Двутавровая балка металлическая расчет нагрузки
Обновлено: 21.09.2024
Балка с любым поперечным сечением – это основополагающий элемент объемных конструкций, а деревянная балка – важный компонент зданий и сооружений. Постоянные и временные перекрытия и консоли повсеместно выполняются из брёвен, бруса или собранных в пакет досок.
Балки способны успешно воспринимать статические и динамические нагрузки: работающий человек, оборудование и имущество, интерьер и мебель уверенно размещаются на перекрытии. Предварительный расчёт прочности как оценка несущей способности призван обезопасить возводимое сооружение от поломки и придать ему необходимую жесткость – основу долговечности.
Стандартная оценка заключается в применении специализированных методик расчёта. Для этого потребуется комплексное знание механики, сопротивления материалов и других инженерных тонкостей. Гораздо проще и быстрее – провести расчет деревянной балки онлайн, с помощью отдельного инструмента в виде простого калькулятора.
Проверка балки на прогиб теперь выполняется за считанные секунды – что кардинально ускоряет работу специалиста и снижает затраты времени.
Возможности инструмента
Калькулятор прогиба деревянной балки позволяет оценить основные параметры планируемого пролётного элемента:
- размеры поперечного сечения;
- длину самой балки;
- её прогиб под планируемой нагрузкой.
Параллельно учитывается сорт древесины, что немаловажно из-за прямой зависимости между качеством пиломатериалов и механическими свойствами изделия.
Точность величины прогиба как отклонения от прямолинейности зависит от типа закрепления расчётного элемента. Жёсткая заделка обоих концов, наличие шарнирных соединений или вовсе свободный конец означают разное поведение материала балки.
Мастеру достаточно понять, как будет закрепляться каждый элемент перекрытия, измерить геометрию участка и оценить нагрузку – этого хватит для укрупнённого расчёта. Если нет точного значения приходящейся на пол массы, можно применить среднестатистические значения:
- перекрытие между этажами – до 400 кг/кв. метр;
- чердачное перекрытие – до 200 кг/кв. метр.
Порядок расчёта
Сорт пиломатериала.
Оценивается по внешнему виду и наличию дефектов, прописывается в документации по качеству на партию товара.
Для справки: сопротивление сортов древесины Приняты на основании СП 64.13330.2017 "Деревянные конструкции"
- 1-ого сорта - 9 МПа,
- 2-ого сорта - 8.34 МПа
- 3-его сорта - 5.56 МПа.
- Тип заделки концов.
Нужно определить, как будет закрепляться расчётная балка:
Тип нагрузки.
Расчет деревянной балки на прочность онлайн-калькулятор проводит комплексно – для чего важен характер давления.
Линейные размеры сечения.
Необходимо задать размеры поперечного сечения - и определить таким образом мощность балки. Калькулятор работает с наиболее распространёнными типами сечения – прямоугольным и квадратным (при задании одинаковых ширины и высоты).
Длина балки.
На этом этапе важно ввести не полную длину – а расстояние между крайними точками, находящимися в подвешенном состоянии. Проблема заключается в распространённой ошибке: прогибу подвергается только не опирающаяся часть.
Двутавровая балка металлическая расчет нагрузки
Чтобы посчитать сечение деревянной балки - необходимо собрать нагрузку, действующая на балку. В зависимости от длительности действия нагрузки разделяют на постоянные и временные.
К постоянным нагрузкам относятся:
- собственный вес деревянной балки;
- собственный вес перекрытия, чердачного 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.
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.= 400кг/м2, а шаг балок 0,6м. Тогда распределенная нагрузка на деревянную балку будет: Qраспр.= 400кг/м2 * 0,6м = 240кг/м. Эта нагрузка вносится в калькулятор
2. Выбор предельного прогиба
В зависимости от назначения балки и ее пролета задаем вертикальный предельный прогиб по таблице 19 из СНиП 2.01.07-85* (Нагрузки и воздействия) Пункт2.а. Смысл вертикального прогиба заключается в следующем: например, прогиб l/250 означает, что для балки длинной 4м предельный вертикальны прогиб равен fult = 4м / 250 = 0,016м = 16мм в месте максимального прогиба для балки. Для балки на двух опорах загруженной равномерно или с сосредоточенной нагрузкой посередине балки - максимальный прогиб будет посередине пролета. Для консольной балки максимальный прогиб - на свободном конце балки.
3. Задание ширины искомого сечения балки.
В зависимости от конструктивных требований задаем ширину сечения балки. Расчет деревянной балки сводится к тому, что необходимо подобрать требуемую высоту hтр сечения деревянной балки, которое способно выдержать заданную нагрузку и не превысить заданный предельный прогиб.
Алгоритм расчета деревянной балки, используемый в данном калькуляторе
По заданной нагрузке и пролету производится построение эпюры моментов и поперечной силы. Эпюра поперечной силы находится для информации (чтобы знать какая нагрузка давит на опоры балки) и в расчете не используется. 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.
2. 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 hтр и из таблицы рекомендуемого сортамента выбрать подходящее сечение высотой равное hтр деревянной балки по ширине сечения (b) и по Wтр. Следует отметить, что калькулятор подбирает именно по Wтр, нахождение hтр сделано для наглядности, чтобы видеть какая высота сечения должна быть. Для подбора деревянной балки по прогибу находят требуемый момент инерции Iтр, который получен из формулы нахождения предельного прогиба. И также из таблицы сортамента пиломатериалов подбирают подходящее сечение.
3. Подбор деревянной балки из таблицы сортамента пиломатериалов по ГОСТ 244454-80
Из двух результатов подбора (1 и 2 предельное состояние) выбирается сечение с большей выстой сечения.
Перед началом расчета стальной балки необходимо собрать нагрузку, действующая на металлическую балку. В зависимости от продолжительности действия нагрузки разделяют на постоянные и временные.
- собственный вес металлической балки;
- собственный вес перекрытия и т.д.;
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.
Расчёт железобетонной балки
Расчёт прогиба и прочности железобетонной балки онлайн сложно выполнить самостоятельно без специальных знаний. Применение балок в строительстве и ремонте – повсеместное, поэтому задача носит универсальный характер. Требуется надёжное решение.
Особенности расчёта железобетонной балки
- арматура задаётся как снизу, так и сверху;
- при схеме со свободным концом арматура будет располагаться сверху – в растягиваемом слое;
- методика расчёта – по «СНБ 5.03.01-02 Бетонные и железобетонные конструкции».
Результаты имеют уровень справочного типа, а не проектных изысканий.
Данный расчёт железобетонной балки выполняется для наиболее часто применяемого поперечного сечения – прямоугольного. Актуальность этой формы подчёркивается практичностью: в домашних или «полевых» условиях такая балка оперативно изготавливается без сложных форм.
Требуется указать в миллиметрах ширину «t» и высоту «h» - не наоборот: деформации балка наиболее качественно противостоит именно при таком соотношении.
Длина балки - не общее значение, а расстояние между внутренними крайними точками контакта с опорами балки.
Параметр указывает на прочность конструкции – он напрямую зависит от марки применяемого бетона и соотношения количеств песка и цемента.
Чем выше число, тем прочнее будет бетон.
Наш онлайн-калькулятор железобетонной балки учитывает основные типы арматуры – периодического поперечного сечения и гладкого.
Прочностные характеристики арматуры описываются классом и маркой:
- буква «А» или «В» обозначает технологию производства (арматура горячекатаная или прошедшая холодную деформацию соответственно);
- цифра после неё – уровень предела текучести стали.
Эти сведения находятся в сертификате на арматуру.
Условия работы деформируемого стержня – ключевой фактор для расчёта: от этого зависит порядок и точность результата.
Действие нагрузки разнится для шарнирно закрепленных концов и жёстко заделанного. Наш онлайн-расчёт железобетонной балки рассчитан на эти варианты: выбирайте между шарнирным опиранием и заделкой одного конца.
Типовой случай нагружения – распределённая нагрузка (килограммов на погонный метр). Если точно определить значение не представляется возможным, есть стандартная величина для междуэтажного перекрытия: 200 кг/м.
Параметр отражает мощность балки – чем больше продольной арматуры заложено, тем более сильному изгибу будет противостоять изделие.
- Параметры нижнего, наиболее нагруженного, слоя балки.
Условия эксплуатации железобетонной балки носят определяющий характер, в частности - уровни влажности и защищенности от атмосферы.
Выбор предлагается сделать с учётом имеющихся данных.
Если планируется выполнить изделие по особым требованиям, раздел поможет уточнить сжимаемый слой балки. Наш ресурс имеет такую возможность – железобетонная балка будет рассчитана под самые значительные нагрузки.
Выбор нужного двутавра
А знаете ли вы, что, благодаря своей особой Н-образной форме, металлический двутавр является универсальным металлопрокатом, так как обладает повышенной степенью прочности и надежности. Двутавровые балки способны выдерживать существенные динамические и статические нагрузки и широко применяется при возведении строений в качестве вертикальных опор и горизонтальных перекрытий.
Классификация двутавровых балок по ГОСТу
Двутавровые балки классифицируются по ГОСТам на основе теоретических и экспериментальных исследований. Благодаря исследованиям выявляют наиболее востребованные фасонные профили.
Например, зная, что с возрастанием ширины пролета необходимо увеличение высоты стальных балок, мы можем высчитать двутавр, который обеспечит необходимую прочность строения.
Классический двутавр с уклоном внутренних граней полок 6-12% (ГОСТ 8239-89) применяют главным образом в качестве элементов, работающих на изгиб, а также в составных сечениях колонн.
Помните, что балки выбирают по номерам, соответствующим высоте профиля в сантиметрах.
Теперь посмотрим на типоразмеры двутавров с параллельными гранями полок (ГОСТ 26020-83, СТО АСЧМ 20-93):
- нормальные балочные двутавры (Б), выпускают высотой до 1000 мм, с шириной полок до 320 мм. Я их применяю для эксплуатации под средними нагрузками;
- широкополочные двутавры (Ш), имеют высоту также до 1000 мм при максимальной ширине полок 400 мм. Подходят для разрезки по продольной оси для получения таврогово профиля. Тавр укладывают на один пролет. Целый двутавровый профиль – на один или несколько пролетов. Эти металлоизделия очень массивны. Их можно эсплуатировать в качестве самостоятельного элемента без применения усиливающих деталей;
- колонные двутавры (К), их использование эффективно в колоннах зданий. Они имеют соотношение высоты к ширине полок 1:1 и максимальные размеры 400х400 мм. Это наиболее массивные профили. Имеют широкие, утолщенные полки и стенки. Я использую их в строительстве большепролетных конструкций.
Типовые схемы расположения двутавра
При проведении расчетов для нас важен будет исходный параметр, то есть мне важно знать, как выглядит балка и как крепится. 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 |
Расчет нагрузки
Перед началом расчета нам необходимо узнать силы, действующие на двутавровую балку. В зависимости от продолжительности воздействия, силы могут быть временными или постоянные.
Давайте посмотрим, что это за силы в таблице ниже:
Собственная масса балки и перекрытия. В упрощенном варианте вес межэтажного перекрытия без цементной стяжки с учетом массы балки принимают равным 350 кг/м 2 , с цементной стяжкой – 500 кг/м 2
Зависят от назначения здания
Снеговые, зависят от климатических условий региона
Взрывные, сейсмические. Для балок, работающих в стандартных эксплуатационных условиях, не учитываются. В онлайн-калькуляторах обычно не учитываются
Выделяют два типа нагрузки:
- Нормативные. Их устанавливают по строительным нормам и правилам;
- Расчетные равны нормативной величине, умноженной на коэффициент надежности.
Давайте рассмотрим примеры.
При усилии менее 200 кг/м2 коэффициент обычно принимают равным 1,3, при более 200 кг/м2 – 1,2.
Шаг между балками принимают равным 1 м. В некоторых случаях, если это допустимо в конкретных эксплуатационных условиях, в целях экономии материалов я советую увеличивать шаг до 1,1 или 1,2 м.
При расчетах берите во внимание марку стали. Например, для использования в условиях высоких нагрузок и при минусовых температурах востребованы двутавровые балки, изготовленные из низколегированных сталей.
Способы выбора оптимального размера сечения профиля
Наиболее точным вариантом подбора номера и типа двутаврового профиля будет проведение профессиональных расчетов. Именно этот способ я использую при проектировании ответственных крупногабаритных объектов. Для обеспечения надежности строения рекомендую отдавать предпочтение профилю с большим номером.
Для примерного определения размера профиля можно воспользоваться таблицей соответствия номера двутавровой балки максимально допустимой нагрузке:
Читайте также: