Швеллер — использование и нагрузка
Швеллер — это один из видов фасонного стального проката. В поперечном сечении он имеет форму буквы «П». Такая форма обеспечивает швеллеру такие показатели жесткости, которые делают возможным его употребление в самых разных отраслях — от тяжелого машиностроения до строительства дачных домиков. Швеллеры применяются в автомобиле- и вагоностроении, из них делают различные опоры и ограждения, ими укрепляют входные ворота и оконные проемы.
Номера, литеры и ГОСТы
По способу производства швеллер бывает гнутый и горячекатаный профиль. Различить их легко даже не специалисту — горячекатанный швеллер имеет четко выраженное ребро, а гнутого швеллера оно будет несколько закругленным. Прочие особенности различных видов швеллера определяются уже по их маркировке.
В частности, литеры А,Б и В в отношении партий горячекатанных швеллеров будут обозначать, что прокатка производилась с высокой (А), повышенной (Б) или обычной точностью (В).
Номер швеллера обозначает высоту его сечения, выраженную в сантиметрах.
Ширина профиля соответствует ширине полки и может колебаться в промежутке от 32 до 115 мм. Маркировка швеллера, например 10П, отражает его высоту и тип профиля. Высота сечения швеллера — это вообще главный параметр в его маркировке. Номер швеллера — это его высота с сантиметрах, а соседствующие с ним буквы обозначают, что сечение швеллера может быть:
1) с уклоном граней (серии У и С), где У — это уклон, а С или Сб — специальные серии. 2) с параллельными гранями (серии П, Э и Л), где Э означает экономичную серию, а Л — легкую. Литеры С (например — 18С, 20С и т.д.), можно встретить в изделиях, предназначенных для автомобильной промышленности или для строительства железнодорожных вагонов (ГОСТ 5267.1-90). Встречаются еще иногда и экзотические виды швеллеров. Например, ГОСТ 21026-75 определяют параметры швеллеров с отогнутой полкой (их используют при производстве вагонеток для шахт и рудников).
Самые востребованные размеры швеллеров
Наибольшей популярностью у потребителей пользуются швеллеры с номерами от 8 до 20 Их геометрические параметры в категориях П (то есть с параллельными гранями) и сериях У (с уклоном внутренних граней) совпадают, разница наблюдается только в радиусах закругления и углах наклона полок.
Швеллер 8 применяется в основном для укрепления конструкций внутри зданий бытового и производственного назначения. При его производстве используются полуспокойные (3ПС) и спокойные (3СП) углеродистые стали, для которой характерна отличная свариваемость.
Швеллер 10 широко используется в машиностроении, станкостроении и в других областях промышленности. Он также успешно используется при возведении мостов, стен и несущих опор при строительстве корпусов производственных зданий.
Швеллер 12 очень схож со швеллером «восьмеркой», но имеет более высокие прочностные характеристики и несущую способность, что позволяет снижать металлоемкость конструкций, возводимых с его участием.
Швеллер 14 — один из наиболее востребованных типов швеллеров. используется в строительных конструкциях для жесткого армирования несущих деталей, придавая им металлоконструкции особую прочность и жесткость. Швеллер 14 бывает обычной точности и повышенной.
Швеллер 20 выступает как несущий элемент при усилении мостов, при армировании перекрытий (в том числе и сложном) многоэтажных домов, в кровельных прогонах.
Благодаря высоким эксплуатационным качествам, «двадцатка» часто применяется в конструкциях с высокими нагрузками — как динамическими, так и статическими.
Встречаются и нестандартные применения швеллеров. Перфорированный (то есть «дырчатый») швеллер позволяет, к примеру, монтировать металлические конструкции без проведения сварочных работ, что значительно сокращает время монтажа. Для перфорации лучше всего подходят швеллеры с большой высотой полок и широким расстоянием между ними. Такие изделия обозначаются буквами ШП — «Швеллер Перфорированный» и чаще всего применяются при строительстве временных конструкций (например — строительных лесов) или складских стеллажей.
Для создания таких сооружений лучше подходят швеллеры с малыми номерами, поскольку вес стеллажа (а значит и швеллера, из которого он собран) не должен быть слишком большим.
При внутренней отделке помещений швеллеры используются в качестве «охранного» каркаса при прокладке проводов электросетей высокого напряжения.
Иногда швеллеры используют еще в качестве направляющего грузоподъемного устройства, в том числе, как пандусы для колясок и тележек.
В общем, применение швеллеров может быть разнообразным, но все-таки главное их назначение — это укрепление конструкций и способность выдерживать длительные нагрузки.
Сколько может весить швеллер
| Номер швеллера | Масса 1 метра в кг | Метров в тонне |
| 5 | 4,84 | 206,6 |
| 6,5 | 5,9 | 169,5 |
| 8 | 7,05 | 141,8 |
| 10 | 8,59 | 116,4 |
| 12 | 10,4 | 96,2 |
| 14 | 12,3 | 81,3 |
| 16 | 14,2 | 70,4 |
| 18 | 16,3 | 61,3 |
| 20 | 18,4 | 54,3 |
| 22 | 21 | 47,6 |
| 24 | 24 | 41,7 |
| 30 | 31,8 | 31,4 |
Условные обозначения в маркировке швеллера — как в них разобраться?
А поскольку главное назначение швеллера состоит в том, чтобы выдерживать нагрузки, то из его маркировки прежде всего требуется узнать параметры, которые позволят эту нагрузку рассчитать, а именно — состав стали, ее прочность, качество прокатки и так далее.
Что же можно узнать из маркировки?
К примеру, перед нами упаковка горячекатанных швеллеров, на которой написано: 30П-В ГОСТ 8240-97/Ст3сп4-1 ГОСТ 535-88
Это значит, что перед нами швеллер 30П — то есть с параллельными гранями и высотой сечения 30 см. Буква В указывает на обычную точности прокатки В, выполненный из стали Ст3, четвертой категории, первой группы.
Тот же швеллер, но только из стали 09Г2С повышенной точности прокатки получит обозначение 30П-Б ГОСТ 8240-97/345 ГОСТ 19281-89, в котором 345 будет означать прочность стали, соответствующую сорту 09Г2С.
А вот в маркировке А 300х80х6 Б ГОСТ 8278-83/2-Ст3сп ГОСТ 11474-76 буква А будет обозначать высокую точность профилирования стальной заготовки (штрипсы) из второй категории стали Ст3сп, из которой изготовлен гнутый равнополочный швеллер размерами 300х80х6 (где 300 мм — высота сечения изделия, 80 мм — ширина полок, а 6 мм — толщина полок и стенок)
Виды нагрузок и швеллеров
Вид А.
«Козырек над подъездом». К такому типу относятся балки, где имеются жесткие заделки. Нагрузка обычно поступает равномерно. Это могут быть козырьки над подъездами. Для их изготовления применяют сварку. Делают из двух швеллеров, присоединенных к стене, а пространство заполняется железобетоном.
Вид B. «Межэтажные перекрытия»Жестко закрепленные однопролетные балки, нагрузка на которые распределена равномерно. Обычно это балки перекрытий между этажами.
Вид C. «Шарнирная балконная опора». Балки имеют две опоры с консолью, нагрузка между ними распределяется равномерно, но они выпущены за пределы наружных стен. Это необходимо для создания опоры балконных плит.
Вид D. «Под две перемычки». Это однопролетные шарнирно-опертые балки, на которых действуют две сосредоточенные силы. Обычно это перемычки, на которые опирается другая пара балок-перекрытий.
Вид E. «Под одну перемычку». Это однопролетные шарнирно-опертые балки, где сосредоточена одна сила.
Обычно это перемычки, на которые опирается одна балки другого перекрытия.
После того как будет уточнено к какому виду относится данный швеллер и куда будет идти основная нагрузка подбирается формула расчета.
Прикидочный способ расчета нагрузки на швеллер
Чтобы произвести расчет надо сделать следующее:
-Сперва определить полную нагрузку, которая будет действовать на балку – и умножить ее на нормативный коэффициент надежности по нагрузкам.
-Полученный результат умножить на шаг балок (в данном случае это касается швеллеров).
Далее необходимо сделать расчет максимально изгибающегося момента.
Все данные для швеллера берутся по ГОСТу.
Формула такова: изгибающий момент Мmax будет равен расчетной нагрузке умноженной на длину швеллера в квадрате. Единица измерения — килоНютоны на метр. ( 1 кНм = 102 кгсм)
Затем перейти к вычислению нужного момента сопротивления балки.
Формула такова: момент сопротивления Wтр будет равен Мmax, который умножен на коэффициенты условий работы и поделен на 1,12 (это коэффициент для учета пластически деформаций).
Таким образом получим требуемое сечение. Но при этом нужно помнить, что номер швеллера должен быть больше требуемого момента сечения.
Видео по теме:
Какую нагрузку выдерживает швеллер | СМЦ «Петровское»…
В наши дни, когда промышленность и строительство стремительно развиваются, металлопрокат считается крайне востребованным среди предприятий различного масштаба. Швеллер (10, 16, 20 или др.) – одна из наиболее популярных его разновидностей, которая используется для многих целей:
- строительства зданий;
- сооружения мостов;
- автомобильного производства, авиа- и кораблестроений;
- усиления фундаментов и несущих конструкций;
- декорирования интерьера и изготовления мебели.
Если для осуществления вашей деятельности необходимо приобрести швеллеры – не торопитесь покупать их в первом попавшемся пункте продажи.
Сервисный металлоцентр «Петровское» изготавливает швеллеры, которые полностью соответствуют установленным требованиям ГОСТ. Несмотря на высокое качество швеллеров, которые мы изготавливаем, их стоимость – одна из самых доступных в Киеве и Киевской области. На каждом из складов нашей компании соблюдаются все условия, необходимые для того, чтобы изделия из металла сохраняли свои качества на протяжении всего срока хранения и дальнейшей эксплуатации.
Что представляет собой швеллер 12
В зависимости от того, какими размерами и характеристиками обладает швеллер, может изменяться его несущая способность. На нашем сайте можно заказать швеллер 12 и другие разновидности металлопрофиля. Какими бы не были характеристики швеллера, его основная задача – восприятие и распределение механических нагрузок в различных конструкциях. Стоит помнить, что изделие прогибается под нагрузкой практически в каждом случае.
Небольшой изгиб считается нормальным состоянием каждого швеллера, однако в некоторых случаях степень изгиба может превышать допустимую норму.
При критическом изгибе швеллер быстро деформируется, разрушается и прекращает выполнять свою основную функцию. Это может негативно сказаться на прочности и эксплуатационном сроке строения. Поэтому при покупке швеллера стоит обратить внимание на:
- прочность;
- несущую способность детали;
- минимальный момент сопротивления;
- изгибающий момент;
- допустимое напряжение.
Максимально допустимый изгиб – наиболее важный показатель, который влияет не только на надежность швеллера, но и на строение в целом. На этот показатель влияет несколько факторов, наиболее важным среди которых является геометрический размер. Он часто указывается в маркировке швеллера и указывается в цифровом обозначении (
- нормативную нагрузку, которая будет приходиться на изделие;
- конфигурацию полок швеллера, его тип и назначение;
- длину пролета детали;
- количество швеллеров, которые укладываются рядом;
- модуль упругости материала, из которого изготовлена деталь;
- типоразмер, его предельный вертикальный прогиб.
Существуют онлайн-калькуляторы, с помощью которых можно вычислить те или иные параметры швеллеров. Однако сделать это можно самостоятельно с помощью специальной формулы. Полученный показатель дает возможность точно понять, насколько швеллер соответствует характеристикам конструкции.
Какую нагрузку выдерживает швеллер: проводим расчеты
- Чтобы рассчитать максимально допустимый прогиб швеллера, достаточно умножить коэффициент 5/384 умножить на дробь. В числителе дроби при этом указывается произведение расчетное нагрузки на 0.25 длины пролета изделия. В знаменателе дроби нужно указать произведение момента инерции на показатель продольной упругости материала, из которого изделие изготовлено.
- Если нужно рассчитать допустимую нагрузку, которую сможет выдержать швеллер 20, изготовленный из стали 09Г2С, необходимо точно определить длину балки и некоторые справочные данные. Их можно получить, обратившись к нормативам ГОСТ и СНиП. Также при расчетах стоит учесть, как расположена стенка швеллера – горизонтально или вертикально.
- Вышеуказанных данных недостаточно при проектировании перекрытий и различных каркасов. Чтобы убедиться в том, что будущая конструкция будет максимально прочной – нужно произвести расчет швеллера на жесткость. При этом показатель прогиба не должен быть большим, нежели его допустимое значение. Для вычисления относительного прогиба нужно вычислить изгибающий момент, длину хлыста, степень упругости стали и момент инерции сечения швеллера.
Обратившись в наш сервисный металлоцентр, можно заказать металлошвеллеры с характеристиками, которые необходимы именно для вашего строительства. Мы предлагаем своим клиентам качественные толстостенные швеллеры от проверенных производителей. Большинство изделий, представленных у нас, отличаются нагрузочной способностью в несколько тонн. Напомним, это зависит от разновидности швеллера, типа стали, из которого он изготовлен и конструктивных особенностей профиля. Хотите узнать больше о нашей продукции или оформить заказ? Ждем ваших звонков по номерам, указанным на сайте.
размеры, нагрузки, обозначения и стандарты ГОСТ
Внешний вид швеллераЭто разновидность металлопроката, который имеет П-образное поперечное сечение. Образуется такая конструкция из стенки и двух полок. Современное строительство немыслимо без подобных элементов, которые при относительно небольшом весе легко выдерживают существенные нагрузки. Если вам требуется швеллер, размеры которого должны быть строго определенными, то нужно помнить, что существуют равнополочные и неравнополочные изделия. Во втором случае размеры полок, образующих П-образное сечение будут различны.
В строительстве используются швеллеры следующих типов:
- имеющие внутренний уклон полок;
- с параллельными внутренними гранями;
- гнутые равнопрочные и неравнопрочные;
- специальные;
- холоднокатаные.
Чтобы упростить выбор правильного изделия используется расстояние между полками. Это цифра, стоящая после обозначения элемента, однако встречаются еще и различия в длине: она изменяется от 4 до 12 метров.
С точки зрения противодействия большим нагрузкам, направленным вертикально вниз, швеллер уступает лишь балке двутаврового сечения. Ширина полок варьируется и стартует с 32 мм, а достигать может 115 мм, поэтому и нагрузочная способность изменяется в широких пределах. Аналогичная ситуация и с высотой, которая бывает от 5 до 40 см.
Нужно помнить, что стандартный швеллер 10, размеры которого могут быть различными, будет то сечение, которое требуется в определенном случае и зависит от места применения. Буква, находящая после цифры, показывающей расстояние между полками, скажет специалисту о типе изделия. Если используется изделие с индексом «У», то речь идет о наклонных внутренних гранях. Когда полки расположены параллельно, то это швеллер серии «П». Существуют еще «Л» — легкая, «С» — легкая разновидности.
Сегодня спрос на подобные изделия достаточно высок, что обусловлено широким использованием бетонных и металлических конструкций. Привлекательность швеллера заключается в том, что он имеет малый вес, а выдержать может достаточно существенную нагрузку. Этой особенностью швеллер обязан своему П-образному профилю, который обеспечивает необходимое сочетание конструкционных свойств и надежности. Металлические конструкции этого типа могут использоваться и для строительства, и для выполнения ремонтных работ. Их применяют в самых различных областях, начиная от машиностроения, заканчивая созданием различных стеллажей.
Различные металлические конструкции, которые возводятся в рекламных целях или для прокладки коммуникаций тоже являются тем местом, где востребованы такие элементы. Швеллер 20, размеры которого изменяются в широких пределах, отлично подходит для этой цели.
От того где будет использоваться металлическая конструкция зависит её тип. Например, для работы под большой нагрузкой лучше использовать конструкцию, имеющую наклонные полки. На самом деле внешний контур изделия все также остается П-образным, однако внутренний уже имеет некоторые отклонения от этой формы, ведь наклон внутренних стенок может быть большим. За счет этого достигается повышенная толщина стенок и более высокая надежность.
Алюминиевый швеллерТип швеллера и его параметры выбираются только после проведения расчетов, причем выполнять их должен специалист. В противном случае могут возникнуть проблемы из-за неправильного выбора толщины или других характеристик изделия, а значит, надежность сооружения снизится.
Классическая П-образная конструкция, изготовленная из стали имеет не только большую устойчивость к изгибам, но и неплохо противостоит деформации кручения, поэтому область применения подобных изделий очень широка. Использование алюминия еще больше увеличило ту сферу, где сегодня применяют эти металлоконструкции.
Швеллер 16, размеры которого идеально подходят для тех сооружений, которые испытывают небольшие нагрузки, применяют не реже, чем его стальную разновидность. Алюминиевые конструкции хорошо подходят для случаев, когда требуется удерживать элементы, контактирующие с окружающей средой. Сам алюминий выгодно отличается от стали тем, что он не взаимодействует с воздухом или водой, поэтому и надежность будущего сооружения не оказывается в зависимости от таких случайных факторов, как непогода или неправильный уход за окрашенными элементами.
Алюминиевый швеллерВ общем случае алюминиевый швеллер намного выгоднее, чем профильная труба того же размера, поскольку он позволяет еще больше снизить вес будущей конструкции.
В заключение отметим, что одним из главных преимуществ большинства типов швеллеров является возможность сооружать металлоконструкции без использования сварки. Это позволяет создавать разборные сооружения, которые могут быть перенесены на другое место полностью или частично. Например, данная технология применяется при создании разнообразных сезонных сооружений, временных построек или складов. Швеллер, размеры которого пропорциональны его весу, — это современный стройматериал, который не спешит сдавать свои позиции пластику или бетону.
Расчет нагрузки двутавровой балки – максимальные значения + Видео
Расчет нагрузки двутавровой балки проводится для определения номера из списка сортамента при проектировании несущих конструкций зданий и сооружений. Расчет производится согласно формулам и таблицам, а полученные параметры влияют на процесс проектирования и строительства, а также дальнейшие эксплуатационные характеристики конструкции.
1 Применение двутавровой балки и основные параметры
Основная функция двутавра при проектировании различных зданий и сооружений – создание надежной и эффективной несущей конструкции. В отличии от бетонных вариантов несущих конструкций, использование двутавровой балки позволяет добиться увеличения ширины пролетов жилых или коммерческих зданий и уменьшить массу основных несущих конструкций. Таким образом, существенно повышается рентабельность строительства.
Двутавровое балки
Двутавровый швеллер выбирается, исходя из длины и веса. Балки могут быть горячекатаными стандартными или специальными и иметь параллельные или наклонные грани полок. Они изготавливаются из низкоуглеродистой стали различных марок и используются в разных сферах строительства. Согласно нормам ГОСТ 823989, длина двутаврового швеллера может быть от 3 до 12 метров. По типу использования такие балки могут быть балочными, колонными, широкополочными или монорельсными, которые используются для строительства подвесных мостов. Определить тип балки можно по буквенной маркировке в таблице сортамента.
Масса двутавра рассчитывается согласно таблице сортамента, в которой указан конкретный номер и маркировка двутавровой балки, а также показатели ширины, высоты, толщины полок и средняя толщина стенок профиля. Таким образом, для определения массы, согласно таблице, необходимо знать нормативный вес одного погонного метра. Например, балка с номером 45, при весе погонного метра 66,5 кг, имеет длину 15,05 метров.
Помимо расчета массы, который можно провести, используя простой калькулятор, в процессе проектирования необходимо рассчитать максимальную и минимальную нагрузку на изгиб и прогиб (деформацию), чтобы выбрать подходящую под конкретные цели строительства двутавровую балку. Данные расчеты основаны на таких параметрах металлического профиля, как:
- минимальное и максимальное расстояние между полками (стенками) балки с учетом их толщины;
- максимальная нагрузка на будущую конструкцию перекрытия;
- тип и форма конструкции, метод крепления;
- площадь поперечного сечения.
В некоторых случаях для проведения расчетов может понадобиться и шаг укладки, то есть расстояние, через которое балки укладываются параллельно друг другу.
Расчет двутавровой балки, как правило, производится на прочность и прогиб. Для максимально точных расчетов в таблице сортамента и нормах ГОСТ прописаны и такие необходимые параметры, как момент сопротивления, который делится на статистический и осевые моменты. Помимо этого, иногда необходимо знать величину расчетного сопротивления, которая зависит от типа и марки стали, из которой изготовлена двутавровая балка, а также от типа производства (сварная или прокатная). В случае сварного профиля при расчете прочности прибавляется до 30 процентов к вычисленной несущей нагрузке профиля.
2 Выбор металлической балки по номеру и примеры расчета
В таблице сортамента все номера металлического двутавра указаны согласно нормам ГОСТ 823989. Таким образом, выбор номера должен осуществляться с учетом предполагаемой нагрузки на балку, длины пролетов, веса. Например, если максимальная нагрузка на двутавровую балку равна 300 кг/м.п, из таблицы выбирается балка номер 16, при этом пролет будет равен 6 метрам при шаге укладки от 1 до 1,2 метров. При выборе 20-го профиля максимальная нагрузка увеличивается до 500 кг/ м.п, а шаг может быть увеличен до 1,2 метра. Профиль с номерами 10 или 12 означает максимально допустимую нагрузку до 300 кг/м.п и сокращение пролета до 3-4 метров.
Применение балок в строительстве
Таким образом, расчет того, какую нагрузку выдерживает балка, производится так:
- определяется величина нагрузки, которая давит на перекрытие с учетом веса самого профиля (из таблицы), которая рассчитывается на 1 погонный метр профиля;
- полученная нагрузка, согласно формуле, умножается на показатель коэффициента надежности и упругости стали, который прописан в ГОСТ 823989;
- используя таблицу расчетных значений по ГОСТ, необходимо определить величину момента сопротивления;
- исходя из момента сопротивления, выбираем соответствующий номер из таблицы сортамента.
Рассчитывая несущую нагрузку при выборе профиля, рекомендуем выбирать номера балки на 1-2 пункта выше полученных расчетных значений. Несущая способность профиля также рассчитывается при определении нагрузки двутавровой балки на изгиб.
3 Как марки стали влияют на расчеты?
При расчете прочности несущей балки в обязательном порядке учитывается марка стали, которая использовалась в процессе производства, и тип производственного проката. Для сложных конструкций и возведения перекрытий жилых зданий, коммерческих помещений, мостов необходимо выбирать балки из максимально прочных марок стали. Изделия с более высокой прочностью обладают меньшими габаритными размерами, но при этом способны выдерживать большие нагрузки.
Балки на производстве
Таким образом, расчет на прочность рекомендуется проводить несколькими способами, а полученные данные сравнить для получения максимально точных результатов вычислений. При определении прочности необходимо знать нормативные и расчетные напряжения и учитывать такие параметры, как поперечные и продольные силы, а также крутящие моменты. Существует несколько вариантов расчетных калькуляторов, с помощью которых определяется максимально и минимально допустимая нагрузка на прочность.
4 Как вычислить нагрузку на деформацию?
Для определения нагрузки балки на деформацию необходимо учитывать такие параметры, как:
- расчетная и нормативная нагрузка;
- длина и вес перекрытия;
- нормативное сопротивление.
Двутавровые балки для строительства
При этом для некоторых типов балок невозможно рассчитать нагрузку на прогиб, ввиду их формы и видов крепления при строительстве. Следует также понимать, что деформация балки (прогиб) возникает в поворотных углах. Поэтому она сильно зависит от габаритов конструкции, ее назначения, марки стали и других свойств и показателей. Существует несколько формул и вариантов для расчета балки на прогиб, использование которых зависит от расчета деформации внизу и вверху балки. Чаще всего для того, чтобы вычислить максимальную нагрузку на прогиб, специалисты используют универсальную формулу. Величину нагрузки на будущую конструкцию необходимо умножить на ширину пролета в кубическом объеме. Полученный параметр разделите на произведение модуля упругости и величины инерционного момента.
Модуль упругости вычисляется, исходя из конкретной марки стали, момент инерции прописан в ГОСТе по номеру выбранной балки. Полученное число необходимо умножить на коэффициент, равный 0,013. В том случае, если рассчитанный относительный коэффициент деформации больше или меньше, чем прописано в нормативе, то в строительной конструкции необходимо использовать двутавры большего или меньшего типоразмера из таблицы.
Следует понимать, что двутавровая балка, ввиду своей формы, конструкции и веса, довольно редко используется в частном строительстве. Обычно вместо балок применяются более легкие швеллеры или стальные уголки. Но если вы все же используете балку для строительства небольшого частного дома, дачи, то необязательно проводить сложные расчеты по всем видам деформации и нагрузок. Для небольшой конструкции перекрытия достаточно рассчитать максимальную и минимальную нагрузку на изгиб.
Как подобрать двутавр или швеллер для перекрытия? Максимальная нагрузка и прогиб (хозяину на заметку) | Строю для себя
Уважаемые гости, как и обещал в статье по расчету деревянных балок на прогиб (ссылка на статью), в данном материале речь пойдет о расчете стальной металлической балки для пролета: швеллера и двутавра.
В данной статье — расчет и выбор изделий выполняются в полном соответствии с учебной дисциплиной о механике твердого тела (раздел: сопротивление материалов).
Считаю нужным предупредить, что статья является полностью технической, поэтому не ругайте, знаю, что многие читатели Дзен не любят такое :)))
В предыдущей статье о деревянных балках — я получил много критики в комментариях, что, мол, 21 ВЕК на дворе, полным-полно он-лайн калькуляторов и готовых таблиц в интернете.
Конечно, можно довериться он-лайн калькуляторам, но поверьте, уделив 30-40 минут и вникнув самостоятельно — можно перепроверить любой калькулятор и спать спокойнее, потому что все выкладки производятся самостоятельно и результат налицо! А что касается таблиц, то любая из них, взятая из интернета — неизвестного происхождения, и велика вероятность взять недостоверные данные…
Итак, далее приведены выборки горячекатаных стальных изделий согласно соответствующих ГОСТов, по которым в зависимости от итогового расчета — мы выберем подходящую нам балку и её сечение (форму):
Сортамент двутавровСортамент двутавров
Сортамент швеллеровСортамент швеллеров
Для примера, в расчете берётся заводская длина стального изделия — 6 м., а также выбирается шаг балок — 0,6 м. (соответственно, данные параметры будут у каждого разные в зависимости от ситуации).
Имея чертеж, проект или набросок размеров комнат на бумаге, нужно определиться с расчетными длинами. Расстояние в свету (Lсв) — это длина перекрываемого пролета. Зная эту длину и минимальное опирание балки на стену Lоп = 120 мм., получаем длину балки (по нашему примеру L= 6 м.).
Иллюстрация автораИллюстрация автора
Для дальнейшего расчета, требуется знать расстояние между центрами опорных длин (Lo) — это главная величина, участвующая в расчете (см.рисунок выше).
Для начала, перед самим расчетом, требуется определиться с функцией помещения. Для жилого помещения — по нормативу, временная нагрузка от пребывания людей составляет 1,5 кПа или 150 кг./м2. (Р1).
По правилам расчета, закладываем запас надежности — 20%, поэтому далее используем коэффициент K1 = 1,2
После определения функции помещения и временной нагрузки, нам требуется посчитать собственный вес квадратного метра пола в сборе (весь пирог), а именно: вес балок, настил пола, потолок, шумоизоляция и т.п. В качестве примера, для расчета берем собственный вес — 150 кг./кв.м., таким образом Р2 = 150 кг./кв.м. Но, по правилам, уже нужно намеренно завысить надежность на 30%, соответственно К2 = 1,3.
Определяем основные параметры для расчетаРасчетИтак, считаем требуемый момент сопротивления W = M/(Yc*Ry),
W = 9.72 / (0.9*240) = 45 куб.см.
Получив момент сопротивления, возвращаемся к таблицам характеристик изделий (иллюстрации в самом начале). В данных таблицах, ГОСТом уже определены значения моментов для различных сечений, исходя из которых и выбираем балку, округляя W в большую сторону:
Для полученного момента 45 см3 подходит двутавр №12 со значением W=58.4 или швеллер №12, где W=50.6. Для нашего же примера — выбираем двутавр и далее проводим проверку на прогиб.
Важно сделать оговорку, что если Вас не устраивают балочные двутавры, существуют широкополочные или колонные двутавры, у которых при той же высоте — характеристики будут выше. Тем самым, вы сможете за счет более лучшей несущей способности уменьшить толщину всего перекрытия:
После того, как выбор стальной балки произведен, из таблички по соответствующей строке выписываем все характеристики выбранного изделия:
- Статический момент: S = 33,7 см3;
- Момент инерции: I = 350 см4;
- Толщина стенки: d = 4.8 мм.
Производим проверку на прогиб. В случае большого провиса по центру конструкции, нам потребуется взять двутавр, следующий за №12.
Проверка:
В расчете нам потребуется главная жесткостная характеристика материала — это модуль упругости, для стали он равен:
Е = 206 000 МПа.
Определяем прогиб по стандартной сопроматовской формуле:
Итак, вычисленный прогиб по центру — 3,89 см.
Его необходимо сравнить с эстетико-психологическими параметрами по СНиП (таблица Е.1)
Предельные прогибыПредельные прогибы
Почему эстетико-психологических? Дело в том, что несмотря на надежность конструкции — провис балки будет «давить на психику», в связи с чем СНиПом предусматриваются допустимые величины прогибов.
Согласитесь, что не хочется нам в доме ловить взглядом выгнутый в дугу потолок и будет казаться, что он вот-вот треснет и свалится на голову.
Согласно таблице, у нас есть предельные прогибы по вертикали для балок: L/ххх. Для того, чтобы сравнить полученное значение с этой характеристикой, требуется рассчитать параметр предельно допустимых величин:
При вычислении, как пример — мы брали балку заводской длины — 6 м., поэтому ищем строку L=6м.:
Исходя из вычислений и из представленной таблицы, производим сравнение параметров прогиба: L/151 > L/200. Поскольку прогиб сильнее, чем нормативный, то выбранная стальная балка не удовлетворяет условию.
Другими словами, двутавр №12 провиснет при пролете 5,8 м. — на 3,9 см, что неприемлемо по СНиПу. Нам ничего не остается, как выбрать следующий по списку двутавр и снова выполнить проверку.
При двутавре №14, прогиб составляет 2,4 см. и параметр предельно допустимых величин равен Lo/f = 5,88/2,38 = 247.
L/247 < L/200! Выбранный двутавр №14 — прошёл проверку и его можно использовать!
Пожалуйста, пользуйтесь!
___________________________________
Следующие темы, планируемые на канале: сравнение стоимости при использовании стальных и деревянных балок, а так же серия материалов о вариантах устройства монолитного перекрытия по швеллерам (двутаврам) и организация бетонирования участками (захватками).
Если данные темы интересны, подписывайтесь на мой канал!
Расчет деревянной балки
Зная тригонометрию, можно не бегать по крыше с рулеткой
Как определить высоту объекта на расстоянии?
расчет нагрузки, несущая способность, прочность
Двутавр – это металлопрофильная конструкция перекрытия, наклонная или горизонтальная, рассчитанная в первую очередь на изгиб. Прежде всего она находится под воздействием весовой нагрузки, направленной по вертикали. Фактически это первичное воздействие, которому должен противостоять прокатный профиль из металла.
Технические характеристики металлического профиля необходимы, чтобы их правильно применять в строительстве, ведь несмотря на большое разнообразие сфер применения, суть остается одна – создать надежную несущую конструкцию. Она позволяет преобразовывать архитектуру сооружений:
- увеличивает ширину пролетов зданий;
- значительно, примерно на 35%, уменьшить массу несущих конструкций;
- существенно увеличить рентабельность проектов.
Говоря о достоинствах конструкции, нельзя не отметить и минусы, хотя их немного. Основные из них – это
- необходимость применять при создании ребер жесткости дополнительную арматуру;
- достаточно существенные трудозатраты, которые нужны для ее изготовления.
Однако, следует отметить, что с другой стороны дополнительные ребра жесткости дают возможность:
- уменьшить общую металлоемкость сварной металлоконструкции, так как ощутимо уменьшают толщину стенок. Таким образом удается понизить ее стоимость, но целиком сохранить механические характеристики;
- помимо этого облегченная конструкция экономична и с точки зрения устройства фундамента, поскольку после снижения общей массы можно использовать фундамент под БМЗ (быстровозводимые здания).
Чтобы найти двутавр, подходящий для конкретного случая, требуется произвести некоторые расчеты. Обычно для этого используют таблицы или онлайн калькуляторы. В их основе лежат заданные два параметра: расстояние от одной стены до другой и будущая нагрузка на строительную конструкцию.
Прочность двутавровой балки определяется такими параметрами, как:
- длина,
- метод закрепления,
- форма,
- площадь поперечного сечения.
Большее распространение получили изделия с буквой «Н» в сечении.
На заметку
Жесткость металлической конструкции двутавра в 30 раз превышает жесткость квадратного профиля, а прочность, соответственно, в 7 раз.
Длина данной металлоконструкции бывает разной, к примеру, в случае ГОСТ 8239-89 это 4 –12 метров, то есть в зависимости от сортамента размеры и вес балки двутавровой отличаются. Помимо длины величина веса определяется толщиной металла и размерами граней. Поэтому для выполнения различных расчетов было введено понятие «вес метра балки двутавровой».
При покупке сварной конструкции обязательно требуется расчет на прочность, а для конкретного использования еще и расчет на прогиб. Грамотный расчет нагрузки на двутавровую балку позволит обеспечить устойчивость конструкции к проектным воздействиям, то есть способность воспринимать их без разрушения.
Нагрузка собственного веса ↑
Чтобы определить в случае необходимости вес двутавровой балки пользуются специальными таблицами, где расписаны ее характеристики, к примеру, габариты, марка стали и т. д. В таблице представлена теоретическая масса 1 м профиля.
балка двутавровая размеры и вес (ГОСТ 8239-89)
Пример расчета двутавра ↑
Предположим необходимо рассчитать вес двутавра № 12 длиной в 3 метра. Согласно таблице условная масса погонного метра данного профиля равна 11,50 кг. Если перемножить полученные значения, то получим величину общей массы – 34,5 кг.
Точнее значение веса сварной металлоконструкции можно посчитать, используя специальные онлайн калькуляторы, один из которых предоставлен на нашем сайте в рубрике “Калькуляторы”.
В калькуляторе выбирают соответствующий номер двутавра и вводят необходимый метраж. Как видите, полученное значение больше рассчитанного нами на 0,12 кг.
Несущая способность ↑
Среди всех типов балок двутавровая имеет наибольшую прочность, более того, она устойчива к температурным перепадам. Допустимая нагрузка на двутавр бывает указана на маркировке, как размер. Чем больше число, указанное в его наименовании, тем большую нагрузку может воспринимать балка.
Любой расчет предполагает изначальное знание размеров прокатного или сварного профиля, его длины и ширины. Проясним смысл значения ширины на примере самой популярной балочной опоры – колонны.
Пример расчета
Предположим, что в сечении колонны лежит квадрат со стороной 510 мм, тогда на нее можно будет опереть профиль, для которого ширина не может превышать 460 мм. Это связано с тем, что двутавр придется приваривать к железобетонной подушке, а для сварочных швов понадобится запас, по крайней мере, в 40 мм.
После определения ширины переходят к выбору профиля и расчету нагрузки, воздействующей на профиль. Она представляет собой совокупность воздействий от перекрытия, а также воздействий временного и постоянного характера.
На заметку
Нагрузку, выражающую величину нормативной нагрузки, собирают на длину 1 м профиля.
Но, расчет несущей способности двутавровой балки предполагает учет другого воздействия. Чтобы получить расчетную нагрузку, рассчитанное нормативное воздействие умножается на так называемый коэффициент прочности по нагрузке. Остается к результату прибавить уже подсчитанную массу изделия и найти его момент сопротивления.
Полученных данных достаточно, чтобы из сортамента подобрать профиль, необходимый для изготовления сварного профиля. Как правило, с учетом прогиба конструкции рекомендуется выбирать профиль выше на два порядка.
Важно
Сварная металлическая конструкция должна использовать примерно 70–80% от максимально допустимого прогиба.
Усиление ↑
Если несущая способность двутавра оказывается недостаточной, то возникает необходимость ее усиления. Для различных элементов сварной конструкции этот вопрос решается по-разному.
К примеру, для элементов, воспринимающих нагрузки типа растяжения, сжатия или изгиба, используют такой вариант усиления: увеличивают сечение, иначе говоря, повышают жесткость, скажем, приварив дополнительные детали.
Теоретически – это один из лучших вариантов усиления, однако, при его реализации не всегда удается получить требуемый результат. Дело в том, что элементы в процессе сварочных работ нагреваются, а это несет за собой уменьшение несущей способности.
В какой степени можно ожидать такого понижения зависит от размеров двутавра и режима и направления сварочных работ. Если для продольных швов максимальное понижение оказывается в пределах 15%, то для швов в поперечном направлении оно может достичь и 40%.
Внимание
Поэтому при усилении двутавра под нагрузкой категорически запрещено накладывать швы в направлении, поперечном к элементу.
Расчетно и экспериментально было доказано, что оптимального результата усиления под нагрузкой можно получить при максимальном напряжении в 0,8 Ry, то есть 80% расчетного сопротивления стали, которая была использована для изготовления двутавра.
© 2021 stylekrov.ru
расчетные схемы и сбор нагрузок
Швеллер – вид фасонного металлопроката с поперечным сечением П-образной формы. Широко используется в строительстве в роли балок перекрытия, перемычек, востребован при отделке фасадов для устройства каркаса под облицовочный материал. Для правильного выбора номера швеллера необходимо знать, какую нагрузку он должен будет выдерживать при эксплуатации, способ закрепления, длину пролета, количество изделий, укладываемых вместе, материал изготовления.
Расчетные схемы для подбора номера швеллера
Каждый случай горизонтальной укладки швеллера можно привести к стандартной расчетной схеме. В зависимости от типа закрепления и распределения нагрузки, выделяют следующие виды балок:
- Однопролетная шарнирно-опертая. Нагрузка распределена равномерно. Пример: профильный прокат, применяемый для устройства межэтажных перекрытий.
- Консольная. Имеет один жестко закрепленный конец, нагрузка равномерно распределена. Обычно по такой схеме изготавливается козырек над подъездом из двух швеллеров, пространство между которыми заполнено армированным бетоном.
- Шарнирно-опертая, имеющая две опоры и консоль для укладки балконных плит.
- Однопролетная шарнирно-опертая, на которую оказывают воздействие две сосредоточенные силы. Обычно на нее укладывают две другие балки.
- Однопролетная с двумя опорами, на которую воздействует одна сосредоточенная сила.
Сбор нагрузок, выдерживаемых швеллером
Для нахождения требуемого номера профиля, помимо расчетной схемы, необходимо определить вес, который должен будет выдержать швеллер. В соответствии со СНиПом 2.01.07-85, выделяют следующие типы нагрузок:
- Постоянные. К ним относятся: вес самого швеллера и конструкций, которые на него опираются.
- Временные. Разделяются на длительные (масса временных перегородок, слоя воды) и кратковременные (вес людей, ветровые и снеговые нагрузки).
- Особые. Возникают в нестандартных ситуациях: при взрывах, из-за деформации основания, в связи с сейсмическим воздействием.
После определения всех исходных параметров можно воспользоваться онлайн-калькулятором или произвести самостоятельные расчеты по формулам.
Нагрузки на балку — Калькулятор опорной силы
Онлайн-калькулятор опорной силы балки
Калькулятор ниже можно использовать для расчета опорных сил — R 1 и R 2 — для балок с числом до 6 несимметрично нагружает.
Длина балки (м, фут)
Сила F1 (Н, фунт f ) расстояние от R 1 (м, фут)
Сила F2 (Н, фунт ) f ) расстояние от R 1 (м, фут)
Сила F3 (Н, фунт f ) расстояние от R 1 (м, фут)
Сила F4 ( Н, фунт f ) расстояние от R 1 (м, фут)
Сила F5 (Н, фунт f ) расстояние от R 1 (м, фут)
Сила F6 (Н, фунт f ) расстояние от R 1 (м, фут)
Для балансира, нагруженного грузами (или другими нагрузочными силами), силы реакции — R — на опорах равно , сила нагрузки — F . Баланс сил можно выразить как
F 1 + F 2 + …. + F n = 1 + R 2 (1)
где
F = усилие от нагрузки (Н, фунт f )
R = сила от опоры (Н, фунт f )
Дополнительно для балки в балансе алгебраическая сумма моментов равно нулю .Баланс момента можно выразить как
F 1 a f1 + F 2 a f2 + …. + F n a fn = R a r1 + R a r2 (2)
, где
a = расстояние от силы до общей точки отсчета — обычно расстояние до одной из опор (м, фут)
Пример — A балка с двумя симметричными нагрузками
A 10 м длинная балка с двумя опорами нагружена двумя равными и симметричными нагрузками F 1 и F 2 , каждая 500 кг .Опорные силы F 3 и F 4 можно рассчитать
(500 кг) (9,81 м / с 2 ) + (500 кг) (9,81 м / с 2 ) = R 1 + R 2
=>
R 1 + R 2 = 9810 N
= 9,8 кН
Примечание! Нагрузка от веса груза — м — мг Ньютонов — где г = 9.81 м / с 2 .
При симметричных и равных нагрузках опорные силы также будут симметричными и равными. Используя
R 1 = R 2
, приведенное выше уравнение можно упростить до
R 1 = R = (9810 N) / 2
= 4905 N
= 4,9 кН
Связанные мобильные приложения из Engineering ToolBox
— бесплатные приложения для автономного использования на мобильных устройствах.
Пример — Балка с двумя несимметричными нагрузками
A 10 м длинная балка с двумя опорами нагружена двумя нагрузками, 500 кг располагается 1 м от конца ( R 1 ) , а другой груз 1000 кг расположен 6 м с того же конца. Баланс сил можно выразить как
(500 кг) (9,81 м / с 2 ) + (1000 кг) (9,81 м / с 2 ) = 1 + 2 рэнд
=>
R 1 + R 2 = 14715 N
= 14.7 кН
Алгебраическая сумма моментов (2) может быть выражена как
(500 кг) (9,81 м / с 2 ) (1 м) + (1000 кг) (9,81 м / с 2 ) (6 м) =? R 1 (0 м) + R 2 (10 м)
=>
R 2 = 6377 (N)
= 6,4 кН
F 3 можно рассчитать как:
R 1 = (14715 Н) — (6377 Н)
= 8338 Н
= 8.3 кН
Вставьте балки в свою модель Sketchup с помощью Engineering ToolBox Sketchup Extension
Калькулятор нагрузки на стекло | Стекло и зеркало Даллеса
Допустимая весовая нагрузка для стеклянных полок зависит от толщины стекла, площади стекла и т. Д. и промежуток между опорами. Используйте калькулятор нагрузки на стекло Даллеса и зеркальное стекло, чтобы рассчитать, сколько вес, который может выдержать ваша стеклянная полка.
Чтобы определить вес в фунтах *, просто введите тип стекла, размеры, толщину стекла и расстояние ** между опор в Калькулятор весовой нагрузки и нажмите Рассчитать.
- * Расчетные весовые нагрузки приблизительны
- ** Пожалуйста, используйте ближайший вариант пролета для фактического пролета вашего стекла
1. Выберите тип стекла
2.Введите размеры стекла
| дюймов | Доля дюйма | |||
|---|---|---|---|---|
| Все размеры указаны в дюймах | ||||
| Ширина |
345678121314151617181| 222324252627282 | 32333435363738394041424344454647484950515253545556575859606162636465666768697071727371047585960616263646566676869707172737104758596061626364656667686970717273710310 | | 1980818283 | 01/161/83/161/45/163/87/161/29/165/811/163/413/167/815/16 |
| Длина |
345678121314151617181| 222324252627282 | 323334353637383940414243444546474849505152535455565758596061626364656667686970717273747576777879 |
01/161/83/161/45/163/87/161/29/165/811/163/413/167/815/16 |
|
3.Выбрать толщину стекла
4. Выберите пролет (расстояние) между опорами
5. Нажмите кнопку «Рассчитать весовую нагрузку» ниже.
Рассчитать весовую нагрузку
Эта стеклянная полка или столешница вмещает приблизительно: фунтов.
Калькулятор веса стеклянной полки
Какой вес выдерживает стекло?
Независимо от того, покупаете ли вы стеклянные полки для шкафов или для декоративных элементов, вам нужно будет выбрать правильную толщину и систему поддержки для ваших стеклянных полок, учитывая весовую нагрузку.Например, угловая стеклянная полка для душа не должна выдерживать такой же вес, как стеклянная полка для стола или шкафа.
Допустимая нагрузка для стекла зависит от множества факторов, таких как толщина стекла, квадратные метры стекла, а также расстояние между кронштейнами полок или опорными системами.
Расстояние между кронштейном и весовая нагрузка
Более короткие расстояния между кронштейнами для полок не только позволяют полке выдерживать больший вес, но и более тонкое стекло может выдерживать такой же вес на более коротких кронштейнах.Следовательно, чем длиннее полка и чем больше расстояние между опорными кронштейнами, тем меньше весовая нагрузка, которую полка может выдержать.
Толщина стекла и весовая нагрузка
Для более длинных полок выбирайте более толстое стекло, так как оно выдерживает больший вес. Стекло толщиной от 3/8 до 5/8 может выдерживать более тяжелые предметы по сравнению с 1/4 толщины. Стеклянные полки толщиной 1/4 не должны иметь кронштейнов, находящихся на расстоянии более 2–4 дюймов друг от друга. Чтобы полка могла выдерживать больший вес, подумайте о покупке дополнительного опорного кронштейна, который можно разместить посередине настенной полки.
Закаленное стекло и весовая нагрузка
Имейте в виду, что некоторые стекла обладают большей прочностью. Закаленное стекло прочнее и в 4 раза прочнее стандартного стекла. Более толстое стекло также прочнее, чем более тонкое, и выдерживает больший вес.
Калькулятор нагрузки на стеклянную столешницу
Три основных фактора для определения весовой нагрузки стеклянной столешницы — это толщина стекла, квадратные метры стекла и расстояние между опорой конструкции (например.ножки стола). Столешницы из более толстого стекла способны выдерживать больший вес по сравнению с более тонким стеклом. Кроме того, стеклянные столешницы меньшего размера могут выдерживать больший вес, чем большие.
При покупке стеклянной плиты для столешницы учитывайте систему поддержки стола, а также ее предполагаемое использование.
Какой вес может выдержать ваша стеклянная столешница?
В среднем офисные столы могут выдерживать больший вес, чем журнальный столик.Структурная целостность подставки для стеклянного стола также имеет решающее значение. Убедитесь, что ваш стол не шатается, а вертикальные столбцы устойчивы. Для столов шириной 2,5 фута или шире рассмотрите рамы с угловой и краевой опорой.
Воспользуйтесь нашим калькулятором нагрузки на стеклянную столешницу, чтобы определить максимальную вместимость стеклянной столешницы.
Интересный факт о стекле: знаете ли вы, что пуленепробиваемое стекло представляет собой смесь многослойного и закаленного стекла с поликарбонатом и термопластом?
Выберите из нашего ассортимента стеклянных и зеркальных изделий
Стеклянные столешницы
Стеклянные полки
Зеркала на заказ
Стекло на заказ
Подшипниковые нагрузки — 1 канал 5/8
Руководство по расчету нагрузки на балку
Нагрузкив таблицах нагрузок на балку для канала металлического каркаса UNISTRUT® равны дано как общая равномерная нагрузка (W) в фунтах.Для более привычной формы нагрузки (w) в фунтах на фут или фунтах на дюйм, разделите нагрузку на стол на охватывать.
Нагрузки под заголовками столбцов «Пролет / 180», «Пролет / 240» и «Пролет / 360 ”предусмотрены для установок, в которых прогиб (провисание) нагруженного Канал UNISTRUT® должен быть ограничен. Эти соотношения стандартные инженерной практики и, если применимо, обычно даются Специалист по записи или спецификации проекта. Фактическое отклонение от эти предустановленные соотношения равны диапазону (дюймы или футы), разделенному на число 180, 240 или 360.При проектировании до одного из этих пределов прогиба допустимая равномерная нагрузка обычно меньше значений в столбце заголовок «Максимально допустимая равномерная нагрузка». Для получения дополнительной информации или помощь по этому вопросу, свяжитесь с нами.
Все 5 примечаний под таблицами нагрузок на балки должны быть соблюдены для получения окончательного полезная нагрузка на канал. Несоблюдение этого правила приводит к неправильной работе нагрузка. Эти примечания требуют корректировки максимально допустимой униформы. Нагрузка для:
- Пробитый канал (если применимо)
- Свободная длина
- Масса канала
- Точечная нагрузка на промежуточный пролет (если применимо)
Используйте следующие 5 шагов, чтобы точно определить допустимую рабочую нагрузку канала UNISTRUT®.o
- Шаг 1: Определите максимально допустимую равномерную нагрузку из Таблица нагрузок
- Шаг № 2: Умножьте на применимый коэффициент пробитого отверстия (при использовании таблицы нагрузок на балку для сплошного канала)
- 0,95 для «KO»
- 0,90 для HS и h4
- 0,85 для «T», «SL» и «WT»
- 0,70 для «DS»
- Шаг 3: Умножение на коэффициент свободной длины
- Шаг 4: Вычесть вес канала
- Шаг 5: Умножить на 50% для загрузки Midpsan ( если Применимо)
Результатом после шага 4 является допустимая общая равномерная нагрузка в фунтах.В Результатом после шага 5 является допустимая точечная нагрузка на середину пролета.
1.2: Структурные нагрузки и система нагружения
2.1.4.1 Дождевые нагрузки
Дождевые нагрузки — это нагрузки из-за скопившейся массы воды на крыше во время ливня или сильных осадков. Этот процесс, называемый пондированием, в основном происходит на плоских крышах и крышах с уклоном менее 0,25 дюйма / фут. Заливка крыш возникает, когда сток после атмосферных осадков меньше количества воды, удерживаемой на крыше.Вода, скопившаяся на плоской или малоскатной крыше во время ливня, может создать большую нагрузку на конструкцию. Поэтому это необходимо учитывать при проектировании здания. Совет Международного кодекса требует, чтобы крыши с парапетами имели первичный и вторичный водостоки. Первичный водосток собирает воду с крыши и направляет ее в канализацию, а вторичный сток служит резервным на случай засорения первичного водостока. На рисунке 2.3 изображена крыша и эти дренажные системы. Раздел 8.3 стандарта ASCE7-16 определяет следующее уравнение для расчета дождевых нагрузок на неотклоненную крышу в случае, если основной слив заблокирован:
где
- R = дождевая нагрузка на неотклоненную крышу в фунтах на кв. Дюйм или кН / м 2 .
- d s = глубина воды на неотклоненной крыше до входа во вторичную дренажную систему (т. Е. Статический напор) в дюймах или мм.
- d h = дополнительная глубина воды на неотклоненной крыше над входом во вторичную дренажную систему (т. Е. Гидравлический напор) в дюймах или мм. Это зависит от скорости потока, размера дренажа и площади дренажа каждого дренажа.
Расход Q в галлонах в минуту можно рассчитать следующим образом:
Q (галлонов в минуту) = 0.0104 Ай
где
- A = площадь крыши в квадратных футах, осушаемая дренажной системой.
- и = 100 лет, 1 час. интенсивность осадков в дюймах в час для местоположения здания, указанного в правилах водоснабжения.
Рис. 2.3. Водосточная система с крыши (адаптировано из Международного совета по кодам).
2.1.4.2 Ветровые нагрузки
Ветровые нагрузки — это нагрузки, действующие на конструкции ветровым потоком.Ветровые силы были причиной многих структурных нарушений в истории, особенно в прибрежных регионах. Скорость и направление ветрового потока непрерывно меняются, что затрудняет точное прогнозирование давления ветра на существующие конструкции. Это объясняет причину значительных усилий по исследованию влияния и оценки ветровых сил. На рисунке 2.4 показано типичное распределение ветровой нагрузки на конструкцию. Основываясь на принципе Бернулли, взаимосвязь между динамическим давлением ветра и скоростью ветра может быть выражена следующим образом при визуализации потока ветра как потока жидкости:
где
- q = воздух с динамическим ветровым давлением в фунтах на квадратный фут.
- ρ = массовая плотность воздуха.
- V = скорость ветра в милях в час.
Базовая скорость ветра для определенных мест в континентальной части США может быть получена из основной контурной карты скорости в ASCE 7-16 .
Предполагая, что удельный вес воздуха для стандартной атмосферы составляет 0,07651 фунт / фут 3 и подставляя это значение в ранее указанное уравнение 2.1, можно использовать следующее уравнение для статического давления ветра:
Для определения величины скорости ветра и его давления на различных высотах над уровнем земли прибор ASCE 7-16 модифицировал уравнение 2.2 путем введения некоторых факторов, учитывающих высоту сооружения над уровнем земли, важность сооружения для жизни и имущества человека, а также топографию его расположения, а именно:
где
K z = коэффициент скоростного давления, который зависит от высоты конструкции и условий воздействия. Значения K z перечислены в таблице 2.4.
K zt = топографический фактор, который учитывает увеличение скорости ветра из-за внезапных изменений топографии там, где есть холмы и откосы.Этот коэффициент равен единице для строительства на ровной поверхности и увеличивается с высотой.
K d = коэффициент направленности ветра. Он учитывает уменьшенную вероятность максимального ветра, идущего с любого заданного направления, и уменьшенную вероятность развития максимального давления при любом направлении ветра, наиболее неблагоприятном для конструкции. Для конструкций, подверженных только ветровым нагрузкам, K d = 1; для конструкций, подверженных другим нагрузкам, помимо ветровой, значения K d приведены в таблице 2.5.
- K e = коэффициент высоты земли. Согласно разделу 26.9 в ASCE 7-16 , это выражается как K e = 1 для всех высот.
- V = скорость ветра, измеренная на высоте z над уровнем земли.
Три условия воздействия, классифицированные как B, C и D в таблице 2.4, определены с точки зрения шероховатости поверхности следующим образом:
Воздействие B: Шероховатость поверхности для этой категории включает городские и пригородные зоны, деревянные участки или другую местность с близко расположенными препятствиями.Эта категория применяется к зданиям со средней высотой крыши ≤ 30 футов (9,1 м), если поверхность простирается против ветра на расстояние более 1500 футов. Для зданий со средней высотой крыши более 30 футов (9,1 м) эта категория будет применяться, если шероховатость поверхности с наветренной стороны превышает 2600 футов (792 м) или в 20 раз превышает высоту здания, в зависимости от того, что больше.
Экспозиция C: Экспозиция C применяется там, где преобладает шероховатость поверхности C. Шероховатость поверхности C включает открытую местность с разбросанными препятствиями высотой менее 30 футов.
Воздействие D: Шероховатость поверхности для этой категории включает квартиры, гладкие илистые отмели, солончаки, сплошной лед, свободные участки и водные поверхности. Воздействие D применяется, когда шероховатость поверхности D простирается против ветра на расстояние более 5000 футов или в 20 раз больше высоты здания, в зависимости от того, что больше. Это также применимо, если шероховатость поверхности с наветренной стороны составляет B или C, и площадка находится в пределах 600 футов (183 м) или 20-кратной высоты здания, в зависимости от того, что больше.
Таблица 2.4. Коэффициент воздействия скоростного давления, K z , как указано в ASCE 7-16 .
|
Тип конструкции |
К д |
|---|---|
|
Основная система сопротивления ветру (MWFRS) Комплектующие и облицовка |
0.85 0,85 |
|
Арочные крыши |
0,85 |
|
Дымоходы, резервуары и аналогичные конструкции Площадь Шестиугольный Круглый |
0.9 0,95 0,95 |
|
Сплошные отдельно стоящие стены и сплошные отдельно стоящие и прикрепленные вывески |
0,85 |
|
Открытые вывески и решетчатый каркас |
0,85 |
|
Фермерские башни Треугольная, квадратная, прямоугольная Все прочие сечения |
0.85 0,95 |
Чтобы получить окончательное внешнее давление для расчета конструкций, уравнение 2.3 дополнительно модифицируется следующим образом:
где
- P z = расчетное ветровое давление на поверхность конструкции на высоте z над уровнем земли. Он увеличивается с высотой на наветренной стене, но остается неизменным с высотой на подветренной и боковых стенах.
- G = коэффициент воздействия порыва. G = 0,85 для жестких конструкций с собственной частотой ≥ 1 Гц. Коэффициенты порывов ветра для гибких конструкций рассчитываются с использованием уравнений в ASCE 7-16 .
- C p = коэффициент внешнего давления. Это часть внешнего давления на наветренные стены, подветренные стены, боковые стены и крышу. Значения C p представлены в таблицах 2.6 и 2.7.
Чтобы вычислить ветровую нагрузку, которая будет использоваться для расчета элемента, объедините внешнее и внутреннее давление ветра следующим образом:
где
GC pi = коэффициент внутреннего давления из ASCE 7-16 .
Рис. 2.4. Типичное распределение ветра на стенах конструкции и крыше.
Таблица 2.6. Коэффициент давления на стенку, C p , как указано в ASCE 7-16 .
Примечания:
1. Положительные и отрицательные знаки указывают на давление ветра, действующее по направлению к поверхностям и от них.
2. L — размер здания, перпендикулярный направлению ветра, а B — размер, параллельный направлению ветра.
Таблица 2.7. Коэффициенты давления на крышу, C p , для использования с q h , как указано в ASCE 7-16 .
Пример \ (\ PageIndex {1} \)
Двухэтажное здание, показанное на рисунке 2.5 — это начальная школа, расположенная на ровной местности в пригороде, со скоростью ветра 102 миль в час и категорией воздействия B. Какое давление скорости ветра на высоте крыши для основной системы сопротивления ветровой силе (MWFRS)?
Рис. 2.5. Двухэтажное здание.
Раствор
Средняя высота крыши ч = 20 футов
В таблице 26.10-1 из ASCE 7-16 указано, что если категория воздействия — B и коэффициент воздействия скоростного давления для h = 20 ′, то K z = 0.7.
Коэффициент топографии из раздела 26.8.2 ASCE 7-16 составляет K zt = 1.0.
Коэффициент направленности ветра для MWFRS, согласно таблице 26.6-1 в ASCE 7-16 , составляет K d = 0,85.
Используя уравнение 2.3, скоростное давление на высоте 20 футов для MWFRS составляет:
В некоторых географических регионах сила, оказываемая скопившимся снегом и льдом на крышах зданий, может быть довольно огромной и может привести к разрушению конструкции, если не будет учтена при проектировании конструкции.
Предлагаемые расчетные значения снеговых нагрузок приведены в нормах и проектных спецификациях. Основой для расчета снеговых нагрузок является так называемая снеговая нагрузка на грунт. Снеговая нагрузка на грунт определяется Международными строительными нормами (IBC) как вес снега на поверхности земли. Снеговые нагрузки на грунт для различных частей США можно получить из контурных карт в ASCE 7-16 . Некоторые типичные значения снеговых нагрузок на грунт из этого стандарта представлены в таблице 2.8. После того, как эти нагрузки для требуемых географических областей установлены, их необходимо изменить для конкретных условий, чтобы получить снеговую нагрузку для проектирования конструкций.
Согласно ASCE 7-16 расчетные снеговые нагрузки для плоских и наклонных крыш можно получить с помощью следующих уравнений:
где
- р f = расчетная снеговая нагрузка на плоскую крышу.
- р с = расчетная снеговая нагрузка для скатной крыши.
- р г = снеговая нагрузка на грунт.
- I = фактор важности. См. Таблицу 2.9 для значений коэффициента важности в зависимости от категории здания.
- C e = коэффициент воздействия. См. Таблицу 2.10 для значений коэффициента воздействия в зависимости от категории местности.
- C t = тепловой коэффициент. См. Типичные значения в таблице 2.11.
- C с = коэффициент наклона.Значения C s приведены в разделах с 7.4.1 по 7.4.4 ASCE 7-16 , в зависимости от различных факторов.
|
Расположение |
Нагрузка (PSF) |
|---|---|
|
Ланкастер, Пенсильвания Якутат, АК Нью-Йорк, NY Сан-Франциско, Калифорния Чикаго, Иллинойс Таллахасси, Флорида |
30 150 30 5 25 0 |
|
Категория риска конструкции |
Фактор важности |
|---|---|
|
Я II III IV |
0.8 1,0 1,1 1,2 |
Таблица 2.10. Коэффициент воздействия, C e , как указано в ASCE 7-16 .
|
Температурные условия |
Температурный коэффициент |
|---|---|
|
Все конструкции, кроме указанных ниже |
1.0 |
|
Конструкции, поддерживаемые чуть выше точки замерзания, и другие конструкции с холодными вентилируемыми крышами, в которых термическое сопротивление (значение R) между вентилируемым и отапливаемым помещениями превышает 25 ° F × h × ft 2 / BTU (4,4 K × м 2 / Вт) |
1,1 |
|
Неотапливаемые и открытые конструкции |
1.2 |
|
Сооружения намеренно удерживаются ниже нуля |
1,3 |
|
Теплицы с непрерывным обогревом и крышей, имеющей тепловое сопротивление (значение R) менее 2,0 ° F × в × фут 2 / BTU |
0,85 |
Пример 2.4
Одноэтажный отапливаемый жилой дом, расположенный в пригороде Ланкастера, штат Пенсильвания, считается частично незащищенным. Крыша дома с уклоном 1 на 20, без нависающего карниза. Какова расчетная снеговая нагрузка на крышу?
Решение
Согласно рис. 7.2-1 в ASCE 7-16 , снеговая нагрузка на грунт для Ланкастера, штат Пенсильвания, составляет
.р г = 30 фунтов на квадратный дюйм.
Поскольку 30 фунтов на квадратный дюйм> 20 фунтов на квадратный дюйм, надбавка за дождь на снегу не требуется.
Чтобы найти уклон крыши, используйте θ = arctan
.Согласно ASCE 7-16 , поскольку 2,86 ° <15 °, крыша считается пологой. В таблице 7.3-2 в ASCE 7-16 указано, что тепловой коэффициент для обогреваемой конструкции составляет C t = 1,0 (см. Таблицу 2.11).
Согласно таблице 7.3-1 в ASCE 7-16 , коэффициент воздействия для частично открытой местности категории B составляет C e = 1.0 (см. Таблицу 2.10).
В таблице 1.5-2 в ASCE 7-16 указано, что фактор важности I с = 1,0 для категории риска II (см. Таблицу 2.9).
Согласно уравнению 2.6 снеговая нагрузка на плоскую крышу составляет:
Поскольку 21 фунт / фут> 20 I с = (20 фунтов на квадратный дюйм) (1) = 20 фунтов на квадратный дюйм. Таким образом, расчетная снеговая нагрузка на плоскую крышу составляет 21 фунт / фут.
2.1.4.4 Сейсмические нагрузки
Смещение грунта, вызванное сейсмическими силами во многих географических регионах мира, может быть весьма значительным и часто повреждает конструкции.Это особенно заметно в регионах вблизи активных геологических разломов. Таким образом, большинство строительных норм и правил требуют, чтобы конструкции были спроектированы с учетом сейсмических сил в таких областях, где вероятны землетрясения. Стандарт ASCE 7-16 предоставляет множество аналитических методов для оценки сейсмических сил при проектировании конструкций. Один из этих методов анализа, который будет описан в этом разделе, называется процедурой эквивалентной боковой силы (ELF). Боковой сдвиг основания V и боковая сейсмическая сила на любом уровне, вычисленные с помощью ELF, показаны на рисунке 2.6. Согласно процедуре, общий статический поперечный сдвиг основания, V , в определенном направлении для здания определяется следующим выражением:
где
V = боковой сдвиг основания здания. Расчетное значение В должно удовлетворять следующему условию:
W = эффективный сейсмический вес здания. Он включает в себя полную статическую нагрузку здания, его постоянного оборудования и перегородок.
T = основной естественный период здания, который зависит от массы и жесткости конструкции. Он рассчитывается по следующей эмпирической формуле:
C t = коэффициент периода строительства. Значение C t = 0,028 для каркасов из конструкционной стали, устойчивых к моменту, 0,016 для жестких железобетонных каркасов и 0,02 для большинства других конструкций (см. Таблицу 2.12).
ℎ n = высота самого высокого уровня здания, а x = 0.8 для стальных жестких рам, 0,9 для жестких железобетонных рам и 0,75 для других систем.
|
Конструкционная система |
C т |
х |
|---|---|---|
|
Рамы, сопротивляющиеся моменту стальные Рамы с эксцентриситетом (EBF) Все прочие конструкционные системы |
0.028 0,03 0,02 |
0,8 0,75 0,75 |
S DI = расчетное спектральное ускорение. Он оценивается с использованием сейсмической карты, которая показывает расчетную интенсивность землетрясения для конструкций в местах с T = 1 секунда.
S DS = расчетное спектральное ускорение.Он оценивается с использованием сейсмической карты, которая обеспечивает расчетную интенсивность землетрясения для конструкций с T = 0,2 секунды.
R = коэффициент модификации отклика. Это объясняет способность структурной системы противостоять сейсмическим силам. Значения R для нескольких распространенных систем представлены в таблице 2.13.
I = фактор важности. Это мера последствий для жизни человека и материального ущерба в случае выхода конструкции из строя.Значение фактора важности равно 1 для офисных зданий, но равняется 1,5 для больниц, полицейских участков и других общественных зданий, где в случае разрушения конструкции ожидается большая гибель людей или повреждение имущества.