Расчет балок на прогиб. Максимальный прогиб балки: формула. Расчет стальной балки

Расчеты металлической балки перекрытия на прочность и прогиб, онлайн-калькулятор

Несмотря на бушующий в мире экономический кризис, который, к сожалению, затронул и нашу страну, строительство объектов различной важности продолжает производиться. При этом, в последнее время получило новый толчок развития именно промышленное строительство, однако, потребность жителей страны в жилых квадратных метрах не уменьшилось.

Сегодня в строительстве промышленных и гражданских объектов повсеместно применяются металлические балки перекрытия, которые повышают несущую способность всей конструкции.

Описание

Стальные балки перекрытия представляют собой металлический брус определённой длины и определённой формы поперечного сечения. Как правило, металлические балки исполняются из высокопрочной стали марки Ст 5 с формой поперечного сечения типа двутавр и швеллер.

Балки производятся именно в таких формах поперечного сечения, потому что расчёт показывает, что такая форма является более экономически выгодной по сравнению с другими геометрическими фигурами.

Кроме того, расчёты показывают, что балка именно двутаврогого сечения лучше всего воспринимает давление и такие нагрузки, как изгиб, кручение и их совместное действие.

Продолжая перечислять преимущества двутавровых балок, можно отметить немаловажный факт того, что такая форма сечения помогает уменьшить вес конструкции.

Это помогает снизить нагрузку, например, на стены и фундамент здания, если в межэтажном перекрытии использовать металлические балки перекрытия. Также, из преимуществ можно отметить простоту монтажа любой конструкции из балок, скорость выполнения работ.

Для большей экономии использования металла и для облегчения всей конструкции существует сортамент балок двутаврового и швеллерного поперечного сечения. Площадь сечения изменяется от минимальной равной 12 кв. см до максимальной 234 кв. см, соответственно, для номеров профиля 10 и 70б.

Все значения площадей и массы профиля представлены в таблицах ГОСТ 8239-72. Чтобы её произвести, необходимо произвести расчёт профиля по прочностным характеристикам и вычислить подходящую площадь. Точная методика представлена ниже.

Таким образом, видно, что в качестве бруса перекрытия стоит использовать именно стальные балки, так как они во многом выигрывают по сравнению с конкурирующими материалами.

Область применения

Чаще всего, двутавровые балки применяются в промышленном строительстве, а именно, в случае возведения зданий с большими пролётами между опорами.

Благодаря своим механическим характеристикам и стойкости к динамическим воздействиям, металлический брус используют при возведении дорог и мостов и в других случаях необходимости возведения конструкций, выдерживающих большие нагрузки подобного характера.

В последнее время, стальные двутавровые балки стали применять в качестве элемента декора в квартирах и офисах. После покраски, металлическая балка может выглядеть эстетично и иметь практическое применение в бытовом хозяйстве.

Расчет

Чтобы произвести выбор металлического бруса для той или иной конструкции, которая будет нести определённую нагрузку, необходимо произвести расчёт балки на прочность при изгибе. Это можно сделать, рассчитав все параметры самостоятельно по известной методике или воспользоваться онлайн-калькулятором.

Для выбора балки перекрытия, делают проверку из условия на прочность, где максимальная прочность стали должна быть больше суммы отношений максимального изгибающего момента в точке действия той или иной нагрузки к осевому моменту, и поперечных сил и площади поперечного сечения в максимально нагруженной точке.

Для определения всех неизвестных параметров этого условия, вычисления проводят поочерёдно.

Сначала определяют максимально нагруженный участок балки. Для этого, строят эпюру поперечных сил и изгибающих моментов. Чтобы построить эпюру, необходимо вычислить все суммарные изгибающие моменты и поперечные силы, действующие на балку, по участкам.

Как правило, в случае металлического бруса перекрытия, расчётную схему заменяют балкой, лежащей на двух шарнирных опорах. В этих опорах возникают реакции сопротивления, у которых необходимо определить их условия:

Когда реакции определены, балку разбивают на участки по опорам. Первый участок находится от одного конца балки до опоры, второй участок располагается между опорами, третий за последней опорой и так далее. Необходимо знать, что если на одном участке имеется точка изменения нагрузки, то её нужно выделить в отдельный участок.

После того, как участки определены, строятся эпюры поперечных сил и изгибающий моментов, и определяется нагруженный участок. Далее, вычисляется осевой момент сопротивления сечения:

По вычисленному параметру производят выбор номера двутавра из сортамента. На этом расчёт балки считается оконченным.

Онлайн

Рассчитывать металлическую балку и производить её выбор вручную довольно трудоёмко и занимает время, которое не всегда можно выделить занятому человеку. Поэтому, стоит довериться расчётам профессионалов.

Но, если заказчик строительства сомневается в экономической целесообразности произведённого строителями расчёта, можно произвести быстрый автоматический расчёт при помощи сайтов, предлагающих данный товар.

Одним из примеров такого калькулятора может быть портал http://svoydomtoday.ru/building-onlayn-calculators/111-raschet-metallicheskoy-balki-perekritiya.html, который предлагает, находясь на сайте, рассчитать расход материала и выбрать балку из сортамента.

Данный калькулятор требует введения следующих исходных данных:

1. Сначала нужно ввести условия эксплуатации металлической балки.
2. После этого характеристики предварительно выбранной металлической балки.
3. Указать нормативную и расчётную нагрузку на балку и произвести расчёт.

В результате, получается минимально возможный при заданных условиях момент сопротивления балки. Из полученного момента можно выбрать балку по таблице сортамента.

Так же определяется минимально допустимый момент инерции, по которому можно выбрать номер профиля из сортамента. Если для строительства в первую очередь важно не допустить прогиб балки, тогда стоит выбирать балку исходя из полученного момента инерции.

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.

househill.ru

Расчет балки на прогиб

saitinpro.ru

Полный расчет балки на прочность и жесткость

Задача

Произвести полный расчет на прочность и проверить жесткость изгибаемой статически определимой двутавровой балки (рис. 1) при следующих данных: F=40кН, q=30 кН/м, a=0,8 м, l=4м, допустимые нормальные и касательные напряжения: [σ]=160 МПа и [τ]=100 МПа, допустимый прогиб балки [f]=l/400

Рис. 1

Решение

Определение опорных реакций

Подробно пример определения опорных реакций для балки рассмотрен здесь

Из Σmв=0

Из ΣmА=0

Построение эпюр Q и М

Примеры построения эпюр поперечных сил Q и изгибающих моментов M для балки

В пролете балки 0 ≤ z2 ≤ l

MII=RB∙z2-qz22/2=52z2-30∙z22/2MII (z=0)= 0MII (z=l)= -32 кНм

На консоли l ≤ z1≤ (l+a)

MI=RB z1-ql(z1-l/2)+RA(z1-l)=52z1-30∙4(z1-4/2)+108(z1-4)MI (z=l)= -32 кНмMI (z=l+a)= 0

По этим данным построены эпюры Q и М.

Подбор сечения двутавровой балки

Так как Мmах = 45 кНм, то

Wx≥Mmax / [σ] = 45∙103 / 160∙106= 0,281 м3= 281 см3.

По сортаменту выбираем двутавр № 24, для которого Wx = 289 см3, Ix= 3460 см4, Smax = 163 см3, h = 24 см, bп = 11,5 см, t = 0,95 см, d = bc = 0,56 см, h0 = h-2t = 22,1 см.

Этот двутавр будет работать при максимальном нормальном напряжении в крайнем волокне опасного сечения.

σmax = Mmax / Wx = 45∙103 / 289∙10-6= 156∙106 Па = 156 МПа

Проверка сечения балки по касательным напряжениям

Так как Qmax = 68 кН, то

Построение эпюр нормальных σ и касательных τ напряжений в неблагоприятном сечении балки:

В отношении главных напряжений неблагоприятным является сечение над левой опорой, в котором:

М = -32 кНм и Q = 68 кН.

Значение напряжений в различных точках по высоте двутавра сведены в таблицу 1

Таблица 1

Результаты расчета в примере

Проверка прочности балки по главным напряжениям

Наиболее опасной точкой в неблагоприятном сечении является точка 3. В этой точке σ1=118 МПа и σ3= -16 МПа. Проверяем прочность в этой точке по третьей гипотезе прочности согласно неравенству σ1 — σ3≤ [σ].

Так как 118 — ( -16) = 134 < 160, то выбранное сечение удовлетворяет условию прочности и по главным напряжениям.

Расчет перемещений сечений (прогибов балки)

Универсальные уравнения МНП для сечения z:

Опорные условия:

1) при z=0: y(z)=0, следовательно, y0=0

2) при z=l: y(z)=0 находим θ0

откуда θ0= -8,48∙10-3 радиан.

Прогиб в пролете при z=l/2=4/2=2 м.

Аналогично определяется прогиб на конце консоли при z = l + a =4+0,8 = 4,8 м.

Проверка жесткости балки

— пролетной части:

yc=0,98 см < 1/400 = 400/400 = 1 см

— консольной части:

yD=0,33 см < 2a/400 = 2∙80/400 = 0,4 см.

Следовательно, принятая двутавровая балка удовлетворяет требуемому условию жесткости.

Другие примеры решения задач >

isopromat.ru

3. Расчет балки настила

Министерство образования Республики Беларусь

Министерство образования и науки Российской федерации

Государственное учреждение высшего профессионального образования

«БЕЛОРУССКО-РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра «Строительные конструкции, здания и сооружения»

Курсовая работа

“Расчёт технологической площадки “

Выполнила: студентка гр. ПГС011

Чаплыгин А.

Проверила: преподаватель

Опанасюк Л.Г.

Могилёв, 2004

Содержание

Введение…………………………………………………………………………

1.Исходные данные к курсовой работе………………………………………...

2. Расчёт стального настила…………………………….....................................

3. Расчёт балки настила…………………………………………………………

3.1 Проверка жёсткости балки…………………………………………………

3.2 Проверка прочности балки…………………………………………………

4. Расчёт главной балки…………………………………………………………

4.1 Подбор сечения главной балки…………………………………………….

4.2 Компоновка сечения главной балки………………………………………..

4.3 Проверочные расчёты…………………………………………………………………

4.3.1 Проверка прочности балки по нормальным и касательным напряжениям………….

4.3.2 Проверка жёсткости главной балки………………………………………

4.4 Расчёт опорного ребра……………………………………………………….

4.5 Опирания и сопряжения балок……………………………………………...

4.6 Изменение сечения главной балки по длине………………………………

5. Расчёт сквозной центрально-сжатой колонны

5.1 Выбор расчётной схемы и типа сечения колонны…………………………

5.2 Подбор сечения стержня колонны…………………………………………..

5.3 Расчёт колонны относительно свободной оси……………………………..

5.4 Проверка сечения относительно свободной оси…………………………..

5.5 Расчёт соединительных планок……………………………………………..

5.6 Расчёт и конструирование базы колонны………………………………….

5.7 Расчёт и конструирование оголовка колонны……………………………...

Список литературы……………………………………………………………….

Введение

Площадки предназначены для размещения технологического оборудования, организации его обслуживания и ремонта.

В курсовой работе выполнены расчеты колонны, главной балки, балки настила и настила технологической площадки. Расчет конструкций проведен по методу предельных состояний: настил, балки настила и главная балка рассчитаны по первой и второй, а колонна - по первой группе предельных состояний. К технологической площадке приложены нагрузка от собственного веса конструкций и временная нормативная нагрузка. Нагрузка, воспринимаемая настилом, передается на балки настила, которые в свою очередь передают ее на главные балки, опирающиеся на колонны и далее на фундамент. Стержни центрально сжатых колонн состоят из двух ветвей, связанных между собой по высоте планками, приваренными к ветвям колонны. Для повышения сопротивления закручиванию и сохранения ее контура устанавливаем диафрагмы, которые располагаем у торцов отправочных элементов. Балки настила проектируем из прокатных профилей - двутавров, а главные балки - составными. Настил приварен к балкам настила, что делает невозможным сближение балок настила при его прогибе под нагрузкой. Кроме того, путем приварки настила к поясам балок создается частичное защемление настила, появляются опорные моменты, снижающие моменты и прогиб в пролете.

Взаимное расположение балок в балочной клетке согласно заданию на курсовую работу принято в одном уровне.

Колонны в рабочих площадках проектируем центрально-сжатые, состоящие из оголовка, стержня и базы. Стержень колонны выполняем из двух двутавров. Передача давления от стержня колонны на фундамент осуществляется через базу. Для соединения базы с фундаментом используем анкерные болты, диаметр которых из условий коррозии принимаем не менее 20 мм. Для обеспечения геометрической неизменяемости технологической площадки между колоннами устраиваем связи.

1. Исходные данные

Исходные данные для проектирования рабочей площадки выбираются согласно шифра зачётной книжки:

Временная нормативная нагрузка Pо n=40 кН/м

сопряжение балок настила с главной балкой – в одном уровне

отметка верха настила = 7,7м

шаг колонн в продольном направлении l1 = 15,5м

шаг колонн в поперечном направлении l2 = 7,5м

Материал конструкций:

-- настил –14Г2

-- балка настила – сталь – ВСт3сп5-2

-- главная балка – 18кп

--колонна – сталь – 18Гпс

В данном курсовом проекте предложено запроектировать рабочую площадку с нормальным расположением несущих балок (балочная клетка нормального типа).

2. Расчет стального настила

Принимаем шаг балок настила a, м таким образом, чтобы в пролёте главной балки умещалось целое число равных отрезков, т.е. a=0,775м.

Полезная нагрузка настила перекрытия равномерно распределена, а предельный относительный прогиб настила принимаем равным

Для настила применяем листы толстолистовой стали по ГОСТ 19903-74.

Предварительно принимаем толщину стального настила в зависимости от временной нормативной нагрузки по [2]; t=14 мм. Шаг балок настила принимаем равным a= ln=0,775 м; количество балок настила nb = l1/a= 15,5/0,775=20шт.

Проверим принятую толщину листов настила, для чего определим отношение пролета настила к его толщине

При жестком закреплении тонкого настила (40   300), его рассчитываем на изгиб с распором (рисунок 1).

Рисунок 1 - К расчету плоского стального настила

Толщину листа при работе настила на изгиб с распором определяем по формуле [2]

(1)

где - цилиндрическая жесткость пластинки;

(2)

- коэффициент Пуассона; для стали принимается равным 0,3;

- поправка, учитывающая отсутствие в настиле поперечной линейной деформации;

E=2.06*10 5Па - модуль упругости прокатной стали [4];

- расчетная ширина полосы настила; принимается равной 100 см;

Изм. Кол. Лист № док. Подпись Дата

- нормативная нагрузка на 1 см полосы настила;

- собственный вес настила., =129.5кг/м2

Н/см2.

МПа

мм < 14 мм

Принимаем t = 12 мм.

Силу распора Н определяем по формуле (3)

, (3)

где - коэффициент надежности по нагрузке; принимаем[5];

кН.

Расчетное значение катета шва, прикрепляющего настил к балкам при ручной сварке, определяем по одной из формул(4):

или , (4)

где - расчетная длина шва; принимаемсм;

и - коэффициенты, принимаемые при сварке элементов; принимаеми;

- коэффициент надежности по материалу шва; принимаем = 1,25;

и - расчетные сопротивления сварных соединений угловых швов при срезе соответственно по металлу шва и металлу границы сплавления [4]; принимаем;;

здесь Rwun=Run; Rwun- нормативное сопротивление металла шва по временному сопротивлению; Run - временное сопротивление стали разрыву; Rwun=450МПа; тогда

МПа; МПа.

и - коэффициенты условий работы шва; принимаем;;

Изм. Кол. Лист № док. Подпись Дата

- коэффициент условий работы [5]; принимаем .

мм;

мм.

Принимаем катет шва kf = 6 мм.

3.1 Подбор сечения балки настила

Балки настила принимаем из прокатных двутавров по ГОСТ8239-72 (таблица 3.1) [7].

Расчетная погонная нагрузка на балку [1]

(5)

где - коэффициент надежности по нагрузке для равномерно распределенной нагрузки; при полном нормативном значении равномерно распределенной нагрузки 2,0 кПа[5];

- коэффициент надежности по нагрузке; для металлических конструкций [5];

- собственный вес настила; ранее определен кг/м2;

- собственный вес 1 м балки; принимаем Н/м2) [2].

кН/м.

Расчетная схема представлена на рисунке 2

Рисунок 2 – К расчету балки настила

Максимальный изгибающий момент M находим по формуле (6):

. (6)

кНм

Наибольшая поперечная сила определяется по формуле (7):

. (7)

кН

Требуемый момент сопротивления сечения балки «нетто» для случая упругопластической работы при изгибе балки в одной из главных плоскостей можно определить по формуле (8):

(8)

где - коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций по сечению; предварительно принимаем[1];

- расчетное сопротивление материала; принимаем по [1] в зависимости от марки стали (таблицы 2.5 и 2.6) МПа;

- коэффициент условий работы; предварительно принимаем .

см 3

По сортаменту [2] принимаем прокатный двутавр № 45, его характеристики: см3, масса 1м 66,5 кг, см4.

Определяем соотношения площадей пояса и стенкибалки по формуле (9):

(9)

где и- ширина и толщина пояса выбранного двутавра;мм;мм;

- толщина стенки двутавра; мм;

- высота двутавра; мм.

.

По таблице 3.3 [7] с помощью линейной интерполяции находим значения коэффициентов c(cx), cyи n:

Принимаем c=1,1 ;cy=1,47; n=1,5

3.2 Проверка жесткости балки

Проверка второго предельного состояния ведем путем определения прогиба балки от действия нормативных нагрузок при допущении упругой работы материала. Для однопролетной балки, нагруженной равномерно распределенной нагрузкой, проверка деформативности производится по формуле (10):

, (10)

где - значение нормативной нагрузки на балку; определяется по формуле с учетом значений, соответствующих выбранной балке настила;

Н/м

<, т.е. условие жесткости балки удовлетворяется. Окончательно принимаем двутавр № 45.

3.3 Проверка прочности балки

Подобранное сечение проверяем на прочность по первой группе предельных состояний от действия касательных напряжений по формуле (11)

(11)

где - наибольшая поперечная сила на опоре;

и - статический момент и момент инерции сечения;

- толщина стенки балки;

- расчетное сопротивление стали сдвигу; определяем по формуле (12)

(12)

где - предел текучести стали, принимаемый равным значению предела текучести по государственным стандартам и техническим условиям на сталь; принимаем по таблице 2.6 МПа;

- коэффициент надежности по материалу проката [5]; принимаем по таблице 3.4 .

МПа.

МПа < 155,61МПа, условие выполняется.

4. Расчет главной балки

Проектирование балок составного сечения выполняем в два этапа: на первом этапе компонуем и подбираем сечения, а на втором - проверяем балку на прочность, устойчивость и жесткость.

studfiles.net

Расчет балок на прогиб. Максимальный прогиб балки: формула

Балка – элемент в инженерии, представляющий собой стержень, который нагружают силы, действующие в направлении, перпендикулярном стержню. Деятельность инженеров зачастую включает в себя необходимость расчета прогиба балки под нагрузкой. Этой действие выполняется для того, чтобы ограничить максимальный прогиб балки.

Типы

На сегодняшний день в строительстве могут использоваться балки, изготовленные из разных материалов. Это может быть металл или дерево. Каждый конкретный случай подразумевает под собой разные балки. При этом расчет балок на прогиб может иметь некоторые отличия, которые возникают по принципу разницы в строении и используемых материалов.

Деревянные балки

Сегодняшнее индивидуальное строительство подразумевает под собой широкое применение балок, изготовленных из дерева. Практически каждое строение содержит в себе деревянные перекрытия. Балки из дерева могут использоваться как несущие элементы, их применяют при изготовлении полов, а также в качестве опор для перекрытий между этажами.

Ни для кого не секрет, что деревянная, так же как и стальная балка, имеет свойство прогибаться под воздействием нагрузочных сил. Стрелка прогиба зависит от того, какой материал используется, геометрических характеристик конструкции, в которой используется балка, и характера нагрузок.

Допустимый прогиб балки формируется из двух факторов:

• Соответствие прогиба и допустимых значений.
• Возможность эксплуатации здания с учетом прогиба.

Проводимые при строительстве расчеты на прочность и жесткость позволяют максимально эффективно оценить то, какие нагрузки сможет выдерживать здание в ходе эксплуатации. Также эти расчеты позволяют узнать, какой именно будет деформация элементов конструкции в каждом конкретном случае. Пожалуй, никто не будет спорить с тем, что подробные и максимально точные расчеты – это часть обязанностей инженеров-строителей, однако с использованием нескольких формул и навыка математических вычислений можно рассчитать все необходимые величины самостоятельно.

Для того чтобы произвести правильный расчет прогиба балки, нужно также брать во внимание тот факт, что в строительстве понятия жесткости и прочности являются неразрывными. Опираясь на данные расчета прочности, можно приступать к дальнейшим расчетам относительно жесткости. Стоит отметить, что расчет прогиба балки – один из незаменимых элементов расчета жесткости.

Обратите ваше внимание на то, что для проведения таких вычислений самостоятельно лучше всего использовать укрупненные расчеты, прибегая при этом к достаточно простым схемам. При этом также рекомендуется делать небольшой запас в большую сторону. Особенно если расчет касается несущих элементов.

Расчет балок на прогиб. Алгоритм работы

На самом деле алгоритм, по которому делается подобный расчет, достаточно прост. В качестве примера рассмотрим несколько упрощенную схему проведения расчета, при этом опустив некоторые специфические термины и формулы. Для того чтобы произвести расчет балок на прогиб, необходимо выполнить ряд действий в определенном порядке. Алгоритм проведения расчетов следующий:

• Составляется расчетная схема.
• Определяются геометрические характеристики балки.
• Вычисляется максимальную нагрузку на данный элемент.
• В случае возникновения необходимости проверяется прочность бруса по изгибающему моменту.
• Производится вычисление максимального прогиба.

Как видите, все действия достаточно просты и вполне выполнимы.

Составление расчетной схемы балки

Для того чтобы составить расчетную схему, не требуется больших знаний. Для этого достаточно знать размер и форму поперечного сечения элемента, пролет между опорами и способ опирания. Пролетом является расстояние между двумя опорами. К примеру, вы используете балки как опорные брусья перекрытия для несущих стен дома, между которыми 4 м, то величина пролета будет равна 4 м.

Вычисляя прогиб деревянной балки, их считают свободно опертыми элементами конструкции. В случае балки перекрытия для расчета принимается схема с нагрузкой, которая распределена равномерно. Обозначается она символом q. Если же нагрузка несет сосредоточенный характер, то берется схема с сосредоточенной нагрузкой, обозначаемой F. Величина этой нагрузки равна весу, который будет оказывать давление на конструкцию.

Момент инерции

Геометрическая характеристика, которая получила название момент инерции, важна при проведении расчетов на прогиб балки. Формула позволяет вычислить эту величину, мы приведем ее немного ниже.

При вычислении момента инерции нужно обращать внимание на то, что размер этой характеристики зависит от того, какова ориентация элемента в пространстве. При этом наблюдается обратно пропорциональная зависимость между моментом инерции и величиной прогиба. Чем меньше значение момента инерции, тем больше будет значение прогиба и наоборот. Эту зависимость достаточно легко отследить на практике. Каждый человек знает, что доска, положенная на ребро, прогибается гораздо меньше, чем аналогичная доска, находящаяся в нормальном положении.

Подсчет момента инерции для балки с прямоугольным сечением производится по формуле:

J=b*h^3/12, где:

b – ширина сечения;

h – высота сечения балки.

Вычисления максимального уровня нагрузки

Определение максимальной нагрузки на элемент конструкции производится с учетом целого ряда факторов и показателей. Обычно при вычислении уровня нагрузки берут во внимание вес 1 погонного метра балки, вес 1 квадратного метра перекрытия, нагрузку на перекрытие временного характера и нагрузку от перегородок на 1 квадратный метр перекрытия. Также учитывается расстояние между балками, измеренное в метрах. Для примера вычисления максимальной нагрузки на деревянную балку примем усредненные значения, согласно которым вес перекрытия составляет 60 кг/м², временная нагрузка на перекрытие равна 250 кг/м², перегородки будут весить 75 кг/м². Вес самой балки очень просто вычислить, зная ее объем и плотность. Предположим, что используется деревянная балка сечением 0,15х0,2 м. В этом случае ее вес будет составлять 18 кг/пог.м. Также для примера примем расстояние между брусьями перекрытия равным 600 мм. В этом случае нужный нам коэффициент составит 0,6.

В результате вычисления максимальной нагрузки получаем следующий результат: q=(60+250+75)*0,6+18=249 кг/м.

Когда значение получено, можно переходить к расчету максимального прогиба.

Вычисление значения максимального прогиба

Когда проводится расчет балки, формула отображает в себе все необходимые элементы. При этом стоит учитывать, что формула, используемая для расчетов, может иметь несколько иной вид, если расчет проводится для разных типов нагрузок, которые будут оказывать влияние на балку.

Сначала приведем вашему вниманию формулу, используемую для расчета максимального прогиба деревянной балки с распределенной нагрузкой.

f=-5*q*l^4/384*E*J.

Обратите внимание, что в данной формуле Е – это постоянная величина, которая получила название модуль упругости материала. Для древесины эта величина равна 100 000 кгс/ м².

Продолжив вычисления с нашими данными, использованными для примера, получим то, что для балки из древесины, сечение которой составляет 0,15х0,2 м, а длина равна 4 м, величина максимального прогиба при воздействии распределенной нагрузки равна 0,83 см.

Обращаем внимание, что когда производится расчет прогиба с учетом схемы с сосредоточенной нагрузкой, формула приобретает следующий вид:

f=-F*l^3/48*E*J, где:

F – сила давления на брус.

Также обращаем внимание на то, что значение модуля упругости, используемое в расчетах, может различаться для разных видов древесины. Влияние оказывают не только порода дерева, но и вид бруса. Поэтому цельная балка из дерева, клееный брус или оцилиндрованное бревно будут иметь разные модули упругости, а значит, и разные значения максимального прогиба.

Вы можете преследовать разные цели, совершая расчет балок на прогиб. Если вы хотите узнать пределы деформации элементов конструкции, то по завершении расчета стрелки прогиба вы можете остановиться. Если же ваша цель – установить уровень соответствия найденных показателей строительным нормам, то их нужно сравнить с данными, которые размещены в специальных документах нормативного характера.

Двутавровая балка

Обратите внимание на то, что балки из двутавра применяются несколько реже в силу их формы. Однако также не стоит забывать, что такой элемент конструкции выдерживает гораздо большие нагрузки, чем уголок или швеллер, альтернативой которых может стать двутавровая балка.

Расчет прогиба двутавровой балки стоит производить в том случае, если вы собираетесь использовать ее в качестве мощного элемента конструкции.

Также обращаем ваше внимание на то, что не для всех типов балок из двутавра можно производить расчет прогиба. В каких же случаях разрешено рассчитать прогиб двутавровой балки? Всего таких случаев 6, которые соответствуют шести типам двутавровых балок. Эти типы следующие:

• Балка однопролетного типа с равномерно распределенной нагрузкой.
• Консоль с жесткой заделкой на одном конце и равномерно распределенной нагрузкой.
• Балка из одного пролета с консолью с одной стороны, к которой прикладывается равномерно распределенная нагрузка.
• Однопролетная балка с шарнирным типом опирания с сосредоточенной силой.
• Однопролетная шарнирно опертая балка с двумя сосредоточенными силами.
• Консоль с жесткой заделкой и сосредоточенной силой.

Металлические балки

Расчет максимального прогиба одинаковый, будь это стальная балка или же элемент из другого материала. Главное - помнить о тех величинах, которые специфические и постоянные, как к примеру модуль упругости материала. При работе с металлическими балками, важно помнить, что они могут быть изготовлены из стали или же из двутавра. Прогиб металлической балки, изготовленной из стали, вычисляется с учетом, что константа Е в данном случае составляет 2·105Мпа. Все остальные элементы, вроде момента инерции, вычисляются по алгоритмам, описанным выше.

Расчет максимального прогиба для балки с двумя опорами

В качестве примера рассмотрим схему, в которой балка находится на двух опорах, а к ней прикладывается сосредоточенная сила в произвольной точке. До момента прикладывания силы балка представляла собой прямую линию, однако под воздействием силы изменила свой вид и вследствие деформации стала кривой.

Предположим, что плоскость ХУ является плоскостью симметрии балки на двух опорах. Все нагрузки действуют на балку в этой плоскости. В этом случае фактом будет то, что кривая, полученная в результате действия силы, также будет находиться в этой плоскости. Данная кривая получила название упругой линии балки или же линии прогибов балки. Алгебраически решить упругую линию балки и рассчитать прогиб балки, формула которого будет постоянной для балок с двумя опорами, можно следующим образом.

Прогиб на расстоянии z от левой опоры балки при 0 ≤ z ≤ a

F(z)=(P*a2*b2)/(6E*J*l)*(2*z/a+z/b-z3/a2*b)

Прогиб балки на двух опорах на расстоянии z от левой опоры при а ≤ z ≤l

f(z)=(-P*a2*b2)/(6E*J*l)*(2*(l-z)/b+(l-z)/a-(l-z)3/a+b2), где Р – прикладываемая сила, Е – модуль упругости материала, J – осевой момент инерции.

В случае балки с двумя опорами момент инерции вычисляется следующим образом:

J=b1h23/12, где b1 и h2 – значения ширины и высоты сечения используемой балки соответственно.

Заключение

В заключение можно сделать вывод о том, что самстоятельно вычислить величину максимального прогиба балки разных типов достаточно просто. Как было показано в этой статье, главное - знать некоторые характеристики, которые зависят от материала и его геометрических характеристик, а также провести вычисления по нескольким формулам, в которых каждый параметр имеет свое объяснение и не берется из ниоткуда.

fb.ru

Расчет нагрузки двутавровой балки – максимальные значения + Видео

Расчет нагрузки двутавровой балки проводится для определения номера из списка сортамента при проектировании несущих конструкций зданий и сооружений. Расчет производится согласно формулам и таблицам, а полученные параметры влияют на процесс проектирования и строительства, а также дальнейшие эксплуатационные характеристики конструкции.

1 Применение двутавровой балки и основные параметры

Основная функция двутавра при проектировании различных зданий и сооружений – создание надежной и эффективной несущей конструкции. В отличии от бетонных вариантов несущих конструкций, использование двутавровой балки позволяет добиться увеличения ширины пролетов жилых или коммерческих зданий и уменьшить массу основных несущих конструкций. Таким образом, существенно повышается рентабельность строительства.

Двутавровое балки

Рекомендуем ознакомиться

Двутавровый швеллер выбирается, исходя из длины и веса. Балки могут быть горячекатаными стандартными или специальными и иметь параллельные или наклонные грани полок. Они изготавливаются из низкоуглеродистой стали различных марок и используются в разных сферах строительства. Согласно нормам ГОСТ 823989, длина двутаврового швеллера может быть от 3 до 12 метров. По типу использования такие балки могут быть балочными, колонными, широкополочными или монорельсными, которые используются для строительства подвесных мостов. Определить тип балки можно по буквенной маркировке в таблице сортамента.

Масса двутавра рассчитывается согласно таблице сортамента, в которой указан конкретный номер и маркировка двутавровой балки, а также показатели ширины, высоты, толщины полок и средняя толщина стенок профиля. Таким образом, для определения массы, согласно таблице, необходимо знать нормативный вес одного погонного метра. Например, балка с номером 45, при весе погонного метра 66,5 кг, имеет длину 15,05 метров.

Помимо расчета массы, который можно провести, используя простой калькулятор, в процессе проектирования необходимо рассчитать максимальную и минимальную нагрузку на изгиб и прогиб (деформацию), чтобы выбрать подходящую под конкретные цели строительства двутавровую балку. Данные расчеты основаны на таких параметрах металлического профиля, как:

• минимальное и максимальное расстояние между полками (стенками) балки с учетом их толщины;
• максимальная нагрузка на будущую конструкцию перекрытия;
• тип и форма конструкции, метод крепления;
• площадь поперечного сечения.

В некоторых случаях для проведения расчетов может понадобиться и шаг укладки, то есть расстояние, через которое балки укладываются параллельно друг другу.

Расчет двутавровой балки, как правило, производится на прочность и прогиб. Для максимально точных расчетов в таблице сортамента и нормах ГОСТ прописаны и такие необходимые параметры, как момент сопротивления, который делится на статистический и осевые моменты. Помимо этого, иногда необходимо знать величину расчетного сопротивления, которая зависит от типа и марки стали, из которой изготовлена двутавровая балка, а также от типа производства (сварная или прокатная). В случае сварного профиля при расчете прочности прибавляется до 30 процентов к вычисленной несущей нагрузке профиля.

2 Выбор металлической балки по номеру и примеры расчета

В таблице сортамента все номера металлического двутавра указаны согласно нормам ГОСТ 823989. Таким образом, выбор номера должен осуществляться с учетом предполагаемой нагрузки на балку, длины пролетов, веса. Например, если максимальная нагрузка на двутавровую балку равна 300 кг/м.п, из таблицы выбирается балка номер 16, при этом пролет будет равен 6 метрам при шаге укладки от 1 до 1,2 метров. При выборе 20-го профиля максимальная нагрузка увеличивается до 500 кг/ м.п, а шаг может быть увеличен до 1,2 метра. Профиль с номерами 10 или 12 означает максимально допустимую нагрузку до 300 кг/м.п и сокращение пролета до 3-4 метров.

Применение балок в строительстве

Таким образом, расчет того, какую нагрузку выдерживает балка, производится так:

• определяется величина нагрузки, которая давит на перекрытие с учетом веса самого профиля (из таблицы), которая рассчитывается на 1 погонный метр профиля;
• полученная нагрузка, согласно формуле, умножается на показатель коэффициента надежности и упругости стали, который прописан в ГОСТ 823989;
• используя таблицу расчетных значений по ГОСТ, необходимо определить величину момента сопротивления;
• исходя из момента сопротивления, выбираем соответствующий номер из таблицы сортамента.

Рассчитывая несущую нагрузку при выборе профиля, рекомендуем выбирать номера балки на 1-2 пункта выше полученных расчетных значений. Несущая способность профиля также рассчитывается при определении нагрузки двутавровой балки на изгиб.

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.

Балки на производстве

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.

4 Как вычислить нагрузку на деформацию?

Для определения нагрузки балки на деформацию необходимо учитывать такие параметры, как:

• расчетная и нормативная нагрузка;
• длина и вес перекрытия;
• нормативное сопротивление.

Двутавровые балки для строительства

При этом для некоторых типов балок невозможно рассчитать нагрузку на прогиб, ввиду их формы и видов крепления при строительстве. Следует также понимать, что деформация балки (прогиб) возникает в поворотных углах. Поэтому она сильно зависит от габаритов конструкции, ее назначения, марки стали и других свойств и показателей. Существует несколько формул и вариантов для расчета балки на прогиб, использование которых зависит от расчета деформации внизу и вверху балки. Чаще всего для того, чтобы вычислить максимальную нагрузку на прогиб, специалисты используют универсальную формулу. Величину нагрузки на будущую конструкцию необходимо умножить на ширину пролета в кубическом объеме. Полученный параметр разделите на произведение модуля упругости и величины инерционного момента.

Модуль упругости вычисляется, исходя из конкретной марки стали, момент инерции прописан в ГОСТе по номеру выбранной балки. Полученное число необходимо умножить на коэффициент, равный 0,013. В том случае, если рассчитанный относительный коэффициент деформации больше или меньше, чем прописано в нормативе, то в строительной конструкции необходимо использовать двутавры большего или меньшего типоразмера из таблицы.

Следует понимать, что двутавровая балка, ввиду своей формы, конструкции и веса, довольно редко используется в частном строительстве. Обычно вместо балок применяются более легкие швеллеры или стальные уголки. Но если вы все же используете балку для строительства небольшого частного дома, дачи, то необязательно проводить сложные расчеты по всем видам деформации и нагрузок. Для небольшой конструкции перекрытия достаточно рассчитать максимальную и минимальную нагрузку на изгиб.

tutmet.ru

Методика расчета несущих конструкций из различных материалов

На балки перекрытия приходится значительная нагрузка, поэтому во избежание чрезмерного прогиба перекрытий и обрушения зданий необходимо выполнять расчет данных несущих конструкций. Балки изготавливаются из деревянного бруса, металлопроката и железобетона. Ниже приводятся простейшие методики расчетов и рекомендации по выбору балок из указанных материалов.

Расчет деревянных балок

Для расчета деревянных балок необходимо знать распределенную нагрузку на перекрытие, длину балок и расстояние между ними. Балки укладываются параллельно короткой стороне здания, распределенная нагрузка выбирается равной 400 кг/кв. метр для межэтажных и 200 кг/кв. метр для чердачных перекрытий. Для примера рассчитаем балки для комнаты размерами 6х4,5 метра, при этом длина балки будет равна около пяти метров, но расчет ведется исходя из расстояния между стенами — 4,5 метра. Расстояние между балками выбираем равным 0,8 метра.

Рассчитываем максимальный изгибающий момент:

М = (q х hхl2) / 8 = 400 х 0,8 х 4,52 / 8 = 810 кгм = 81000 кгсм;

где q — распределенная нагрузка, h — расстояние между балками; l — длина пролета.

Требуемый момент сопротивления балки равен:

W = М / R = 81000 / 142,71 = 567,6 куб. см;

где R — расчетное сопротивление древесины, для сосны равное 14 МПа или 142,71 кгс/кв. см.

Задавая ширину сечения бруса (10 см) определяем высоту балки:

h = √(6W/b) = √(6 х 567,6/10)= 18,5 см;

где h — высота, b — ширина балки. Результаты расчетов показывают, что можно применить брус 10х20 см.

Оптимальное соотношение ширины и высоты балки равняется 1:1,4. Подставляя в формулы разные значения расстояний между балками и их ширины подсчитываем расход материалов и выбираем наиболее экономичный вариант при оптимальном сечении.

Для выбора деревянных балок можно воспользоваться онлайн калькулятором Романова или таблицами, в которых по результатам расчетов приведены наиболее типичные варианты. Подобные материалы можно легко найти в интернете.

Прогиб деревянной балки должен быть менее 1/250 ее длины, для нашего случая 450/250 = 1,8 см. Он рассчитывается по формуле:

f=(5ql4)/(384EI) = 5 х 400 х 4,5 х 4,5 х 4,5 х 4,5 / 384 х 109 х 6666.6667 х 10 — 8 = 3,2 см;

где E — модуль упругости, для древесины равный 109 кгс/м2; I — момент инерции, для балки прямоугольного сечения равный:

I = b x h4 / 12 = 10 х 203 / 12 = 6666.6667 см4.

В данном случае прогиб больше допустимого, поэтому следует выбрать брус большего сечения или уменьшить расстояние между балками и повторить расчеты.

Расчет металлических балок

Методика определения максимального изгибающего момента и момента сопротивления одинакова для балок из любого материала. Металлические балки чаще всего изготавливаются из двутавра. Величину допустимого момента сопротивления для выбранного профиля можно узнать в справочнике по металлопрокату или вычислить на онлайн калькуляторе по геометрическим размерам. Расчеты значительно облегчаются при использовании программ, имеющихся в интернете. В таблице указаны рекомендуемые номера двутавров при распределенной нагрузке 400 кгс/кв. м.

• Как обеспечить правильное примыкание крыши к стене дома, читайте в нашей статье.
• Что представляет собой кровельный аэратор, Вы узнаете из данной публикации.
• О характеристиках и особенностях конструкции винилового сайдинга Хольцпласт мы рассказываем по этой ссылке.

Расчет железобетонных балок

Общие рекомендации по выбору железобетонных балок сводятся к следующему:

• Бетон выдерживает значительные нагрузки на сжатие, а арматура — на растяжение, поэтому она устанавливается в растянутой зоне — нижней части балки.
• Высоту сечения балки выбирают большей 1/20 длины пролета, отношение высоты к ширине сечения — равным 7:5.
• Диаметр арматуры должен быть 12 мм и более, количество прутков — не менее 4, в нижней части сечения укладывается более толстая арматура (арматура в верхней части нужна, если балка изготавливается на почве и устанавливается на место подъемным краном).
• Бетонировка должна осуществляться в один прием, следующая порция бетона укладывается до схватывания предыдущей.
• Выбор балок упрощается при использовании программ, определяющих их сечение и количество арматуры.

Заключение

Приведенные формулы и рекомендации дают представление о методике расчетов и с большинстве случаев пригодны для выбора балок перекрытия. Более сложные методики учитывают все условия работы, при этом производится проверка на устойчивость к нагрузкам, действующим в разных направлениях.

Выбор балок упрощается при использовании программ и онлайн калькуляторов, которые имеются в интернете. Программы делаются людьми, а люди могут допустить ошибки, поэтому перед использованием программ нужно почитать отзывы, написанные пользователями.

okrovle.com

• 
  Как изменяется свариваемость с уменьшением содержания углерода в стали
• 
  Сталь с полимерным покрытием
• 
  Стальной трос для лебедки
• 
  Стальной трос для лебедки
• 
  Расчет веса трубы стальной круглой калькулятор
• 
  Сталь никелированная
• 
  А4 сталь
• 
  Гибочный станок для листовой стали
• 
  Вес уголка стального вес 1 погонного метра таблица
• 
  Что делают из стали
• 
  Гофрированные трубы из нержавеющей стали