Как рассчитать нагрузку на профильные трубы

Наступающая весна интенсифицирует подготовку владельцев приусадебных и дачных участков к новому строительному сезону. Кто-то планирует возвести новые теплицы, обустроить навес или поменять кровлю на хозяйственном объекте.

Повышенным спросом для выполнения подобных операций пользуется такой материал, как профильная труба. Объясняется это финансовой доступностью подобных материалов, их приемлемой прочностью, долговечностью. От того, какую нагрузку выдерживает профильная труба, зависит выбор приобретаемой продукции.

Как определить величину нагрузки

Чтобы избежать расходов лишних средств на покупку материалов, обладающих излишней прочностью, массой, требуется обязательно провести предварительную оценку нагрузок, имеющих место при эксплуатации возведенной конструкции.

Если профильная труба востребована для обустройства перил, небольших теплиц, декоративных ограждений, прочностные расчёты можно опустить. В тех случаях, когда планируется возведение козырьков, ремонт кровли, обустройство навесов, серьёзные расчёты являются необходимым предварительным этапом.

Любой материал, включая металлические профильные трубы, имеет определённые границы, в рамках которых он успешно противостоит внешним усилиям. При их прекращении, труба возвращается в исходное состояние. Если допустимые нагрузки будут превышены, возникает неустранимая деформация, выводящая конструкцию из строя.

Факторы, которые требуется учитывать, выбирая трубу

В перечень первоочередных факторов входят:

• сечение и геометрические размеры трубы;

• ожидаемые нагрузки, возникающие в процессе эксплуатации;

• прочностные характеристики конкретного металла;

• направления векторов приложения нагрузок (сжатие, изгиб, вертикальные, горизонтальные).

Какую нагрузку выдерживает профильная труба на сжатие, можно рассчитать, руководствуясь положениями действующих нормативов, сводов правил. Согласно положениям СП 20.13330.2011, подлежат расчету следующие нагрузки:

• стационарные (давление на возводимую конструкцию, ее вес). Упомянутые значения неизменны во времени;

• продолжительные по времени (весовые нагрузки элементов: камина, лестничного пролёта, межкомнатных перегородок);

• незначительные (ветровые, снеговые, люди, мебель, иное);

• экстремальные (особые) – сюда относится землетрясение, автомобильная авария, взрыв, иное.

Пример. Решив поставить навес для автомобиля, на выбранную трубу требуется просчитать воздействие разнообразных нагрузок: вес выпавшего снега, масса материалов навеса, ветровая нагрузка, контакт со стойкой при ошибочном маневрировании.

Удобнее всего сделать это, воспользовавшись картами и таблицами, приведенными в вышеназванном СП. При этом требуется учитывать виды возводимых опор, алгоритм распределения действующих внешних нагрузок.

В названных таблицах представлены максимальные значения внешних сгибающих нагрузок, которые к поломке не приведут. Снятие нагрузки вызовет возврат трубы в первоначальное состояние.

Поэтому, покупая товар, рекомендуется выбирать допустимые нагрузки в три раза выше максимальных действующих.

Методы расчета

Определить, какую вертикальную нагрузку выдерживает профильная труба, осуществить расчет усилий, прилагаемых в иных направлениях, можно несколькими методами, основными из которых являются следующие.

1. Расчет требуемой нагрузки с использованием специальных таблиц из справочников

Достаточно простой и эффективный метод. В него изначально заложена оценка видов рассчитываемых опор, технология фиксации на опорах выбранного профиля, характер прилагаемых нагрузок.

Возможность применения таблиц становится доступна при наличии определенной первичной информации:

• величину «I» (обозначает момент инерции). Для квадратного сечения данный параметр приведен в нормативе 8639-82, прямоугольной – 8645-68;

• величину «L» - длина пролета;

• значение «Q» - это параметр нагрузки, действующей на трубу;

• следует учитывать также модуль упругости (приведен в действующих сводах правил).

Перечисленные характеристики вносятся в требуемую формулу, вариант которой выбирается с учетом распределения нагрузок, фиксации на опорах. При этом формулы прогиба изменяются с учетом выбранной расчетной схемы.

2. Применение классической формулы напряжения, обусловленного изгибающими нагрузками

Для расчёта востребована формула Ризг=M/W

Здесь под М понимается изгибающий момент, под W – сопротивление. В основу работы положен закон Гука. При этом принимаются во внимание также иные параметры: характеристики металла конкретной трубы, ожидаемые нагрузки, иные факторы.

3. Вычисление нагрузок с использованием специализированных калькуляторов.

Расчет на прогиб рассматриваемых труб процесс весьма трудоемкий и сложный, требующий значительных профессиональных знаний (положения СП, ГОСТ, определить виды нагрузок, рассчитать схему, прибавить запас прочности). Поэтому самое верное - доверить расчеты профильной организации. Это гарантирует их качество и обойдется значительно дешевле.