Виды нагрузок действующих на профильную трубу и способы ее расчета

Виды нагрузок действующих на профильную трубу и способы ее расчета

Выбирая профильную трубу, необходимо особое внимание уделять её параметрам и учитывать какую нагрузку выдержит профильная труба.

Эти трубы используются, в качестве каркасов для различных сооружений, поэтому подбирать изделия необходимо максимально ответственно.

Преимущества профильных труб заключается в их:

  • легкости;
  • надежности;
  • устойчивости к нагрузкам;
  • простоте монтажа.

Какую нагрузку способны выдержать профильные трубы?

Профильные трубы популярны из-за достаточно низкой стоимости, малого веса и высокой прочности на изгиб.

При выборе такого вида проката заказчик должен понимать важность точных вычислений параметров и нагрузки. Если вы решили создать постройку или конструкцию из профильных труб, вам необходимо узнать, какой вес выдержат такие изделия.

Что произойдет, если не рассчитать нагрузку?

1) Если на профильную трубу воздействует вес, который меньше максимально допустимого, то:

— труба не изменит своих параметров,

— труба изогнется, но только на период воздействия нагрузки.

2) Если на профильную трубу воздействует вес, который больше максимально допустимого, то:

— труба изогнется и не вернется в изначальное положение, если нагрузку убрать,

— труба изогнется и сломается, конструкция разрушится.

Можно ли обойтись без расчетов?

Расчеты нужны только при создании построек и конструкций, например, при строительстве навеса, кровли, козырька. Если вы собираетесь возводить перила, ограды, теплицы, то можно их не делать.

При расчете нагрузки учитываются следующие факторы:

1) Типы возможных нагрузок:

— постоянные, которые всегда воздействуют на конструкцию определенным весом (вес элементов постройки, грунта и т.п.);

— временные длительные, которые воздействуют в течение длительного времени, но могут быть заменены (вес лестницы, котлов, гипсокартоновых стен и т.п.);

— кратковременные, которые воздействуют в течение небольшого периода (снег и ветер, вес жителей и посетителей, мебели, транспорта и т.п.);

— особые, которые могут воздействовать на постройку в чрезвычайных ситуациях (землетрясения, взрывы, внешние повреждения и т.п).

2) Размеры профильной трубы и рисунок ее сечения (квадрат или прямоугольник).

3) Общее напряжение конструкции.

4) Прочность выбранной вами стали.

Таблицы расчетов нагрузки

В таблицах ниже указаны показатели максимально допустимой нагрузки. Если они будут воздействовать на трубу, профиль не сломается, но погнется. Однако если параметр нагрузки будет выше максимального хотя бы на килограмм, вся конструкция обрушится. Поэтому вам необходимо выбирать изделие, чей запас прочности больше пределов в два или даже в три раза.

Кроме того, вы всегда можете обратиться к нашим специалистам, которые не только произведут расчет допустимой нагрузки, но и смогут подсчитать, какие именно профильные трубы вам потребуются и в каком количестве, во сколько вам обойдется все строительство и не только.

Таблица 1. Нагрузка для профильной трубы квадратного сечения

Размеры профиля, мм

Максимальная нагрузка, кг с учетом длины пролета

Показатели массы и нагрузки на изгиб

При расчете профильной трубы: масса и изгиб являются основными показателями. Знать вес погонного метра проката нужно, чтобы не ошибиться в прочностных значениях создаваемой конструкции. Метод определения направлен на подбор оптимального сечения трубного проката при разной его длине. Наглядный пример соотношений этих двух показателей представлен в таблицах ниже.

Табл.№1. Значения для изделий квадратного сечения:

Табл. №2. Значения для изделий прямоугольного сечения:

Максимальные нагрузки

Чтобы правильно подобрать трубу для использования, надо знать предельный вес, который должна выдерживать балка или опора в данном месторасположении.

Эта величина выражается в виде сосредоточенной силы, приложенной в центре пролета.

Под давлением указанной силы балка прогнется, но после окончания воздействия возвратится в прежнее состояние (на фото). Превышение наибольшего значения сломает несущую.

В бытовой практике часто встречается распределенная нагрузка, равномерно воздействующая на всю длину балки.

Отсюда напрашивается вывод о том, что пролеты не должны быть излишне большими. Установление мощной балки может перекрыть её достоинства ценой вопроса и общим утяжелением конструкции. Разумнее установить дополнительные опоры, что позволяет увеличить допустимый вес на перекрытие.

Для определения величины предельных нагрузок можно воспользоваться различными справочными данными в интернете.

Расчет нагрузки на профильную трубу калькулятор

Используя профильную трубу для создания несущих конструкций, в обязательном порядке должны выполняться расчеты на изгиб. Такой вид трубного проката применяется в промышленном, коммерческом и частном строительстве. Из него изготавливают навесы, всевозможные каркасные и лестничные конструкции, фермы, стеллажи, козырьки, тепличные сооружения, элементы кровельной системы, беседки. Поэтому без правильных и тщательных расчетов никак не обойтись. Превышение допустимого давления приведет к деформации или разрыву изделия в месте сгибания профтрубы.

Используя методы расчета нагрузок на профильную трубу, можно:

  • сохранить первоначальную форму изделий;
  • придать конструкции повышенной прочности;
  • увеличить период эксплуатации;
  • минимизировать расходы на материале;
  • избежать негативных разрушительных последствий.

Какая нагрузка действует на профтрубу?

Важным критерием, который учитывается при подсчетах, является время воздействия и тип нагрузок. Данные показатели регламентированы СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия». Различают силу давления:

В Своде правил представлены формулы для подсчета, таблицы и схемы по каждому типу нагрузок. Также берется в учет реалистичное сочетание все типов давления.

Показатели массы и нагрузки на изгиб

При расчете профильной трубы: масса и изгиб являются основными показателями. Знать вес погонного метра проката нужно, чтобы не ошибиться в прочностных значениях создаваемой конструкции. Метод определения направлен на подбор оптимального сечения трубного проката при разной его длине. Наглядный пример соотношений этих двух показателей представлен в таблицах ниже.

Табл.№1. Значения для изделий квадратного сечения:

Табл. №2. Значения для изделий прямоугольного сечения:

Методы и формулы для вычисления

Чтобы рассчитать прочность трубы профильной на изгиб необходимо определить максимальное напряжение на ту либо иную точку конструкции. Каждый вид материала, из которого изготавливается прокатная продукция, обладает индивидуальным показателем напряжения и точкой сопротивления. В учет берутся следующие параметры: вид проката, сечение, толщина стенки, общие характеристики. Владея такими данными, можно предположить, какие будут последствия от воздействия различных факторов, в том числе окружающей среды. При давлении на поперечную часть профтрубы напряжение создается даже в точках, которые удалены от нейтральной оси.

Получить данные можно разными способами:

  • Берутся готовые показатели из строительных справочников и подставляются в формулу. Такие действия предусматривают выбор трубного проката в соответствии с указанными характеристиками, что позволяет делать самые точные подсчеты прогиба. ГОСТ 8639-82 (для изделий квадратного сечения) и ГОСТ 8645-68 (прямоугольного) регламентированы: момент инерции трубы (I), длину пролета (L), нагрузку (Q), модуль упругости в соответствии СНиП. Схемы вычислений индивидуальные и для каждого случая подбирается формула.
  • Самостоятельно рассчитывается прочность на изгиб. В данном случае применим Закон Гука, который выражается формулой: Pизг = M/W, где Pизг — величина прочностного предела, M — изгибающий момент; W — сопротивление. Такие вычисления требуют дополнений: учитываются характеристики исходного материала, давления и т.д.
  • При помощи калькулятора. В специальную расчетную таблицу вносятся исходные данные — длина пролета, нормативная и расчетная нагрузка, Fmax,количество изделий, расчетное сопротивление, параметры. После нажатия на клавишу «Рассчитать» выдается готовый результат.
Читайте также  Как согнуть пластиковую трубу

Не стоит выполнять расчеты самостоятельно. Нужно уметь пользоваться ГОСТами, СНиПами и владеть сложной специфической техникой — сопроматом. При малейших неточностях в подсчетах не избежать серьезных последствий.

Проще применить один из калькуляторов для расчета нагрузки на профильную трубу:

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.

Предназначение калькулятора для определения изгиба

Для создания каркасов различных строений самое большое распространение получила древесина. Из нее, как из пластилина, можно сотворить конструкцию любой сложности. Однако далеко не последнее место занимает и такой конструкционный материал как различные металлические профили.

Их выгодно отличает такое свойство как пластичность, долговечность и прочность. Не последнее место среди таких материалов занимают профильные и круглые трубы. Попытайтесь представить себе навес для автомобиля из профильной трубы с покрытием из поликарбоната и такое же строение из уголка.

Похоже, двух мнений быть не может. А любая балка из трубы в конструкции должна быть просчитана. Это необходимо по двум причинам:

  • Получить объект с достаточным запасом прочности под воздействием собственного веса, а также ветровых и снеговых нагрузок.
  • Подобрать минимально допустимый для строения профиль с целью минимизировать расходы на материалы.

Для достижения этой цели необходимо воспользоваться нашим онлайн калькулятором и рассчитать балку из трубы на изгиб. Это в случае, если деталь закреплена с одной стороны (консольная). Если же закреплены оба конца, понадобится рассчитать трубу на прогиб.

При этом необходимо учитывать следующие обстоятельства:

  1. Размеры и сечение: (профильная или круглая). Для профильной прямоугольной трубы расчет производится с учетом направления воздействия. При расчете балок из квадратной трубы этот фактор одинаков для любого направления воздействия.
  2. Прочностные характеристики материала с учетом толщины стенок и марки материала. Это особенно актуально при использовании балок из круглой трубы, расчет которой в значительной степени зависит от указанных характеристик ввиду многообразия применяемых материалов.

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:

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.

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.

Результат

Вес балки — масса 1 погонного метра трубы.

Wтреб — требуемый момент сопротивления профиля.

Fmax — максимальный прогиб в сантиметрах, который допустим для балки, перекрывающей пролет длиной L.

Расчет по прочности:

Wбалки — момент сопротивления выбранной трубы по ГОСТ 30245-2003. Если Wбалки > Wтреб, значит прочность балки обеспечена.

Запас — если в данной графе значение с минусом (-) , то балка по прочности не проходит, а если с плюсом (+) , то здесь показано, на какой процент балка имеет запас прочности.

Расчет по прогибу:

Fбалки — прогиб, возникающий у рассчитываемой трубы под действием нормативной нагрузки.

Запас — то же самое, что и по отношению к моменту сопротивления.

Прочность на изгиб

Как рассчитывается прочность профильной трубы на изгиб?

Для нашего случая актуальны две формулы:

  1. M=F*L, где М – изгибающий момент, F – приложенная к профилю сила, измеренная в килограммах (кгс), а L – плечо рычага в сантиметрах. Скажем, для пресловутого балкона шириной 1 метр со стоящими на его краю тремя людьми общим весом в 250 кг изгибающий момент будет равен 250 кгс х 100 см = 25000 кгс*см.

Пример довольно условный: в реальных условиях изгибающие нагрузки на балки стараются компенсировать прочими конструктивными элементами, что мы и видим на фото.

  1. M/W=R, где R – прочность марки стали, а W – момент сопротивления сечения.

Очевидно, параметры R и W – константы, которые придется где-то искать. Постараемся упростить читателю задачу:

Марка стали Прочность (R), кгс/см2
Ст3 2100
Ст4 2100
Ст5 2300
14Г2 2900
15ГС 2900
10Г2С 2900
10Г2СД 2900
15ХСНД 2900
10ХСНД 3400

Второй параметр – момент сопротивления – найдется в тех же таблицах сортамента в ГОСТ 8645-68 и 8639-82. Так, для трубы сечением 180х150 при толщине стенки 12 мм по оси А (вдоль более широкой стороны) он составит 346,0 см3, а по оси Б – 310,8 см3.

Давайте попробуем подобрать размер трубы для нашего балкона с нагрузкой 250 кг и вылетом 1 метр, исходя из следующих условий:

  • Нагрузка приходится лишь на одну из несущих профтруб (три человека расположились так, что их вес не распределяется по соседним балкам).
  • Материал, который использован при изготовлении несущего каркаса балкона из труб – сталь Ст4.
Читайте также  Как просверлить чугунную трубу

Состав марок стали.

Итак, приступим к расчетам.

  1. 25000 кгс*см/W = 2100 кгс/см2 /W. Момент сопротивления, таким образом, не должен быть менее 25000 кгс*см / 2100 кгс/см2 = 11,9 см3.
  2. Теперь осталось лишь подобрать трубу с соответствующим значением W в таблице сортамента. При квадратном сечении этому условию удовлетворяют, в частности, размеры 50х6 и 60х3,5.

Заметьте: мы нашли минимальные размеры, при которых балка выдержит соответствующую нагрузку; при этом пренебрегли запасом прочности (например, на случай, если кто-то из гипотетических посетителей балкона подпрыгнет), собственным весом балкона и износом каркаса коррозией.
На практике эти факторы нивелируются как минимум трехкратным запасом по моменту сопротивления.

Как видите, пренебрегать запасом прочности опасно.