Профильные стальные изделия востребованы в современном строительстве благодаря продолжительному сроку эксплуатации и простотой монтажа. Перед покупкой труб необходимо произвести расчеты нагрузки и прочности на изгиб, чтобы определиться с видом и количеством материалов.
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.
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.
Классификация нагрузок
Специалистами разработаны правила определения нагрузок и их воздействия – СП 20.13330.2011. В них содержится классификатор видов действия внешних сил на сооружения, воздвигаемые человеком.
В зависимости от времени воздействия нагрузки делят на постоянные и кратковременные. Кроме того, выделена особая категория проявления внешних сил (пожары, взрывы, землетрясения и другие ЧП).
К числу постоянных относят:
- Вес конструкций и сооружений, которые оказывают давление на основания профиля весь период.
- Вес оборудования и производимой продукции, находящихся в сооружениях.
- Тяжесть насыпей и других наслоений грунта, земляных и горных возвышенностей.
- Давление водных ресурсов.
В число кратковременных нагрузок вошли:
- Вес оборудования, применяемого в период ремонтных, профилактических работ, его замене.
- Нагрузки от транспортной и погрузочной техники, людей, занятых на временных работах.
- Воздействие природных сил (ветра, снега, дождя, перепадов температуры).
Максимальные нагрузки
Чтобы правильно подобрать трубу для использования, надо знать предельный вес, который должна выдерживать балка или опора в данном месторасположении.
Эта величина выражается в виде сосредоточенной силы, приложенной в центре пролета.
Под давлением указанной силы балка прогнется, но после окончания воздействия возвратится в прежнее состояние (на фото). Превышение наибольшего значения сломает несущую.
В бытовой практике часто встречается распределенная нагрузка, равномерно воздействующая на всю длину балки.
Отсюда напрашивается вывод о том, что пролеты не должны быть излишне большими. Установление мощной балки может перекрыть её достоинства ценой вопроса и общим утяжелением конструкции. Разумнее установить дополнительные опоры, что позволяет увеличить допустимый вес на перекрытие.
Для определения величины предельных нагрузок можно воспользоваться различными справочными данными в интернете.
Допустимые радиусы сгиба исходя из прочности материала
Радиус изгиба профиля зависит от внешнего сечения DN, толщины материала, его плотности и гибкости.
Государственные стандарты устанавливают минимальные значения радиусов изгиба для профилированных труб. Их допустимый размер во многом обусловлен способом загиба детали.
1. Если загиб производят нагреванием заготовки, или путем набивания её песком, радиус загиба должен составлять не менее 3,5 DN.
2. Загиб на гибочном оборудовании без нагрева возможен с минимальным радиусом 4 DN.
3. Если в технологическом процессе используется печной нагрев, допускается значение в 2,5 DN.
4. Важным условием гнутья является утончение стенок изделия в площади операции не более, чем на 15%.
Расчетные схемы нагрузки
Процесс расчета любого профиля начинают с подбора расчетной схематичной модели.
Перед началом вычислений собирают нагрузку, которая будет действовать на перекрытие.
Затем производят чертеж эпюры с учетом схемы загрузки и опор балки.
Далее с использованием заданных параметров, сведений из таблиц сортаментов, приводимых в ГОСТах , производят соответствующие вычисления.
Для их простоты и оперативности можно воспользоваться онлайн калькуляторами, которые оснащены программами с готовыми формулами.
Методы расчета нагрузок
Применяют следующие способы определения допустимых нагружений:
- С помощью интернет калькулятора.
- На основании справочных таблиц.
- По формулам напряжения при прогибе профиля.
Перед вычислениями рекомендуется составить чертеж будущего каркаса, определиться с типами нагрузок.
Если деталь крепится с одного конца, рассчитывают элемент на изгиб. При креплении на опорах вычисляют прогиб.
С помощью справочных таблиц
Вариант с таблицами уже рассчитанной максимальной нагрузки наиболее простой и удобный для человека, малознакомого с сопроматом и расчетами. В них размещены уже готовые результаты вычислений для конкретных видов профильных элементов.
Пользователь сразу видит предельное значение, которую выдерживает труба с определенными параметрами при заданной длине пролета. Может самостоятельно сравнить и проанализировать данные, выбрать оптимальный вариант.
К примеру, квадратный профиль 40×40 с толщиной материала 3 мм в пролете длиной 2 м выдержит 231 кг веса. Если расстояние между опорами увеличится до 6 м, допустимая нагрузка составит всего 6 кг.
Расчеты произведены с учетом веса самой трубы, величина нагрузки изображена сконцентрированной силой, примененной в точке середины пролета.
Для самостоятельных расчетов применяют данные из справочных таблиц ГОСТов. Так, параметр момента инерции квадратного профиля берется из ГОСТа 8639-82, прямоугольного сечения – из ГОСТа 8645-68.
Расчет по формуле максимального напряжения при изгибе
Для расчета профилированного элемента на изгиб используют формулу
σ = M/W.
Здесь М – величина изгибающего момента силы, а W – момент сопротивления сечения.
Из формулы видно: чем больше W, тем меньшие напряжения возникают в сечении балки.
Для получения значения М необходимо знать длину пролета и степень деформации материала. Последнее значение находят в таблицах сортаментов соответствующих ГОСТов.
Для расчета параметра W потребуются размеры балки. Полученные значения вводятся в формулу.
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.
Методы расчета нагрузки
Используются следующие методы:
- при помощи разработанных таблиц;
- использование физических формул;
- расчет при помощи специального калькулятора.
Чтобы рассчитать нагрузку при помощи таблиц, необходимо составить характеристики фактически имеющейся трубы с теми, характеристиками, которые имеются в таблице.
Если расчет нагрузки на профильную трубу ведется при помощи формул, то, в основном, используется такая формула: Ризг= M/W. Изгибающий момент делится на сопротивление.
Существуют и специальные калькуляторы, разработанные специалистами. Однако пользоваться такими калькуляторами можно только в том случае, если они размещены на надежных интернет-сайтах или переданы в пользование компетентными лицами, которые хорошо разбираются в нагрузках на профильные трубы.
Следует подчеркнуть: не стоит делать расчеты самостоятельно. Во-первых, для правильного проведения расчетов, необходимо знать ГОСТы и сопромат. Во-вторых, малейший просчет может привести к серьезным последствиям.
Таким образом, расчет нагрузки на трубы – это очень важная процедура. Пренебрежение ей может повлечь серьезные последствия:
- разрушение конструкции, здания;
- наличие пострадавших и жертв.
В новостях, иногда, можно увидеть сюжеты о том, что где-то обрушилась крыша здания или его иные элементы. Такие ситуации, чаще всего, складываются из-за того, что в расчетах были допущены ошибки.
С помощью справочных таблиц
Вариант с таблицами уже рассчитанной максимальной нагрузки наиболее простой и удобный для человека, малознакомого с сопроматом и расчетами. В них размещены уже готовые результаты вычислений для конкретных видов профильных элементов.
Для квадратных профилей
Для прямоугольных балок
Пользователь сразу видит предельное значение, которую выдерживает труба с определенными параметрами при заданной длине пролета. Может самостоятельно сравнить и проанализировать данные, выбрать оптимальный вариант.
К примеру, квадратный профиль 40×40 с толщиной материала 3 мм в пролете длиной 2 м выдержит 231 кг веса. Если расстояние между опорами увеличится до 6 м, допустимая нагрузка составит всего 6 кг.
Расчеты произведены с учетом веса самой трубы, величина нагрузки изображена сконцентрированной силой, примененной в точке середины пролета.
Для самостоятельных расчетов применяют данные из справочных таблиц ГОСТов. Так, параметр момента инерции квадратного профиля берется из ГОСТа 8639-82, прямоугольного сечения – из ГОСТа 8645-68.
Таблицы веса стальных труб различных ГОСТ и ТУ 1 метра
Для того чтобы вычислить удельную массу профиля, применяется специальная таблица веса профильной трубы, с помощью которой можно вычислить массу определенного вида трубы умножив длину на вес погонного метра.
Характеристики лучших производителей и стандартные размеры их изделий приведены ниже в таблицах.
ГОСТ 8639 82 – Трубы стальные квадратные
| Параметры квадрата сечения | Вес 1 погонного метра |
| 15×15х1.0 | 0,479 |
| 15×15х1.2 | 0,501 |
| 15×15х1.5 | 0,605 |
| 20×20х1.2 | 0,689 |
| 20×20х1.5 | 0,841 |
| 20×20х2 | 1,08 |
| 25×25х1.2 | 0,877 |
| 25×25х1.5 | 1,07 |
| 25×25х2 | 1,39 |
| 30×30х1.5 | 1,31 |
| 30×30х2 | 1,70 |
| 40×40х1.5 | 1,78 |
| 40×40х2 | 2,33 |
| 40×40х2.5 | 2,85 |
| 40×40х3 | 3,36 |
| 40×40х4 | 4,30 |
| 50×50х2.5 | 3,64 |
| 50×50х3 | 4,31 |
| 50×50х3.5 | 4,94 |
| 50×50х4 | 5,56 |
| 60×60х2 | 3,59 |
| 60×60х2.5 | 4,43 |
| 60×60х3 | 5,25 |
| 60×60х3.5 | 6,04 |
| 60×60х4 | 6,82 |
| 80×80х3 | 7,13 |
| 80×80х4 | 9,33 |
| 80×80х5 | 11,44 |
| 80×80х6 | 13,46 |
| 100×100х3 | 9,02 |
| 100×100х4 | 11,84 |
| 100×100х5 | 14,58 |
| 100×100х6 | 17,22 |
| 100×100х7 | 17,3 |
| 100×100х8 | 22,25 |
| 120×120х4 | 14,35 |
| 120×120х5 | 17,72 |
| 120×120х6 | 20,99 |
| 120×120х8 | 27,27 |
| 140×140х5 | 20,86 |
| 140×140х6 | 24,76 |
| 150×150х5 | 22,43 |
| 150×150х6 | 26,64 |
| 150×150х8 | 34,81 |
| 160×160х4 | 19,38 |
| 160×160х5 | 24,00 |
| 160×160х6 | 28,53 |
| 160×160х8 | 37,32 |
| 180×180х5 | 27,14 |
| 180×180х6 | 32,30 |
| 180×180х8 | 42,34 |
| 180×180х10 | 52,03 |
| 200×200х6 | 36,06 |
| 200×200х8 | 47,37 |
| 200×200х10 | 58,31 |
| 200×200х12 | 68,89 |
| 250×250х6 | 45,48 |
| 250×250х8 | 59,93 |
| 250×250х10 | 74,01 |
| 250×250х12 | 87,73 |
| 300×300х6 | 54,90 |
| 300×300х8 | 72,49 |
| 300×300х10 | 89,71 |
| 300×300х12 | 106,6 |
ГОСТ 8645 82 – Трубы стальные прямоугольные
| Параметры | Вес 1 погонного метра |
| 20x10x1.2 | 0,501 |
| 20x10x1.5 | 0,605 |
| 25x10x1.5 | 0,723 |
| 28x25x1.2 | 0,934 |
| 28x25x1.5 | 1,15 |
| 28x25x2 | 1,48 |
| 30x15x1.5 | 0,959 |
| 30x20x1.5 | 1,08 |
| 30x20x2 | 1,39 |
| 40x20x1.5 | 1,31 |
| 40x20x2 | 1,70 |
| 40x25x1.5 | 1,43 |
| 40x25x2 | 1,86 |
| 40x25x2.5 | 2,27 |
| 50x25x1.5 | 1,67 |
| 50x20x2 | 2,02 |
| 50x25x2 | 2,17 |
| 50x30x2 | 2,32 |
| 50x30x2.5 | 2,86 |
| 50x40x2.0 | 2,65 |
| 50x40x2.5 | 3,25 |
| 50x40x3.5 | 4,39 |
| 60x30x2 | 2,65 |
| 60x30x2.5 | 3,25 |
| 60x30x3 | 3,83 |
| 60x40x2 | 2,96 |
| 60x40x3 | 4,30 |
| 60x40x3.5 | 4,94 |
| 60x40x4 | 5,56 |
| 80x40x2 | 3,59 |
| 80x40x2.5 | 4,43 |
| 80x40x3 | 5,25 |
| 80x40x4 | 6,82 |
| 80x60x3 | 6,19 |
| 80x60x4 | 8,07 |
| 100x50x3 | 6,66 |
| 100x50x4 | 8,70 |
| 100x50x5 | 10,65 |
| 100x60x3 | 7,13 |
| 100x60x4 | 9,33 |
| 100x60x5 | 11,44 |
| 100x80x4 | 10,59 |
| 100x80x5 | 13,01 |
| 120x60x3 | 8,07 |
| 120x60x4 | 10,59 |
| 120x60x5 | 13,00 |
| 120x80x4 | 11,84 |
| 120x80x5 | 13,01 |
| 120x80x6 | 17,22 |
| 140x60x4 | 11,84 |
| 140x60x5 | 14,58 |
| 140x100x4 | 14,35 |
| 140x100x5 | 17,72 |
| 140x100x6 | 20,99 |
| 150x100x5 | 18,50 |
| 150x100x6 | 21,93 |
| 150x100x8 | 28,53 |
| 160x80x5 | 17,72 |
| 160x120x5 | 20,86 |
| 160x120x6 | 24,76 |
| 180x100x6 | 24,76 |
| 180x100x8 | 32,29 |
| 200x120x5 | 24,00 |
| 200x120x6 | 28,53 |
| 200x160x5 | 27,14 |
| 200x160x6 | 32,30 |
| 230x160x8 | 46,11 |
Конечно же для удобства при приобретении трубы её можно порезать на несколько частей, поэтому примите во внимание что длина может быть от 3 до 12 метров, в зависимости от желания клиента. Так же существуют специальные размеры, отличающиеся от стандартных, при необходимости их можно заказать по индивидуальному заказу