Как рассчитать металлические столбы для забора

Как рассчитать металлические столбы для забораЗаборные столбы должны выдерживать нагрузки, воздействующие на все ограждение, поэтому к их прочности предъявляются довольно жесткие требования.

Выбор материалов для столбов «на глаз» может привести к разрушению забора и значительным финансовым потерям.

 

Материалы для заборных столбов

Материалы для заборных столбовМатериалами для столбов могут служить кирпич, древесина, железобетон, асбоцементные и деревянные трубы.

  • Кирпичные опоры имеют достаточную прочность, долговечность, привлекательный внешний вид, но требуют сооружения фундаментов значительных размеров, применения качественного кирпича, а их кладка занимает много времени. Все это удорожает строительство и не всегда оправдано.
  • Железобетонные столбы устанавливаются быстро, не подвержены коррозии, но имеют значительный вес и для их монтажа часто требуется подъемно-транспортная техника.
  • Древесина в некоторых районах является самым доступным материалом, легко обрабатывается, прекрасно смотрится в сочетании с деревянным забором и окружающей природой, но подвержена гниению. Для увеличения срока службы деревянные столбы необходимо пропитывать специальными составами.
  • Асбоцементные трубы всем хороши, но плохо переносят механические удары. Вызывает затруднение крепление прожилин к столбам. Пробивать отверстия в опорах не рекомендуется из-за уменьшения несущей способности, а хомуты могут испортить внешний вид забора.
  • Металлические трубы имеют относительно небольшой вес и достаточную прочность. Монтаж столбов и прожилин из металла методом сварки довольно прост и не занимает много времени. Большой выбор металлопроката позволяет подобрать материалы для любых условий, а легкость обработки — изготовить конструкции необходимых размеров на месте монтажа. Металл подвержен коррозии и нуждается в защитных покрытиях.

Нагрузки, воздействующие на столбы

Нагрузки, воздействующие на столбыНа столбы воздействуют нагрузки от собственного веса, веса забора и напора ветров. Опоры легко выдерживают осевые нагрузки, направленные сверху вниз, и плохо — боковые (на изгиб). Поскольку усилия от веса забора являются осевыми, ими можно пренебречь. Обратите внимание, что это утверждение не относится к столбам, на которые консольно навешены ворота или калитка.

Ветровые нагрузки являются боковыми, пытаются согнуть опоры и вывернуть их из земли, а величина усилий бывает довольно значительной. Она зависит от скорости ветра и массы воздуха. В одном кубометре содержится 1,22 кг воздуха. Эта величина зависит от давления, влажности и сильно возрастает при ливнях и снежных бурях. Изменения массы учитываются в формулах введением коэффициента запаса прочности.

Сила, воздействующая на один квадратный метр поверхности забора рассчитывается по формуле:

F=0,61V2/9,8,

где F — сила ветра в кгс, V — скорость воздуха в м/сек, 0,61 — половина удельного веса воздуха, 9,8 — коэффициент для перевода ньютонов в килограммы силы. Подставив в формулу значения скорости можем определить, что при скорости ветра 5 м/сек на квадратный метр забора воздействует сила величиной 1,56 кгс, при 15 м/сек — 14,01 кгс, при 25 м/сек — 38,9 кгс.

Следует знать, что при скорости ветра свыше 25 м/сек объявляется штормовое предупреждение, а ветер со скоростью 30 м/сек считается ураганным.

Рекомендация: Для надежной работы столбов важна не только их прочность, но и надежность крепления к почве. При малом заглублении фундаментов ураганным ветром может вывернуть самые прочные опоры. Поэтому специалисты рекомендуют заглублять опоры в почву на глубину, большую половины высоты пролета.

Расчет металлических столбов на прочность

Расчет металлических столбов на прочностьПеред расчетом столбов необходимо определиться с высотой и длиной пролета. При изменении размеров расчет придется повторить. Для примера рассчитаем столб для пролета длиной 2,5 и высотой 2 метра. Принимаем расчетную скорость ветра равной 25 м/сек. Тогда на столб будет воздействовать сила

F=2х2,5х38,9=194,5 кгс.

Точка приложения силы находится в 1,25 метра над уровнем почвы (половина высоты пролета плюс расстояние от почвы до нижней кромки полотна). Тогда на нулевой отметке на столб будет воздействовать крутящий момент

М = FLk = 194,5 х 1,25 х 1,5 = 364,7 кгс·м,

где k=1,5 — коэффициент запаса прочности, L =1,25 м — длина плеча приложения силы.

Максимально допустимый изгибающий момент трубы должен быть больше действующего на столб крутящего момента. Он рассчитывается по формуле:

М = σW/1000,

где σ — предел текучести металла (для стали 10 равен 20 кгс/кв. мм), W — момент сопротивления сечения (куб. мм), 1000 — коэффициент для пересчета миллиметров в метры.

Момент сопротивления для круглой трубы определяется по формуле:

W=π(D4-d4)/32D,

где n — число пи, равное 3,14, D и d внешний и внутренний диаметры трубы в миллиметрах.

Для квадратной трубы формула следующая:

W=(H4-h4)/6H,

где H и h — внешняя и внутренняя ширина грани сечения.

Расчет металлических столбов на прочностьПоследовательность расчетов следующая:

  • рассчитывают крутящий момент, воздействующий на столб;
  • выбирают трубу и по геометрическим размерам определяют момент сопротивления, затем — максимально допустимый изгибающий момент;
  • если максимальный изгибающий момент намного больше крутящего, повторяют расчет для трубы меньшего диаметра, если наоборот — большего. Расчеты ведутся до выбора оптимального варианта.

Согласно расчетов для выбранного в качестве примера пролета подходит круглая труба с наружным диаметром 89 мм и толщиной стенки 3,5 мм, максимальный момент для которой равен 386 кгс·м, или квадратная труба 60х60 мм с толщиной стенки 3 мм и максимальным моментом 457 кгс·м.

Рекомендация: Форма сечения опор не имеет особого значения для их прочности. Выбирайте металлический профиль исходя из эстетичности, удобства монтажа и экономических соображений.

Заключение

Приведенная методика расчета дает возможность лишь приблизительно оценить пригодность материалов для изготовления столбов, однако при ее использовании исключаются грубые ошибки в проектировании забора. Более точные и всесторонние расчеты требуют знания сопромата в объеме институтского курса.

Pin It

6 комментариев

  1. Хочу использовать в качестве столбов для забора уже бывшие в употреблении стальные трубы диаметром 40 мм. Достаточен ли диаметр для крепления профлистов?

    • Здравствуйте, Дмитрий. К сожалению, трубы диаметром 40 мм, да еще и б\у для столбов не годятся. Для установки забора из профлиста требуются трубы диаметром не менее 57 — 80 мм, с толщиной стенки не менее 2 мм. Можно использовать квадратную трубу схожих размеров. Профлист и сам имеет довольно большой вес, кроме того к тем же трубам крепятся горизонтальные лаги — чаще всего тоже металлические. Забор из профнастила не имеет прозоров, поэтому обладает большой парусностью, что во время сильного ветра может привести к возникновению серьезных ветровых нагрузок. Именно эти обстоятельства являются решающими при подборе сечения столбов. Если метраж имеющейся у Вас трубы на 40 мм достаточный, то можно рискнуть и изготовить столбы из двух спаренных труб, связанных между собой приваренными металлическими накладками. Это делается для того, чтобы трубы воспринимали нагрузку как единая конструкция. Но учтите, что хоть трубы и б\у, они должны быть в хорошем состоянии. Облегчить их «участь» можно также используя для крепления забора деревянные лаги — они легче стальных, но менее долговечны. Но, по совести, лучше все-таки сделать забор из нового материала рекомендуемого диаметра.

  2. В прошлом году делал на даче забор из асбоцементных труб. Данные трубы имели небольшой диаметр, около 60-80 миллиметров снаружи. Но я эти трубы немного модернизировал. Изначально, во время сооружения фундамента, я вставлял по одному пруту арматуры в тех местах, где планировались столбы. На это арматуру я насаживал асбестоцементную трубу. Потом пустоту этих труб я залил бетоном. Получились комбинированные железобетонные столбы, которые покрыты идеально ровной асбестоцементной оболочкой. Это очень крепки столбы. Сосед однажды зацепил угловой столб крылом автомобиля. Столб даже не треснул, а вот крыло ремонту не подлежит.

    • Добрый день, уважаемый Степан. Заборные столбы, получены таким способом, действительно должны быть очень крепкими и надежными. Однако, это очень сложный процесс. Да и по стоимости такие столбы не будут дешевыми. Но если есть время и деньги, то почему бы и нет. Отличная идея. Кстати, в данном случае, для заливки труб бетоном, можно использовать не только асбестоцементные трубы, но и металлические.

  3. Владимир Андреевич 19.03.2018 в 3:01 пп - Ответить

    Здравствуйте. Не рекомендую делать заборные столбы из дерева. Дерево является тем материалом, которые требует максимального ухода. Какой бы краской или лаком не были бы покрыты деревянные столбы, они будут нуждаться в повторной обработке уже через 2-3 года. Лучше всего делать столбы для забора из бетона, кирпича, или бетонных блоков. Данный материал отлично себя зарекомендовал.

    • Здравствуйте, уважаемый Владимир Андреевич. Действительно, деревянные столбы для забора будут нуждаться в постоянном уходе. Бетонные, кирпичные или блочные столбы в таком уходе не нуждаются. Но в сравнении этих материалов необходимо учитывать и стоимость данных материалов. Дерево является самым дешевым материалов, кирпич, железобетон, бетонные блоки – самым дорогим. Если есть финансовая возможность строительства столбов для забора из дорогого материала, это очень хорошо. Но у кого нет такой возможности, будут вынуждены использовать для столбов дерево.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>