Стойка из профильной трубы: расчет – какой вес выдержит. Расчет профильной трубы

Стойка из профильной трубы: расчет какой вес выдержит

Профильная труба является популярным мебельным и строительным элементом, с помощью которого сооружаются довольно прочные конструкции. Для многих читателей может быть открытием, но труба может быть изготовлена не только из стали, но и дерева, и бетона. По крайней мере, это отражено в типовых вычислениях, речь идет о колоннах из этого материала.

Трубы бетонные

Расчет стойки из профильной трубы по отношению к нагрузке, которую она может выдержать учитывает площадь сечения профиля, сопротивление материала, его гибкость, напряжение, инерцию по X и Y, расчетную длину. Значения подставляются в формулу, решение представляет собой суммарную нагрузку. Для практических задач используют упрощенную схему.

Профильная труба и способы использования

Профиль можно применять в сборке практически любых конструкций, промышленного, коммерческого и бытового назначения. В быту ее часто используют для сборки систем хранения вещей, в качестве аквариумной подставки, для навесов на балконе или веранде. На профиле может удерживаться мебель: стол, барная стойка, телевизионная подставка, поручни для занятий. Профиль часто применяется в коммерческом строительстве, из него собирают лестницы, различные легконесущие конструкции для террас, навесов, подиума и сцены.

Разновидности профильных труб

Список можно продолжить, профиль подходит для различных решений, поэтому часто привлекает мастеров, использующих его в строительстве и дизайне. Чаще всего из трубы изготавливают опору под барную стойку, держатели для шкафа купе или аквариумную подставку. Наиболее щепетильно нужно отнестись к подставке для аквариума и учесть постоянно оказываемую нагрузку. В зависимости от этого параметра выбирается материал для изготовления.

Подставка под аквариум из проф трубы

Проект каркаса и поиск оптимума

Для начала можно порекомендовать сделать чертеж, от которого можно будет отталкиваться в расчетах. При наличии верхней рамы и нескольких опор, на которые будет распределяться напряжение, в зависимости от формы усилие можно будет распределить на несколько стоек. Стоит отметить, что при большей высоте конструкции, несущая способность отдельной профильной опоры будет уменьшаться за счет крутящего момента. При необходимости получения более высокой металлоконструкции добавляют несколько опор, которые связывают ребрами жесткости, равномерно распределяющими напряжение.

Металлоконструкция из профильной трубы

Например, так делаются стойки для навеса из профильной трубы, опирающегося на стену дома. При наличии опорной стены можно не обвязывать направляющие металлокаркаса, а рассчитать плечо, которое упирается в стену. Учитывайте, что в ГОСТе рассматриваются стандартные случаи расчета металлоконструкций.

Аквариумная подставка из профиля, исходя из вышесказанного, должна представлять собой опору с 3-4 ножками. При этом можно остановиться на одной опоре и шарнирных креплениях, распределяющим нагрузку. Для вычисления напряжения учитывается постоянная масса воды в аквариуме и стекла. Сколько выдержит конкретная аквариумная или барная опорная колонна, нужно оценивать по формуле.

Для начала сделайте проект металлоконструкции с указанием точных размеров, а потом проведите подсчеты с учетом суммарного напряжения. Проект можно подготовить в программе SketchUP.

Расчет

Определим оптимальное сечение колонны:

F = N/Ry,

где F – сечение, N – напряжение по центру тяжести и действия совокупных сил на элемент, Ry – сопротивление выбранного материала (постоянная величина, определяется по таблице).

Работа над проектом в программе SketchUP

Эта формула может использоваться только для получения приблизительных данных, причем обязательно нужно выбирать сечение с запасом, так как напряжение будет направлено не только центрально, но и распределено. В связи с этим могут делаться различные кронштейны, которые компенсируют угловой момент силы, возникающий от действия распределенного напряжения.

Еще одним важным параметром является продольный изгиб, его учет позволит точнее определить сечение колонны:

F = N/φR,

где φ – коэффициент продольного изгиба, который принимают за 0,5–0,8.

Вычисления обычно проводятся с двухкратным запасом. При этом мастера используют значение φ=0,25 для получения сечения 1-5 колонн конструкции.

Особенности крепежа и распределения напряжения

Металлические стойки под навес из профильной трубы опираются на фундамент и одну из стен. При этом опора может быть выполнена с различным шарнирным соединением. Такая опора может удерживать при достаточной прочности материала довольно большой вес. Скорректировать общий объем можно с помощью типов крепежа, установленной прямо или под наклоном.

Стандартный крепеж колонны делают следующим образом:

к фундаменту, верхние боковые;
к фундаменту, нижние боковые крепления;
к фундаменту, верхние и нижние боковые;

нижнее к фундаменту, верхнее к потолку;
нижнее плюс боковое к стене.

Используя эту схему, можно убедиться, что наиболее устойчивыми являются опоры с верхним креплением к потолку и нижним к фундаменту. Следующей по устойчивости является металлическая колонна с нижним фундаментным и двумя боковыми креплениями. Другие типы используются для крепежа стекла. Если общая высота сооружения достаточно большая, ставится несколько боковых креплений, равномерно распределяющих нагрузку на боковую стену.

Таким образом, барная стойка из профильной трубы и стекла будет надежно закреплена при креплении к полу и столешнице. При достаточно массивной конструкции рекомендуем добавить боковые ребра жесткости, это придаст некоторый индустриальный лоск в стиле «лофт». Их точная регулировка сделает использование более эргономичным.

Монтаж металлоконструкции

Монтаж каркаса проводится в следующей последовательности:

устанавливаются и крепятся вертикальные направляющие к фундаменту;
проводится монтаж креплений – верхних или боковых;
делается регулировка;
для отдельностоящих сооружений проводится монтаж верха, связывая между собой вертикальные колонны.

При наличии проекта и четкого представления, о какой нагрузке может идти речь, монтаж делается в течение нескольких часов. Для крепежа стекла горизонтально, вертикально и под наклоном можно использовать стекловолоконный профиль.

Расчеты и типовые решения

Чтобы избежать трудоемких вычислений, которые без знания физики и использования калькулятора могут содержать в результате ошибки, рекомендуем использовать типовые решения с минимальной нагрузкой на колонну. Также получить желаемое помогут надежные подвижные шарнирные соединения, для крепления под наклоном и распределения углового момента. В этом случае важно рассчитать, сколько выдержит такая опора.

Такой подход позволяет рассчитать различную мебель со стальными опорами, крепления в шкафу, при этом быть уверенными в их надежности и долговечности. Регулировка обычно позволяет надежно укрепить конструкцию. Выбирайте качественную сталь от зарекомендовавшего себя российского производителя, так можно избежать покупки продукции низкого качества.

trubygid.ru

Расчет навеса из профильной трубы на основе примера

Содержание статьи:

При сооружении навесов важно правильно все рассчитать, так как это оказывает определенное влияние на надежность, прочность, безопасность конструкции. Проводится расчет навеса с соблюдением определенных правил. Следует обратить внимание на то, какую форму примет конструкция. Для расчета козырька применяются специальные формулы, позволяющие в точности определить все необходимые данные, учитывая характеристики профтрубы.

Что понадобится для проведения вычислений?

Чтобы рассчитать, какой должна быть профильная труба для навеса, придется учитывать многочисленные параметры. Нельзя забывать не только про снеговую нагрузку, но и про то, что металл подвергается нагрузкам от собственного веса, веса обшивки.

Выполняя расчет конструкции, необходимо использовать:

Калькулятор
Специальные программы для проектирования
СНиП П-23-81 (работы со стальными изделиями), справочники
СНиП 2.01.07-85 (нагрузки, воздействия), которые учитывают не только снеговую нагрузку, но и вес всех конструктивных элементов.

Чтобы составить проект, необходимо выполнить следующие действия:

Выбрать тип ферм
Определиться с размерами навеса
Если общая длина будет больше 36 м, то необходимо учесть дополнительный строительный подъем.

Цифры требуются максимально точные, округления и приближения в данном случае не применяются. Если нет необходимого опыта работы, то лучше всего взять уже готовый проект, подставить собственные значения.

Пример расчета арочного навеса

Навесы из профтрубы могут принимать различные формы, но одной из наиболее популярных является арочная. Она привлекательная, отличается высокой прочностью. Арочную конструкцию из профильной трубы легко обшить сверху поликарбонатными листами. Для сборки навеса применяются балки, но расчет конструкции навеса должен быть тщательным, схема предполагает использование шарниров. Особенностью является и то, что вес равномерно распределяется по трубе. Для изготовления арки можно применять обычную профильную трубу либо две, сваренные вместе.

Расчет надо начинать с определения параметров будущий арки. Удобнее рассмотреть порядок вычислений на основе примера. Например, фермы будут располагаться с шагом в 1,05 м, а все нагрузки сосредоточатся только в узловых точках. Высота арки может быть любой, но не больше 3 м. Для фермы рекомендуется высота в 1,5 м, так как она наиболее выгодна и привлекательна, с эстетической точки зрения. Пролет между опорами равен L= 6 м. А стрела нижнего уровня арки такова: f=1,3 м. Радиус окружности нижнего пояса составляет r=4,1 м, а угол между отдельными радиусами — α=105.9776°.

Во время расчета конструкции надо учесть, что расстояние между узлами крайних точек составит l=6,5 м, а высота между нижним и верхним поясом h=0,55 м (при стреле в f=1,62 м). Исходя из данных, можно получить длину профильной трубы для нижнего пояса: mн = π*Ra/180, где:

mн — величина трубы нижнего пояса
Rа — радиус дуги
Π — число, равное 3,141.

mн = 3,141*4,115*93,7147/180.

mн = 6,73 м.

Соответствующим образом можно узнать длину для профильной трубы верхней арки: mн = πRa/180.

mн =3,141*4,115*105,9776/180.

mн = 7,61 м.

Определение длины под стержни нижней части арки: Lс.н. = 6,73/12.

Lс.н. = 0,5608 м.

Для участков нижнего пояса между узлами конструкции используется шаг в 55,1 см, крайние участки могут иметь другой шаг. Обычно его рекомендуется округлять до 55 см, но делать большим не следует, так как для обшивки будет использоваться поликарбонат. Количество пролетов расчет обычно не ограничивает.

Если необходим навес больших размеров, то общее число пролетов может составить 8-16.Если количество пролетов 8, то необходимо длину стержней принимать за 95,1 см, а шаг между поясами — 87-90 см. Если пролетов 16, то шаг можно принимать за 40-45 см.

Как происходит проектирование навеса по расчетам с помощью программы вы сможете просмотреть в этом видео:

Вычисления для верхнего и нижнего поясов профильной трубы

Далее надо выполнить расчет для получения точного значения стрелы верхнего пояса конструкции:

f = (L/2)*tg(α/4)

f = R(1 — cos(α/2))
f = 0.78979tg(α/4) + cos(α/2)
f = 1, где:
- f — значение длины стрелы
- R — радиус дуги
- α — угол верхнего пояса.

Теперь можно провести расчет для получения значения угла верхнего пояса, который будет равен αв = 104,34°. Отсюда можно получить точное значение для стрелы под верхнюю арку: fв = (6,5/2)*tg(104,34/4).

fв = 1,5911 м.

Расчет верхнего пояса длины профильной трубы: mв = πRa/180.

mв = 3,141*4,115*104,34/180.

mв = 7,494 м, где:

mв — длина трубы нижнего пояса
Rа — радиус дуги
Π — число, равное 3,141.

Отсюда можно легко получить необходимую длину для поликарбонатных листов, которая будет равна 7,6 м, учитывая свесы. Длина стержней для всего верхнего пояса: Lс.в. = 7,494/12.

Lс.в. = 0.6247 м.

После того как геометрические параметры стали известны, необходимо приступить к вычислению сечений профильной трубы. Перед этим надо учесть все нагрузки, которые будут оказываться на навес.

При пролете в 6 м сосредоточенная нагрузка конструкции равна Q = 19,72 кг. У крайних узлов навеса она примерно в 2 раза меньше. Величина равномерно распределенных нагрузок тогда равна: qк = 19,72*6*1*1,2/12.

qк = 11.8 кг/м.

В данном случае «L» — это коэффициент перехода, он учитывает количество балок, длину пролетов горизонтальной проекции.

Учет нагрузок на конструкцию

Когда выполняется расчет, важно не забывать о снеговых массах. Если они равны 189 м/кг, то расчетная суммарная нагрузка будет равна 200,8 кг/м.

Необходимые расчетные реакции для вертикальных опорных реакций:

VA = VB
VA = ql/2
VA = 200.8*6/2 = 602.4 кгс, где:
- VА — показатель для вертикальной реакции
- Vв — значение, нормативное для нагрузки (табличные данные)
- q — показатель суммарного веса
- l — величина пролета.

∑МС = VAl/2 — ql2/8 — HAf.

∑МС = 0, где:

∑МС — суммарная вертикальная реакция
VА — значение для вертикальной реакции
q — значение суммарного веса
l — величина пролета
HA — значение нагрузки конструкции
f — длина стрелы.

Отсюда следует:

HA = (VAl/2 — ql2/8)*f
HA = (602,4*6/2 — 200,8*62/8)/1,3
HA = 695,1 кгс.

Таким образом, стрела для арки из профильной трубы равна 1,3 м.

Для конструкции действующие напряжения будут равны:

Начальная крайняя точка А:
- Q = VAcos(a/2) + HAsin(a/2)
- Q = 602,4*0,6838 + 695,1*0,7296
- Q = 919,1 кгс
- При M = 0
- N = VAsin(a/2) + HA cos(a/2)
- N = 602,4*0,7296 + 695,1*0,6838
- N = 914,82 кгс.
Для конечной точки конструкции В:
- Q = VA — ql/2
- Q = 0
- В данном случае М =0
- N = HA
- N = 695,1 кгс.

Для указанной точки D можно подсчитать угол наклона: β = arctg(0,6/1,5).

β = 21,8.

Для металлического арочного навеса важно вычислить сечение профильной трубы. В данном случае расчет производится при помощи такой формулы: σпр = (σ2 +4т2)0.5 ≤ R.

σпр = 2350 кгс/см².

σпр — это значение нормального напряжения, оно равно σ = N/F, причем F является площадью поперечного сечения, которое будет иметь профтруба. Т — это значение касательного напряжения, оно будет равно т = QSотс/bI.

Исходя из всех приведенных значений, арку из профильной трубы можно сооружать из профиля с сечением в 50*50*2 мм при поперечном сечении F = 3,74 см².

Как рассчитать фермы для навеса с помощью программы вы сможете узнать просмотрев это видео:

Если для сооружения навеса решено применять металлические профили, то придется выполнить довольно сложный расчет, учитывающий нагрузки, напряжение металла. Особенно важна точность вычислений, если конструкция будет иметь большие размеры. Прочность и надежность навеса целиком зависят от правильного выбора профтрубы.

vashibesedki.ru

Расчет профильной трубы на прогиб: формулы для его проведения

Роман Геннадьевич, Омск задаёт вопрос:

Добрый день! Возник такой вопрос: как произвести расчет профильной трубы на прогиб? То есть я хотел бы знать, какую максимальную нагрузку может выдержать профильная труба того или иного размера, чтобы с этим размером и определиться. Сам в этом не разбираюсь, поэтому прошу говорить понятными выражениями и пояснять все обозначения в формулах. Суть в том, что у меня есть некоторые идеи по устройству летнего навеса, хотел бы сделать его из стального профиля, вот и нужно точно знать, каких размеров его покупать, чтобы потом не пришлось переделывать. Заранее спасибо за ответы.

Эксперт отвечает:

Доброго времени суток! Расчет профильных труб на прогиб проводится с использованием простой формулы: M/W, где М - это изгибающий момент силы, а W - это сопротивление. Суть его проведения проста. В данном случае действует закон Гука: сила упругости имеет прямопропорциональную зависимость от деформации. Поэтому, зная степень деформации и максимальное значение напряжения для данного материала, можно подобрать нужный вам параметр.

Рисунок 1. Расчетные сопротивления основного металла строительных конструкций.

Итак, М=FL, где F - деформация, выраженная в килограммах, а L - это плечо силы, выраженное в сантиметрах. Плечо - это расстояние от точки крепления до точки приложения силы.

Также необходимо определить максимальную прочность (R), например, для стали Ст3 она равна 2100 кг/квадратный сантиметр.

Теперь для дальнейшего расчета преобразуем выражение и получим: R=FL/W, еще раз преобразуем и получим: FL=RW, откуда F=RW/L. Поскольку нам известны параметры, кроме W, то только его и остается найти. Для этого необходимы параметры профильной трубы, то есть а - это внешняя ширина, а1 - внутренняя, в - внешняя высота, в1 - внутренняя, а также правильно подставить их в равенства для нахождения неизвестного значения для разных осей: Wx = (ва^3 - в1(а1)^3)/6а, Wy = (aв^3- a1(в1)^3)/6в.

Если же изделие имеет квадратное сечение, то формула становится еще проще, так как теперь показатель W в обоих направлениях (по горизонтали и вертикали) будет одинаковым, да и само равенство упростится, так как длина и ширина профиля тоже одинаковы.

По данным равенствам расчеты можно сделать, используя обычный калькулятор. Значения для максимальных нагрузок являются справочным материалом, поэтому найти их в интернете не составит труда. На рис. 1 представлена небольшая такая таблица. В ней вы найдете необходимые цифры для разных видов стали на прогиб, растяжение и сжатие - может пригодиться.

Поделитесь полезной статьей: