Все о нагрузке на швеллер

Швеллер – популярный вид проката, который активно используют в строительстве. Отличием профиля от других вариаций сортамента металла является особая форма поперечного сечения в виде буквы П. Средняя толщина стенки готового изделия лежит в пределах от 0,4 до 1,5 см, а высота способна достигать отметки в 5–40 см.

Ключевая задача швеллера – восприятие нагрузок с последующим их распределением с целью обеспечения устойчивости и долговечности конструкции, в составе которой он используется. В процессе эксплуатации одним из распространенных видов деформаций выступает прогиб, именно его чаще всего испытывает профиль. Однако это не единственный вид механического воздействия, с которым сталкивается стальной элемент.

Среди других нагрузок – допустимый и критический изгибы. При первом происходит пластическая деформация изделия с последующим разрушением. При проектировании металлических каркасов инженеры проводят специальные расчеты, в которых определяют несущую способность здания, конструкции и элемента в отдельности, что позволяет подобрать оптимальное поперечное сечение. Для успешного проведения вычислений проектировщики пользуются следующими данными:

• нормативная нагрузка, которая приходится на элемент;
• тип швеллера;
• длина перекрываемого элементом пролета;
• число швеллеров, которые выкладывают рядом друг с другом;
• модуль упругости;
• типоразмеры.

Швеллер – один из востребованных типов металлического проката, который используют для возведения стальных каркасов различных зданий и сооружений. Материал в основном работает на растяжение или прогиб. Производители выпускают разные профили с измененными размерами поперечных сечений и марками стали, что отражается на несущей способности элементов. Другими словами, вид проката определяет, какую нагрузку он способен выдержать, и для швеллеров 10, 12, 20, 14, 16, 18 и других вариаций значение максимального нагружения будет разным.

Наиболее востребованными считаются следующие марки швеллеров от 8 до 20, демонстрирующие максимальную несущую нагрузочную способность благодаря эффективной конфигурации поперечного сечения. Элементы делят на две группы: П – с параллельными гранями, У – с уклоном полок. Геометрические параметры марок, вне зависимости от группы, совпадают, разница кроется только в угле наклона граней и радиусе их закругления.

Используется в основном для укрепления стальных конструкций, которые находятся внутри здания или сооружения. Для производства таких элементов применяют стали спокойные или полуспокойные углеродистые, которые обеспечивают высокую свариваемость швеллеров. Запас прочности у изделия небольшой, поэтому он хорошо держит нагрузки и не деформируется.

Отличается повышенным запасом прочности благодаря улучшенному сечению, поэтому выбор проектировщики часто останавливают на нем. Востребован как в строительстве, так и в машиностроительной и станкостроительной сферах.

Горизонтальная укладка швеллера приводит к необходимости расчета нагрузок. Прежде всего нужно начать с расчетного чертежа. В сопромате при формировании схемы нагрузок выделяют следующие виды балок.

• Однопролетная с опиранием на шарниры. Самая простая схема, в которой нагрузки распределяются равномерно. В качестве примера можно выделить профиль, который используют при устройстве межэтажных перекрытий.
• Консольная балка. Отличается от предыдущей жёстко закрепленным концом, положение которого не меняется вне зависимости от типов нагружения. В этом случае нагрузки тоже распределяются равномерно. Обычно такие виды крепления балок используют для устройства козырьков.
• Шарнирно опертая с консолью. В этом случае шарниры находятся не под концами балки, а на определенных расстояниях, что приводит к неравномерному распределению нагрузки.

Также отдельно рассматривают схемы балок с теми же вариантами опираний, в которых учитываются сосредоточенные нагрузки на метр. Когда будет сформирована схема, необходимо изучить сортамент, в котором приведены основные параметры элемента.

Третий шаг подразумевает сбор нагрузок. Выделяют два типа нагружения.

• Временное. Дополнительно делят на кратковременные и длительные. Первые включают ветровые и снеговые нагрузки, вес людей. Вторая категория подразумевает воздействие временных перегородок или слоя воды.
• Постоянное. Здесь необходимо учитывать вес самого элемента и конструкций, которые на него опираются в каркасе или узле.
• Особые. Представляют нагрузки, которые возникают в непредвиденных ситуациях. Это может быть воздействие взрыва или сейсмическая активность района.

Когда все параметры будут определены, а схема составлена, можно приступать к расчету с применением математических формул из СП металлических конструкций. Рассчитать швеллер – значит, проверить его на прочность, прогиб и другие условия. При невыполнении их сечение элемента увеличивают, если конструкция не проходит, или уменьшают, если остается большой запас.

Проектирование межэтажных или кровельных перекрытий, несущих металлоконструкций требует, помимо основного расчета нагрузки, проведение дополнительных вычислений по определению жесткости изделия. Согласно условиям СП величина прогиба не должна превышать допустимых значений, указанных в таблице нормативного документа в соответствии с маркой швеллера.

Проверка жёсткости является обязательным условием при проектировании. Перечисли этапы расчета.

• Сначала собирают распределенную нагрузку, которая действует на швеллер.
• Далее из сортамента берут момент инерции швеллера выбранной марки.
• Третий этап подразумевает определение величины относительного прогиба изделия с помощью формулы: f/L = М∙L/ (10∙Е∙Ix) ≤[f/L]. Ее тоже можно найти в СП металлических конструкций.
• Затем вычисляют момент сопротивления швеллера. Это изгибающий момент, который определяется по формуле: М = q∙L2/8.
• Последний пункт – определение относительного прогиба по формуле: f/L.

Когда все вычисления будут проведены, останется сравнить полученный прогиб с нормативным значением согласно соответствующему СП. Если условие выполняется, выбранная марка швеллера считается актуальной. В обратном случае, если значение сильно выше, подбирают больший профиль.