Изделия из металлоконструкций, достаточно популярны в современном строительстве. Из них выполняется изготовление несущих элементов быстровозводимых зданий и других важных конструкций, вследствие чего расчёт металлоконструкций должен быть предельно точным. Определение годности к использованию металлоконструкции начинается с выявления марки стали, которая в наибольшей степени отвечает возлагаемым на изделие задачам. Другими словами, если конструкция, является несущей, можно использовать элементы одной марки сплавов, если не несущей, есть возможность использовать варианты с более низкой прочностью.
Расчёт по СНиП
Перед тем как, перейти к расчетам, для начала, нужно определиться, каким образо будет собираться конструкция в последующем, с помощью сварных или болтовых соединений. Исходя из этих данных, останется выбрать тот или иной вид металлопроката. При этом желательно, а в некоторых случаях обязательно необходимо учитывать требования СНиП, поскольку для каждого вида металлоконструкций существуют определенные нормативы.
В большинстве случаев в строительстве используется металлопрокат общего назначения, а именно: тавры и двутавры, трубы различных типов профиля (круг, квадрат, прямоугольник), уголки, швеллеры. Также применяют специальные изделия, получаемые путем проката – двутавровые балки, профильный лист
Классификация проводится по следующим характеристикам: форма, габариты, вес определенной единицы длины, допустимые погрешности размеров и геометрии, и даже способ перевозки. Важно знать, что все металлопрокатные изделия производятся согласно ГОСТ или в редких случаях согласно техническим условиям предприятия. Расчет металлоконструкций относительно экономичности проката выполняется отдельно, для этого существуют специальные формулы, и начнем мы именно с этого этапа.
Расчет металлоконструкций в отношении экономичности
Существует ошибочное мнение, что чем меньше габариты и вес металлопроката, тем выгоднее будет из него конструкция. Понятно, что более тонкие уголки выдержат меньшую нагрузку и это справедливо по отношению к любым материалам из металла. Поэтому основных критериев определения экономичности изделия, будь то двутавр или швеллер, используются довольно много. В частности, обычный и пластический момент сопротивления (соответственно, W и Wп), момент инерции I, радиус инерции i и сопротивление поперечного сечения срезу Cc. Именно по всем этим параметрам определяется наиболее выгодная форма изделия. В большинстве случаев логично использовать такую величину, как удельная площадь профиля в поперечном сечении, которая обозначается как Аw и определяется по формуле: Аw = А/W2/3. А – площадь поперечного сечения профиля, или, иначе, заданное количество материала; W – момент сопротивления, равный единице. Сравнивая различные элементы конструкции, при этом имея показатели N = N1, которые могут выражать любую из характеристик материала (W, Wп, I, I или Cc), мы все равно не всегда получаем идентичные профили. В связи с этим необходимо выполнять расчет металлоконструкций по формуле определения относительной экономичности одного материала относительно другого: Δ = (F/F1 – 1). 100% F и F1 могут означать массу либо стоимость определенной единицы длины или всего металлопрокатного изделия, а также площадь поперечного сечения.
Калькулятор определения нагрузки
На ферму или балку, сразу начинают воздействовать силы изгиба и кручения. Помимо этого, с течением времени добавляются другие нагрузки, которые необходимо предусмотреть, например это может быть: масса снега на кровле, накапливание пыли и грязи на металлических перекрытиях. Однако в первую очередь следует учитывать именно воздействующие силы, и рассчитать их поможет калькулятор металлоконструкций. Рассмотрим наиболее значительные нагрузки, возникающие за счет собственной массы конструкции и других факторов – на изгиб и изгиб с растяжением. Вычислить можно по формулам:
σ = M/W <=[σ] и σ = M/W + F/A <= [σ]
M – изгибающий момент; W – сопротивление изгибу; F – прилагаемая сила (например, масса); А – площадь поперечного сечения конструкции. F
в свою очередь высчитывается по формуле:
F = FQ + FG
FQ – усилие, создаваемое полезной нагрузкой; FG – усилие, возникающее из-за собственной массы. Бывают случаи, когда необходимо заранее предусмотреть допустимую гибкость стержня фермы, в этом случае применяется формула:
λ = l/rmin
l – длина стержня; rmin = (Jmin/A)1/2. Jmin – минимальный момент инерции сечения. Кстати, можно обойтись без вычислений, воспользовавшись таблицей, позволяющей ориентироваться также на коэффициент продольного изгиба φ. Предельные значения нагрузок, равно как и деформаций, указаны в СНиП для каждого возможного типа конструкции.
Расчет стоимости металлоконструкций
Стоимость конструкции складывается не только из цен на материалы, но и с учетом трудоемкости сборки, величины расходов на перевозку металлопроката. Самый же простой способ определения экономичности выбора того или иного горячекатанного профиля – по способу изготовления. Потому что, наиболее доступными и недорогими являются изделия, получаемые путем горячего проката, сортовые и профильные продукты, листовые материалы.
Из этих же изделий в дальнейшем получают путем холодного проката гнутые профили и гофрированные метизы, которые естественно дороже обычных стальных листов. Исключение в отношении дешевизны составляют бесшовные трубы, намного доступнее которых электросварные.
Электросварные трубы изготавливают посредством продолжительного холодного профилирования из листов металла, полученных путем горячего проката. Швы получают с помощью высокочастотных токов, формирующих коронную дугу на конце электрода. Подобным методом производятся не только электросварные трубы, но и замкнутые профили прямоугольных сечений. Последние несколько дороже, если их изготавливают посредством изменения формы гнутосварных труб с круглым поперечным срезом. В расчетах металлоконструкций лучше ориентироваться на белорусские нормы ввиду того, что они имеют достаточно высокие требования и не уступают зарубежным. Помните для корректного проектирования зданий и сооружений из стали нужно обладать навыками сбора нагрузок, расчета усилий, а также определения нормальных и касательных напряжений.
Программы для расчета металлоконструкций
Конечно, в современном строительстве применяются специальные программы, которые смогут помочь провести расчет металлоконструкций, о некоторых из них мы расскажем ниже. Прежде всего стоит сказать, что программы могут быть, как дескопными, так и онлайн версиями, каждая из них по-своему хороша.
- Онлайн-калькулятор «Metalcalc» — достаточно удобный и быстрый ресурс, который быстро определит вес и длину металлопроката. Важно отметить, что расчеты выполняются на основании действующих ГОСТ-ов и отличаются максимальной точностью.
- «Sopromatguru» – это отличная, но, к сожалению, лишь частично бесплатная онлайн версия программы, которая служит для расчёта балок. Здесь можно рассчитать статически определимую систему, определить перемещения в узлах и другие параметры.
- Дескопная программа «Ферма», позволяющая рассчитать плоскую статически определимую ферму и при этом сохранить полученные результаты.
Конечно, это лишь малая часть существующих программ для расчета металлоконструкций, мы лишь хотели показать их существование и кратко описали возможности, при желании всю дополнительную информацию можно найти в интернете.
