Nosníky IPE: kompletní průvodce (EN 10365)
Hlavní referenční stránka rodiny IPE: logika geometrie řady, přednosti v ohybu kolem tuhé osy, slabiny v tlaku a kroucení, klopení a zásady bočního podepření, jakosti oceli dle EN 10025 a výrobní tolerance dle EN 10034, včetně kompletní tabulky rozměrů.
Co je nosník IPE?
IPE je evropský standard mezi válcovanými nosníky tvaru I: dvouose symetrický průřez se štíhlou stojinou a dvěma pásnicemi s rovnoběžnými povrchy. Označení pochází z francouzského I Profil Européen a rozměry celé řady jsou dnes katalogizovány v normě EN 10365, která sjednotila starší euronormové rozměrové listy do jediného dokumentu pro válcované profily.
Právě rovnoběžné pásnice odlišují IPE od staršího profilu IPN, jehož vnitřní plochy pásnic jsou skloněné. Rovné plochy zásadně zjednodušují šroubované i svařované přípoje (bez klínových podložek, bez obrábění), a to je velká část důvodu, proč IPE vytlačilo IPN z role každodenního nosníku evropského stavitelství.
Protože všechny válcovny válcují podle stejného katalogu, je IPE 200 objednané v Praze zaměnitelné s kusem z Madridu. Tato univerzálnost je tichou předností celé rodiny: projektanti, výrobci i sklady mluví stejným jazykem. Celou řadu najdete na stránce rodiny IPE.
Logika geometrie řady
Označení IPE je prostě jmenovitá výška průřezu v milimetrech: řada sahá od IPE 80 po IPE 600. Charakter rodiny určují dvě pravidla.
- Úzké pásnice: šířka pásnice je zhruba polovina výšky (b ≈ h/2). Materiál je soustředěn do dvou tenkých pásnic držených daleko od sebe štíhlou stojinou, přesně tam, kde při ohybu kolem tuhé osy pracuje nejvíce.
- Rostoucí kroky: odstupňování velikostí se s výškou zvětšuje. Malé profily jsou odstupňovány jemně, aby lehké konstrukce nemusely zbytečně předimenzovávat; u vysokých profilů stačí hrubší krok, protože i mírná změna výšky tam výrazně mění únosnost.
Kompletní tabulka níže uvádí všechny velikosti. Čtěte ji zleva doprava: blok geometrie (výška, šířka pásnice, tloušťka stojiny a pásnice, poloměr zaoblení), dále plocha a hmotnost na metr, a nakonec blok tuhosti a únosnosti: momenty setrvačnosti Iy a Iz, pružné a plastické průřezové moduly a poloměry setrvačnosti k oběma osám plus konstanty kroucení. Každý řádek odkazuje na samostatnou stránku profilu se všemi odvozenými veličinami.
| Profil | h × b [mm] | G [kg/m] | A [cm²] | Iy [cm⁴] | Wel,y [cm³] | Wpl,y [cm³] | iy [mm] |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| IPE 80 | 80 × 46 | 6.0 | 7.6 | 80.1 | 20.0 | 23.2 | 32.4 |
| IPE 100 | 100 × 55 | 8.1 | 10.3 | 171.0 | 34.2 | 39.4 | 40.7 |
| IPE 120 | 120 × 64 | 10.4 | 13.2 | 317.8 | 53.0 | 60.7 | 49 |
| IPE 140 | 140 × 73 | 12.9 | 16.4 | 541.2 | 77.3 | 88.3 | 57.4 |
| IPE 160 | 160 × 82 | 15.8 | 20.1 | 869.3 | 108.7 | 123.9 | 65.8 |
| IPE 180 | 180 × 91 | 18.8 | 23.9 | 1317.0 | 146.3 | 166.4 | 74.2 |
| IPE 200 | 200 × 100 | 22.4 | 28.5 | 1943.0 | 194.3 | 220.6 | 82.6 |
| IPE 220 | 220 × 110 | 26.2 | 33.4 | 2772.0 | 252.0 | 285.4 | 91.1 |
| IPE 240 | 240 × 120 | 30.7 | 39.1 | 3892.0 | 324.3 | 366.6 | 99.7 |
| IPE 270 | 270 × 135 | 36.1 | 46.0 | 5790.0 | 428.9 | 484.0 | 112.3 |
| IPE 300 | 300 × 150 | 42.2 | 53.8 | 8356.0 | 557.1 | 628.4 | 124.6 |
| IPE 330 | 330 × 160 | 49.1 | 62.6 | 11770.0 | 713.1 | 804.3 | 137.1 |
| IPE 360 | 360 × 170 | 57.1 | 72.7 | 16270.0 | 903.6 | 1019.0 | 149.5 |
| IPE 400 | 400 × 180 | 66.3 | 84.5 | 23130.0 | 1156.0 | 1307.0 | 165.5 |
| IPE 450 | 450 × 190 | 77.6 | 98.8 | 33740.0 | 1500.0 | 1702.0 | 184.8 |
| IPE 500 | 500 × 200 | 90.7 | 115.5 | 48200.0 | 1928.0 | 2194.0 | 204.3 |
| IPE 550 | 550 × 210 | 105.5 | 134.4 | 67120.0 | 2441.0 | 2787.0 | 223.5 |
| IPE 600 | 600 × 220 | 122.4 | 156.0 | 92080.0 | 3069.0 | 3512.0 | 243 |
Kde IPE vyniká
IPE je specialista na ohyb. Jeho proporce maximalizují průřezový modul k tuhé ose na kilogram oceli, a proto je přirozenou první volbou všude tam, kde prvek přenáší svislé zatížení na vodorovném rozpětí:
- Stropnice a průvlaky: hlavní i vedlejší nosníky ocelových a spřažených stropů; střední velikosti jako IPE 270 nebo IPE 300 tu potkáte nejčastěji.
- Vaznice a paždíky: střešní a stěnové prvky hal, pokud malý sklon střechy nebo táhla udrží složku zatížení k měkké ose na uzdě.
- Překlady a výměny: otvory ve zdivu jsou klasickým teritoriem kompaktních velikostí typu IPE 160 a IPE 200.
Druhou předností je plastická rezerva. Protože velká část plochy sedí v pásnicích, převyšuje plastický průřezový modul ten pružný o slušnou rezervu (viz tvarový součinitel v tabulce níže) a většina velikostí IPE se ve vhodné jakosti oceli kvalifikuje pro plastický návrh.
| Profil | Wel,y [cm³] | Wpl,y [cm³] | Tvarový součinitel Wpl/Wel |
|---|---|---|---|
| IPE 80 | 20.0 | 23.2 | 1.159 |
| IPE 100 | 34.2 | 39.4 | 1.152 |
| IPE 120 | 53.0 | 60.7 | 1.147 |
| IPE 140 | 77.3 | 88.3 | 1.143 |
| IPE 160 | 108.7 | 123.9 | 1.140 |
| IPE 180 | 146.3 | 166.4 | 1.137 |
| IPE 200 | 194.3 | 220.6 | 1.135 |
| IPE 220 | 252.0 | 285.4 | 1.133 |
| IPE 240 | 324.3 | 366.6 | 1.130 |
| IPE 270 | 428.9 | 484.0 | 1.128 |
| IPE 300 | 557.1 | 628.4 | 1.128 |
| IPE 330 | 713.1 | 804.3 | 1.128 |
| IPE 360 | 903.6 | 1019.0 | 1.128 |
| IPE 400 | 1156.0 | 1307.0 | 1.131 |
| IPE 450 | 1500.0 | 1702.0 | 1.135 |
| IPE 500 | 1928.0 | 2194.0 | 1.138 |
| IPE 550 | 2441.0 | 2787.0 | 1.142 |
| IPE 600 | 3069.0 | 3512.0 | 1.144 |
Kde IPE není správný nástroj
Tatáž logika úzkých pásnic, díky níž je IPE v ohybu úsporné, ho jinde oslabuje.
- Sloupy: moment setrvačnosti k měkké ose je jen zlomkem hodnoty k ose tuhé, takže bočně nepodepřený sloup z IPE vybočí do strany dávno předtím, než se průřez plně využije. Širokopřírubové profily HEA a HEB, jejichž pásnice jsou zhruba stejně široké, jako je průřez vysoký, jsou pro tuto úlohu stavěné. Viz srovnání IPE vs HEA vs HEB.
- Kroucení: jako tenkostěnný otevřený průřez má IPE velmi malou tuhost ve volném kroucení. Krutu vzdoruje především vázaným kroucením (deplanací) pásnic, které závisí na podepření konců a na dlouhých prvcích slábne. Excentrická nebo kroutivá zatížení volají po uzavřených průřezech.
- Dvouosý ohyb: výraznější zatížení k měkké ose (příčné síly od jeřábové dráhy, strmé střechy bez táhel) rychle smaže výhodu tuhé osy.
Konstantu volného kroucení It a výsečový moment setrvačnosti Iw pro všechny velikosti shrnuje tabulka:
| Profil | It [cm⁴] | Iw [×10³ cm⁶] | Iz [cm⁴] |
|---|---|---|---|
| IPE 80 | 0.7 | 0.1 | 8.5 |
| IPE 100 | 1.2 | 0.3 | 15.9 |
| IPE 120 | 1.7 | 0.9 | 27.7 |
| IPE 140 | 2.4 | 2.0 | 44.9 |
| IPE 160 | 3.5 | 3.9 | 68.3 |
| IPE 180 | 4.7 | 7.3 | 100.9 |
| IPE 200 | 6.8 | 12.7 | 142.4 |
| IPE 220 | 9.0 | 22.3 | 204.9 |
| IPE 240 | 12.7 | 36.7 | 283.6 |
| IPE 270 | 15.7 | 69.5 | 419.9 |
| IPE 300 | 19.8 | 124.3 | 603.8 |
| IPE 330 | 27.6 | 196.1 | 788.1 |
| IPE 360 | 37.1 | 309.4 | 1043.0 |
| IPE 400 | 50.4 | 482.9 | 1318.0 |
| IPE 450 | 66.0 | 781.0 | 1676.0 |
| IPE 500 | 88.6 | 1235.4 | 2142.0 |
| IPE 550 | 121.7 | 1861.5 | 2668.0 |
| IPE 600 | 164.6 | 2814.7 | 3387.0 |
Klopení a zásady bočního podepření
Rozhodujícím způsobem porušení štíhlého nosníku IPE v ohybu často není samotný průřez, ale klopení: tlačená pásnice, která se chová jako štíhlý tlačený prut, vybočí do strany a celý nosník se překlopí. Úzké pásnice a malá tuhost v kroucení činí IPE citlivějším na klopení než širokopřírubové rodiny, takže promyšlené boční podepření je součástí návrhu, ne dodatkem.
Osvědčená praxe:
- Podepřete tlačenou pásnici. Betonová deska, řádně kotvený spřažený plech nebo hustě rozmístěné vedlejší nosníky ji drží spojitě či v krátkých intervalech a klopení často zcela vyloučí.
- Hlídejte, která pásnice je tlačená. Nad vnitřními podporami spojitých nosníků a u konzol je tlačená dolní pásnice: podepřete ji šikmými vzpěrkami nebo vyztuženými přípoji; deska nahoře tam nepomůže.
- Pozor na destabilizující zatížení. Břemena působící shora na nepodepřenou horní pásnici klopení zhoršují; zatížení zavěšená na dolní pásnici působí stabilizačně.
V řeči Eurokódů se posudek vede podle EN 1993-1-1: ohybová únosnost se redukuje součinitelem klopení podle štíhlosti nepodepřeného úseku. Zkrácení vzpěrné délky je téměř vždy levnější než zvětšení profilu.
Jakosti oceli a tolerance
EN 10365 definuje jen geometrii; ocel se objednává zvlášť, nejčastěji podle EN 10025-2 pro nelegované konstrukční oceli. Tahouny jsou jakosti S235, S275 a S355: číslice označují jmenovitou mez kluzu a přípony JR, J0 či J2 stupňují vrubovou houževnatost (houževnatější varianty volte pro nízké teploty, dynamické zatížení a kritické svarové detaily). S355 se ve velké části Evropy stala výchozí volbou: cenová přirážka proti S235 je mírná a návrhy řízené pevností vycházejí lehčí. Kde ale rozhoduje průhyb nebo kmitání (což je běžné u dlouhých, nízkých stropnic), vyšší jakost nepřinese nic, protože modul pružnosti je u všech jakostí stejný.
Přesnost válcování řeší EN 10034, která stanovuje tolerance výšky, šířky pásnic, tlouštěk stojiny a pásnic, kolmosti pásnic, vyosení stojiny, přímosti a hmotnosti na metr. Tabulkové průřezové veličiny jsou jmenovité; tolerance hmotnosti říká, o kolik se smí dodaný nosník legitimně lišit. Běžná stavební praxe tyto odchylky pohltí v návrhových součinitelích, ale záleží na nich u obráběných přípojů, přesných architektonických detailů a při sporech o dodanou hmotnost.