Меню

Длина пролета из профильной трубы

Как рассчитать нагрузку на профильную трубу

Выбирая профильную трубу для несущих конструкций самостоятельно, заказчик понимает важность точных вычислений параметров и нагрузки. В этой статье мы попробуем разобраться, стоит ли экономить на расчетах.

Профильные трубы для высокой нагрузки

С приходом лета начинается строительный сезон для компаний, владельцев коттеджей, дачных участков. Кто-то строит беседку, теплицу или забор, другие люди перекрывают кровлю или возводят баню. И когда перед заказчиком возникает вопрос о несущих конструкциях, чаще выбор останавливается на профильной трубе из-за низкой стоимости и прочности на изгиб при малом весе.

Какая нагрузка действует на профильную трубу

Другой вопрос, как рассчитать размеры профильной трубы так, чтобы обойтись «малой кровью», купить подходящую по нагрузке трубу. Для изготовления перил, оградок, теплиц можно обойтись без расчетов. Но если вы строите навес, кровлю, козырек, без серьезных расчетов нагрузки не обойтись.

Каждый материал сопротивляется воздействию внешних нагрузок, и сталь – не исключение. Когда нагрузка на профильную трубу не превышает допустимых значений, то конструкция согнется, но выдержит нагрузку. Если вес груза убрать, профиль примет исходное положение. В случае превышения допустимых значений нагрузки труба деформируется и остается такой навсегда, либо разрывается в месте сгиба.

Чтобы исключить негативные последствия, при расчете профильной трубы учитывайте:

  1. размеры и сечение (квадратное или прямоугольное);
  2. напряжение конструкции;
  3. прочность стали;
  4. типы возможных нагрузок.

Классификация нагрузок на профильную трубу

Согласно СП 20.13330.2011 по времени действия выделяют следующие типы нагрузок:

  1. постоянные, вес и давление которых не меняется со временем (вес частей здания, грунта и т.д.);
  2. временные длительные (вес лестницы, котлов в коттедже, перегородок из гипсокартона);
  3. кратковременные (снеговые и ветровые, вес людей, мебели, транспорт и т.д.);
  4. особые (землетрясения, взрывы, удар машины и т.д).

К примеру, вы сооружаете навес во дворе участка и используете профильную трубу как несущую конструкцию. Тогда при расчете трубы учитывайте возможные нагрузки:

  1. материал для навеса;
  2. вес снега;
  3. сильный ветер;
  4. возможное столкновение автомобиля с опорой во время неудачной парковки во дворе.

Для этого воспользуйтесь СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия». В ней есть карты и правила, необходимые для правильного расчета нагрузки профиля.

Расчетные схемы нагрузки на профильную трубу

Кроме типов и видов нагрузки на профили, при расчете трубы учитываются виды опор и характер распределения нагрузки. Калькулятор рассчитывает, используя только 6 типов расчетных схем.

Максимальные нагрузки на профильную трубу

Некоторые читатели задаются вопросом: «Зачем делать такие сложные расчеты, если мне нужно сварить перила для крыльца». В таких случаях нет необходимости в сложных расчетах с учетом нюансов, так как можно прибегнуть к готовым решениям (таб. 1, 2).

Таблица 1. Нагрузка для профильной трубы квадратного сечения

Размеры профиля, мм Максимальная нагрузка, кг с учетом длины пролета
1 метр 2 метра 3 метра 4 метра 5 метров 6 метров
Труба 40х40х2 709 173 72 35 16 5
Труба 40х40х3 949 231 96 46 21 6
Труба 50х50х2 1165 286 120 61 31 14
Труба 50х50х3 1615 396 167 84 43 19
Труба 60х60х2 1714 422 180 93 50 26
Труба 60х60х3 2393 589 250 129 69 35
Труба 80х80х3 4492 1110 478 252 144 82
Труба 100х100х3 7473 1851 803 430 253 152
Труба 100х100х4 9217 2283 990 529 310 185
Труба 120х120х4 13726 3339 1484 801 478 296
Труба 140х140х4 19062 4736 2069 1125 679 429
Таблица 2. Нагрузка для профильной трубы прямоугольного сечения (рассчитывается по большей стороне)

Размеры профиля, мм Максимальная нагрузка, кг с учетом длины пролета
1 метр 2 метра 3 метра 4 метра 5 метров 6 метров
Труба 50х25х2 684 167 69 34 16 6
Труба 60х40х3 1255 308 130 66 35 17
Труба 80х40х2 1911 471 202 105 58 31
Труба 80х40х3 2672 658 281 146 81 43
Труба 80х60х3 3583 884 380 199 112 62
Труба 100х50х4 5489 1357 585 309 176 101
Труба 120х80х3 7854 1947 846 455 269 164

Пользуясь готовыми расчетами, помните, что в таблицах 2 и 3 указана максимальная нагрузка, от воздействия которой труба согнется, но не сломается. При ликвидации нагрузки (прекращение сильного ветра) профиль вновь обретет первоначальное состояние. Превышение максимальной нагрузки даже на 1 кг ведет к деформации или разрушению конструкции, поэтому покупайте трубу с запасом прочности, в 2 – 3 раза превышающим предельное значение.

Методы расчета нагрузок на профильную трубу

Для расчета нагрузок на профили используются методы:

  1. расчет нагрузки при помощи справочных таблиц;
  2. использование формулы напряжения при изгибе трубы;
  3. определение нагрузки при помощи специального калькулятора.

Как рассчитать нагрузку с помощью справочных таблиц

Этот метод точен и учитывает виды опор, закрепление профиля на опорах и характер нагрузки. Для расчета прогиба профильной трубы с помощью справочных таблиц необходимы следующие данные:

  1. значение момента инерции трубы (I) из таблиц ГОСТ 8639-82 (для квадратных труб) и ГОСТ 8645-68 (для прямоугольных труб);
  2. значение длины пролета (L);
  3. значение нагрузки на трубу (Q);
  4. значение модуля упругости из действующего СНиП.

Эти значения подставляют в нужную формулу, которая зависит от закрепления на опорах и распределения нагрузки. Для каждой расчетной схемы нагрузки формулы прогиба меняются.

Расчет по формуле максимального напряжения при изгибе профильной трубы

Расчет напряжения при изгибе вычисляется при помощи формулы:

где M – изгибающий момент силы, а W – сопротивление.

Согласно закону Гука сила упругости прямо пропорциональна величине деформации. Теперь подставляют значения для нужного профиля. Дальше формула уточняется и дополняется, исходя из характеристик стали для профильной трубы, нагрузки и т.д.

Калькулятор для расчета нагрузки на профильную трубу

Расчет профильной трубы на прогиб – сложный и трудоемкий процесс. Для этого надо внимательно изучить ГОСТы и другие нормативные документы, изучить виды опор и нагрузок на будущую конструкцию, построить схему, добавить запас прочности. Малейшая ошибка при расчетах приведет к печальному финалу. Поэтому, не зная физики и Сопромата, лучше доверить расчеты ответственных конструкций (кровля, каркас) профессионалам. Они помогут провести точные расчеты при меньших затратах.

Читайте также:  Два штриха сетки нитей зрительной трубы в геодезических приборах

Если вы решили вопрос расчета нагрузки на профильную трубу, поделитесь опытом и расскажите, для чего вы ее использовали в комментариях!

Источник

Стойка из профильной трубы: расчет – какой вес выдержит

Особенности профильных изделий

Профильные трубы, которые широко используются в монтаже различных конструкций и прокладке коммуникаций, представляют собой полый продолговатый металлический брусок с сечением квадратной или прямоугольной формы.

Материалом для изготовления профильных изделий является высокоуглеродистая сталь различных марок.

Профилированная стальная труба служит материалом для сооружения каркасов различный конструкций:

  • теплиц;
  • павильонов и остановок;
  • рекламных конструкций;
  • перегородок;
  • лестниц;
  • мебели и т. д.

Также стальная труба может использоваться в качестве перекрытия или балки.


Профильная труба и способы использования

Профиль можно применять в сборке практически любых конструкций, промышленного, коммерческого и бытового назначения. В быту ее часто используют для сборки систем хранения вещей, в качестве аквариумной подставки, для навесов на балконе или веранде. На профиле может удерживаться мебель: стол, барная стойка, телевизионная подставка, поручни для занятий. Профиль часто применяется в коммерческом строительстве, из него собирают лестницы, различные легконесущие конструкции для террас, навесов, подиума и сцены.

Разновидности профильных труб

Список можно продолжить, профиль подходит для различных решений, поэтому часто привлекает мастеров, использующих его в строительстве и дизайне. Чаще всего из трубы изготавливают опору под барную стойку, держатели для шкафа купе или аквариумную подставку. Наиболее щепетильно нужно отнестись к подставке для аквариума и учесть постоянно оказываемую нагрузку. В зависимости от этого параметра выбирается материал для изготовления.

Подставка под аквариум из проф трубы

Зачем нужны расчеты

Стальные профили, собранные в конструкцию, испытывают нагрузку других материалов или веществ, а также испытывают напряжение в металле при изгибе. Превышение максимально допустимой нагрузки влечет деформацию трубопрокатных изделий или их разрыв.

Неверно рассчитанная нагрузка повлечет за собой неустойчивость конструкции, невозможность сборки или разрушение в последующем. Это чревато лишними финансовыми затратами на ремонт, приобретение материалов и восстановление конструкции.

В процессе эксплуатации труб под нагрузкой происходит ряд изменений в структуре металла, которые необходимо учесть при подборе изделий. При внешнем воздействии на изделие или его изгибе в металле возникает напряжение, т.е происходит неравномерная деформация, при которой отмечается сжатие внутренних связей между молекулами и одновременное растяжение наружного слоя. При этом внутренние части металла увеличиваются в плотности, а наружные уменьшаются за счет уплотнения в месте воздействия.

Рекомендуем ознакомиться: Особенности выбора гидродинамической машины для прочистки канализации

Какие параметры нужны для расчета нагрузки

При подборе трубных профилей для строительства конструкций необходимо получить информацию о состоянии трубопрокатных профилей для анализа условий и возможностей изделия в процессе эксплуатации.

Данные, которые необходимы для этого:

  • размеры профиля, мм;
  • форма сечения;
  • параметры напряжения конструкции;
  • показатели прочности материала;
  • вид нагрузки на профиль.

Таким образом, принимаются в расчет точки сопротивления для каждого вида материала. При этом учитываются предельно максимальные и минимальные значения:

  • Минимум показателей предполагают нулевую нагрузку.
  • Максимальные – с изгибом изделия до состояния разрыва в металле. Учет данных значений позволит правильно рассчитать устойчивость и подобрать трубы соответствующих параметров, чтобы увеличить срок эксплуатации конструкции.

Инструкция к калькулятору

Обращаю ваше внимание, что в нецелых числах необходимо ставить точку, а не запятую, то есть, например, 5.7 м, а не 5,7. Также, если что-то не понятно, задавайте свои вопросы через форму комментариев, расположенную в самом низу.

Исходные данные

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:

  • калькулятор по сбору нагрузок на балку перекрытия;
  • пример сбора нагрузок на балку перекрытия;
  • пример сбора нагрузок на стропила.

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 210 МПа
C235 Ст3кп2 по ГОСТ 535-2005 2 — 20 мм 230 МПа
20,1 — 40 мм 220 МПа
С245 Ст3пс5, Ст3сп5 по ГОСТ 535-2005 2 — 20 мм 240 МПа
20,1 — 30 мм 230 МПа
С255 Ст3Гпс, Ст3Гсп по ГОСТ 535-2005 4 — 10 мм 250 МПа
10,1 — 20 мм 240 МПа
20,1 — 44 мм 230 МПа
С275 Ст3пс по ГОСТ 535-2005 2 — 20 мм 270 МПа
С285 Ст3сп, Ст3Гпс, Ст3Гсп по ГОСТ 535-2005 4 — 10 мм 280 МПа
10,1 — 20 мм 270 МПа
С345 12Г2С, 09Г2С по ГОСТ 19281-2014 2 — 10 мм 335 МПа
10,1 — 20 мм 315 МПа
20,1 — 40 мм 300 МПа
С345К 10ХНДП по ГОСТ 19281-2014 4 -10 мм 335 МПа

Размер трубы — здесь необходимо выбрать тот размер трубы, который вы хотите проверить на заданные нагрузки.

Как рассчитать нагрузку с помощью таблиц

С учетом различных параметров произведены общепринятые математические расчеты, которые сведены в единые таблицы.

Каждый желающий по стандартам и правилам может произвести расчет допустимой нагрузки по справочным общедоступным таблицам и выбрать вид металлического профиля.

Обратите внимание! Значения в справочных материалах получены учеными и расчетными бюро при использовании теории сопротивлений материалов и законов физики.

Методика расчета нагрузок на металлопрофиль по утвержденным таблицам более точна в связи с учетом в них:

В проектах используют данные справочных таблиц из документа СП 20.13330.2011.

В случаях, когда конструкция не имеет нагрузки, берутся значения из таблицы 1 утвержденного стандарта.

Например, для перильных или декоративных конструкций. Таблицы 2 и 3 содержат показатели максимальной нагрузки на трубный профиль, когда материал может деформироваться, но без разрыва и при прекращении воздействия металлический элемент примет исходную форму и состояние.

При увеличении максимальной нагрузки конструкция может сломаться или разрушиться.

Это важно! Рекомендуется приобретать стальные профили с запасом прочности минимум в 2 раза больше предельно допустимого.

Расчетные схемы

Расчетные схемы учитывают не только виды нагрузок, но и то, каким образом нагрузка распределяется по конструкции. Например, опоры могут испытывать более серьезные нагрузки, а поперечные дополнительные элементы – небольшие.

Максимальные нагрузки

Чтобы понять, какие максимальные нагрузки установлены для труб, необходимо изучить следующие таблицы.

Таблица 1. Нагрузка для профильной трубы квадратного сечения

Размеры профиля, мм Максимальная нагрузка, кг с учетом длины пролета
1 метр 2 метра 3 метра 4 метра 5 метров 6 метров
Труба 40х40х2 709 173 72 35 16 5
Труба 40х40х3 949 231 96 46 21 6
Труба 50х50х2 1165 286 120 61 31 14
Труба 50х50х3 1615 396 167 84 43 19
Труба 60х60х2 1714 422 180 93 50 26
Труба 60х60х3 2393 589 250 129 69 35
Труба 80х80х3 4492 1110 478 252 144 82
Труба 100х100х3 7473 1851 803 430 253 152
Труба 100х100х4 9217 2283 990 529 310 185
Труба 120х120х4 13726 3339 1484 801 478 296
Труба 140х140х4 19062 4736 2069 1125 679 429

Таблица 2. Нагрузка для профильной трубы прямоугольного сечения (рассчитывается по большей стороне)

Размеры профиля, мм Максимальная нагрузка, кг с учетом длины пролета
1 метр 2 метра 3 метра 4 метра 5 метров 6 метров
Труба 50х25х2 684 167 69 34 16 6
Труба 60х40х3 1255 308 130 66 35 17
Труба 80х40х2 1911 471 202 105 58 31
Труба 80х40х3 2672 658 281 146 81 43
Труба 80х60х3 3583 884 380 199 112 62
Труба 100х50х4 5489 1357 585 309 176 101
Труба 120х80х3 7854 1947 846 455 269 164

Указаны максимальные нагрузки, в результате которых не произойдет разрыва трубы. Элемент конструкции согнется и, в дальнейшем, не примет изначальной формы. Если же максимальная нагрузка на профильную трубу будет превышена, то тогда уже случится разрыв.

Какую нагрузку способны выдержать профильные трубы

Согласно утвержденным стандартам нагрузка по времени воздействия классифицируется на четыре группы:

  • Постоянная. На профиль оказывается воздействие без изменений показателей. Это могут быть другие материалы, грунт и т. д.;
  • Временно длительная. На профильную конструкцию оказывается нагрузка в течение продолжительного времени. Например, при возведении гипсокартонных перегородок, постройке лестниц в частных домах и т. д.;
  • Кратковременная. Трубопрокат испытывает сезонные или временные нагрузки. Например, тяжесть снега, сильного ветра или напора дождя, вес мебели и посетителей и т. д.;
  • Особенная. Нагрузка на случай стихийных бедствий или чрезвычайных ситуаций. Например, во время землетрясения, столкновения транспорта и т. д.

Обратите внимание! Во время расчета нагрузки на металлический профиль для возведения навеса важно помнить, что изделие является несущей конструкцией.

Для вычисления силы воздействия на каркас из металлопрофиля следует учесть следующие типы нагрузок:

  • вес и вид материала навеса;
  • тип снежного покрова и его высота;
  • сила ветра;
  • возможность повреждения конструкции транспортными средствами.

Рекомендуем ознакомиться: Как выбрать канализационные трубы для наружной системы канализации

Какая нагрузка действует на профильную трубу

На профилированную трубу действуют внешние механические силы: вес конструкций, тяжесть снега, ветровые воздействия и т. п.

При этом у каждого изделия существует максимальное значение сопротивления. Например, показатель нагрузки, которую профиль выдерживает на изгиб. При достижении максимальной величины конструкция теряет прочность и начинает деформироваться вплоть до разрыва.

Такое значение необходимо точно определять ещё на стадии проектирования монтажных работ. Оно вычисляется расчетными методами, с помощью справочных сведений, цель которых – помочь выяснить необходимые параметры профиля: сечение, толщину металла. Исходными данными при этом служат прочностные характеристики материала и типы предстоящих нагрузок.

Другие виды расчетов

Существуют другие методы расчета нагрузки на конструкции:

  • по формуле расчета напряжения изгиба металлической трубы: расчет напряжения при изгибе = изгибающий момент силы / сопротивление

В этой формуле используется закон Гука о пропорциональности силы упругости к показателю деформации.

  • с помощью специальных готовых калькуляторов.

Обратите внимание! Следует помнить, что использование собственных расчетов по разработанным формулам может быть чревато ошибками и погрешностями. Будьте внимательны при учете всех показателей.

Расчет

Определим оптимальное сечение колонны:

где F – сечение, N – напряжение по центру тяжести и действия совокупных сил на элемент, Ry – сопротивление выбранного материала (постоянная величина, определяется по таблице).

Работа над проектом в программе SketchUP

Эта формула может использоваться только для получения приблизительных данных, причем обязательно нужно выбирать сечение с запасом, так как напряжение будет направлено не только центрально, но и распределено. В связи с этим могут делаться различные кронштейны, которые компенсируют угловой момент силы, возникающий от действия распределенного напряжения.

Еще одним важным параметром является продольный изгиб, его учет позволит точнее определить сечение колонны:

где φ – коэффициент продольного изгиба, который принимают за 0,5–0,8.

Вычисления обычно проводятся с двухкратным запасом. При этом мастера используют значение φ=0,25 для получения сечения 1-5 колонн конструкции.

Как узнать, правильно ли рассчитана нагрузка

Расчет нагрузок для стальных профилей – это важный процесс, который требует внимательности и использование специальной литературы, ГОСТы, СНиПы и другую общепринятую документацию.

Чтобы проверить правильность собственных расчетов, можно воспользоваться стандартными справочными таблицами, а также проверить полученное значение на специальный сайтах с разработанными расчетными калькуляторами.

Если существует опасение произвести неверные расчеты, возможно обратиться к специалистам с опытом и подтвержденной квалификацией в сфере строительства.

Обратите внимание! Ошибки в расчетах влекут за собой разрушение строений и конструкций, что сопровождается финансовыми расходами, потерей времени и возможностью нанесения вреда здоровью людей.

Расчеты и типовые решения

Чтобы избежать трудоемких вычислений, которые без знания физики и использования калькулятора могут содержать в результате ошибки, рекомендуем использовать типовые решения с минимальной нагрузкой на колонну. Также получить желаемое помогут надежные подвижные шарнирные соединения, для крепления под наклоном и распределения углового момента. В этом случае важно рассчитать, сколько выдержит такая опора.

Такой подход позволяет рассчитать различную мебель со стальными опорами, крепления в шкафу, при этом быть уверенными в их надежности и долговечности. Регулировка обычно позволяет надежно укрепить конструкцию. Выбирайте качественную сталь от зарекомендовавшего себя российского производителя, так можно избежать покупки продукции низкого качества.

Труба профильная технические характеристики

Главным нормативным документом, регламентирующим все основные технические особенности и характеристики профильных труб, является ГОСТ 13663-86, дополнительно ГОСТом 8639-82 определяется сортамент этого типа металлоизделий. Согласно этим документам, труба профильная разделяются на следующие три категории:

Холоднодеформированные (или, что равнозначно, холоднотянутые) изделия.

Горячедеформированные (более известные под названием горячекатанных).

Электросварные (шовные), изготавливаемые путем использования сварных технологий.

Холодно- и горячедеформированные относятся к бесшовным и, в некоторых случаях, могут использоваться для создания трубопроводов, а не только изготовления металлоконструкций.

Основные размеры трубы профильной

Геометрические размеры влияют на стоимость металлоизделия смотрите труба профильная цена. Размеры регламентируются Государственными стандартами, к ним относятся не только характеризующие сечение профиля ширина с высотой, но и длина изделия, а также толщина стенок. Кстати, хотя размеры и определяются ГОСТами, никем и ничем не запрещается изготовление «неформата» с другими требуемыми типоразмерами.

Высота и ширина стенок профтрубы лежит в пределах от 10 до 180 мм при толщине стенки от 1 до 14 мм. Длина стандартных отрезков трубы обычно зависит от способа ее изготовления и может лежать в диапазоне от 1,5 до 12,5 м, для простоты принято подразделять их на изделия мерной, кратной мерной и немерной длины. Кроме того, все профильные трубы регламентируются не только по своим механическим характеристикам, но и по химическому составу металла.

Толщина стенок – техническая характеристика, определяющая прочность и, соответственно, область применения металлоизделия, а также его массу. Определяется ГОСТом в соответствие с типом труб:

Для холоднокатаных – от 1 до 8 мм,

Для горячекатаных – от 4 до 14 мм,

Для электросварных – от 1 до 5 мм.

Масса профильной трубы, зависящая от толщины стенок, характеризует, в свою очередь, качество изготовленной из нее конструкции. В некоторых случаях знание массы и наружных геометрических размеров трубы позволяет определить толщину стенок в недоступных для прямых измерений местах.

В общем и целом, все технические характеристики профильной трубы взаимосвязаны, поэтому относительно несложно, зная определяемые ГОСТом расчетные значения характеристик, оценить качество предлагаемых тем или иным производителем изделий.

Характеристики профильных труб

Главным нормативным документом, регламентирующим все основные технические особенности и характеристики профильных труб, является ГОСТ 13663-86, дополнительно ГОСТом 8639-82 определяется сортамент этого типа металлоизделий.

Источник

Adblock
detector