Содержание
Выбирая профильную трубу для несущих конструкций самостоятельно, заказчик понимает важность точных вычислений параметров и нагрузки. В этой статье мы попробуем разобраться, стоит ли экономить на расчетах.
Профильные трубы для высокой нагрузки
С приходом лета начинается строительный сезон для компаний, владельцев коттеджей, дачных участков. Кто-то строит беседку, теплицу или забор, другие люди перекрывают кровлю или возводят баню. И когда перед заказчиком возникает вопрос о несущих конструкциях, чаще выбор останавливается на профильной трубе из-за низкой стоимости и прочности на изгиб при малом весе.
Какая нагрузка действует на профильную трубу
Другой вопрос, как рассчитать размеры профильной трубы так, чтобы обойтись «малой кровью», купить подходящую по нагрузке трубу. Для изготовления перил, оградок, теплиц можно обойтись без расчетов. Но если вы строите навес, кровлю, козырек, без серьезных расчетов нагрузки не обойтись.
Каждый материал сопротивляется воздействию внешних нагрузок, и сталь – не исключение. Когда нагрузка на профильную трубу не превышает допустимых значений, то конструкция согнется, но выдержит нагрузку. Если вес груза убрать, профиль примет исходное положение. В случае превышения допустимых значений нагрузки труба деформируется и остается такой навсегда, либо разрывается в месте сгиба.
Чтобы исключить негативные последствия, при расчете профильной трубы учитывайте:
- размеры и сечение (квадратное или прямоугольное);
- напряжение конструкции;
- прочность стали;
- типы возможных нагрузок.
Классификация нагрузок на профильную трубу
Согласно СП 20.13330.2011 по времени действия выделяют следующие типы нагрузок:
- постоянные, вес и давление которых не меняется со временем (вес частей здания, грунта и т.д.);
- временные длительные (вес лестницы, котлов в коттедже, перегородок из гипсокартона);
- кратковременные (снеговые и ветровые, вес людей, мебели, транспорт и т.д.);
- особые (землетрясения, взрывы, удар машины и т.д).
К примеру, вы сооружаете навес во дворе участка и используете профильную трубу как несущую конструкцию. Тогда при расчете трубы учитывайте возможные нагрузки:
- материал для навеса;
- вес снега;
- сильный ветер;
- возможное столкновение автомобиля с опорой во время неудачной парковки во дворе.
Для этого воспользуйтесь СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия». В ней есть карты и правила, необходимые для правильного расчета нагрузки профиля.
Расчетные схемы нагрузки на профильную трубу
Кроме типов и видов нагрузки на профили, при расчете трубы учитываются виды опор и характер распределения нагрузки. Калькулятор рассчитывает, используя только 6 типов расчетных схем.
Максимальные нагрузки на профильную трубу
Некоторые читатели задаются вопросом: «Зачем делать такие сложные расчеты, если мне нужно сварить перила для крыльца». В таких случаях нет необходимости в сложных расчетах с учетом нюансов, так как можно прибегнуть к готовым решениям (таб. 1, 2).
| Размеры профиля, мм | Максимальная нагрузка, кг с учетом длины пролета | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 метр | 2 метра | 3 метра | 4 метра | 5 метров | 6 метров | |
| Труба 40х40х2 | 709 | 173 | 72 | 35 | 16 | 5 |
| Труба 40х40х3 | 949 | 231 | 96 | 46 | 21 | 6 |
| Труба 50х50х2 | 1165 | 286 | 120 | 61 | 31 | 14 |
| Труба 50х50х3 | 1615 | 396 | 167 | 84 | 43 | 19 |
| Труба 60х60х2 | 1714 | 422 | 180 | 93 | 50 | 26 |
| Труба 60х60х3 | 2393 | 589 | 250 | 129 | 69 | 35 |
| Труба 80х80х3 | 4492 | 1110 | 478 | 252 | 144 | 82 |
| Труба 100х100х3 | 7473 | 1851 | 803 | 430 | 253 | 152 |
| Труба 100х100х4 | 9217 | 2283 | 990 | 529 | 310 | 185 |
| Труба 120х120х4 | 13726 | 3339 | 1484 | 801 | 478 | 296 |
| Труба 140х140х4 | 19062 | 4736 | 2069 | 1125 | 679 | 429 |
| Размеры профиля, мм | Максимальная нагрузка, кг с учетом длины пролета | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 метр | 2 метра | 3 метра | 4 метра | 5 метров | 6 метров | |
| Труба 50х25х2 | 684 | 167 | 69 | 34 | 16 | 6 |
| Труба 60х40х3 | 1255 | 308 | 130 | 66 | 35 | 17 |
| Труба 80х40х2 | 1911 | 471 | 202 | 105 | 58 | 31 |
| Труба 80х40х3 | 2672 | 658 | 281 | 146 | 81 | 43 |
| Труба 80х60х3 | 3583 | 884 | 380 | 199 | 112 | 62 |
| Труба 100х50х4 | 5489 | 1357 | 585 | 309 | 176 | 101 |
| Труба 120х80х3 | 7854 | 1947 | 846 | 455 | 269 | 164 |
Пользуясь готовыми расчетами, помните, что в таблицах 2 и 3 указана максимальная нагрузка, от воздействия которой труба согнется, но не сломается. При ликвидации нагрузки (прекращение сильного ветра) профиль вновь обретет первоначальное состояние. Превышение максимальной нагрузки даже на 1 кг ведет к деформации или разрушению конструкции, поэтому покупайте трубу с запасом прочности, в 2 – 3 раза превышающим предельное значение.
Методы расчета нагрузок на профильную трубу
Для расчета нагрузок на профили используются методы:
- расчет нагрузки при помощи справочных таблиц;
- использование формулы напряжения при изгибе трубы;
- определение нагрузки при помощи специального калькулятора.
Как рассчитать нагрузку с помощью справочных таблиц
Этот метод точен и учитывает виды опор, закрепление профиля на опорах и характер нагрузки. Для расчета прогиба профильной трубы с помощью справочных таблиц необходимы следующие данные:
- значение момента инерции трубы (I) из таблиц ГОСТ 8639-82 (для квадратных труб) и ГОСТ 8645-68 (для прямоугольных труб);
- значение длины пролета (L);
- значение нагрузки на трубу (Q);
- значение модуля упругости из действующего СНиП.
Эти значения подставляют в нужную формулу, которая зависит от закрепления на опорах и распределения нагрузки. Для каждой расчетной схемы нагрузки формулы прогиба меняются.
Расчет по формуле максимального напряжения при изгибе профильной трубы
Расчет напряжения при изгибе вычисляется при помощи формулы:
где M – изгибающий момент силы, а W – сопротивление.
Согласно закону Гука сила упругости прямо пропорциональна величине деформации. Теперь подставляют значения для нужного профиля. Дальше формула уточняется и дополняется, исходя из характеристик стали для профильной трубы, нагрузки и т.д.
Юлия Петриченко, эксперт
Калькулятор для расчета нагрузки на профильную трубу
Расчет профильной трубы на прогиб – сложный и трудоемкий процесс. Для этого надо внимательно изучить ГОСТы и другие нормативные документы, изучить виды опор и нагрузок на будущую конструкцию, построить схему, добавить запас прочности. Малейшая ошибка при расчетах приведет к печальному финалу. Поэтому, не зная физики и Сопромата, лучше доверить расчеты ответственных конструкций (кровля, каркас) профессионалам. Они помогут провести точные расчеты при меньших затратах.
Если вы решили вопрос расчета нагрузки на профильную трубу, поделитесь опытом и расскажите, для чего вы ее использовали в комментариях!
СТРОИТЕЛЬНЫЕ НОРМЫ И ПРАВИЛА
РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ СТАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ
ПОДГОТОВЛЕНЫ К УТВЕРЖДЕНИЮ Главтехнормированием Госстроя СССР (И. В. Сессин)
С введением в действие СНиП 2.04.12-86 (Расчет на прочность стальных трубопроводов" утрачивают силу (Указания по расчету стальных трубопроводов различного назначения" (СН 373-67),
При пользовании нормативным документом следует учитывать утвержденные изменения строительных норм и правил и государственных стандартов, публикуемые в журнале „Бюллетень строительной техники", „Сборника изменений к строительным нормам и правилам" Госстроя СССР и информационном указателе „Государственные стандарты СССР" Госстандарт.
Государственный комитет СССР
Строительные нормы и правила
Расчет — прочность стальных трубопроводов
Настоящие нормы распространяются на стальные трубопроводы (в дальнейшем — трубопроводы) различного назначения условным диаметром до 1400 мм включ., предназначенные для транспортирования жидких и газообразных сред давлением до 10 МПа (100 кгс/см 2 ) и температурой от минус 70 до плюс 450 (С включ., и устанавливают требования к расчету их на прочность.
Настоящие нормы не распространяются на магистральные и промысловые газо и нефтепроводы, технологические и шахтные трубопроводы на трубопроводы, работающие под вакуумом и испытывающие динамические воздействия транспортируемой среды, трубопроводы особого назначений (атомных установок, передвижных агрегатов, гидро и пневмотранспорта и др. ), а также на трубопроводы, для которых проектирование или расчет на прочность регламентируется (Правилами устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды", утвержденными Госгортехнадзором СССР, и другими нормативными документами, утвержденными в установленном порядке.
1. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ
1.1. Для трубопроводов следует применять трубы и соединительные детали, отвечающие требованиям государственных стандартов и технических условий, утвержденных в установленном порядке, что должно быть подтверждено сопроводительным документом (паспортом или сертификатом). При отсутствии указанного документа соответствие труб и соединительных деталей требованиям государственных стандартов или технических условий должно быть подтверждено испытанием их образцов в объеме, определяемом нормативными документами на соответствующие трубопроводы.
1.2. Расчет трубопроводов на прочность производится по методу предельных состояний и включает определение толщин стенок труб, тройников, переходов, отводов и заглушек, определение допустимых пролетов трубопроводов, проведение поверочного расчета принятого конструктивного решения трубопровода.
1.3. Поверочный расчет трубопроводов следует производить на неблагоприятные сочетания нагрузок и воздействий для конкретно принятого конструктивного решения с оценкой прочности и устойчивости продольных и поперечных сечений рассматриваемого трубопровода.
1.4. Буквенные обозначения величин в формулах, приведенных в настоящих нормах указаны в обязательном приложении 1.
2 .НАГРУЗКИ И ВОЗДЕЙСТВИЯ
2.1. Расчет трубопроводов на прочность следует выполнять с учетом нагрузок и воздействий, возникающих при их сооружении, испытании и эксплуатации.
Расчетные нагрузки, воздействия и их возможные сочетания необходимо принимать в соответствии с требованиями СНиП 2.01.07-85.
2.2. Коэффициенты надежности по нагрузке (fi, следует принимать по табл.1.
2.3. Нормативные нагрузки от собственного веса трубопровода, арматуры и обустройств изоляции, от веса и давления грунта необходимо принимать в соответствии с требованиями СНиП 2.01.07-85.
2.4. Нормативное значение воздействия от предварительного напряжения трубопровода (упругий изгиб по заданному профилю, предварительная растяжка компенсаторов при надземной прокладке и др. ) надлежит определять по принятому конструктивному решению трубопровода.
2.6. Нормативную нагрузку от веса транспортируемой среды на единицу длины трубопровода следует определять по формулам:
для жидкой среды
(1)
для газообразной среды
(2)
2.7. Нормативный температурный перепад в трубопроводе надлежит принимать равным разнице между максимально или минимально возможной температурой стенок трубопровода в процессе эксплуатации и наименьшей или наибольшей температурой, при которой фиксируется расчетная схема трубопровода.
2.8. Нормативную снеговую нагрузку на единицу длины горизонтальной проекции надземного трубопровода (sn надлежит определять по формуле
(3)
Утверждены постановлением Государственного комитета СССР по делам строительства от 7 апреля 1986 г. № 41
1 .1. Для трубопроводов следует применять трубы и соединительные детали, отвечающие требованиям государственных стандартов и технических условий, утвержденных в установленном порядке, что должно быть подтверждено сопроводительным документом (паспортом или сертификатом). При отсутствии указанного документа соответствие труб и соединительных деталей требованиям государственных стандартов или технических условий должно быть подтверждено испытанием их образцов в объеме, определяемом нормативными документами на соответствующие трубопроводы.
1.2. Расчет трубопроводов на прочность производится по методу предельных состояний и включает определение толщин стенок труб, тройников, переходов, отводов и заглушек, определение допустимых пролетов трубопроводов, проведение поверочного расчета принятого конструктивного решения трубопровода.
1 .3. Поверочный расчет трубопроводов следует производить на неблагоприятные сочетания нагрузок и воздействий для конкретно принятого конструктивного решения с оценкой прочности и устойчивости продольных и поперечных сечений рассматриваемого трубопровода.
1.4. Буквенные обозначения величин в формулах, приведенных в настоящих нормах указаны в обязательном приложении 1.
2.1. Расчет трубопроводов на прочность следует выполнять с учетом нагрузок и воздействий, возникающих при их сооружении, испытании и эксплуатации.
Расчетные нагрузки, воздействия и их возможные сочетания необходимо принимать в соответствии с требованиями СНиП 2.0 1 .07-85 .
2.2. Коэффициенты надежности по нагрузке 
, следует принимать по табл .1.
2.3. Нормативные нагрузки от собственного веса трубопровода, арматуры и обустройств изоляции, от веса и давления грунта необходимо принимать в соответствии с требованиями СНиП 2.01.07-85.
2.4. Нормативное значение воздействия от предварительного напряжения трубопровода (упругий изгиб по заданному профилю, предварительная растяжка компенсаторов при надземной прокладке и др.) надлежит определять по принятому конструктивному решению трубопровода.
2.5. Нормативное значение давления транспортируемой среды устанавливается проектом.
2.6. Нормативную нагрузку от веса транспортируемой среды на единицу длины трубопровода следует определять по формулам:
для жидкой среды
(1)
для газообразной среды
(2)
2.7. Нормативный температурный перепад в трубопроводе надлежит принимать равным разнице между максимально или минимально возможной температурой стенок трубопровода в процессе эксплуатации и наименьшей или наибольшей температурой, при которой фиксируется расчетная схема трубопровода.
2.8. Нормативную снеговую нагрузку на единицу длины горизонтальной проекции надземного трубопровода n sn надлежит определять по формуле
(3)
Утверждены
постановлением
Государственного комитета СССР по делам строительства от 7 апреля 1986 г. № 41
Срок
введения в действие
1 января 1987 г.
Нагрузк и и воздействия
Способ прокладки
трубопровода
Коэффициент надежности
по нагрузке g fi