Ocelové jekly: dvě normy, sufix H a proč o ohybu rozhoduje orientace profilu
Jekl se nevybírá podle ceny za kilogram, protože dva profily o naprosto stejné hmotnosti na metr se mohou v ohybu chovat výrazně jinak. K tomu se pojí dvě normy, které se běžně zaměňují, a jedno písmeno v označení jakosti, jehož vynechání prozradí špatně zadanou specifikaci. Tento průvodce ukazuje, co při výběru rozhoduje doopravdy.
V čem je jekl lepší než otevřený profil
Jekl je uzavřený profil, tedy trubka čtvercového nebo obdélníkového průřezu. Uzavřený obrys mu dává vlastnost, kterou otevřené profily nemají: vysokou tuhost v kroucení.
Rozdíl je zásadní všude, kde na prvek působí zatížení mimo osu. Rám, konzola nesená z jedné strany nebo sloupek brány se kroutí, a otevřený profil se v takové situaci natáčí podstatně víc.
Za to se ale platí u spojů. Jekl je zevnitř nepřístupný, takže se šroubuje hůř a montážní spoj vyžaduje buď průchozí šroub, nebo přivařenou patku. Otevřený profil se v tomhle ohledu kontroluje i spojuje snáz.
Dvě normy, které se běžně zaměňují
Uzavřené profily mají dvě výrobkové normy a rozdíl mezi nimi není v tom, jak často se citují, ale v technologii.
| ČSN EN 10219 | ČSN EN 10210 | |
|---|---|---|
| Technologie | Tvarování za studena, svařované | Dokončení za tepla |
| Zahrnuje bezešvé? | Ne | Ano, i bezešvé |
| Tepelné zpracování po tvarování | Bez něj | Součástí procesu |
| Rozměry a tolerance | Část 2 normy | Část 2 normy |
Z toho plyne oprava jedné rozšířené definice. Popsat jekl jako „uzavřený svařovaný profil“ a odkázat přitom na obě normy je vnitřně rozporné, protože ČSN EN 10210 zahrnuje i profily bezešvé.
Běžný stavební a zámečnický sortiment je tvarovaný za studena, tedy podle ČSN EN 10219. Profily dokončované za tepla se objevují tam, kde projekt požaduje jiné chování v rozích a vyšší tvárnost.
Sufix H není překlep
Tohle je nejrychlejší způsob, jak poznat, že specifikace vznikla kopírováním z jiného sortimentu.
V normě pro uzavřené profily nesou všechny jakosti na konci písmeno H. Nepíše se tedy S235JR, ale S235JRH, dále S275J0H nebo S355J2H. Označení bez H se v této normě vůbec nevyskytuje.
| Označení u jeklu | Zaručená vrubová houževnatost | Kde se volí |
|---|---|---|
| S235JRH | zkouška rázem při +20 °C | Běžné rámy, oplocení, zámečnina |
| S275J0H | zkouška rázem při 0 °C | Vyšší zatížení, chladnější provoz |
| S355J2H | zkouška rázem při -20 °C | Nosné prvky ve venkovním prostředí |
Nejběžnější jakostí je S235JRH s číslem materiálu 1.0039. Starší české značení sufix H nerozlišovalo, takže se převod na ČSN u dutých profilů uvádět nedá jednoznačně.
Pokud tedy v nabídce na jekl stojí „S235JR“ bez H, znamená to jednu ze dvou věcí. Buď byla jakost přepsána z plechu či profilu, nebo dodavatel nerozlišuje výrobkové normy. Obojí stojí za doptání.
Materiálově jde o blízké jakosti a stejnou rodinu konstrukční oceli, kterou rozebírá článek o konstrukční oceli S235, S275 a S355. Rozdíl je v tom, že varianta s H je vedena přímo pro duté profily.
Zaoblení rohů má normovaný rozsah
Roh jeklu není ostrý a jeho poloměr není libovolný. Norma jej váže na tloušťku stěny, označovanou T.
| Tloušťka stěny | Vnější poloměr rohu podle ČSN EN 10219-2 |
|---|---|
| do 6 mm včetně | 1,6T až 2,4T |
| nad 6 do 10 mm | 2,0T až 3,0T |
| nad 10 mm | 2,4T až 3,6T |
U profilů dokončovaných za tepla je rozsah jiný: ČSN EN 10210-2 uvádí nejvýše 3T.
Pozor na jeden údaj, který koluje po katalozích. Hodnota 1,5T uváděná u profilů za tepla je výpočtový poloměr z přílohy normy, nikoli výrobní tolerance. Zaměnit obojí znamená požadovat po dodávce něco, co norma nikdy neslíbila.
Prakticky se poloměr projeví při návrhu styčníků. Čím větší zaoblení, tím menší rovná plocha na stěně, a to omezuje umístění šroubů i délku svaru u rohu.
Rohová oblast a svařování
U profilů tvarovaných za studena projde materiál v rozích výrazným přetvořením a v tomto pásmu se zpevní. Zpevněná oblast se při svařování chová jinak než rovná stěna.
Eurokód pro navrhování styčníků proto svařování v rohové oblasti omezuje, a to podle poměru poloměru rohu k tloušťce stěny. Profily podle ČSN EN 10219 tato kritéria nesplňují automaticky.
Konstrukční závěr je jednoduchý. Svary se navrhují na rovné stěny, ne přes rohy, a pokud se rohu vyhnout nedá, ověřuje se přípustnost výpočtem.
Hmotnost jeklu: tabulka a odhad
Hodnoty níže pocházejí z katalogových listů s odkazem na ČSN EN 10219-2.
| Rozměr | Hmotnost | Plocha průřezu |
|---|---|---|
| 40 × 40 × 2 mm | 2,384 kg/m | 2,94 cm² |
| 40 × 40 × 3 mm | 3,404 kg/m | 4,21 cm² |
| 60 × 40 × 3 mm | 4,383 kg/m | 5,41 cm² |
| 100 × 60 × 3 mm | 7,282 kg/m | 9,01 cm² |
Za pozornost stojí vztah obou sloupců. Hmotnost je konvenční, tedy počítaná s ostrými rohy, kdežto plocha průřezu je skutečná a zaoblení rohů už zohledňuje. Proto z plochy krát hustota hmotnost přesně nevyjde.
Pro rozměry mimo tabulku se hodí rychlý odhad. Obvod střední čáry vynásobíte tloušťkou stěny a hustotou oceli:
Hmotnost [kg/m] ≈ 2 × tloušťka × (šířka + výška – 2 × tloušťka) × 7,85 / 1000, rozměry v milimetrech.
Vzorec počítá s ostrými rohy. Proti čtyřem řádkům tabulky se odchyluje oběma směry, nejvýše zhruba o dvě a půl procenta, což na odhad dopravy stačí, na fakturaci nikoli.
Stejná hmotnost, jiné chování v ohybu
Tady je odpověď na otázku, kterou při poptávce slyšíme nejčastěji, tedy kolik stojí kilo jeklu.
Kilogram je špatná měrná jednotka pro rozhodování, protože ani tuhost, ani únosnost s hmotností nerostou přímo úměrně. Rozhoduje, kde je materiál v průřezu umístěný.
Vezměte dva profily se stejnou tloušťkou stěny a stejnou spotřebou oceli na metr:
| Profil | Výška v ohybu | Tuhost, tedy odolnost proti průhybu | Únosnost v ohybu |
|---|---|---|---|
| 60 × 60 × 3 mm | 60 mm | základ | základ |
| 80 × 40 × 3 mm, postavený na výšku | 80 mm | zhruba o polovinu vyšší | zhruba o desetinu vyšší |
| 80 × 40 × 3 mm, položený naplocho | 40 mm | zhruba poloviční | zhruba o čtvrtinu nižší |
Všechny tři varianty váží stejně, zhruba 5,4 kg/m, a stojí tedy za metr stejně.
Za pozornost stojí, že tuhost a únosnost se nemění stejně rychle. Otočení obdélníkového profilu o devadesát stupňů změní tuhost zhruba trojnásobně, ale únosnost jen zhruba jedenapůlkrát.
Důvod je v tom, že každou z obou veličin řídí jiná charakteristika průřezu. Tuhost se odvíjí od momentu setrvačnosti, který roste se třetí mocninou výšky, kdežto únosnost od průřezového modulu, který roste s mocninou druhou.
Pro návrh z toho plyne praktické vodítko. Pokud se prvek nadměrně prohýbá, otočení nebo zvýšení profilu pomůže výrazně. Pokud je na hraně únosnosti, pomůže podstatně méně a je na místě výpočet, nikoli odhad.
Jak jekl vybírat
| Situace | Na co se dívat |
|---|---|
| Prvek se prohýbá | Zvětšete výšku průřezu, ne tloušťku stěny |
| Prvek se kroutí | Uzavřený průřez, blíž ke čtverci |
| Rám s pohledovými spoji | Čtvercový profil, jednodušší styčníky |
| Vodorovné nosné pole | Obdélníkový profil postavený na výšku |
| Sloupek namáhaný tlakem | Čtvercový profil, obě osy rovnocenné |
Tloušťka stěny se řeší až jako druhá v pořadí. Přidaná stěna zvýší hmotnost i cenu úměrně, ale tuhost posune podstatně méně než zvětšení výšky.
Koroze zevnitř a proč jsou u zinkování otvory povinné
U uzavřeného profilu vzniká otázka, na kterou se u otevřených neptáme: co se děje uvnitř, kam se nikdo nedostane.
Odpověď je proti očekávání uklidňující. Hermeticky uzavřený profil zevnitř prakticky nekoroduje, protože v uzavřeném objemu dojde vzdušný kyslík a reakce se zastaví. Problém tedy nedělá uzavřený vnitřek, ale vnitřek nedovřený.
Nejhorší variantou je profil s otvorem nahoře nebo s netěsným spojem. Dovnitř zatéká, voda nemá kudy odejít a koroze běží ze strany, kterou nikdo nekontroluje. U svislých sloupků bran a plotů je to nejčastější příčina toho, že prvek selže dřív, než by odpovídalo tloušťce stěny.
Praktická pravidla jsou tedy tři. Konce uzavírat, uzavírat je nahoře i dole, a pokud otvor z nějakého důvodu zůstat musí, umístit ho tak, aby jím voda odtékala, ne přitékala.
U žárového zinkování se ale logika obrací. Uzavřený profil ponořený do lázně roztaveného zinku se chová jako uzavřená nádoba, takže otvory jsou povinné: musí jimi uniknout vzduch, zatéct zinek dovnitř a zase vytéct ven. Bez nich se vnitřek nepokryje a v krajním případě je ponor nebezpečný.
Po zinkování se takové otvory dají zaslepit. Souvislosti zinkování včetně tloušťky povlaku a životnosti rozebírá samostatný průvodce pozinkovanou ocelí.
Konce, patky a kotvení
Nepřístupný vnitřek se projeví i při kotvení. Jekl se k podkladu nepřipojí přímo, potřebuje mezičlánek.
| Řešení | Kdy se hodí | Na co pozor |
|---|---|---|
| Přivařená patní deska | Sloupky, rámy kotvené do betonu | Svar navrhnout na rovné stěny, ne přes rohy |
| Průchozí šroub | Rozebíratelné spoje | Stěna se při dotažení promáčkne, nutná rozpěrka |
| Vnitřní vložka | Nastavení délky, spojky rámů | Vůle mezi vložkou a stěnou |
| Zabetonování konce | Plotové sloupky | Přechod mezi betonem a vzduchem je místo, kde koroze začíná |
Poslední řádek stojí za zdůraznění. U zabetonovaného sloupku nekoroduje část v betonu ani část na vzduchu, ale úzké pásmo přesně na rozhraní, kde se střídá vlhko a sucho.
Co uvést v poptávce
Poptávku na jekly zdržují dotazy, kterým předejde pět údajů:
- Rozměr průřezu a tloušťku stěny v milimetrech, tedy 60 × 40 × 3.
- Jakost včetně písmene H, tedy S235JRH nebo S355J2H.
- Normu, pokud projekt rozlišuje tvarování za studena a dokončení za tepla.
- Délku a počet kusů.
- Zda potřebujete atest 3.1 podle ČSN EN 10204 s číslem tavby, jak popisuje článek o atestu 3.1.
Souvislosti mezi skupinami hutního materiálu popisuje průvodce hutním materiálem z černé oceli.
Hutní materiál ze skladu do celé ČR
ULAMEX drží skladem konstrukční ocel v profilech otevřených i uzavřených, tedy nosníky IPE, širokopřírubové HEA a HEB, U-profily UPN a UPE, úhelníky, T-profily a jekly. Celý sortiment je v kategorii profily a nosníky.
Součástí sortimentu jsou i jekly, čtvercové i obdélníkové. Dodáváme je podle ČSN EN 10219 v jakostech S235JR a S355J2, běžně v rozměrech zhruba od 30 × 30 do 120 × 120 mm.
Do poptávky stačí uvést rozměr, tloušťku stěny, jakost s písmenem H, délku a množství.
Ke každé dodávce lze vyžádat atest 3.1 podle ČSN EN 10204 s číslem tavby. Svařované nosné konstrukce vyráběné ULAMEX nesou označení CE podle ČSN EN 1090-1 EXC2 a svařování probíhá v systému řízení podle ISO 3834-2. Firma obchoduje s ocelí a hliníkem od roku 1988, tedy 38 let. Dodací lhůta do České republiky je zpravidla 2 až 5 pracovních dnů, poptávky přijímáme přes kontakt.
Často kladené dotazy
Proč se v jakosti jeklu píše písmeno H?
Protože norma pro duté profily vede jakosti výhradně s tímto písmenem. Správně je S235JRH (1.0039), S275J0H nebo S355J2H, zatímco označení S235JR bez H se v ní vůbec nevyskytuje. Pokud tedy v nabídce na jekl chybí H, byla jakost nejspíš přepsána z plechu nebo z otevřeného profilu a stojí za doptání.
Jaký je rozdíl mezi ČSN EN 10219 a EN 10210?
V technologii, nikoli v jakosti materiálu. EN 10219 pokrývá profily tvarované za studena a svařované, bez tepelného zpracování po tvarování. EN 10210 pokrývá profily dokončované za tepla, a to včetně bezešvých. Právě proto je definice jeklu jako „uzavřeného svařovaného profilu“ s odkazem na obě normy vnitřně rozporná.
Kolik váží jekl 60 × 40 × 3?
Podle katalogových listů s odkazem na ČSN EN 10219-2 činí 4,383 kg/m při ploše průřezu 5,41 cm². Pro rozměry mimo tabulku se dá hmotnost odhadnout jako dvojnásobek tloušťky krát součet šířky a výšky zmenšený o dvojnásobek tloušťky, to celé krát 7,85 a děleno tisícem. Odhad počítá s ostrými rohy a od tabulkové hodnoty se liší nejvýše zhruba o dvě a půl procenta.
Unese jekl 80 × 40 víc než 60 × 60?
Záleží na orientaci a na tom, co potřebujete. Postavený na výšku 80 mm má profil 80 × 40 tuhost v ohybu zhruba o polovinu vyšší než čtvercový 60 × 60, únosnost ale jen zhruba o desetinu. Otočení profilu naplocho tuhost sníží zhruba na polovinu. Obě varianty přitom váží stejně, kolem 5,4 kg/m.
Mám raději zvětšit průřez, nebo tloušťku stěny?
Průřez, konkrétně jeho výšku. Moment setrvačnosti roste se třetí mocninou výšky, ale jen s první mocninou šířky, takže vyšší profil posune tuhost podstatně víc než silnější stěna. Přidaná stěna zvýší hmotnost i cenu úměrně, ale na průhyb má menší vliv. Tloušťka se proto řeší až jako druhá v pořadí.
Jak velké je zaoblení rohů jeklu?
Norma je váže na tloušťku stěny. U profilů tvarovaných za studena podle ČSN EN 10219-2 platí 1,6T až 2,4T pro stěnu do 6 mm, 2,0T až 3,0T pro 6 až 10 mm a 2,4T až 3,6T nad 10 mm. U profilů dokončovaných za tepla uvádí ČSN EN 10210-2 nejvýše 3T. Hodnota 1,5T, která koluje po katalozích, je výpočtový poloměr z přílohy, nikoli výrobní tolerance.
Lze svařovat v rohové oblasti jeklu?
Jen s ověřením. U profilů tvarovaných za studena se materiál v rozích výrazně přetvoří a zpevní, takže se při svařování chová jinak než rovná stěna. Eurokód pro navrhování styčníků svařování v této oblasti omezuje podle poměru poloměru rohu k tloušťce stěny a profily podle EN 10219 tato kritéria nesplňují automaticky. Svary se proto navrhují na rovné stěny.
Koroduje jekl zevnitř?
Hermeticky uzavřený profil prakticky ne, protože v uzavřeném objemu dojde vzdušný kyslík a reakce se zastaví. Problém dělá profil nedovřený: otvorem nahoře nebo netěsným spojem zatéká, voda nemá kudy odejít a koroze běží zevnitř. U svislých sloupků bran a plotů je to nejčastější příčina předčasného selhání. Konce se proto uzavírají nahoře i dole.
Proč musí mít jekl před zinkováním otvory?
Protože uzavřený profil ponořený do lázně roztaveného zinku se chová jako uzavřená nádoba. Otvory musí uniknout vzduch, zinek jimi zateče dovnitř a zase vyteče ven, jinak se vnitřek nepokryje a ponor je v krajním případě nebezpečný. Po zinkování se dají zaslepit, což je rozdíl proti trvale otevřenému profilu, do kterého zatéká.
Kdy zvolit jekl a kdy otevřený profil?
Jekl tam, kde se prvek kroutí, tedy u rámů, konzol nesených z jedné strany a sloupků bran. Uzavřený obrys má v kroucení nesrovnatelně vyšší tuhost. Otevřený profil tam, kde je potřeba přístup ke spoji: jekl je zevnitř nepřístupný, takže montážní spoj vyžaduje průchozí šroub nebo přivařenou patku.