Расчет металлической балки на прогиб: учимся составлять формулы

Применение деревянных ферм, достоинства и недостатки

Фермы перекрытий, выполненные из дерева, выглядят, как два параллельно находящиеся друг над другом бревна или бруска, которые соединены между собой опорами, находящимися по отношению к этим бревнам или брускам под углом или вертикально. Основная задача, которую решают фермы — это перекрытие длинных пролетов, если монтаж дополнительных опорных стоек невозможен.

Для изготовления ферм применяются разработанные таблицы и программы, где учитываются тип соединений, шаг монтажа, сечение деталей конструкции и ее общие габариты. Зачастую, фермы изготавливаются промышленным способом с применением высокоточного оборудования. Наряду с этим, можно изготовить ферму своими руками.

Деревянные стропильные фермы

Сравнивая деревянные балки и фермы перекрытий можно определить достоинства и недостатки, которыми обладают фермы. К преимуществам можно отнести:

  • способность накрыть пролет значительного размера без дополнительных опорных стоек;
  • незначительную массу, что влечет за собой небольшую нагрузку на несущие элементы здания;
  • высокая прочность и неподатливость к прогибам, что влечет за собой длительную эксплуатацию подшивочного и напольного материалов;
  • простота монтажа на любые несущие элементы здания, независимо от материала, из которого они изготовлены;
  • возможность изменять ширину шага укладки фермы;
  • возможность монтажа внутренних коммуникационных линий;
  • прекрасная звуковая изоляция;
  • красиво выполненные фермы можно не зашивать и использовать как элемент декора.

Деревянные фермы могут послужить оригинальным декоративным элементом

Кроме достоинств, фермы обладают некоторыми недостатками, к которым можно отнести следующие:

  • за счет конструктивных особенностей, значительно увеличивается толщина межэтажных перекрытий;
  • значительные трудозатраты при изготовлении фермы своими руками, необходимость наличия специального оборудования;
  • высокая цена на готовую конструкцию.

Проектирование деревянной ферм

Стены и перекрытия – основные элементы любого строительства.

Назначение перекрытия – разделять этажи в доме, а также нести и распределять нагрузку от расположенных вверху составляющих – стен, крыши, коммуникаций, мебели, деталей интерьера.

Можно выделить несколько видов перекрытия: металлическое, железобетонное и деревянное.

Более подробно остановимся на деревянных перекрытиях, поскольку именно они получили наибольшее распространение в частном строительстве.

Деревянное балочное перекрытие обладает преимуществами и недостатками

Плюсы:

  • красивый внешний вид;
  • малый вес дерева;
  • ремонтопригодность;
  • высокая скорость монтажа.

Минусы:

  • без специальной защитной пропитки горючи;
  • низкая прочность по сравнению с железобетонными или металлическими балками;
  • подвержены воздействию влаги, грибка и живых организмов;
  • могут деформироваться от перепадов температур.

Материал для деревянных балок перекрытия должен обладать определенными свойствами и соответствовать требованиям:

прочность. Материал перекрытия должен выдерживать возможные нагрузки. Следует учитывать воздействие как постоянных нагрузок, так и переменных;

жесткость. Означает способность материала сопротивляться изгибу;

звуко- и теплоизоляция;

пожарная безопасность.

Предварительные соображения

Калькулятор предусматривает расчёт балок из некоторых видов проката на изгиб и прогиб для различных схем их крепления и нагрузки. Нагрузка балок может быть распределённой (“q” на схемах 3, 4, 5, 9, 15 и других) или сосредоточенной (“P” на схемах 1, 2, 6, 7, 8 и других.)

Крепление балок может быть:

  • консольным с жесткой заделкой одного из концов (например, схемы 1, 2, 3 и другие);
  • “заделка – заделка”, когда оба конца балки жестко защемлены (заделаны), схемы 6, 7, 8, 9;
  • “шарнир – шарнир”, (схемы 12, 13, 14, 15 и другие), причём левый шарнир неподвижный а правый подвижный;
  • “заделка – шарнир”, (схемы 9, 10, 11 др.)

Жесткая заделка балки предотвращает ее поворот и перемещение в любом направлении. Неподвижный шарнир допускает только поворот балки в месте крепления в вертикальной плоскости. Подвижный шарнир допускает поворот балки в месте крепления в вертикальной плоскости и перемещение вдоль её собственной оси. Эти перемещения весьма незначительны и являются следствием деформации балки под нагрузкой.

Основным видом этой деформации является её прогиб, величина которого наряду с приложенной к балке нагрузкой зависит также от ее длины, размеров её поперечного сечения и физических характеристик материала, в данном случае от его модуля упругости (“E”).

Из размерных характеристик поперечного сечения балки для расчёта прогиба используется момент инерции сечения (“I”); величина прогиба зависит также от положения проверяемой точки балки относительно опор. Допустимая величина прогиба балок определяется их назначением и местом в строительных конструкциях и регламентируется соответствующим СНиП; в легких случаях она не должна превышать 1/120 – 1/250 длины балки.

В связи с чем настоятельно рекомендуем проверять результаты расчета на допустимость после использования калькулятора.

С помощью нашего онлайн калькулятора вы сможете рассчитать:

  • Допускаемое напряжение при изгибе (кг/см2).
  • Максимальный изгибающий момент (кг/см).
  • Момент сопротивления изгибу (см3).
  • Осевой момент инерции поперечного сечения (см4).
  • Максимальный прогиб (см).
  • Расчётное напряжение при изгибе (кг/см2).

Построить дом невозможно без использования разделяющих перекрытий. Одно из них отделяет дом от наружного пространства снизу, второе – сверху. На них монтируются пол, и потолок здания, производится утепление. Горизонтальные перемычки должны выдерживать собственный вес, а также переносить нагрузки от мебели, оборудования и людей в здании.

Расчет балок перекрытия

Самостоятельный расчет деревянной балки перекрытия – это долгое и нудное занятие, которое обязывает вас знать основы инженерных дисциплин и сопромата. Без определенных навыков и знаний, вручную подобрать материал, рассчитать необходимое сечение или шаг балки – не просто тяжело, а порой и невозможно. Тем не менее, мы попытаемся вам рассказать об основных характеристиках, которые нужны для вычислений и по какому алгоритму работает наш калькулятор.

Виды балок

В настоящее время, деревянные балки, используемые для изготовления перекрытий, можно разделить на два принципиально разных вида:

  • цельные;
  • клееные.

Исходя из названия становится понятно, что в первом случае, это будет цельный кусок древесины определенного типа сечения (чаще всего это брус на 2 или 4 канта), во втором случае, это клееная балка из досок или шпона LVL.

Несмотря на низкую стоимость, по ряду объективных причин, деревянные балки из цельной древесины в последнее время используются все реже. Качественные показатели этого материала значительно уступают клееному дереву: низкий модуль упругости способствует появлению больших прогибов в середине пролета (особенно это становится заметно при расстоянии между несущими стенами более 4 метров), при высыхании на балках появляются продольные трещины, которые приводят к уменьшению момента инерции прогиба, отсутствие пропитки подвергает древесину воздействиям вредителей и гниения.

Благодаря современным технологиям, клееные балки не имеют подобных недостатков. Их структура однородна и волокна ориентированы по всем направлениям – повышается общая прочность и модуль упругости материала, он получает защиту от растрескивания, а специальная пропитка обеспечивает повышенный уровень пожаробезопасности и устойчивости к влаге. Эти балки разрешено использовать при проемах в 6-9 м и можно рассматривать, как полноценный аналог железному перекрытию.


Цельная деревянная балка


Клееная балка из досок


Клееная балка из шпона


Обрезанное бревно

Подбор сечения балки

Для того чтобы подобрать сечение балки самостоятельно вручную, нужно иметь огромный багаж знаний в сфере сопромата, ведь вам потребуется применять на практике большое количество формул и коэффициентов, поэтому для начинающего мастера это достаточно сложная и не совсем нерациональная задача. Наш калькулятор должен помочь произвести приблизительный расчет деревянного перекрытия и сэкономить значительное количество времени. Однако пользователь должен понимать, что ни одна программа не заменит настоящего специалиста, так как принцип работы сервиса построен на обработке стандартных табличных величин и не может учитывать конкретных ситуаций.

Расчет балок перекрытия из дерева намного проще выполнить с помощью нашего калькулятора. Вам не нужно держать в голове много формул и переживать за неприведенную ошибку!

Виды вероятных нагрузок

Как можно классифицировать нагрузки на балку из трубы? В соответствии с СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия» моменты  нагружения конструкции можно распределить по следующим признакам:

  • постоянные – давление и вес которых не изменяются с течением времени, это такие, как собственный вес конструкции;
  • временные длительные, учитывающие вес дополнительных конструкций сооружения, включая оборудование, мебель и прочее;
  • кратковременные поперечные, зависящие от внешних условий эксплуатации – нагрузки от ветра, снега или дождя, для определения которых производится собственный расчет, зависящий от района расположения объекта. Такие нагружения в экстремальных условиях создают условия, при которых возможен прогиб балки из трубы.
  • особые условия воздействия, к которым можно отнести воздействие от удара автомобиля во время парковки, в результате которого опора может прогибаться;
  • сейсмические – для местностей с определенной сейсмической активностью.

Прочностью перекрытия определяется уровень безопасности проживания на загородном участке или в деревенском доме.

Степень нагружения конструкций можно подбирать по таблицам, при этом учитываются:

  1. величина момента инерции, обозначенная в стандартах;
  2. длина пролета;
  3. величина нагрузки;
  4. модуль Юнга (справочные данные).

В таблицах приводятся готовые данные, рассчитанные по специальной формуле например для круглых, квадратных и прямоугольных профилей. Все прочностные расчеты несущих конструкций по определению сложны в исполнении и требуют специальной инженерной подготовки в области сопротивления материалов. Поэтому лучше воспользоваться специальным онлайн-калькулятором. Чтобы рассчитать нагрузки достаточно ввести исходные данные в таблицу и на выходе можно получить точный результат быстро и без особых затруднений.

Расчет статически неопределимой балки

Поскольку данная балка является статически неопределимой, для нее нельзя определить внутренние усилия и реакции опор только методами статики (с помощью уравнений равновесия).

Как правило, для таких случаев сначала следует раскрыть статическую неопределимость, используя один из методов:

  • метод сил
  • метод уравнения трех моментов
  • метод интегрирования дифференциального уравнения изгиба

При раскрытии статической неопределимости определяются некоторые параметры (реакции опор либо опорные моменты), имея которые дальнейший расчет уже возможен с помощью уравнений равновесия.

Будем считать, что статическая неопределимость раскрыта и эпюры уже построены

Записываем уравнения поперечных сил и изгибающих моментов на
участках балки
, используя метод сечений

На участке AB: (0 ≤ z1 ≤ 2 м )

Q(z1) = + RA = + 3.074 = 3.074 кН

M(z1) = + RA · z = + 3.074 · z

M(0) = 0 кНм

M(2) = 6.149 кНм

На участке BC: (2 ≤ z2 ≤ 3 м )

Q(z2) = + RA — P — q1·(z — 2) = + 3.074 — 12 — 5·(z — 2)

Q(2) = -8.926 кН

Q(3) = -13.926 кН

M(z2) = + RA · z — P·(z — 2) — q1·(z — 2)2/2 = + 3.074 · z — 12·(z — 2) — 5·(z — 2)2/2

M(2) = 6.149 кНм

M(3) = -5.277 кНм

На участке CD: (3 ≤ z3 ≤ 4 м )

Q(z3) = + RA + RC — P — q1·(z — 2) = + 3.074 + 19.5 — 12 — 5·(z — 2)

Q(3) = 5.57 кН

Q(4) = 0.57 кН

M(z3) = + RA · z + RC · (z — 3) — P·(z — 2) — q1·(z — 2)2/2 = + 3.074 · z + 19.5 · (z — 3) — 12·(z — 2) — 5·(z — 2)2/2

M(3) = -5.277 кНм

M(4) = -2.207 кНм

На участке DE: (4 ≤ z4 ≤ 5 м )

Q(z4) = + RA + RC — P — Q1 = + 3.074 + 19.5 — 12 — 10 = 0.57 кН

M(z4) = + RA · z + RC · (z — 3) — P·(z — 2) — Q1·(z — 3) = + 3.074 · z + 19.5 · (z — 3) — 12·(z — 2) — 10·(z — 3)

M(4) = -2.207 кНм

M(5) = -1.637 кНм

На участке EF: (5 ≤ z5 ≤ 6 м )

Q(z5) = + RA + RC — RE — P — Q1 = + 3.074 + 19.5 — 6.933 — 12 — 10 = -6.363 кН

M(z5) = + RA · z + RC · (z — 3) — RE · (z — 5) — P·(z — 2) + M — Q1·(z — 3) = + 3.074 · z + 19.5 · (z — 3) — 6.933 · (z — 5) — 12·(z — 2) + 8 — 10·(z — 3)

M(5) = 6.363 кНм

M(6) = 0 кНм

Максимальный момент в балке составляет Mmax = 6.36 кНм. По этому значению
подбираем сечение балки.

Условие прочности при изгибе σ = MmaxW ≤

Отсюда, минимально необходимый момент сопротивления вычисляем по формуле Wmin=Mmax

Подбираем двутавровое сечение при допускаемом напряжении = 160 МПа
Wmin=6360160 = 39.75 см3
Из сортамента выбираем двутавр №12 с моментом сопротивления W = 58.33 см3 и площадью A = 14.7 см2
Максимальные нормальные напряжения в двутавре составляют
σmax = Mmax/Wx = 6360/58.33 = 109.03 МПа
Максимальные касательные напряжения в двутавре (на центральной оси) составляют
τmax = Qmax×Sx/b×Ix = 13900×29.66×10-6/0.0048×350×10-8 = 24.54×106 Па = 24.54 МПа
Касательные напряжения на границе полки и стенки составляют
τmax = Qmax×Sx’/b×Ix = 13900×26.33×10-6/0.0048×350×10-8 = 21.785×106 Па = 21.785 МПа,
где статический момент отсеченной полки составляет
Sx’=b×t×(h-t)/2=6.4×0.73×(12-0.73)/2=26.33 см3.
Эпюры нормальных и касательных напряжений для двутавра:

Подбираем прямоугольное сечение с отношением сторон hb=2
Wmin=6360160 = 40 см3
Момент сопротивления прямоугольного сечения
W=b×h26 = b3 × 226 = b3×0.67
b3=400.67=60
Ширина сечения b=3.9 см, Высота сечения h=b×2=3.9×2=7.8 см
Площадь сечения A=b×h=3.9×7.8=30.42 см2
Максимальные нормальные напряжения составляют
σmax = 6×Mmax/b×h2 = 6×6360/3.9×7.82 = 160.83 МПа
Максимальные касательные напряжения для прямоугольника составляют
τmax = 3Qmax/2A = 3×13900/2×30.42×100 = 6.854 МПа
Эпюры нормальных и касательных напряжений для прямоугольного сечения:

Плюсы и минусы установки лаг

В монтаже напольного покрытия на лаги есть ряд преимуществ:

  1. В имеющееся между ними пространство можно уложить не только теплоизоляционные материалы, но и провода и трубы инженерных систем.
  2. Стоимость брусков невысокая, а установка лаг для пола выполняется достаточно просто, установить их при желании может каждый домашний умелец.
  3. Опорная конструкция из них способна выдерживать 5-тонную нагрузку на каждый «квадрат».
  4. Нередко при необходимости отреставрировать пол достаточно бывает произвести ремонт лаг. При этом перестилать напольное покрытие не требуется.
  5. Нагрузка, оказываемая на перекрытие здания, меньше, чем при обустройстве цементной стяжки, поскольку конструкция весит немного.
  6. Благодаря использованию брусков, можно вывести расположение плоскости пола на любую высоту.
  7. После того, как смонтирована конструкция, проводить дополнительные работы не потребуется. К укладке напольных изделий приступают сразу же.

Пол, смонтированный на лагах, имеет также и недостатки:

  1. Уменьшается высота помещения на несколько сантиметров.
  2. Трудоемкая технология выполнения работ. Элементы конструкции сложно разметить и установить.

Предварительные соображения

Нагрузка балок может быть распределённой (“q” на схемах 3,4,5,9,15 и др.) или сосредоточенной  (“P” на схемах 1,2,6,7,8 и др.).

Крепление балок может быть:

  1. консольным с жесткой заделкой одного из концов (например, схемы 1,2,3 и другие);
  2. “заделка – заделка”, когда оба конца балки из трубы жестко защемлены (заделаны), схемы 6, 7, 8, 9;
  3. “шарнир – шарнир”, (схемы 12, 13, 14, 15 и другие), причём левый шарнир неподвижный, а правый подвижный;
  4. “заделка – шарнир” (схемы 9, 10, 11 другие).

Жесткая заделка предотвращает поворот балки из трубы и перемещение её в любом направлении. Неподвижный шарнир допускает только поворот трубы в месте крепления в вертикальной плоскости.

Подвижный шарнир допускает  поворот трубы в месте крепления в вертикальной плоскости и перемещение вдоль её собственной оси. Эти перемещения весьма незначительны и являются следствием деформации трубы под нагрузкой. 

Жесткая заделка трубы предотвращает ее поворот и перемещение в любом направлении. Неподвижный шарнир допускает только поворот трубы в месте крепления в вертикальной плоскости.

Подвижный шарнир допускает поворот в месте крепления в вертикальной плоскости и перемещение вдоль её собственной оси. Эти перемещения весьма незначительны и являются следствием деформации балки из трубы под нагрузкой.

Основным видом этой деформации является её прогиб, величина которого наряду с приложенной нагрузкой зависит также от ее длины, размеров её поперечного сечения и физических характеристик материала, в данном случае от его модуля упругости (“E”). Модуль упругости углеродистой стали равен (2-2.1) * 10 ^ 5 MПа; легировнной  (2.1 – 2.2) * 10 ^ 5 MПа; поэтому в калькуляторе принято среднее значение 2.1 * 10 ^ 5 MПа, что составляет 2142000 кг.см2.

Из размерных характеристик поперечного сечения трубы для расчёта прогиба используется момент инерции сечения (“I”); величина прогиба зависит также от положения проверяемой точки трубы относительно опор.

Допустимая величина прогиба балок определяется их назначением и местом в строительных конструкциях и регламентируется соответствующим СНиП; в легких случаях она не должна превышать 1/120 – 1/250 длины трубы.

Расчет перекрытия по деревянным балкам на допустимый изгиб

Из таблицы 1.4 видно, что максимальный допустимый изгиб балки должен составлять

f=(ql^4)/384EI

Поскольку Е в этой формуле, как уже говорилось, это модуль упругости древесины, а I – это осевой момент инерции балки, необходимо найти модуль для конкретного вида древесины и рассчитать осевой момент по формуле c учетом того, что осевой эта величина измеряется в см4, то есть ширину балки b необходимо вставлять именно в сантиметрах.

I=(ba^3)/12=(5×18^3)/12=2430

Подставляя полученное значение в формулу расчета прогиба, получаем величину прогиба в метрах.

f= (45×10^3×3^4)/(384×100×2430)=0,039

С учетом того, что для пролета 3 м максимально допустимый прогиб составляет одну трехсотую длины пролета, то есть 10 см, расчетное значение 3,9 см более чем удовлетворяет условиям задачи.

Расчет нагрузки, действующей на перекрытие.

Нагрузка собственного веса всех элементов перекрытия, среди которых балки перекрытия, зашивки, межбалочное заполнение и вес эксплуатационной нагрузки, включающей в себя вес мебели, других предметов и устройств, находящихся в помещении, вес людей составляют общую нагрузку, действующую по балкам перекрытия на само перекрытие. Рассчитать эту нагрузку довольно сложно, она выполняется специалистами и представляет собой громоздкие расчеты, выполняемые специалистами в процессе проектирования конструкции перекрытия. Однако, используя приведенный ниже упрощенный вариант, можно выполнить эти расчеты самостоятельно.

Деревянное перекрытие для чердака, в случае если на чердаке не складируются вещи или другие материалы, а утеплитель изготовлен из легких материалов постоянная нагрузка состоит только из собственного веса и составляет обычно 50 кг/м2.

Согласно СНиП 2.01.07-85 эксплуатационная нагрузка составит в данном случае 90 кг/м2, включающая 70 кг/м2 – нормативное значение для этого вида чердака 1,3 – коэффициент запаса.

Сложив 50 кг/м2 и 90 кг/м2 получим общую расчетная нагрузка для указанного выше чердачного перекрытия, которая составит 140 кг/м2, а после округления 150 кг/м2.

Если же чердак планируется использовать для хранения вещей, в других целях, когда на перекрытие будет действовать большая нагрузка, или при изготовлении использовался тяжелый утеплитель и более тяжелые заполнитель и подшивка, нормативное значение нагрузки увеличится до 150 кг/м2, и, соответственно общую округленную нагрузку на чердачное перекрытие следует принимать за 250 кг/м2 (50+150х1,3 = 245 кг/м2). 
Когда чердачное помещение используется для проживания людей в качестве мансарды, общая расчетная нагрузка, с учетом веса полов, перегородок, мебели, дверей, увеличивается до 300-350 кг/м2. Однако, в данном случае нужно также учесть вес устанавливаемых при устройстве мансарды междуэтажных деревянных перекрытий, а временная нагрузка при эксплуатации состоит из большого количества мебели и людей, общая нагрузка должна приниматься за 350 – 400 кг/см2.

Основы вычислений

Для начала следует понять, что именно требуется рассчитать. Дело в том, что деревянный брус или доска балки под нагрузкой способно изогнуться до определенного предела – эта величина называется пределом прочности – и при дальнейшем увеличении нагрузки сломаться. Под действием нагрузки изогнувшаяся балка может также выскользнуть из креплений. Чтобы избежать этого или хотя бы снизить риск такой неприятности, деревянные балки стараются заделать в кладку дома или прикрепить с помощью кронштейнов, уголков и других видов деталей к деревянной стене дома. Используют также врубку балки в венец стены. Все такие виды фиксации считаются жесткой заделкой.

Вот так примерно выглядит расчетная схема для однопролетной балки, то есть изделие, у которого закреплены только концы. Здесь L – пролет балки, расстояние между опорными точками, Q – распределенная нагрузка, f – величина прогиба.

Основой для расчета предельно допустимого прогиба, как и источником других данных о работе деревянных конструкций, является СП 64.13330.2011. Согласно этому документу, предельный прогиб балки для межэтажных перекрытий не должен превышать 1/250 часть длины пролета.

То есть для балки с длиной 6 м допустимый прогиб составит 24 мм. Если же брать более строгие значения (для штукатурки на потолке и требующих строгой плоскости пола второго этажа напольных покрытий, например, плитки) – 1/350, допустимый прогиб уменьшается до 17 мм.

В целом для вычислений используют формулу f=L/350, при этом длину пролета указывают в миллиметрах.

Таблица 1.1. Допустимый прогиб деревянных конструкций.

Соответственно, при расчете балки на прочность в онлайн-калькуляторе или вручную следует уменьшать сечение только до тех пределов прогиба, которые меньше вычисленного значения.

На иллюстрации выше показана расчетная схема для распределенной нагрузки, то есть такой, которая равномерно распределяется по всей балке. Обычно в жилых помещениях используется именно эта схема. Однако при размещении в комнате мебели или оборудования большого веса, особенно не возле стены (на которую опирается край балки), а на некотором удалении от нее, иногда бывает разумнее использовать схему расчета для сосредоточенной нагрузки.

Вот так примерно создается сосредоточенная нагрузка на балку.

Таблица 1.2. Схемы расчета деревянных балок с одной сосредоточенной нагрузкой.

Здесь и далее Е – модуль упругости древесины Е=100 000 кгс/м2), I – осевой момент инерции балки.

Таблица 1.3. Схемы расчета деревянных балок с двумя сосредоточенными нагрузками.

Таблица 1.4. Расчет балки с двусторонним жестким защемлением при равномерно-распределенной нагрузке.

В зависимости от того, куда именно приложены нагрузки и в каком количестве, используется расчетная схема соответствующего типа.

Для бруса, защемленного в стене только одним концом (консольное крепление), используются другие формулы расчета деревянной балки на прочность. Обычно такие вычисления нужны при проектировании навесов на деревянных балках-опорах, больших вылетов крыши и других подобных случаях.

Таблица 1.5. Расчет консольной балки при одной сосредоточенной нагрузке.

Таблица 1.6. Расчет консольной балки при одной неравномерно-распределенной нагрузке.

Таблица 1.7. Расчет консольной балки при одной равномерно-распределенной нагрузке.

Формулы кажутся громоздкими и сложными, но фактически обычному пользователю при расчете деревянных балок перекрытия важно просто представлять себе характер распределения действующих на балку сил и понимать – чтобы соблюсти условия прочности, необходимо правильно выбрать схему приложения нагрузок

Пример подсчета прогиба

Чтобы понять процесс расчета жесткости балки и ее максимального прогиба, можно использовать простой пример проведения расчетов. Данный расчет проводится для балки с такими характеристиками:

  • материал изготовления – древесина;
  • плотность составляет 600 кг/м3;
  • длина составляет 4 м;
  • сечение материала составляет 150*200 мм;
  • масса перекрывающих элементов составляет 60 кг/м²;
  • максимальная нагрузка конструкции составляет 249 кг/м;
  • упругость материала составляет 100 000 кгс/ м²;
  • J равно 10 кг*м².

Для вычисления максимальной допустимой нагрузки учитывается вес балки, перекрытий и опор. Рекомендуется также учесть вес мебели, приборов, отделки, людей и других тяжелых вещей, который также будут оказывать воздействие на конструкцию. Для расчета потребуются такие данные:

  • вес одного метра балки;
  • вес м2 перекрытия;
  • расстояние, которое оставляется между балками;
  • временная нагрузка;
  • нагрузка от перегородок на перекрытие.

Чтобы упросить расчет данного примера, можно принять массу перекрытия за 60 кг/м², нагрузку на каждое перекрытие за 250 кг/м², нагрузки на перегородки 75 кг/м², а вес метра балки равным 18 кг. При расстоянии между балками в 60 см, коэффициент k будет равен 0,6.

Если подставить все эти значения в формулу, то получится:

q = ( 60 + 250 + 75 ) * 0,6 + 18 = 249 кг/м.

Для расчета изгибающего момента следует воспользоваться формулой f = (5 / 384) * [(qn * L4) / (E * J)] £ .

Подставив в нее данные, получается f = (5 / 384) * [(qn * L4) / (E * J)] = (5 / 384) * [(249 * 44) / (100 000 * 10)] = 0,13020833 * [(249 * 256) / (100 000 * 10)] = 0,13020833 * (6 3744 / 10 000 000) = 0,13020833 * 0,0000063744 = 0,00083 м = 0,83 см.

Именно это и является показателем прогиба при воздействии на балку максимальной нагрузки. Данные расчеты показывают, что при действии на нее максимальной нагрузки, она прогнется на 0,83 см. Если данный показатель меньше 1, то ее использование при указанных нагрузках допускается.

Использование таких вычислений является универсальным способом вычисления жесткости конструкции и величины их прогибания. Самостоятельно вычислить данные величины достаточно легко. Достаточно знать необходимые формулы, а также высчитать величины. Некоторые данные необходимо взять в таблице

При проведении вычислений крайне важно уделять внимание единицам измерения. Если в формуле величина стоит в метрах, то ее нужно перевести в такой вид. Такие простые ошибки могут сделать расчеты бесполезными

Для вычисления жесткости и максимального прогиба балки достаточно знать основные характеристики и размеры материала. Эти данные следует подставить в несколько простых формул

Такие простые ошибки могут сделать расчеты бесполезными. Для вычисления жесткости и максимального прогиба балки достаточно знать основные характеристики и размеры материала. Эти данные следует подставить в несколько простых формул.

Как правильно установить балочные элементы

При возведении здания из кирпича, при выполнении кладки для установки несущих деталей в стенах выполняются проемы для установки концов горизонтальных опор. По принятым правилам величина опоры конца опорной детали должна быть не менее 15 сантиметров. Установка переводов должна быть строго горизонтальной, что контролируется строительным уровнем. При необходимости регулировки положения под ее концы можно устанавливать плашки или регулировочные проставки. Для деревянных перекрытий обязательна установка гидроизоляции из одного или двух слоев рубероида.

Это защитит материал от переувлажнения, сопровождаемого процессами гниения. С этой же целью деревянные детали обрабатываются противобактериальными препаратами. Для снижения горючести применяются противопожарные пропитки. Свободное пространство, образующееся по ходу установки конца опоры, нужно заполнить утепляющими материалами.

Как произвести онлайн расчет

Рассмотрим порядок подсчета при использовании перекрытия из древесины – наиболее популярного материала для индивидуального и малоэтажного строительства. Эти наиболее сложные математические задачи лучше выполнять с использованием калькулятора из интернета с высокой степенью вероятности получения достоверного результата.

Расчет на прогиб (изгиб) – алгоритм расчета

Для выполнения этой операции разработан определенный порядок. Расчет балки на прогиб и изгиб производится следующим образом:

  1. Составляется схема нагружения.
  2. Определяются основные размеры опоры.
  3. Производится вычисление максимально допустимой нагрузки на эту деталь.
  4. При необходимости определяется величина прочности на значение прогибающего момента.
  5. Рассчитывается максимально возможный прогиб опорного элемента при данном нагружении.

При вычислении допустимой нагрузки учитываются следующие показатели:

  • вес метрового образца перекрытия;
  • масса перекрытия в приложении к одному квадратному метру;
  • расстояние между опорными балками в метрах.

Учитывая важность точности результат расчета балки на прогиб / изгиб, лучше воспользоваться онлайн-калькулятором, где учтены все характеристики и особенности конструкции перекрытия. Особо важно выполнение расчета балки на прочность

По получении конечного результата нужно учесть необходимость в определенном запасе прочности перекрытия, регламентированного соответствующими СНиП.

Если максимальная распределенная нагрузка превышает показатели прочности материала опоры, необходимо изменить геометрические параметры опоры и пересчитать по новым данным. Величина прогиба зависит также от материала, из которого она изготовлена. Калькулятором предусмотрена также порода древесины, из которой она изготавливается.

Нужно заметить, что этот вид вычисления относится к наиболее сложным математическим операциям в строительстве и часто неподвластен даже инженерам. Поэтому расчет балки на изгиб лучше выполнять с использованием онлайн-калькулятора. А учитывая, что составители калькуляторов тоже люди, им свойственно ошибаться, лучше перепроверить его дополнительно на разных программах. Только вот оценку результата придется выполнять самому. Для этого нужно, как минимум, владеть методикой построения эпюр нагрузок.

Для страховки конструкторы часто вводят на консолях дополнительные упоры в виде укосин, если это возможно.

Онлайн расчет статически неопределимой балки

Опорное основание такого типа считается таковым в том случае, когда к нему нельзя применить уравнение равновесия. Это возможно при том случае, когда на ферме отсутствуют промежуточные шарниры и имеются шарнирные опоры по концам, один из которых является жестко защемленным, а второй оснащается подвижным шарниром.

Алгоритм онлайн просчета предполагает построение эпюр нагрузок в трех плоскостях и представляет собой сложную математическую задачу. Поэтому имеет смысл воспользоваться специальным онлайн калькулятором из интернета и получить конечный результат без особых затрат времени.

Нужно заметить, что выполнение расчетов такого уровня сложности является частным случаем при проектировании нестандартных строений. Чаще всего используются типовые конструкции, где опорные элементы просчитаны заранее. Кроме того, наличие различного рода строительных онлайн калькуляторов упрощает задачу выполнения расчетов. Их использование оправдано, когда возникают сомнения в правильности выбора материалов.

построение эпюр в балках

Расчетная схема №402109

Новая схема
Получить решение

×

Поскольку эта схема не Ваша, Вы не можете ее редактировать. Для редактирования создайте новую схему.

Подробный ход решения — расчет балки, построение эпюр

Заменим распределенную нагрузку равнодействующей

Q1 = 8·4 = 32кН

Поскольку балка консольная, для вычисления внутренних сил определять реакции опор нет необходимости, если рассматривать отсеченную часть со стороны незакрепленного конца

Записываем уравнения поперечных сил и изгибающих моментов на
участках балки
, используя метод сечений

На участке AB: (0 ≤ z1 ≤ 2 м )

Q(z1) = + RA = + 88 = 88 кН

M(z1) = — MA + RA · z = — 352 + 88 · z

M(0) = -352 кНм

M(2) = -176 кНм

На участке BC: (2 ≤ z2 ≤ 4 м )

Q(z2) = + RA — q1·(z — 2) = + 88 — 8·(z — 2)

Q(2) = 88 кН

Q(4) = 72 кН

M(z2) = — MA + RA · z — q1·(z — 2)2/2 = — 352 + 88 · z — 8·(z — 2)2/2

M(2) = -176 кНм

M(4) = -16 кНм

На участке CD: (4 ≤ z3 ≤ 6 м )

Q(z3) = + RA — P — q1·(z — 2) = + 88 — 56 — 8·(z — 2)

Q(4) = 16 кН

Q(6) = 0 кН

M(z3) = — MA + RA · z — P·(z — 4) — q1·(z — 2)2/2 = — 352 + 88 · z — 56·(z — 4) — 8·(z — 2)2/2

M(4) = -16 кНм

M(6) = 0 кНм

Максимальный момент в балке составляет Mmax = 352 кНм. По этому значению
подбираем сечение балки.

Условие прочности при изгибе σ = MmaxW ≤

Отсюда, минимально необходимый момент сопротивления вычисляем по формуле Wmin=Mmax

Посмотреть примеры

Не получается решить задачу? Есть вопросы? Нужна помощь?
Обратитесь к авторам сайта через

Telegram: sopromat_xyz
WhatsApp: +380936422175

Основные правила выбора и монтажа однопролетных балок

К процессу расчета, выбора и укладки несущих элементов следует подходить со всей ответственностью, так как от этого будет зависеть надежность и долговечность всего перекрытия. За многие столетия существования строительной индустрии выработались некоторые правила конструирования кровельной системы, среди которых стоит отметить следующие:

Длина однопролетных брусьев, их габариты и количество определяются после осуществления измерений пролета, который требуется перекрыть

При этом важно учитывать способ их крепления к стенам здания.
В стены, возведенные из блоков или кирпича, несущие элементы должны углубляться не менее чем на 15 см, если они изготовлены из бруса, и не менее чем на 10 см, если используются доски. В стены из сруба балки должны углубляться минимум на 7 см.
Оптимальная ширина пролета, пригодного для перекрытия с помощью балок из дерева, находится в пределах 250-400 см

При этом максимальная длина брусьев составляет 6 м. Если требуется применить более длинные несущие элементы, то в этом случае рекомендуется устанавливать промежуточные опоры.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector