Расчет нагрузки на двутавр

Расчет нагрузки на двутавр

Двутавр – вид фасонного металлопроката, способный принимать большие нагрузки, по сравнению с уголком и швеллером. В частном строительстве металлопрокат с сечением Н-образного профиля используется только при создании крупногабаритных строений. Для выбора подходящего номера двутавровой балки производят профессиональные расчеты на прочность и прогиб с помощью формул или с использованием онлайн-калькулятора. Исходными данными являются: длина пролета, тип закрепления балки, характер нагрузки, планируемый шаг размещения профильного проката, наличие или отсутствие дополнительных опор, марку стали.

По конструкции данные виды двутавровых балок нечем не отличаются, а их главное отличие это по способу их изготовления .

Изготовить двутавровую балку можно двумя способами это

1. Метод сварки металлических листов
2. Метод горячей прокатки (литьё металла)

Сварная двутавровая балка — конструкция

Сварная двутавровая балка изготавливается по следующей технологической операции

• Раскрой листовой стали на полосы
• Сборка балки на прихватки
• Сварка поочерёдно 4 швов балки (с перекантовкой)
• Правка геометрии полок балки

Это минимальные требования для изготовления сварной двутавровой балки.

Резка (раскрой) металлического листа осуществляется с помощью оборудования — машина термической резки листа МТР. В дальнейшем, металлические полосы укладывают на cтан для сборки двутавровых балок Z15 и сваривают с помощью портальной сварочной установки LHA.

Горячекатаная двутавровая балка — конструкция

Горячекатаная двутавровая балка изготавливается с помощью литья расплавленного металла, через специальную форму напоминающую букву «Н»

По конструкции горячекатаная двутавровая балка отличается следующим образом

Конструкция двутавровой балки — Итог

Если выбирать метод, каким способом изготавливать двутавровую балку, то очевидно, что сварной метод изготовления балки самый точный, практичный и не дорогой. На рисунке показаны размеры двутавровой балки, сделанные сварным и горячекатаным методом. Сварным методом, можно сделать балку по точным размерам, когда горячекатаным методом, балка будет либо больше, либо меньше.

• Балка 10
• Балка 12
• Балка 14
• Балка 16
• Балка 18
• Балка 20
• Балка 22
• Балка 24
• Балка 27
• Балка 30
• Балка 36
• Балка 40
• Балка 45
• Балка 50
• Балка 55
• Балка 60

Схемы крепления двутаврового профиля

Сегодня все вычисления на прогиб и прочность формализованы и сведены для удобства к достаточно простым расчетным схемам, различающимся по типу крепления концов двутавра и виду приложения нагрузки:

• двутавр на двух шарнирных опорах с равномерно распределенной или сосредоточенной по центру нагрузкой;
• консольная балка с равномерно распределенной или сосредоточенной нагрузкой;
• двутавровый профиль на двух шарнирных опорах с вылетом с равномерно распределенным усилием и сосредоточенной нагрузкой;
• жесткозащемленный двутавр с сосредоточенной или равномерно распределенной нагрузкой.

Горячекатаные и сварные двутавры

Сортамент двутавровых балок по технологии их производства включает в себя горячекатаные и сварные изделия:

• горячекатаные — монолитная заготовка получает форму путем горячей прокатки;
• сварные — изделие изготавливают путем сваривания стальных листов, в результате чего получают стенку и полки (ребра).

По параметрам точности также данную продукцию подразделяют на изделия высокой точности (в маркировке присутствует индекс А) и обычной (индекс Б).

Горячекатаные

В свою очередь, двутавры горячей прокатки подразделяются на изделия:

• с параллельными гранями полок (ГОСТ 26020-83, высота граней составляет от 10 до 1000 мм, ширина полок 55-400 мм);
• с угловым наклоном граней полок (ГОСТ 8239-89, в изделиях стандартных типоразмеров угол составляет 6-12%).

По соотношению размеров стенки и полки также различают двутавры горячего проката:

• с широкими полками (Ш);
• колонные (размер стенки, как правило, равен размеру полок);
• нормальные (Н).

Все типоразмеры у изделий горячего проката регламентируются в указанном выше ГОСТ.

Сварные

Сварные изделия должны соответствовать по своим характеристикам аналогам горячего проката, при этом для сохранения несущих характеристик возможны определенные допуски — использование листа ближайшей большей толщины при сохранении одинаковых габаритов изделия по ГОСТ 26020-83 либо по СТО АСЧМ 20-93.

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.

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.

Типовые схемы расположения двутавра

Один из исходных параметров, учитываемых в расчетах, – схема закрепления балки и вид прилагаемой нагрузки. Большинство вариантов сводится к основным схемам:

	шарнирно-опертая балка с равномерно приложенной нагрузкой
	с жесткой заделкой одного конца, сила распределена равномерно
	однопролетная с консолью с одной стороны, с дополнительной опорой, нагрузка равномерно распределена
	шарнирно-опертая, сила сосредоточенная
	шарнирно-опертая, с двумя приложенными силами
	консоль с жесткой заделкой, приложена сосредоточенная сила

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.

Выбор металлической балки по номеру и примеры расчета

В реестре металлопроката все номера двутавровых швеллеров указаны по всем требованиям ГОСТ стандарта. Таким образом, подбор номера обязан производиться, учитывая рабочую нагрузку, расстояние пролетов и вес продукции. К примеру, если наибольшая нагрузка на двутавр равняется 300 кг/м.п, из таблицы берется двутавровая балка под цифрой 16, при этом промежуточная дистанция равняется шести метрам при укладочном шаге от 1 до 1,2 метров. При подборе 20 металлопрофиля нагрузка на двутавр сильнее – до 500 кг/ м.п, а шаг соответственно до 1,5 метра. Изделие с порядковой нумерацией 10 либо 12 обозначает предельно установленную нагрузку до 300 кг/м.п и уменьшение пролета.

Таким образом, расчетные действия, какую нагрузку может выдержать металлическое изделие, осуществляются так:

• Высчитывается единица нагрузки на двутавр, давящая на опорное основание с учетом массы металлопрофиля, которая рассматривается на один погонный метр изделия.
• Полученная величина, согласно нормативным документам, перемножается на коэффициент прочности стали, указанным в ГОСТ.
• Пользуясь данными расчетных величин, требуется вычислить значение сопротивляющегося момента.
• Далее из полученного результата, выбираем нужный элемент из реестра металлопроката.
• Делая расчеты опорной физической нагрузки при определении профиля, советуем подбирать числа на пару строк больше имеющегося значения. Несущая особенность металлопрофиля определяется при вычислении двутавра на сгибание.

Пример расчета

Металлической балки перекрытия:

Предварительно подбираем профиль балки №12, у которого масса 1 м.п. составляет 11,5 кг, длина балки – 6 м, расчётное сопротивление принимаем равным 210 МПа, а модуль Юнга 200000 МПа. Нормативную нагрузку примем согласно СНиП «Нагрузки и воздействия» равной 240 кг/кв.м., расчётная будет равна 300 кг/кв.м. Стоимость одной тонны металлического фасонного профиля в среднем составляет 25000 рублей.

Итоговый результат можно увидеть на рисунке выше.

Полученные результаты показывают, что в таких условиях эксплуатации двутавровая балка сортамента №12 не подойдёт. Исходя из полученного момента инерции, выбираем профиль №18.

Расчет несущей способности:

1. Чтобы рассчитать несущую способность одной балки нужно из таблицы сортамента выбрать момент осевого сопротивления и по формуле вычислить максимально допустимый изгибающий момент:
2. Отсюда можно вычислить максимально допустимую равнораспределённую нагрузку на однопролётную балку.

Расчет сечения металлических балок:

1. Для расчёта необходимого сечения металлической балки можно воспользоваться формулой расчёта момента сопротивления сечения.
2. После вычисления результата, определить площадь сечения нужно по сортаменту фасонного профиля, выбрав при этом номер двутавра с ближайшим большим значением момента сопротивления.

При расчёте металлической балки пролёта необходимо отнестись ко всему ответственно и внимательно, потому что от расчёта зависит срок эксплуатации здания и его возможная нагрузка. Здания, построенные по ошибочным расчётам, могут разрушиться в любой момент, унеся за собой много жизней.