Зачастую многие упускают это фактор из вида, полагая: что может случиться с металлической трубой, не сломает же её при сильном ветре? Однако такой подход может сыграть злую шутку. От региона, места застройки (открытая местность, т.е. забор стоит на хорошо продуваемом поле, или ставится в уже застроенном посёлке) во многом зависит, какие нагрузки будет испытывать сплошное полотно забора. Профлист обладает большой парусностью. Если пренебречь расчётом, и подует сильный или штормовой ветер (что в последнее время не редкость в разных регионах), то можно будет увидеть улетевший или сложившийся забор. Поэтому трубу под столбы (её сечение и толщину стенки) выбираем не «на глазок», а на основании расчёта. Для уточнения нагрузок мы провели предварительный расчёт на изгиб столбов при ветровой нагрузке в 30 м/с и высоте листа 1.8 м. На основании этого расчёта, по прочностным нагрузкам прошёл (и то по min) вариант столба из профтрубы сечением 60х60х3мм. Исходя из этого, возникает вопрос – как произвести такой расчёт. Итак, мы планируем поставить сплошной (а значит, непродуваемый) забор из профлиста. Мысленно смоделируем ситуацию, когда в полотно дует сильный ветер. Соответственно, на заборный столб будет воздействовать сила, стремящаяся его согнуть, т.е. изгибающий момент. Если представить, что столб жёстко защемлён с одного конца (тот, который заглублён в землю), то максимальное усилие на изгиб возникнет в месте его выхода из почвы. Для упрощённого расчёта нам надо узнать, с какой силой ветер давит на площадь в 1 кв.м., и труба какого профиля выдержит эту нагрузку. Для этого мы воспользуемся следующей формулой: F = 0.61V2/9.8, где: F - сила в кгс; 0.61 - 1/2 плотности воздуха (в нормальных условиях); V - скорость ветра в м/с. Выполняем расчёт при скорости ветра в 15 м/с: F = 0.61 * 15 * 15/9.8 ≈ 14 кгс на 1 кв.м Воспользовавшись данной формулой, можно самостоятельно рассчитать силу, действующую на 1 кв.м. площади при скорости ветра в 5, 10, 20 и 25 м/с. При этом стоит заметить, что ветер, скорость которого составляет от 20.8 до 24.4 м/с, считается «сильным и штормовым». От 24.5 до 28.4 м/с — «штормовой» или «буря». От 28.5 м/с до 32.6 м/с — «от штормового до ураганного». Поэтому при расчёте берём не минимальное значение для конкретного региона, а, на всякий случай, делаем некоторый запас. Это позволит нам избежать ситуации, при которой, если внезапно случится штормовой ветер (нетипичный для местности, но возможный раз в 10-15 лет), забор ляжет. Идём дальше. Мы планируем построить стандартный забор высотой в 2 м и длиной пролёта в 2.5 м. Примечание: из-за увеличения нагрузки не рекомендуется делать 1 пролёт забора длиной свыше 3 метров. Это приведёт к необходимости увеличения сечения каждого столба из-за повышения нагрузки. Находим площадь 1 секции: S = 2 * 2.5 = 5 кв.м Подставляем значение в формулу: F = 5 * 14 = 70 кгс Находим изгибающий момент, действующий на опору по формуле: М = FLk, где: F - сила в кгс; L – точка приложения нагрузки. Считаем, что она приходится на середину профлиста выстой в 2 м, прибавляем к ней расстояние от земли до нижнего края листа. Например, 0.3 м. Итого: 1 + 0.3 = 1.3 м. к – коэффициент запаса прочности = 1.5. М = 70 * 1.3 * 1.5 = 136.5 кгс·м Теперь нам надо подобрать трубу, которая выдержит данную нагрузку. Для этого воспользуемся формулой, по которой определим максимальный изгибающий момент. М = σW/1000, где: σ – предел текучести материала (кгс/мм2); W – момент сопротивления сечения (мм3); Предел текучести для стали - 20-21 кгс/ мм2. Теперь нам нужно найти осевой момент сопротивления при изгибе – W. Находим его по формулам: W=π (D4-d4)/32D - круглая труба. W=(H4-h4)/6H - квадратная труба. Для примера возьмём круглую трубу внешним диаметром 60 мм, толщиной стенки 2 мм, и квадратную трубу 60 мм, с толщиной стенки 2 мм. Чтобы не считать «вручную» моменты сопротивления изгибу сечения трубы, (W) рассчитаем в специализированном онлайн калькуляторе, подставив в него вышеприведённые значения сечений труб. Итого: Для квадратной трубы W = 8682.0 мм3 Для круглой трубы W = 5114.1 мм3 Подставляем значения в формулу: М = 20 * 8682.0/1000 = 173.64 кгс·м — разрушающий изгибающий момент для квадратной трубы. М = 20 * 5114.1/1000 = 102.28 кгс·м — разрушающий изгибающий момент для круглой трубы. Теперь смотрим, удовлетворяют ли выбранные нами трубы ветровой нагрузке. Как мы ранее высчитали, изгибающий момент в месте выхода столба из земли (М) = 136.5 кгс·м. Сравниваем: Квадратная труба — 173.64 кгс·м > 136.5 кгс·м. Круглая труба — 102.28 < 136.5 кгс·м. Итак, квадратная труба удовлетворяется нагрузке, возникающей при ветре силой 15 м/с, а круглая – нет. Воспользовавшись этим упрощённым алгоритмом расчёта ветровой нагрузки, можно подобрать сечение и профиль трубы в зависимости от условий эксплуатации забора и доступности металлопроката в вашей местности.
Кровля крыш любой сложности в Туле и области
Расчёт ветровой нагрузки, действующей на забор
Зачастую многие упускают это фактор из вида, полагая: что может случиться с металлической трубой, не сломает же её при сильном ветре? Однако такой подход может сыграть злую шутку. От региона, места застройки (открытая местность, т.е. забор стоит на хорошо продуваемом поле, или ставится в уже застроенном посёлке) во многом зависит, какие нагрузки будет испытывать сплошное полотно забора. Профлист обладает большой парусностью. Если пренебречь расчётом, и подует сильный или штормовой ветер (что в последнее время не редкость в разных регионах), то можно будет увидеть улетевший или сложившийся забор. Поэтому трубу под столбы (её сечение и толщину стенки) выбираем не «на глазок», а на основании расчёта.
Для уточнения нагрузок мы провели предварительный расчёт на изгиб столбов при ветровой нагрузке в 30 м/с и высоте листа 1.8 м. На основании этого расчёта, по прочностным нагрузкам прошёл (и то по min) вариант столба из профтрубы сечением 60х60х3мм.
Исходя из этого, возникает вопрос – как произвести такой расчёт. Итак, мы планируем поставить сплошной (а значит, непродуваемый) забор из профлиста. Мысленно смоделируем ситуацию, когда в полотно дует сильный ветер. Соответственно, на заборный столб будет воздействовать сила, стремящаяся его согнуть, т.е. изгибающий момент. Если представить, что столб жёстко защемлён с одного конца (тот, который заглублён в землю), то максимальное усилие на изгиб возникнет в месте его выхода из почвы. Для упрощённого расчёта нам надо узнать, с какой силой ветер давит на площадь в 1 кв.м., и труба какого профиля выдержит эту нагрузку.
Для этого мы воспользуемся следующей формулой:
F = 0.61V2/9.8,
где:
F - сила в кгс;
0.61 - 1/2 плотности воздуха (в нормальных условиях);
V - скорость ветра в м/с.
Выполняем расчёт при скорости ветра в 15 м/с:
F = 0.61 * 15 * 15/9.8 ≈ 14 кгс на 1 кв.м
Воспользовавшись данной формулой, можно самостоятельно рассчитать силу, действующую на 1 кв.м. площади при скорости ветра в 5, 10, 20 и 25 м/с. При этом стоит заметить, что ветер, скорость которого составляет от 20.8 до 24.4 м/с, считается «сильным и штормовым». От 24.5 до 28.4 м/с — «штормовой» или «буря». От 28.5 м/с до 32.6 м/с — «от штормового до ураганного».
Поэтому при расчёте берём не минимальное значение для конкретного региона, а, на всякий случай, делаем некоторый запас.
Это позволит нам избежать ситуации, при которой, если внезапно случится штормовой ветер (нетипичный для местности, но возможный раз в 10-15 лет), забор ляжет.
Идём дальше. Мы планируем построить стандартный забор высотой в 2 м и длиной пролёта в 2.5 м. Примечание: из-за увеличения нагрузки не рекомендуется делать 1 пролёт забора длиной свыше 3 метров. Это приведёт к необходимости увеличения сечения каждого столба из-за повышения нагрузки.
Находим площадь 1 секции:
S = 2 * 2.5 = 5 кв.м
Подставляем значение в формулу:
F = 5 * 14 = 70 кгс
Находим изгибающий момент, действующий на опору по формуле:
М = FLk,
где:
F - сила в кгс;
L – точка приложения нагрузки. Считаем, что она приходится на середину профлиста выстой в 2 м, прибавляем к ней расстояние от земли до нижнего края листа. Например, 0.3 м. Итого: 1 + 0.3 = 1.3 м.
к – коэффициент запаса прочности = 1.5.
М = 70 * 1.3 * 1.5 = 136.5 кгс·м
Теперь нам надо подобрать трубу, которая выдержит данную нагрузку.
Для этого воспользуемся формулой, по которой определим максимальный изгибающий момент.
М = σW/1000,
где:
σ – предел текучести материала (кгс/мм2);
W – момент сопротивления сечения (мм3);
Предел текучести для стали - 20-21 кгс/ мм2.
Теперь нам нужно найти осевой момент сопротивления при изгибе – W.
Находим его по формулам:
W=π (D4-d4)/32D - круглая труба.
W=(H4-h4)/6H - квадратная труба.
Для примера возьмём круглую трубу внешним диаметром 60 мм, толщиной стенки 2 мм, и квадратную трубу 60 мм, с толщиной стенки 2 мм. Чтобы не считать «вручную» моменты сопротивления изгибу сечения трубы, (W) рассчитаем в специализированном онлайн калькуляторе, подставив в него вышеприведённые значения сечений труб.
Итого:
Для квадратной трубы W = 8682.0 мм3
Для круглой трубы W = 5114.1 мм3
Подставляем значения в формулу:
М = 20 * 8682.0/1000 = 173.64 кгс·м — разрушающий изгибающий момент для квадратной трубы.
М = 20 * 5114.1/1000 = 102.28 кгс·м — разрушающий изгибающий момент для круглой трубы.
Теперь смотрим, удовлетворяют ли выбранные нами трубы ветровой нагрузке.
Как мы ранее высчитали, изгибающий момент в месте выхода столба из земли (М) = 136.5 кгс·м.
Сравниваем:
Квадратная труба — 173.64 кгс·м > 136.5 кгс·м.
Круглая труба — 102.28 < 136.5 кгс·м.
Итак, квадратная труба удовлетворяется нагрузке, возникающей при ветре силой 15 м/с, а круглая – нет. Воспользовавшись этим упрощённым алгоритмом расчёта ветровой нагрузки, можно подобрать сечение и профиль трубы в зависимости от условий эксплуатации забора и доступности металлопроката в вашей местности.