Стойка из профильной трубы: расчет – какой вес выдержит
Особенности профильных изделий
Профильные трубы, которые широко используются в монтаже различных конструкций и прокладке коммуникаций, представляют собой полый продолговатый металлический брусок с сечением квадратной или прямоугольной формы.
Материалом для изготовления профильных изделий является высокоуглеродистая сталь различных марок.
Профилированная стальная труба служит материалом для сооружения каркасов различный конструкций:
- теплиц;
- павильонов и остановок;
- рекламных конструкций;
- перегородок;
- лестниц;
- мебели и т. д.
Также стальная труба может использоваться в качестве перекрытия или балки.
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
Зачем нужны расчеты
Стальные профили, собранные в конструкцию, испытывают нагрузку других материалов или веществ, а также испытывают напряжение в металле при изгибе. Превышение максимально допустимой нагрузки влечет деформацию трубопрокатных изделий или их разрыв.
Неверно рассчитанная нагрузка повлечет за собой неустойчивость конструкции, невозможность сборки или разрушение в последующем. Это чревато лишними финансовыми затратами на ремонт, приобретение материалов и восстановление конструкции.
В процессе эксплуатации труб под нагрузкой происходит ряд изменений в структуре металла, которые необходимо учесть при подборе изделий. При внешнем воздействии на изделие или его изгибе в металле возникает напряжение, т.е происходит неравномерная деформация, при которой отмечается сжатие внутренних связей между молекулами и одновременное растяжение наружного слоя. При этом внутренние части металла увеличиваются в плотности, а наружные уменьшаются за счет уплотнения в месте воздействия.
Рекомендуем ознакомиться: Особенности выбора гидродинамической машины для прочистки канализации
Какие параметры нужны для расчета нагрузки
При подборе трубных профилей для строительства конструкций необходимо получить информацию о состоянии трубопрокатных профилей для анализа условий и возможностей изделия в процессе эксплуатации.
Данные, которые необходимы для этого:
- размеры профиля, мм;
- форма сечения;
- параметры напряжения конструкции;
- показатели прочности материала;
- вид нагрузки на профиль.
Таким образом, принимаются в расчет точки сопротивления для каждого вида материала. При этом учитываются предельно максимальные и минимальные значения:
- Минимум показателей предполагают нулевую нагрузку.
- Максимальные – с изгибом изделия до состояния разрыва в металле. Учет данных значений позволит правильно рассчитать устойчивость и подобрать трубы соответствующих параметров, чтобы увеличить срок эксплуатации конструкции.
Инструкция к калькулятору
Обращаю ваше внимание, что в нецелых числах необходимо ставить точку, а не запятую, то есть, например, 5.7 м, а не 5,7. Также, если что-то не понятно, задавайте свои вопросы через форму комментариев, расположенную в самом низу.
Исходные данные
Длина пролета (L) — пролет через который переброшена балка или длина консоли.
Расстояния (A и B) — расстояния от опор до мест приложения нагрузок. Для 3 схемы А равна длине консоли балки, опирающейся на 2 опоры.
Нормативная и расчетная нагрузки — нагрузки, на которые рассчитывается квадратная труба. Рассчитать их можно с помощью следующих материалов:
- калькулятор по сбору нагрузок на балку перекрытия;
- пример сбора нагрузок на балку перекрытия;
- пример сбора нагрузок на стропила.
Fmax — максимально допустимый прогиб, подбираемой по таблице E.1 СНиПа «Нагрузки и воздействия», в зависимости от вида конструкции. Некоторые значения этого показателя приведены в таблице 1.
Таблица 1. Максимальный прогиб для некоторых конструкций согласно СНиП.
1. Без скобок Fmax указан для пролета, в скобках — для консоли.
2. В случае промежуточных значений длины пролета L максимальный прогиб Fmax находится по линейной интерполяции.
Количество труб — обычно указывается одна балка, но если есть желание ее усилить и положить рядом еще одну такую же балку, то следует выбрать в графе «две».
Расчетное сопротивление Ry— данный параметр зависит от марки стали. Основные значения этого показателя приведены в таблице 2.
Таблица 2. Расчетное сопротивление стали по ГОСТ 27772-88.
| Марка стали | Аналог | Толщина проката | Расчетное сопротивление, Ry |
| Неизвестно | — | любая | 210 МПа |
| C235 | Ст3кп2 по ГОСТ 535-2005 | 2 — 20 мм | 230 МПа |
| 20,1 — 40 мм | 220 МПа | ||
| С245 | Ст3пс5, Ст3сп5 по ГОСТ 535-2005 | 2 — 20 мм | 240 МПа |
| 20,1 — 30 мм | 230 МПа | ||
| С255 | Ст3Гпс, Ст3Гсп по ГОСТ 535-2005 | 4 — 10 мм | 250 МПа |
| 10,1 — 20 мм | 240 МПа | ||
| 20,1 — 44 мм | 230 МПа | ||
| С275 | Ст3пс по ГОСТ 535-2005 | 2 — 20 мм | 270 МПа |
| С285 | Ст3сп, Ст3Гпс, Ст3Гсп по ГОСТ 535-2005 | 4 — 10 мм | 280 МПа |
| 10,1 — 20 мм | 270 МПа | ||
| С345 | 12Г2С, 09Г2С по ГОСТ 19281-2014 | 2 — 10 мм | 335 МПа |
| 10,1 — 20 мм | 315 МПа | ||
| 20,1 — 40 мм | 300 МПа | ||
| С345К | 10ХНДП по ГОСТ 19281-2014 | 4 -10 мм | 335 МПа |
Размер трубы — здесь необходимо выбрать тот размер трубы, который вы хотите проверить на заданные нагрузки.
Как рассчитать нагрузку с помощью таблиц
С учетом различных параметров произведены общепринятые математические расчеты, которые сведены в единые таблицы.
Каждый желающий по стандартам и правилам может произвести расчет допустимой нагрузки по справочным общедоступным таблицам и выбрать вид металлического профиля.
Обратите внимание! Значения в справочных материалах получены учеными и расчетными бюро при использовании теории сопротивлений материалов и законов физики.
Методика расчета нагрузок на металлопрофиль по утвержденным таблицам более точна в связи с учетом в них:
В проектах используют данные справочных таблиц из документа СП 20.13330.2011.
В случаях, когда конструкция не имеет нагрузки, берутся значения из таблицы 1 утвержденного стандарта.
Например, для перильных или декоративных конструкций. Таблицы 2 и 3 содержат показатели максимальной нагрузки на трубный профиль, когда материал может деформироваться, но без разрыва и при прекращении воздействия металлический элемент примет исходную форму и состояние.
При увеличении максимальной нагрузки конструкция может сломаться или разрушиться.
Это важно! Рекомендуется приобретать стальные профили с запасом прочности минимум в 2 раза больше предельно допустимого.
Расчетные схемы
Расчетные схемы учитывают не только виды нагрузок, но и то, каким образом нагрузка распределяется по конструкции. Например, опоры могут испытывать более серьезные нагрузки, а поперечные дополнительные элементы – небольшие.
Максимальные нагрузки
Чтобы понять, какие максимальные нагрузки установлены для труб, необходимо изучить следующие таблицы.
Таблица 1. Нагрузка для профильной трубы квадратного сечения
| 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 |
Таблица 2. Нагрузка для профильной трубы прямоугольного сечения (рассчитывается по большей стороне)
| 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 |
Указаны максимальные нагрузки, в результате которых не произойдет разрыва трубы. Элемент конструкции согнется и, в дальнейшем, не примет изначальной формы. Если же максимальная нагрузка на профильную трубу будет превышена, то тогда уже случится разрыв.
Какую нагрузку способны выдержать профильные трубы
Согласно утвержденным стандартам нагрузка по времени воздействия классифицируется на четыре группы:
- Постоянная. На профиль оказывается воздействие без изменений показателей. Это могут быть другие материалы, грунт и т. д.;
- Временно длительная. На профильную конструкцию оказывается нагрузка в течение продолжительного времени. Например, при возведении гипсокартонных перегородок, постройке лестниц в частных домах и т. д.;
- Кратковременная. Трубопрокат испытывает сезонные или временные нагрузки. Например, тяжесть снега, сильного ветра или напора дождя, вес мебели и посетителей и т. д.;
- Особенная. Нагрузка на случай стихийных бедствий или чрезвычайных ситуаций. Например, во время землетрясения, столкновения транспорта и т. д.
Обратите внимание! Во время расчета нагрузки на металлический профиль для возведения навеса важно помнить, что изделие является несущей конструкцией.
Для вычисления силы воздействия на каркас из металлопрофиля следует учесть следующие типы нагрузок:
- вес и вид материала навеса;
- тип снежного покрова и его высота;
- сила ветра;
- возможность повреждения конструкции транспортными средствами.
Рекомендуем ознакомиться: Как выбрать канализационные трубы для наружной системы канализации
Какая нагрузка действует на профильную трубу
На профилированную трубу действуют внешние механические силы: вес конструкций, тяжесть снега, ветровые воздействия и т. п.
При этом у каждого изделия существует максимальное значение сопротивления. Например, показатель нагрузки, которую профиль выдерживает на изгиб. При достижении максимальной величины конструкция теряет прочность и начинает деформироваться вплоть до разрыва.
Такое значение необходимо точно определять ещё на стадии проектирования монтажных работ. Оно вычисляется расчетными методами, с помощью справочных сведений, цель которых – помочь выяснить необходимые параметры профиля: сечение, толщину металла. Исходными данными при этом служат прочностные характеристики материала и типы предстоящих нагрузок.
Другие виды расчетов
Существуют другие методы расчета нагрузки на конструкции:
- по формуле расчета напряжения изгиба металлической трубы: расчет напряжения при изгибе = изгибающий момент силы / сопротивление
В этой формуле используется закон Гука о пропорциональности силы упругости к показателю деформации.
- с помощью специальных готовых калькуляторов.
Обратите внимание! Следует помнить, что использование собственных расчетов по разработанным формулам может быть чревато ошибками и погрешностями. Будьте внимательны при учете всех показателей.
Расчет
Определим оптимальное сечение колонны:
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:
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.
Как узнать, правильно ли рассчитана нагрузка
Расчет нагрузок для стальных профилей – это важный процесс, который требует внимательности и использование специальной литературы, ГОСТы, СНиПы и другую общепринятую документацию.
Чтобы проверить правильность собственных расчетов, можно воспользоваться стандартными справочными таблицами, а также проверить полученное значение на специальный сайтах с разработанными расчетными калькуляторами.
Если существует опасение произвести неверные расчеты, возможно обратиться к специалистам с опытом и подтвержденной квалификацией в сфере строительства.
Обратите внимание! Ошибки в расчетах влекут за собой разрушение строений и конструкций, что сопровождается финансовыми расходами, потерей времени и возможностью нанесения вреда здоровью людей.
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.
Труба профильная технические характеристики
Главным нормативным документом, регламентирующим все основные технические особенности и характеристики профильных труб, является ГОСТ 13663-86, дополнительно ГОСТом 8639-82 определяется сортамент этого типа металлоизделий. Согласно этим документам, труба профильная разделяются на следующие три категории:
Холоднодеформированные (или, что равнозначно, холоднотянутые) изделия.
Горячедеформированные (более известные под названием горячекатанных).
Электросварные (шовные), изготавливаемые путем использования сварных технологий.
Холодно- и горячедеформированные относятся к бесшовным и, в некоторых случаях, могут использоваться для создания трубопроводов, а не только изготовления металлоконструкций.
Основные размеры трубы профильной
Геометрические размеры влияют на стоимость металлоизделия смотрите труба профильная цена. Размеры регламентируются Государственными стандартами, к ним относятся не только характеризующие сечение профиля ширина с высотой, но и длина изделия, а также толщина стенок. Кстати, хотя размеры и определяются ГОСТами, никем и ничем не запрещается изготовление «неформата» с другими требуемыми типоразмерами.
Высота и ширина стенок профтрубы лежит в пределах от 10 до 180 мм при толщине стенки от 1 до 14 мм. Длина стандартных отрезков трубы обычно зависит от способа ее изготовления и может лежать в диапазоне от 1,5 до 12,5 м, для простоты принято подразделять их на изделия мерной, кратной мерной и немерной длины. Кроме того, все профильные трубы регламентируются не только по своим механическим характеристикам, но и по химическому составу металла.
Толщина стенок – техническая характеристика, определяющая прочность и, соответственно, область применения металлоизделия, а также его массу. Определяется ГОСТом в соответствие с типом труб:
Для холоднокатаных – от 1 до 8 мм,
Для горячекатаных – от 4 до 14 мм,
Для электросварных – от 1 до 5 мм.
Масса профильной трубы, зависящая от толщины стенок, характеризует, в свою очередь, качество изготовленной из нее конструкции. В некоторых случаях знание массы и наружных геометрических размеров трубы позволяет определить толщину стенок в недоступных для прямых измерений местах.
В общем и целом, все технические характеристики профильной трубы взаимосвязаны, поэтому относительно несложно, зная определяемые ГОСТом расчетные значения характеристик, оценить качество предлагаемых тем или иным производителем изделий.
Характеристики профильных труб
Главным нормативным документом, регламентирующим все основные технические особенности и характеристики профильных труб, является ГОСТ 13663-86, дополнительно ГОСТом 8639-82 определяется сортамент этого типа металлоизделий.