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

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>