Расчет двутавровой балки

Несущая способность однопролетной металлической балки при равномерно распределенной нагрузке и шарнирном закреплении на опорах

1. Например, мы в качестве балок ддя перекрытия помещения размерами 4 на 6 метров использовали 4 профильных трубы сечением 100х100 мм с толщиной стенки 5 мм. Тогда длина пролета балки составит l = 4 м, а шаг балок 6/5 = 1.2 м. Согласно сортаменту для квадратных профильных труб момент сопротивления такой металлической балки составит Wz = 54.19 см3.

2. Расчетное сопротивление стали следует уточнять у производителя, ну а если оно точно не известно, то можно принимать наименьшее из возможных, т.е. R = 2000 кг/см2.

Калькулятор балок – расчет для разнотипных конструкций

Тогда максимальный изгибающий момент, который может выдержать такая балка:

M = WzR = 54.19·2000 = 108380 кгсм или 1083.8 кгм.

4. При пролете 4 м максимальная распределенная нагрузка на погонный метр составляет:

q = 8M/l2 = 8·1083.8/42 = 541.9 кг/м.

5. При шаге балок 1.2 м (расстоянии между осями балок) максимальная плоская равномерно распределенная нагрузка на квадратный метр составит:

q = 541.9/1.2 = 451.6 кг/м2 (сюда входит и вес балок).

Вот и весь расчет.

Несущая способность однопролетной металлической балки при действии сосредоточенных нагрузок и шарнирном закреплении на опорах

Если на металлические балки перекрытия сверху уложены сначала лаги, а потом уже делается перекрытие по лагам, то на такие металлические балки будет действовать не одна равномерно распределенная нагрузка, а несколько сосредоточенных. Впрочем перевести сосредоточенные нагрузки в эквивалентную равномерно распределенную совсем не сложно — достаточно просто разделить значение равномерно распределенной нагрузки, которую мы уже определили, на коэффициент перехода.

Например, если мы по металлическим балкам уложили лаги через каждые 0.5 метра, то есть всего 4/0.5 +1 = 9 лаг — сосредоточенных нагрузок. При этом крайние лаги можно вообще в расчет не брать и тогда количество сосредоточенных сил будет = 7, а коэффициент перехода от сосредоточенных нагрузок к эквивалентной равномерно распределенной составит γ = 1.142.

Тогда максимальная равномерно распределенная нагрузка, которую может выдержать данная металлическая балка, составит:

q = 451.6/1.142 = 395.4 кг/м2

Конечно же металлические балки могут быть и многопролетными или иметь жесткое закрепление на одной или двух опорах, т.е. быть статически неопределимыми. В таких случаях изменится только формула определения максимального изгибающего момента (см. расчетные схемы для статически неопределимых балок), но весь алгоритм расчета останется таким же.

Вес двутавровой балки – важный фактор несущей способности

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.

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.

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.

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.

Нагрузку, выражающую величину нормативной нагрузки, собирают на длину 1 м профиля.

2.4. Общий порядок расчета балки

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.

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%.

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.

Расчет стальной прокатной балки.

Стр 1 из 2Следующая ⇒

Исходные данные:

Тип балочной клетки – упрощенный.

Шаг главной балки=1,4м.

Пролет главной балкиl=6,8м.

Тип конструкции перекрытия А.

Нормативная пролетная нагрузка

Допустимый прогиб

Требуется произвести расчет главной балки прокатного двутаврого сечения

по первой и второй группе предельных состояний.

Как правильно произвести расчеты металлической балки?

Выполнить эскиз сечения

балки и узел опирания.

Общие исходные данные для решения задачи.

1. Коэффициент условия работы =0.9

2. Коэффициент надежности по назначению здания =0.95

3. Материал: сталь, марки ВСт3nс6-2

4. Модуль упругости прокатной стали Е=2.06*105Мпа

Решение

1.Составляеться конструктивная и расчетная схема балки.

2. Подсчет нагрузок на балку. Определение силовых факторов. Грузовая

площадь приходящаяся на один метр длины балки.

Сбор нагрузок на 1 м длины балки

Вид нагрузки Подсчет Нормативная нагрузка, Па Коэффициент надежности по нагрузкам Расчетная нагрузка
Постоянные (от перекрытия) 1. От паркета дубового 1,4     190,4     1,2     228,48
2. От мастики битумной 1,4     44,1     1,2     52,92
3. От цементно-песчаной стяжки 1,4     1,3  
4. От звукоизоляции 1,4   79,8   1,2   95,76
4. От ж/б плиты 1,4 1,1
5. Собственный вес двутавра балки (I 45) 1,05 698,25
Итого постоянные 7139,3   7963,41
Временные Полезная на перекрытие =5000*1,4= 1,2
Полная   14139,3   16363,41

Определение силовых факторов:

а) расчетный изгибающий момент и поперечная сила от расчетных нагрузок

б) расчетный изгибающий момент и поперечная сила от нормативных нагрузок

3.Марка стали: сталь ВСт3пс6-2

4. Требуемый момент сопротивления балки:

5. Принимаем двутавр №30.

h=300мм – высота сечения

— момент сопротивления сечения

— момент инерции сечения

Масса 1 м длины двутавра 36,5к

6. Проверяется достаточность высоты подобранного двутавра

Условиевыполняется.

7. Масса 1м длинны подобранного двутавра и масса 1м длины предварительно

принятого не совпадают, требуется пересчет.

Сбор нагрузок на 1 м длины балки

Вид нагрузки Подсчет Нормативная нагрузка, Па Коэффициент надежности по нагрузкам Расчетная нагрузка
Постоянные (от перекрытия) 2. От паркета дубового 1,4     190,4     1,2     228,48
2. От мастики битумной 1,4     44,1     1,2     52,92
3. От цементно-песчаной стяжки 1,4     1,3  
4. От звукоизоляции 1,4   79,8   1,2   95,76
4. От ж/б плиты 1,4 1,1
5. Собственный вес двутавра балки (I 30) 1,05 383,25
Итого постоянные 6839,3   7648,41
Временные Полезная на перекрытие =5000*1,4= 1,2
Полная   13839,3   16048,41

Определение силовых факторов:

8. Проверка прочности подобранного двутавра:

Условие выполняется.

9.Проверка жесткости подобранного двутавра

Предполагаемый абсолютный прогиб проектируемой балки

Условие выполняется.

12Следующая ⇒

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *