного бетона при обеспечении связи посредством упоров или рифлений
2. Армирования нижней зоны сечения профилем, воспринимающим растягивающие усилия
3. Бетона в сжатой зоне, компенсирующего потерю устойчивости верхней полки профиля
Несущая способность сталежелезобетонного сечения определяется методом приведённого сечения или методом предельного равновесия по EN 1994-1-1 (Еврокод 4).
▎9. Практические рекомендации по выбору профиля
При проектировании следует соблюдать следующий порядок:
1. Определить тип настила (кровля, перекрытие, опалубка) и расчётную схему (одно-, двух- или многопролётная)
2. Собрать нагрузки по СП 20.13330.2017 с учётом снеговых, ветровых и эксплуатационных воздействий
3. Задать ограничение прогиба в соответствии с назначением здания
4. Вычислить требуемые W_(req) и I_(req)
5. Подобрать профиль по каталогу с Wₓ ≥ W_(req) и Iₓ ≥ I_(req)
6. Проверить по поперечной силе, местной устойчивости и при необходимости — по усталости
7. Оценить экономику: при увеличении толщины стали целесообразно сравнить с переходом на следующий типоразмер профиля
Ключевое правило выбора:
【q(ult】 = \min(q(ult,strength); q(ult,defl)))
Несущая способность определяется наименьшим значением из двух критериев — прочности и жёсткости. Для лёгких профилей (НС35, НС44) определяющим обычно является прогиб, для высоких профилей (Н135–Н158) на коротких пролётах — прочность.
▎10. Заключение
Линейка профилированных листов НС35 → Н158 охватывает диапазон моментов инерции от ≈28 до ≈1580 см⁴/м, что обеспечивает рабочие пролёты от 1,5 до 12,0 м в зависимости от уровня нагрузки и толщины металла. Правильный выбор профиля на основе инженерного расчёта по прочности и жёсткости позволяет достичь оптимального соотношения несущей способности и материалоёмкости конструкции.
Расчёт должен выполняться с использованием актуальных каталожных характеристик конкретного производителя, прошедших испытания и подтверждённых технической документацией, поскольку реальные значения Iₓ и Wₓ зависят от точной геометрии гофра и могут отличаться от приведённых в данной статье типовых значений.
