Расчет швеллер на растяжение
Швеллер – это разновидность металлопроката, без которого сложно представить основные отрасли народного хозяйства. Чтобы изготовленные из него конструкции оказались надежными, выдержали требуемую нагрузку нужно провести предварительный расчет, а затем из указанного сортамента выбрать изделие с нужными параметрами.
Классификация
Благодаря отличным эксплуатационным характеристикам изделие нашло широкое применение в промышленности. Профиль его поперечного сечения по виду напоминает букву «П», что обеспечивает высокий уровень жесткости. В строительстве, когда необходимо возведение надежного сооружения, незаменим при изготовлении перекрытий, из него получаются разного типа надежные опоры и ограждения, им укрепляют металлические ворота, оконные проемы.
Выпускается швеллер нескольких видов, на группы разделяют по определенным критериям.
По технологии производства. Прокат этой разновидности бывает гнутым и горячекатаным. У изготовленного методом горячей прокатки основание и вертикальные грани находятся под прямым либо острым углом, гнутым присущ округлой формы изгиб. Конструкции сварного вида, изготовленные путем сварки двух уголков, а также стальные балки Н-образной формы называются швеллер двутавровый.
По точности. Металлопрокат этого вида делят на типы: А, Б и В. Первый означает высокую точность, второй – повышенную, третий – обычную.
По прочности. Этот показатель информирует о том, насколько швеллер окажется надёжен к прилагаемым динамическим нагрузкам. Бывает обычной или повышенной прочности.
Маркировка, вес, условные обозначения
Специальная маркировка позволяет определить тип изделия. Буквы обозначают вид профиля, по ним можно узнать о форме и расположении граней:
- П – параллельность граней;
- У – расположены под уклоном;
- Э – продукция экономична;
- Л – изделие легкое;
- С – относится к изделию специального назначения.
Примечание. Числовой параметр (указывается перед буквенным обозначением) определяет размер продукции – высоту, находится в таблицах ГОСТов. Как правило, такая маркировка дана в см, а в таблицах стоят мм.
В таблицах для расчетов параметры изделия обозначаются буквами латинского алфавита:
- h – высота профиля – относится к основным показателям, по нему определяют размер изделия;
- b – показатель ширины полок;
- S – толщина главной стенки;
- R – радиус кривизны;
- t – толщина полок;
- r – общий радиус закругленности.
Прежде чем приступить к проектированию объекта необходимо подобрать материалы. На выбор серьезно влияет вес швеллера. Он используется для расчета данных, от его точности зависит экономичность строящегося объекта. Метод определения веса погонного метра выбирается исходя из того, каким способом был изготовлен прокат.
Расчет веса, стоимости
Рассчитать удельную массу достаточно сложно, намного проще использовать готовые (указаны в таблицах) данные либо воспользоваться онлайн-калькулятором – вводится требуемая информация и получаете ответ на вопрос.
При покупке продукции имеет значение цена швеллера – рассчитывается исходя из стоимости погонного метра. Формируется исходя из высоты профиля и марки стали. Если материалом служила высокого качества, с улучшенными прочностными характеристиками, стойко выдерживающая перепады температур низколегированная сталь, то цена такой продукции будет выше, чем подобной из углеродистой.
В конструкциях швеллер в большинстве случаев подвергается прогибу. Выбирая его как заготовку необходимо рассчитать прочность на изгиб при воздействии предполагаемых нагрузок. Для облегчения задачи проще всего воспользоваться калькулятором.
Подбирая изделия важно учитывать такую особенность: у каждого типа есть собственные обозначения. Если стоит 10П, 10Л либо 10У, то числовые данные не означают, что они одинаковые – это разная продукция.
Проверим швеллер на изгиб
В большинстве случаев такому прокату предстоит подвергаться изгибу. Это говорит о том, что он нуждается в проверке на прочность, то есть важно знать насколько он способен выдерживать воздействие будущих нагрузок. С помощью специальных программ либо калькуляторов расчета несложно произвести вычисления, в том числе на прочность.
Воспользовавшись ниже изложенным примером можно быстро определить момент сопротивления, а затем на основании полученных результатов, учитывая действующие нагрузки выбрать соответствующий размер:
- Определяем максимальную величину момента в профиле изделия. М = 9,81 х q х l2/ 8 / 1000, где q – показатель распределенной нагрузки, l – длина профиля;
- По значению изгибающего момента находим тот показатель момента сопротивления сечения, который необходим для обеспечения соответствующей прочности. Wн = M х 1000 / Ry, где Ry – расчетная, соответствующая СНиП, величина сопротивления материала по пределу текучести;
- Путем сравнения расчетной величины момента сопротивления и изложенной в государственном стандарте информации определяем подходящие габариты швеллера.
Какие бывают нагрузки: виды
«А» – заделка профиля жесткая, нагрузка распределяется равномерно. Пример – козырьки над подъездами.
«В» – однопролетные балки, крепление жесткое, нагрузка равномерная – применяют для усиления междуэтажных перекрытий.
«С» – балки выходят за пределы наружной стены, нагрузка – равномерная, есть опоры с консолью. На балконах.
«D» – изделия шарнирно-опертые, однопролетные, находятся под воздействием двух сосредоточенных сил, служат перемычками.
«Е» – балки шарнирно-опертые, однопролетные, находятся под давлением единственной силы. Перемычки.
Расчет нагрузки производят по определенной формуле – на выбор влияет вид.
Алгоритм расчета нагрузки
- Узнаем полную величину заложенной в проекте нагрузки на профиль и увеличиваем, умножив на коэффициент надежности по нагрузкам (находим в нормах);
- Получившееся произведение умножаем на шаг швеллера;
- Определяем максимальный изгибающий момент – информация по швеллеру находится в таблицах ГОСТ. Вычисляем: Мmax (изгибающий момент) в КилоНьютонах на метр равняется произведению расчетной нагрузки на квадрат длины швеллера. Уточнение: 1 кНм равен 102 кгсм.
Момент сопротивления изделия – Wтр, находим путем следующих вычислений: Мmax умножаем на коэффициенты для условий работы и делим на коэффициент, учитывающий пластические деформации – 1,12. Полученный результат сравниваем с положениями в ГОСТ и находим параметры нужного профиля.
Важно! По номеру швеллер всегда нужно подбирать чуть больше, нежели получилось по расчетам.
Источник
ГлавнаяСтатьиКак рассчитать и выбрать размер швеллера с учетом нагрузки на изгиб
Швеллер в наличии на складе в Москве
Швеллер является продукцией прокатного производства, которая имеет U-образное поперечное сечение. В зависимости от технологии производства, швеллеры бывают горячекатаные и гнутые.
Размеры и форма г/к швеллеров общего назначения регламентируются стандартом ГОСТ 8240-97. Ширина проката согласно указанному нормативному документу может быть от 32 до 115 мм, а высота 50 — 400 мм.
В обозначении номера профиля зашифрована высота швеллера в сантиметрах (цифра) и серия или тип профиля (буква).
Размеры гнутого швеллера регламентируются стандартом ГОСТ 8278-83. В соответствии этому документу высота профиля может принимать значение от 25 до 410 мм, толщина швеллера – от 2 до 8 мм, и ширина может быть 26 — 160 мм.
В APEX METAL вы сможете приобрести швеллер наиболее востребованных размеров из стали марок Ст3 и 09Г2С:
- серии П с параллельными гранями — типоразмеры профиля 5П — 30П;
- серии У с уклоном граней — типоразмеры профиля 6,5У — 30У;
- гнутый швеллер с размерами от 50х40х3 до 250х125х6.
Значения высоты и ширины полки, ширины и толщины стенки по ГОСТ 8240-97 смотрите на странице — Как правильно расшифровать условное обозначение швеллера.
Методика расчета швеллера на изгиб
Наиболее часто швеллер используют в качестве элемента, который работает на изгиб. Следовательно, ни один расчет данного профиля не обходится без определения его прочности под воздействием изгибных нагрузок. На сегодняшний день создано множество программных продуктов и калькуляторов расчета швеллера, которые позволяют произвести массовые, прочностные и проверочные расчеты.
Покажем, как самостоятельно всего за 3 шага найти момент сопротивления и подобрать соответствующий размер швеллера с учетом действующих нагрузок.
1. Сначала необходимо определить максимальное значение момента в профиле швеллера, который вычисляется по формуле:
- М = 9,81 х q х l²/ 8 / 1000, где
q – значение распределенной нагрузки l – длина швеллера.
2. Зная изгибающий момент, определяем необходимое значение момента сопротивления сечения швеллера, чтобы обеспечить его прочность:
- Wн = M х 1000 / Ry, где
Ry – расчетное значение сопротивления материала по пределу текучести (согласно СНиП 2-23-81).
| Наименование стали | Марка стали по ГОСТ | Ry, МПа, с толщиной проката |
|---|---|---|
| С245 | Ст3пс5, Стсп5 | 240 МПа (2 — 20 мм), 230 МПа (20 — 30 мм) |
| С275 | Ст3пс | 240 МПа (2 — 20 мм) |
| С345 | 12Г2С, 09Г2С | 335 МПа (2 — 10 мм), 315 МПа (10 — 20 мм), 300 МПа (20 — 40 мм) |
3. Сравниваем полученное расчетное значение момента сопротивления швеллера и теоретические значения в таблицах ГОСТ, выбираем требуемый размер проката.
| Номер швеллера серии У | Момент сопротивления | Номер швеллера серии П | Момент сопротивления | Размер швеллера по ГОСТ 8278 | Момент сопротивления |
|---|---|---|---|---|---|
| 5У | 9,1 | 5П | 9,1 | 50х40х3 | 5,62 |
| 6,5У | 15 | 6,5П | 15 | 60х32х2,5 | 5,1 |
| 8У | 22,4 | 8П | 22,5 | 60х32х3 | 5,85 |
| 10У | 34,8 | 10П | 34,9 | 80х32х4 | 10,71 |
| 12У | 50,6 | 12П | 50,8 | 80х50х4 | 15,92 |
| 14У | 70,2 | 14П | 70,4 | 80х60х4 | 18,81 |
| 16У | 93,4 | 16П | 93,8 | 100х50х3 | 17,18 |
| 18У | 121 | 18П | 121 | 100х50х4 | 21,57 |
| 20У | 152 | 20П | 153 | 100х50х5 | 25,56 |
| 22У | 192 | 22П | 193 | 120х50х3 | 21,98 |
| 24У | 242 | 24П | 243 | 120х60х4 | 32,25 |
| 27У | 308 | 27П | 310 | 120х60х5 | 38,6 |
| 30У | 387 | 30П | 389 | 140х60х5 | 47,8 |
| 40У | 761 | 40П | 763 | 140х60х6 | 55,08 |
| — | — | — | — | 160х50х4 | 41,76 |
| — | — | — | — | 160х60х4 | 48,84 |
| — | — | — | — | 160х60х5 | 58,38 |
| — | — | — | — | 160х80х4 | 60,01 |
| — | — | — | — | 160х80х5 | 72,69 |
| — | — | — | 180х70х6 | 79,15 | |
| — | — | — | — | 180х80х5 | 85,22 |
| — | — | — | — | 200х80х4 | 80,94 |
| — | — | — | — | 200х80х6 | 114,84 |
| — | — | — | — | 200х100х6 | 137,43 |
| — | — | — | — | 250х125х6 | 221,64 |
Выбор размера швеллера на примере
Пусть имеется швеллер, длина которой составляет 6 метров и он имеет шарнирное закрепление. На него действует распределенная нагрузка, величина которой составляет 250 кг/м. Расчет ведется в следующей последовательности:
- Максимальное значение момента в профиле швеллера М = 9,81 х 250 х 6²/ 8 / 1000 = 11,04 кН∙м.
- Необходимое значение момента сопротивления сечения швеллера, Wн = 11,04 х 1000 / 240 = 46,0 см3 (согласно СНиП 2-23-81 для стали С245 Ry = 240 МПа).
- Подбираем по таблице ГОСТ размер швеллера с моментом сопротивления не ниже вычисленного значения 46,0 см3.
Это будет швеллер 12П (У) ГОСТ 8240-97 — значение момента сопротивления 50,8 см3 или швеллер гнутый 140х60х5 ГОСТ 8278-83 — значение момента сопротивления 47,8 см3.
Выбор швеллера с точки зрения экономической целесообраности
Расчет стоимости швеллера производится на основании данных о массе и стоимости за тонну:
| Характеристика / Наименование | Швеллер 12П | Швеллер 140х60х5 |
|---|---|---|
| Вес 1 метра, кг | 10,7 | 9,77 |
| Вес швеллера длиной 6 метров, кг | 64,2 | 58,6 |
| Цена за тонну* | 49 390 руб. | 46 290 руб. |
| Цена за 1 штуку швеллера | 3 171 руб. | 2 713 руб. |
* Цена по состоянию на октябрь 2020 года, актуальные цены на дату покупки сморите в интернет-магазине в разделе Металлопрокат — Швеллер.
Можно заметить, что из условий расчета швеллера на прочность, работающего на изгиб, немного более экономичным решением будет использование гнутого швеллера в сравнении с горячекатаным.
Балка двутавровая
Прайс-лист на балку ГОСТ 19425 серии М, ГОСТ 8239, СТО АСЧМ 20-93, ГОСТ 26020 (Б-нормальную, Ш-широкополочную, К-колонную) для перекрытий.
Уголок металлический
Цены на уголок равнополочный сталь 3 сп/пс и 09Г2С, оцинкованный, неравнополочный ст. 3 для гражданского и промышленного строительства.
Источник
Калькулятор предназначен для расчёта центрально-нагруженных стоек (колонн) из горячекатаного и другого проката следующей номенклатуры:
| Вид проката | Вид и назначение стоек (колонн) |
Если Вашего материала нет в таблице, но Вам известно его расчётное сопротивление, введите его значение в это поле (кг/см2):
| РАЗМЕРЫ ВЫБРАННОГО ПРОФИЛЯ: |
Выберите схему крепления стойки
| Заделка-консоль Заделка-заделка Заделка-шарнир Шарнир-шарнир |
 |
Введите параметры для расчёта
| Длина стойки L, м : | Нагрузка P, кг : |
Размеры проката углового профиля оговариваются ГОСТ 8509-93 и ГОСТ 8510-86; швеллеров ГОСТ 8240-97; двутавров ГОСТ 26020-83; тавров – ТУ 14-2-685-86; (получаемых продольной разрезкой пополам горячекатаных двутавров с параллельными гранями полок по ГОСТ 26020-83).
При проектировании строительных конструкций необходимо принимать схемы, обеспечивающие прочность, устойчивость и пространственную неизменяемость сооружения в целом, а также его отдельных элементов при монтаже и эксплуатации.
Поэтому стойку,находящуюся под действием сжимающей её нагрузки необходимо проверять:
- на прочность;
- устойчивость;
- допустимую гибкость.
Согласно Актуализированной редакция СНиП II-23-81 (CП16.13330, 2011) расчет на прочность элементов из стали при центральном растяжении или сжатии силой P следует выполнять по формуле:
P/Fp*Ry*Yc <= 1, где
- P – действующая нагрузка,
- Fp – плошадь поперечного сечения стойки,
- Ry – расчётное сопротивление материала (стали стойки), выбирается по таблице В5 Приложения “В” того же СНиПа;
- Yc – коэффициент условий работы по таблице 1 СНиПа (0.9-1.1). В соответствии с примечанием к этой таблице (пункт 5) в калькуляторе принято Yc=1.
Проверку на устойчивость элементов сплошного сечения при центральном сжатии силой P следует выполнять по формуле:
P / Fi*Fp*Ry*Yc <= 1, где
Fi – коэффициент продольного изгиба центрально-сжатых элементов.
Коэффициент Fi введён в расчёт в качестве компенсации возможности некоторой не прямолинейности стойки, недостаточной жесткости её крепления и неточности в приложении нагрузки относительно оси стойки. Значение Fi зависит от марки стали и гибкости колонны и часто берётся из таблицы 72 СНиП II-23-81 1990г. исходя из гибкости стойки и расчётного сопротивления выбранной стали сжатию, растяжению и изгибу.
Это несколько упрощает и огрубляет расчёт, так как СНиП II-23-81* предусматривает специальные формулы для определения Fi. Гибкость (Lambda) – некоторая величина, характеризующая свойства рассматриваемого стержня в зависимости от его длины и параметров поперечного сечения, в частности радиуса инерции:
Lambda = Lr / i; здесь
- Lr – расчётная длина стержня;
- i – радиус инерции поперечного сечения стержня (стойки,колонны).
Радиус инерции сечения i равен корню квадратному из выражения I / Fp, где
- I – момент инерции сечения,
- Fp – его площадь.
Lr (расчётная длина) определяется как MuL;
здесь L- длина стойки,а Mu – коэфф., зависящий от схемы её крепления:
- “заделка-консоль”(свободный конец) – Mu = 2;
- “заделка-заделка”-Mu = 0.5;
- “заделка-шарнир” -Mu = 0.7;
- “шарнир-шарнир”-Mu=1.
Следует иметь ввиду,что при наличии у формы поперечного сечения 2-ух радиусов инерции (например, у швеллера, двутавра, тавра – относительно осей x-x и y-y), при расчёте Lambda используется меньший.
Уголки (как равнополочные так, и неравнополочные) имеют минимальный радиус инерции относительно оси z-z, который и используется в расчётах. Кроме того,сама Lambda (гибкость стойки), рассчитанная по формуле Lambda=Lr/i не должна превышать 220-ти в соответствии с табл. 19.СНиП II-23-81*; там же содержатся ограничения на предельную гибкость центрально-сжатых стержней.
Для их использования необходимо сделать выбор в таблице калькулятора “Вид, назначение стоек…”. Предельная гибкость стоек, кроме их геометрических параметров, зависит также от коэфф. продольного изгиба (Fi), действующей нагрузки(P), расчётного сопротивления материала стойки (Ry) и условий её работы (Yc).
ПРИМЕЧАНИЕ. Размеры выбранного швеллера, двутавра и тавра указываются в строке “РАЗМЕРЫ ВЫБРАННОГО ПРОФИЛЯ”; размеры полок уголков-в их таблицах; толщина уголков выбирается отдельно после появления возможных толщин выбранного номера уголка в вышеуказанной строке.
Источник
Расчет металлической балки онлайн (калькулятор)
Подбор сечения на изгиб прокатной металлической балки (двутавра и швеллера) по прочности и
на прогиб.
В калькуляторе реализованы следующие схемы опирания металлической балки:
- Балка на двух опорах с распределенной нагрузкой;
- Балка на двух опорах с сосредоточенной нагрузкой посередине;
- Консольная балка с распределенной нагрузкой;
- Консольная балка с сосредоточенной нагрузкой на конце;
Возможности калькулятора:
Данный калькулятор позволяет получить подробный ручной расчет с формулами, эпюры усилий и
подобрать номер сечения металлической балки из прокатных профилей (швеллер, двутавр) при строительстве
различных зданий и сооружений.
1. Сбор нагрузок
Перед началом расчета стальной балки необходимо собрать нагрузку, действующая на металлическую
балку. В зависимости от продолжительности действия нагрузки разделяют на постоянные и временные.
К постоянным нагрузкам относятся:
- собственный вес металлической балки;
- собственный вес перекрытия и т.д.;
К временным нагрузкам относятся:
- длительная нагрузка (полезная нагрузка, принимается в зависимости от назначения здания);
- кратковременная нагрузка (снеговая нагрузка, принимается в зависимости от географического
расположения здания); - особая нагрузка (сейсмическая, взрывная и т.д. В рамках данного калькулятора не учитывается);
Нагрузки на балку разделяют на два типа: расчетные и нормативные. Расчетные нагрузки применяются для
расчета балки
на прочность и устойчивость (1 предельное состояние). Нормативные нагрузки устанавливаются нормами
и применяется для расчета балки на прогиб (2 предельное состояние). Расчетные нагрузки определяют
умножением
нормативной нагрузки на коэффициент нагрузки по надежности. В рамках данного калькулятора расчетная
нагрузка
применяется при определении прогиба балки в запас.
Общий расчет металлоконструкций можно почитать нашем сайте.
Нагрузки можно собрать на нашем сайте.
После того как собрали поверхностную нагрузку на перекрытие, измеряемой в кг/м2, необходимо посчитать
сколько из этой поверхностной нагрузки на себя берет балка. Для этого надо поверхностную нагрузку
умножить
на шаг балок(так называемая грузовая полоса).
Например: Мы посчитали, что суммарная нагрузка получилась Qповерхн.= 500кг/м2, а шаг балок 2,5м.
Тогда распределенная нагрузка на металлическую балку будет: Qраспр.= 500кг/м2 * 2,5м = 1250кг/м.
Эта нагрузка вносится в калькулятор
2. Построение эпюр
Далее производится построение эпюры моментов, поперечной силы. Эпюра зависит от схемы нагружения балки,
вида опирания балки. Строится эпюра по правилам строительной механики. Для наиболее частоиспользуемых
схем
нагружения и опирания существуют готовые таблицы с выведенными формулами эпюр и прогибов.
3. Расчет по прочности и прогибу
После построения эпюр производится расчет по прочности (1 предельное состояние) и прогибу (2 предельное
состояние). Для того, чтобы подобрать балку по прочности, необходимо найти требуемый момент инерции Wтр
и из таблицы сортамента выбрать подходящий металлопрофиль.
Вертикальный предельный прогиб fult принимается по таблице 19 из СНиП 2.01.07-85* (Нагрузки и
воздействия). Пункт2.а
в зависимости от пролета. Например предельный прогиб fult=L/200 при пролете L=6м. означает, что
калькулятор подберет сечение
прокатного профиля (двутавра, швеллера или двух швеллеров в коробку), предельный прогиб которого не
будет превышать
fult=6м/200=0,03м=30мм. Для подбора металлопрофиля по прогибу находят требуемый момент инерции Iтр,
который
получен из формулы нахождения предельного прогиба. И также из таблицы сортамента подбирают подходящий
металлопрофиль.
4. Подбор металлической балки из таблицы сортамента
Из двух результатов подбора (1 и 2 предельное состояние) выбирается металлопрофиль с большим номером
сечения.
Источник