подбор сечения балки по нагрузке, калькулятор швеллера, практические рекомендации
Речь пойдет о расчете прогиба балки как вручную, так и при помощи специального калькулятора.
Балки широко используются при строительстве домов и других строений. В основном они служат перекрытиями между этажами или этажом и крышей, либо из них делают стропильную систему. В первом и во втором случае, балки необходимы для того, чтобы распределить вес и сделать постройку более прочной
Для этого важно, чтобы брусья была правильной длинны, толщины и сделана из наиболее подходящего материала
Раньше такие вычисления делались специалистами вручную, теперь, когда появились компьютеры, для этого созданы программы, калькуляторы, введя в которые все необходимые параметры можно получить мгновенный результат.
Зачем нужен расчет
Если использовать при строительстве брусья неправильной длинны или толщины, то в процессе эксплуатации они будут не уменьшать, а, наоборот, увеличивать нагрузку на стены, будь те из дерева или кирпича, что в свою очередь уменьшит прочность и надежность всего здания.
Даже небольшой прогиб балки или излишний ее вес, может оказаться критичным. Для того, чтобы этого не произошло, и была разработана данная система.
Что необходимо, чтобы его произвести
Чтобы провести верный расчёт, следует для начала учитывать несколько основных факторов.
- Длинна шага между брусьями — они не должны быть слишком далеко друг от друга чтобы равномерно распределять нагрузку между собой, но и слишком часто устанавливать их нельзя, так как от этого нагрузка на балки, конечно, станет меньше, но сами балки станут создавать ее из-за своего веса.
- Длинна и толщина — если она будет слишком длинной или недостаточно толстой, то по законам физики начнет прогибаться вниз. В то время как ее центр станет опускаться, края балки начнут приподниматься и расшатывать стену над собой.
- Самое главное — Выяснить величину и точки основной нагрузки которая будет приходиться на балки. Уже исходя из этого следует производить все остальные подсчёты.
Когда балки используется не в качестве перекрытия, а в виде стропил, нужно учитывать и нагрузку, создаваемую ветром и снегом. Даже небольшая нагрузка, не взятая в расчёт, может оказаться критичной.
Как рассчитать прогиб и несущую способность
Допустим, необходимо рассчитать нагрузки на балки между этажами. Для этого потребуется следующее:
Пролет — расстояние между стенами. В комнате их два, если она прямоугольная то один будет длиннее другого, если же квадратная то одинаковые.
Брусья укладываем поперек более короткого пролета, Длинна балок — обычно 3-4 метра, это оптимальная длина. В нашем случае берем 3,5 метра.
Толщина балки измеряется в ее сечение. Правильная толщина должна иметь соотношения высоты и ширины сечения 7 к 5.
В противном случае имеет риск деформации под нагрузкой. Если ширина будет больше, то появиться прогиб вниз, а если высота сечения окажется большей, то ее может изогнуть вбок.
Потому мы берем брус шириной 10 см, для соотношения 7\5 его высота должна быть 14 см (10:5*7=14). Но все же полностью избавиться от прогиба практически невозможно, потому он допускается в соотношение 1 см прогиба на 2 метра длинны.
Теперь начинаем расчёт прогиба по формуле L\200. L — это длинна пролета в см. 200 — расстояние на каждый сантиметр проседания балки.
350 см : 200 = 1,75 см
Это величина нормального прогиба который получится исходя из данного примера.
Расчет несущей способности намного сложнее и потому проще использовать уже готовый калькулятор.
Калькулятор — придумали для того, чтобы максимально сократить время подсчёта и уменьшить риск ошибки. Ведь человеку свойственно ошибаться, а калькулятор произведет все расчёты и не забудет поставить какую-нибудь запятую или ноль.
Для получения информации о максимальной нагрузки на выбранную балку и подходит ли она для работы, в программу нужно ввести ее длину, толщину (высоту и ширину среза), расстояние, которое предполагается между данными ними, и материал из которого она будет сделана.
Выводы:
Расчёт прогиба балки дело не простое, но важное и обязательное, так как это напрямую влияет на надёжность и прочность строения. Благодаря современным технологиям, теперь не придется делать сложные вычисления, запоминать формулы и бояться ошибиться
Специальная программа сделает все сама и выдаст результат, стоит ввести в нее основные данные. Работа с калькулятором удобнее, быстрее и надежнее чем делать все вручную.
Подробнее о прогибе балки и расчете смотрите следующее видео:
Швеллер в наличии на складе в Москве
Швеллер является продукцией прокатного производства, которая имеет U-образное поперечное сечение. В зависимости от технологии производства, швеллеры бывают горячекатаные и гнутые. Размеры и форма г/к швеллеров общего назначения регламентируются стандартом ГОСТ 8240-97. Ширина проката согласно указанному нормативному документу может быть от 32 до 115 мм, а высота 50 — 400 мм.
В обозначении номера профиля зашифрована высота швеллера в сантиметрах (цифра) и серия или тип профиля (буква).
Размеры гнутого швеллера регламентируются стандартом ГОСТ 8278-83. В соответствии этому документу высота профиля может принимать значение от 25 до 410 мм, толщина швеллера — от 2 до 8 мм, и ширина может быть 26 — 160 мм.
В APEX L вы сможете приобрести швеллер наиболее востребованных размеров из стали марок Ст3 и 09Г2С:
- серии П с параллельными гранями — типоразмеры профиля 5П — 30П;
- серии У с уклоном граней — типоразмеры профиля 6,5У — 30У;
- гнутый швеллер с размерами от 50х40х3 до 250х125х6.
Значения высоты и ширины полки, ширины и толщины стенки по ГОСТ 8240-97 смотрите на странице — Как правильно расшифровать условное обозначение швеллера.
Прогиб балки под нагрузкой Графоаналитический расчет прогиба металлического бруса (трубы) круглого или квадратного профиля
В данном разделе рассматриваются четыре вида нагрузок и четыре различных формы сечения
металлической балки — квадратная труба, круглая труба, квадратный сплошной брус, круглый сплошной брус.
Расчитаны (приведены расчетные формулы): момент сопротивления, момент инерции, изгибающий момент, максимальная нагрузка (допустимая нагрузка), прогиб (изгиб).
С помощью графоаналитического расчета выполняется подбор геометрических параметров металлической балки круглого или квадратного профиля под заданную максимальную нагрузку.
Для указанных профилей момент сопротивления W и момент инерции J определяются по следующим зависимостям:
— для бруса с поперечным сечением квадратной формы (вариант 1):
W
= h03 / 6,
J = h04 / 12;
— для бруса с поперечным сечением круглой формы (вариант 2):
W
= 0,0982 · d03,
J = 0,0481 · d04;
— для трубы квадратного профиля (вариант 3):
W
= / 6 · h0,
J = / 12;
— для трубы круглого профиля (вариант 4):
W
= 0,0982 · / d0,
J = 0,0491 · .
Допустимая нагрузка Fmax, изгибающий момент М и прогиб у в наиболее опасном сечении определяются по формулам:
— для варианта 1:
M1
= F · L,
F1max = s· W / L, y
= F · L3 / ;
— для варианта
2:
M2
= F · L / 2, F2max = 2 ·s·
W / L, y = F · L3 /
[ 8 · E · J ],
F = q · L (q — погонная нагрузка);
— для варианта 3:
M3
= F · L / 4, F3max = 4 ·s·
W / L,
y = F · L3 / ;
— для варианта 4
M4
= F · L / 8, F4max = 8 ·s·
W / L, y = 5 · F · L3
/ ,
F = q · L.
Брус — это тело, у которого один из трех размеров, определяющих его габариты, (длина) значительно больше двух остальных.
При рассмотрении процессов растяжения или сжатия брус может называться стержнем, при изгибе — балкой.
Стержень называют тонкостенным, если отношение ширины стенок к толщине состаляет более 5…10. Поперечное сечение тонкостенного стержня называют его профилем.
Для выбора оптимального сочетания заданной нагрузки, допустимой нагрузки, величины прогиба, материала и размеров балки, момента инерции, момента сопротивления, изгибающего момента
используем графоаналитический метод и сформируем систему номограмм.
|
Диапазон F1max F2max F3max F4max L F h0 h1 d0 d1 W s=700 E·105 J Диапазон F1max F2max F3max F4max L F h0 h1 d0 d1 W s= E·105 J Диапазон F1max F2max F3max F4max L F h0 h1 d0 d1 W s= E·105 J
|
|
Отличие от других двутавров
Двутавр колонного типа имеет некоторые отличия от любых других вариаций этого изделия. Основное отличие кроется в том, что толщина стенок у колон гораздо выше, чем у других моделей. Благодаря этому можно с уверенностью сказать, что прочность и жесткость этого изделия гораздо выше. К тому же это существенно расширяет сферу его использования. Однако здесь есть и некоторый минус. С увеличением толщины стен растет и масса одной колонны.
К примеру, двутавр в поперечном сечении равный 30 см с маркировкой «Б» будет весить около 33 кг. А вот если взять такое же сечение для колонного типа, то его масса составит около 87 кг (в два раза больше). Одна из отличительных особенностей кроется еще и в том, что балочные грани могут располагаться под разным углом. Это означает, что существует возможность менять ее для каждой сферы применения, что позволит еще больше увеличить прочность и жесткость конструкции в индивидуальном порядке.
Как рассчитать швеллер на прогиб и изгиб
Расчет швеллера на прогиб – необходимый элемент при проектировании здания или другого объекта, в составе которого используется балка. Вычисления производят самостоятельно или с помощью специальных онлайн-калькуляторов.
Вручную расчеты выполняются следующим образом. Допустим, используется профиль 10П, сделанный из стали 09Г2С. Он имеет шарнирное крепление. Длина его 10 м. В справочнике находят еще несколько необходимых показателей: предел текучести для указанного сорта стали – 345 МПа, момент сопротивления по осям X и Y – 34,9 и 7,37 соответственно.
Максимальная нагрузка на изгиб при шарнирном закреплении появляется посредине балки и вычисления по формуле: M=W*Ryh.
Вычисляют допустимый момент для 2 вариантов:
- стенка расположена вертикально – 34,9*345=12040,5 H*m;
- стенка горизонтальна – 7,37*345=2542,65 H*m.
Вычислив момент, определяют допустимую нагрузку на швеллер:
- g1=8*12040,5/102=-96,3 кгс/м;
- g2=8*2542,65/102=20,3 кгс/м.
Для данного случая очевидно, что несущая способность у балки, расположенной вертикально, в 5 раз лучше, чем у профиля, установленного горизонтально.
Расчетные схемы
Схема укладки швеллера влияет на формулу расчета. По способу распределения давления и типу крепления различают 5 вариантов.
- Однопролетная с шарнирным опиранием – например, профиль, установленный на стены для межэтажного перекрытия. Нагрузка в этом случае равномерно распределена.
- Консольная – балка жестко закреплена одним концом, второй не опирается. Нагрузка равномерно распределена. Вариант применяют при обустройстве козырька из двух элементов.
- Шарнирно-опертая – более сложной конфигурации. Балка устанавливается на 2 опоры и консоль. Так монтирует балконы, например.
- Однопролетная с шарнирным опиранием, но с давлением, оказываемой двумя конструкциями. Примером служит швеллер, на который опирают 2 балки.
- Однопролетная, устанавливаемая на 2 основания и на которую опирается еще одна балка.
- Консольная, сосредоточенная одной силой.
Исходные данные
Расчет допустимой нагрузки на швеллер проще рассчитать, используя онлайн-калькуляторы. Чтобы получить результат, необходимо указать нужные данные. Список включает:
- тип расчетной схемы;
- длину пролета в метрах;
- нормативную нагрузку – данные о ней получают из соответствующего ГОСТа;
- расчетную нагрузку, то есть ту, что как предполагается, создает конструкция;
- количество изделий, необходимых для перекрытия, козырька, балкона;
- расположение – вертикальное или горизонтальное;
- расчетное сопротивление – зависит от марки стали;
- тип используемого профиля – указывается вид балки, серия – П, У, Э, и толщину стенки.
Достаточно ввести цифры в соответствующие окошки, чтобы получить необходимую величину.
Анализ результата
Калькулятор выдает итог в виде определенных показателей.
- Вес балки – точнее 1 погонного метра изделия. Он позволяет оценить вес будущей балки и учесть нагрузку, которую он создает на стену и фундамент.
- Момент сопротивления швеллера – необходимый для обеспечения стабильности конструкции.
- Максимальный прогиб, допустимый для швеллера, перекрывающего пролет.
- Расчет по прочности указывает момент сопротивления изделия, которое решили использовать. Здесь же указывается главный определяющий параметр – запас, то есть, показатель, указывающий, насколько момент сопротивления выбранного профиля больше или меньше расчетного. Если в результате вычислений появляется значение со знаком «+», швеллер можно использовать, если со знаком «-» – балка не подходит.
- Расчет по прогибу показывает собственно величину прогиба, которая возникает у швеллера под влиянием нормативной нагрузки. Запас определяет, насколько устойчивость профиля превосходит или не дотягивает до предельных.
Расчет нагрузки на швеллер (расчет на прочность)
Зачастую швеллер применяется для изготовления металлоконструкций (крановых мостов, ферм, лестниц, цеховых пролетов и пр.), при монтаже быстровозводимых зданий и сооружений, каркасов гаражей, стеллажей складских помещений, перекрытий, оснований крыш, армирования и усиления узлов. Основное достоинство этого проката — высокая несущая способность, которая имеет место благодаря форме его сечения (П-образное), при относительно малой металлоемкости.
Методика расчета размера швеллера, таблица моментов сопротивления швеллера по ГОСТ — смотрите здесь.
П-образный профиль, как горячекатаный, так и гнутый в металлоконструкциях чаще всего работает либо просто на изгиб, либо на изгиб + растяжение/сжатие. Расчет швеллера на прогиб (на прочность) — является обязательным при проектировании изделия, в состав которого входит данный профиль. Он может быть проверочным и проектировочным. Рассмотрим на примере расчет распределенной нагрузки на швеллер, который имеет шарнирное закрепление.
Пусть имеется швеллер 10П, изготовленный из стали 09Г2С. Длина балки составляет 10 метров. Для того, чтобы определить допустимое значение нагрузки на швеллер (допустимые значения), необходимы некоторые справочные данные. Возьмем их из соответствующих ГОСТов и СНиПов.
Предел текучести стали 09Г2С (или нормативное сопротивление) составляет Rун = 345 МПа. Моменты сопротивления швеллера 10П берем из ГОСТ 8240-97, и их значения относительно осей Х и Y составляют: Wx=34,9 см3, Wy=7,37 см3. Максимальный изгибающий момент возникает балке с таким типом закрепления и нагружения посередине, и определяется из выражения: М = W∙Rун.
Произведем расчет допустимого момента для двух случаев расположения швеллера: 1) стенка расположена вертикально; 2) стенка расположена горизонтально. Тогда:
- М1 = 34,9∙345=12040,5 Н∙м
- М2 = 7,37∙345=2542,65 Н∙м
Зная момент, определим допустимые значения распределенной нагрузки на швеллер. Она составит:
q1 = 8∙М1/L2 = 8∙12040,5/102 = 963,24 Н/м или 96,3 кгс/м q2 = 8∙М2/L2 = 8∙2542,65/102 = 203,4 Н/м или 20,3 кгс/м
Получив значения допустимых распределенных нагрузок на швеллер, можно сделать вывод, что при данных условиях несущая способность швеллера расположенного по вертикали примерно в пять раз больше, чем в случае его расположения по горизонтали.
Горячекатаный стальной швеллер: нормативы, сортамент, характеристики
Сортамент этой продукции определяется ГОСТом 8240-89. Размер профиля характеризуется номером, который равен (примерно) высоте стенки, взятой в сантиметрах. В соответствии со стандартом выпускают продукцию:
- С уклоном внутренних граней полок. В маркировке после номера присутствует буква «У». Норматив предусматривает производство изделий с высотой стенки 50-400 мм, шириной полки 32-115 мм, толщиной стенки 4,4-8,0 мм, толщиной полки 7,0-13,5 мм. Если в обозначении между номером профиля и буквой «У» присутствует буква «а», это означает, что изделие имеет увеличенную ширину и толщину полок. Основная область применения этого вида швеллера – строительство. Благодаря некоторому утолщению во внутренних углах, профиль обладает повышенными прочностными характеристиками. Такая металлопродукция используется в каркасном строительстве, для устройства перекрытий, сооружения ферм, лестниц, малых архитектурных форм, металлических конструкций различного назначения.
- С параллельными внутренними гранями полок. В маркировке после номера указывается буква «П». Индекс «а» свидетельствует о наличии усиленных полок. В соответствии с нормативом, высота стенки изделий находится в диапазоне 50-400 мм, ширина полки – 32-115 мм, толщина стенки – 4,4-8,0 мм, толщина полки – 7,0-13,5 мм. Этот тип швеллера имеет сферы использования, схожие с изделиями с уклоном внутренних граней полок. Профиль с параллельными внутренними гранями эффективен в тех случаях, когда сопряжение с другими частями конструкции происходит по внутренней поверхности изделия.
Таблица геометрических характеристик горячекатаного швеллера
| Номер швеллера | Высота профиля, см | Ширина полки, мм | Толщина стенки, мм | Толщина полки, мм | Масса 1 м, кг |
| С уклоном внутренних граней полок | |||||
| 5У | 5 | 32 | 4,4 | 7,0 | 4,84 |
| 6,5У | 6,5 | 36 | 4,4 | 7,2 | 5,9 |
| 8У | 8 | 40 | 4,5 | 7,4 | 7,05 |
| 10У | 10 | 46 | 4,5 | 7,6 | 8,59 |
| 12У | 12 | 52 | 4,8 | 7,8 | 10,4 |
| 14У | 14 | 58 | 4,9 | 8,1 | 12,3 |
| 16У | 16 | 64 | 5,0 | 8,4 | 14,2 |
| 16аУ | 16 | 68 | 5,0 | 9,0 | 15,3 |
| 18У | 18 | 70 | 5,1 | 8,7 | 16,3 |
| 18аУ | 18 | 74 | 5,1 | 9,3 | 17,4 |
| 20У | 20 | 76 | 5,2 | 9,0 | 18,4 |
| 22У | 22 | 82 | 5,4 | 9,5 | 21,0 |
| 24У | 24 | 90 | 5,6 | 10,0 | 24,0 |
| 27У | 27 | 95 | 6,0 | 10,5 | 27,7 |
| 30У | 30 | 100 | 6,5 | 11,0 | 31,8 |
| 33У | 33 | 105 | 7,0 | 11,7 | 36,5 |
| 36У | 36 | 110 | 7,5 | 12,6 | 41,9 |
| 40У | 40 | 115 | 8,0 | 13,5 | 48,3 |
| С параллельными гранями полок | |||||
| 5П | 5 | 32 | 4,4 | 7,0 | 4,84 |
| 6,5П | 6,5 | 36 | 4,4 | 7,2 | 5,9 |
| 8П | 8 | 40 | 4,5 | 7,4 | 7,5 |
| 10П | 10 | 46 | 4,5 | 7,6 | 8,59 |
| 12П | 12 | 52 | 4,8 | 7,8 | 10,4 |
| 14П | 14 | 58 | 4,9 | 8,1 | 12,3 |
| 16П | 16 | 64 | 5,0 | 8,4 | 14,2 |
| 16аП | 16 | 68 | 5,0 | 9,0 | 15,3 |
| 18П | 18 | 70 | 5,1 | 8,7 | 16,3 |
| 18аП | 18 | 74 | 5,1 | 9,3 | 17,4 |
| 20П | 20 | 76 | 5,2 | 9,0 | 18,4 |
| 22П | 22 | 82 | 5,4 | 9,5 | 21,0 |
| 24П | 24 | 90 | 5,6 | 10,0 | 24,0 |
| 27П | 27 | 95 | 6,0 | 10,5 | 27,7 |
| 30П | 30 | 100 | 6,5 | 11,0 | 31,8 |
| 33П | 33 | 105 | 7,0 | 11,7 | 36,5 |
| 36П | 36 | 110 | 7,5 | 12,6 | 41,9 |
| 40П | 40 | 115 | 8,0 | 13,5 | 48,3 |
Расчет табличного веса швеллера осуществляется с использованием среднего значения плотности различных марок стали – 7,85 г/см3.
Конструктивные особенности
Швеллеры 2 вида:
- П-образного сечения прокат горячекатаный;
- П-образного сечения прокат гнутый.
Конструктивное исполнение швеллера с 2 полками в 1 сторону располагает главную ось инерции к стенке со смещением усилий, накладываемых к изделию. Оно работает на косой изгиб. Лёгким и прочным каркас из швеллера получится, когда швеллер модернизировать. Сделать из него коробчатые стойки. Электрической дуговой сваркой с прерывистым швом соединить швеллеры полками внутрь конструкции. Усиление шва через 1,2-1,5 м упрочняет сборное изделие.
Балке из двутавра не требуется дополнительное усиление. Она выдерживает нагрузки.
Описание и виды швеллеров
Швеллер – П-образный фасонный профиль
Швеллер – вид фасонного профиля. Это изделие с П-образной конфигурацией, состоит из стенки и полочек. Последние могут быть параллельными друг другу, с уклоном внутрь, разной длины. Конфигурация и габариты изделия определяют его назначения.
Различают горячекатаный швеллер и гнутый.
Горячекатаный – изготавливается методом горячей прокатки. Полосу стали прогревают до температуры в +1000°С и подают на стан. Валки придают заготовке П-образную форму. У такой балки полки точно параллельны друг другу. Углы жесткие. Такие конструкции чаще всего используются для армирования, так как способны выносить очень высокие несущие нагрузки.
Различают 5 видов горячекатаного швеллера:
- П – элемент с параллельными полочками;
- У – внешние углы граней достигают 90 градусов, а внутри создают уклон за счет разной толщины. Величина наклона не превышает 10%;
- Э – за счет скругления параллельных полочек изделие, в целом, меньше весит, при таких же прочностных характеристиках;
- Л – облегченный вариант с меньшей толщиной стенки и граней;
- С – специальный профиль с конфигурацией, определяемой потребностями промышленной отрасли.
Гнутый профиль отличается скругленными углами внутри и снаружи. Его изготавливают холодным методом. Стальную полосу сгибают на валках без предварительного прогрева. Такая технология дороже, но получаемый швеллер намного прочнее и долговечнее. Его можно использовать для напрягаемого каркаса. Различают 4 варианта:
- В – с наклоненными внутрь гранями;
- П – с параллельными полочками;
- Л – вариант меньшей толщины и массы при других стандартных размерах;
- С – специальный.
На что обращаете внимание при выборе швеллера в первую очередь?
На запас прочности
88.31%
На способ изготовления
6.49%
На наличие сертификата качества
5.19%
Проголосовало: 231
Гнутый стальной швеллер: ГОСТ, сортамент, технические характеристики
Исходной заготовкой при производстве гнутого профиля является стальная горяче- или холоднокатаная полоса. Процесс изготовления проходит на профилегибочных агрегатах. Гнутый металлопрофиль можно отличить от горячекатаного по скругленным наружным углам и одинаковой толщине стенки и полок, которая не превышает 8 мм. При гибке устраняются некоторые поверхностные дефекты. В отличие от горячекатаной металлопродукции, которая выпускается только равнополочной, гнутая производится как равно-, так и неравнополочной. Сортамент равнополочных изделий определяется ГОСТом 8278-83, неравнополочных – ГОСТом 8281-80. Их ассортимент гораздо шире перечня горячекатаного проката П-образного профиля. Высота стенки равнополочного профиля – 25-410 мм, ширина полки – 26-65 мм, толщина стенки – 2-8 мм.
Из-за прочности, уступающей аналогичной характеристике горячекатаных металлоизделий, различные марки гнутого швеллера применяются в качестве дополнительных усиливающих элементов в металлоконструкциях, при проведении отделочных работ, мероприятий по реконструкции ветхих строений, в которых невысокая масса металла имеет решающую роль.
Способы выбора оптимального размера сечения профиля
Наиболее точным вариантом подбора номера и типа двутаврового профиля является проведение профессиональных расчетов. Именно этот способ применяется при проектировании ответственных крупногабаритных объектов. При строительстве небольших зданий можно воспользоваться онлайн-калькулятором.
Для примерного определения размера профиля можно воспользоваться таблицей соответствия номера двутавровой балки максимально допустимой нагрузке:
| Общая нагрузка, кг/м 2 | Длина пролета | ||||||||
| 3 м при шаге, м | 4 м при шаге, м | 6 м при шаге, м | |||||||
| 1,0 | 1,1 | 1,2 | 1,0 | 1,1 | 1,2 | 1,0 | 1,1 | 1,2 | |
| 300 | 10 | 10 | 10 | 10 | 12 | 12 | 16 | 16 | 16 |
| 400 | 10 | 10 | 10 | 12 | 12 | 12 | 20 | 20 | 20 |
| 500 | 10 | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 | 20 | 20 | 20 |
Из этой таблицы видно, что для двутавровой балки номер 10 максимальная длина пролета составляет 4 м при шаге 1,2 м, нагрузка – 400 кг/м 2 , для номера 16 длина пролета может достигать 6 м, нагрузка, которую он может выдержать, – 300 кг/м 2 , для профиля 20 – 6 м и нагрузка 400 кг/м 2 .
Что определяет прочность швеллера
Наиболее часто швеллер используется в конструкциях в качестве элемента, работающего на растяжение/сжатие, изгиб или при приложении обоих типов нагрузки. Как правильно подобрать профиль (необходимое сечение) и материал швеллера в этих случаях, на этот вопрос мы ответим ниже.
При проектировании любой металлоконструкции, обязательным является расчет на прочность. Для стержня, работающего на растяжение/сжатие, данные вычисления осуществляются по выражению:
σ=N/F≤
для балки, которая нагружена изгибающим моментом, расчет на прочность ведется по следующей формуле:
σ=M/W≤Ry, где
σ — напряжения, возникающие в балке/стержне N — продольная сила, вызывающая растяжение/сжатие стержня M — изгибающий момент в сечении балки F — площадь сечения стержня W — момент сопротивления балки , Ry — предел текучести/сопротивление стали
Зная нагрузку, действующие на стержень/балку, можно рассчитать минимально допустимые значения площади или момента сопротивления, и по таблицам швеллеров, подобрать необходимый профиль, обеспечивающий условие прочности.
Следовательно, прочность швеллера, работающего на растяжение/сжатие, определяет марка стали, из которой он изготовлен и площадь сечения; а работающего на изгиб — материал и момент сопротивления.
Кроме того, довольно часто расчета на прочность не достаточно для обеспечения надежности конструкции. Необходимо также проверить ее жесткость. Для балок, подверженных изгибу необходимо определить относительный прогиб, который не должен превышать допустимого значения. Здесь определяющими величинами для стальных балок является ее длина и момент инерции сечения. Зная нагрузки, материал и допустимы относительный прогиб, также можно рассчитать минимально допустимый момент инерции, и по ГОСТу подобрать необходимый швеллер.
Онлайн-калькуляторы
Расчет прогиба балки онлайн-калькулятором достаточно быстрый и точный. Здесь выбирается одна из схем, затем набираются соответствующие числовые значения и происходит расчет по всем необходимым параметрам.
Необходимо указать значения моментов, изгибающих сил, длин участков. Итогом станут эпюры моментов и сил. Решение данными программами достаточно точное и позволяет оперативно посчитать силы и моменты для балок на прочность, изгибы и прогибы.
Преимуществом подобных средств является большой набор схем для расчета, быстрота, точность, простота применения. Однако для уточнения полученного результата надо произвести самостоятельное письменное решение.
В заключение можно сказать следующее: расчет балки на прочность можно произвести как вручную, так и с применением онлайн-калькуляторов. Их можно комбинировать, использовав один из них для проверки другого метода. Рассчитать балку может понадобиться в разных случаях, особенно актуально это становится при строительстве. Только правильно рассчитанная балка позволит построить или реконструировать сооружение с тем условием, что оно прослужит длительное время.
Также данный расчет полезен для всех тех, кто учится или имеет дело с техническими науками, ибо прикладная механика является неотъемлемой частью программы любого технического вуза. Удачных расчетов на прочность!
Расчет квадратной трубы на прогиб и изгиб
Замкнутые профили, какими являются квадратные, прямоугольные и круглые трубы, — это вариант для тех, у кого нет возможности использовать деревянные конструкции, но есть желание предать будущему сооружению хорошую эстетичность. Например, каркас козырька, сваренный из квадратных труб, выглядит более эстетично, чем тот же козырек, сваренный из уголков.
На данной странице Вам представлен калькулятор способный подбирать сечение квадратной трубы по прочности и деформациям. Другими словами, с помощью данного калькулятора Вы можете произвести расчет квадратной трубы на прогиб и изгиб по ГОСТ 30245-2003 «Профили стальные гнутые замкнутые сварные квадратные для строительных конструкций».
Рассчитать квадратную трубу можно для следующих расчетных схем:
Тип 1 — балка с одним пролетом с приложенной на нее равномерно распределенной нагрузкой.
Тип 2 — жестко защемленная консоль с равномерно распределенной нагрузкой.
Тип 3 — балка лежащая на двух опорах с выведенной консолью с одной стороны.
Тип 4 — однопролетная шарнирно опертая балка с приложенной на нее сосредоточенной нагрузкой.
Тип 5 — то же самое, что и тип 4, только с двумя сосредоточенными нагрузками.
Тип 6 — консоль с жестким защемлением с приложенной на нее сосредоточенной нагрузкой.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Исходные данные
Расчетная схема:
Длина пролета (L) — пролет через который переброшена балка или длина консоли.
Расстояния (A и B) — расстояния от опор до мест приложения нагрузок. Для 3 схемы А равна длине консоли балки, опирающейся на 2 опоры.
Нормативная и расчетная нагрузки — нагрузки, на которые рассчитывается квадратная труба. Рассчитать их можно с помощью следующих материалов:
Fmax — максимально допустимый прогиб, подбираемой по таблице E.1 СНиПа «Нагрузки и воздействия», в зависимости от вида конструкции. Некоторые значения этого показателя приведены в таблице 1.
Таблица 1. Максимальный прогиб для некоторых конструкций согласно СНиП.
| Вид балки | Длина пролета | Требования | Fmax |
| Балки перекрытий, покрытий, крыши | L ≤ 1 м | Эстетико-психологические, то есть такие, при которых прогиб балки не будет «бросаться в глаза» | 1/120 (1/60) |
| L = 3 м | 1/150 (1/75) | ||
| L = 6 м | 1/200 (1/100) | ||
| L = 12 м | 1/250 (1/125) | ||
| Балки покрытий и перекрытий при наличии на них элементов, подверженных растрескиванию (стяжек, полов, перегородок) | любая | Конструктивные | 1/150 (1/75) |
| Перемычки | любая | Конструктивные | 1/200 |
| Примечания:
1. Без скобок Fmax указан для пролета, в скобках — для консоли. 2. В случае промежуточных значений длины пролета L максимальный прогиб Fmax находится по линейной интерполяции. |
Количество труб — обычно указывается одна балка, но если есть желание ее усилить и положить рядом еще одну такую же балку, то следует выбрать в графе «две».
Расчетное сопротивление Ry— данный параметр зависит от марки стали. Основные значения этого показателя приведены в таблице 2.
Таблица 2. Расчетное сопротивление стали по ГОСТ 27772-88.
| Марка стали | Аналог | Толщина проката | Расчетное сопротивление, Ry |
| Неизвестно | — | любая |
svoydomtoday.ru
Пример расчета
Предположим, что нам надо проверить на прочность двутавр номер 10. Его длина 2 метра, он жестко заделан в стену, человек массой 90 килограммов решил повиснуть на двутавре. Порядок решения здесь следующий:
- Выбираем расчетную схему, в этом случае заделка — свободный конец;
- Максимальное значение находится в заделке, двутавр имеет на всей длине одинаковое сечение. Тогда P = m*g = 90*10=0,9 кН, M = P*I= 1,8 кН*м;
- Находим по таблице сортаментов для данного двутавра момент сопротивления;
- Затем находим максимальные напряжения в балке б = M/W = 1,8 / 0. 0000397 = 45,34 Мпа;
- Сравниваем с максимально допустимым напряжением, равным пределу текучести стали, из которой сделан двутавр. Так как 45,34 Мпа меньше 245 Мпа, то такой двутавр выдержит человека массой 90 килограммов.
Можно также решить и вторую задачу, связанной с нахождением максимальной массы человека, которую может выдержать данная балка. Здесь приравнивают значения предела текучести и напряжения в сечении балки, найти максимальный момент и затем наибольшую массу. Для более точного результата следует учитывать различные коэффициенты и брать двойной запас прочности.
Какую нагрузку выдерживает швеллер 10
Швеллер считается самым распространенным изделием металлопроката. Это металлическая заготовка в виде балки, которая имеет форму буквы «П». К основным полезным функциям швеллера относят увеличение устойчивости и жесткости разных сооружений, что позволяет последним выдерживать высокие нагрузки.
Изделие изготавливается методом горячей деформации металла на прокатном стане без применения впоследствии дополнительной термической обработки. Все нормы выпуска швеллера 10П указаны в нормах стандарта ГОСТа 8240-97.
Швеллер 10 технические характеристики
В каждом стандарте по ГОСТу указаны технические характеристики швеллера 10П в зависимости от вида и способа его изготовления. Но к основным можно отнести ширину и длину заготовки.
Стандартная длина швеллера 10 варьируется в пределах от 4м до 12м, но встречаются и нестандартные размеры длиною в 13м. В таком случае предприятия металлопроката изготавливают изделие на заказ. После длины проката указывается его маркировка — индекс «П», что означает наличие параллельных граней в металлическом изделии. Ширина швеллера между полками указывает на его номер в сортаменте.
При выпуске изделия применяют обычную сталь марок ПС 3 или СП 3, низколегированную — 09г2с, которая увеличивает прочность и надежность заготовки, так как сталь содержит в себе сплав марганца. Обычно отличить заготовку горячего проката от холодного можно по внешнему виду: горячекатаный швеллер имеет слегка округленный внешний угол. Масса одного метра изделия — 8.59кг.
Какую нагрузку может выдержать 10 швеллер
Благодаря своим техническим характеристикам и конструкции изделие способно выдерживать осевые нагрузки и весьма устойчиво к нагрузкам на изгиб. Небольшая толщина швеллера служит, как правило, для возведения перекрытий на небольшом плече, создании перекидных сооружений средней длины.
С помощью швеллеров делают опоры для высоковольтных линий электропередач, краны, нефтяные вышки и прочие конструкции. Также часто подобные образцы находят применение в станкостроении, машиностроении и вагоностроении.
Большому распространению в промышленном производстве швеллера 10П поспособствовали его высокие характеристики прочности и надежности, а также доступная цена.
Швеллеры бывают разного размера и поэтому для каждого вида работ необходимо подбирать специальный металлопрокат. А для этого нужно знать на какую нагрузку его можно рассчитывать. Расчет нагрузки швеллера производится из того какой вид балки, и куда идет нагрузка. Удобней сделать расчет, представляя схему балки.
Алгоритм расчета нагрузки
- Узнаем полную величину заложенной в проекте нагрузки на профиль и увеличиваем, умножив на коэффициент надежности по нагрузкам (находим в нормах);
- Получившееся произведение умножаем на шаг швеллера;
- Определяем максимальный изгибающий момент – информация по швеллеру находится в таблицах ГОСТ. Вычисляем: Мmax (изгибающий момент) в КилоНьютонах на метр равняется произведению расчетной нагрузки на квадрат длины швеллера. Уточнение: 1 кНм равен 102 кгсм.
Момент сопротивления изделия – Wтр, находим путем следующих вычислений: Мmax умножаем на коэффициенты для условий работы и делим на коэффициент, учитывающий пластические деформации – 1,12. Полученный результат сравниваем с положениями в ГОСТ и находим параметры нужного профиля.
Важно!
По номеру швеллер всегда нужно подбирать чуть больше, нежели получилось по расчетам.