Расчет стоек. Порядок выполнения расчета на устойчивость Расчет г образной стойки

Расчет нагрузок

Расчет нагрузки на столбы выполняется с учетом всех статических и динамических воздействий. К постоянным воздействиям относится суммарный вес:

• опоры;
• арматуры;
• консолей;
• фланцевых оснований;
• светильников;
• проводов.

Расчеты выполняются с коэффициентами, разработанными для различных конфигураций стоек, консолей и светильников.

Также учитывается нарастание нагрузок, вызванных порывами ветра в соответствии со СНиП 2.01.07-85. Данные берутся из справочной таблицы для ветровых районов.

Составление расчетной схемы балки

Для того чтобы составить расчетную схему, не требуется больших знаний. Для этого достаточно знать размер и форму поперечного сечения элемента, пролет между опорами и способ опирания. Пролетом является расстояние между двумя опорами. К примеру, вы используете балки как опорные брусья перекрытия для несущих стен дома, между которыми 4 м, то величина пролета будет равна 4 м.

Вычисляя прогиб деревянной балки, их считают свободно опертыми элементами конструкции. В случае балки перекрытия для расчета принимается схема с нагрузкой, которая распределена равномерно. Обозначается она символом q. Если же нагрузка несет сосредоточенный характер, то берется схема с сосредоточенной нагрузкой, обозначаемой F. Величина этой нагрузки равна весу, который будет оказывать давление на конструкцию.

Расчет высоты опор освещения

Стандартная высота столбов освещения варьируется от 4 до 12 метров. Ее расчет выполняется в соответствии с «Правилами устройства электроустановок».

1. Высота установки светильников над проезжей частью должна быть не менее 6,5 м. В этом случае применяются конструкции с консольным выносом, устанавливаемые на силовых опорах. При обслуживании фонарей с оборудованной телескопической вышки допускается размещение светильников выше или ниже высоковольтной линии с их удалением по горизонтали не менее 0,6 м. Если используются иные методы техобслуживания, то фонари монтируются ниже ВЛ с удалением по вертикали от 0,2 м и горизонтали от 0,4 м. Надземная высота опоры при этом будет составлять 8-9 метров.
2. Высота установки светильников над пешеходными зонами должна быть от 3 м. В парковых зонах часто используются конструкции торшерного типа. Они имеют привлекательный дизайн и мягко рассеивают свет во все стороны.
3. Минимальная высота опор декоративного освещения сооружений, газонов и т.д. стандартами не регламентируется.
4. Установка фонарей ниже уровня земли допускается при организации дренажной или другой системы водоотвода.

Важно! Наибольшей устойчивостью к температурным перепадам обладают металлические опорные конструкции. Их можно использовать во всех климатических зонах.

Коэффициенты φ продольного изгиба центрально-сжатых стальных элементов

Расчет опоры освещения на устойчивость

Под опору устраивается бетонный фундамент. Размер основания рассчитывается с учетом несущей способности грунта. Если таких данных не имеется, то принимается расчетная единица прочности на сжатие равная 150 Н/м2, соответствующая почве максимальной плотности.

Глубина закладки фундамента определяется в зависимости от высоты столба. Основание имеет квадратное сечение для обеспечения равномерного распределения нагрузок во всех направлениях.

Стойка бетонируется с определенным заглублением, либо производится ее фиксация к фундаменту посредством закладных элементов. При этом важно установить столб строго вертикально. Максимальные отклонения от вертикали регламентируются нормативами.

Расчет опоры освещения на устойчивость проводится с проведением опытных испытаний. При этом выполняется проверка на изгиб, кручение, опрокидывание под воздействием динамических сил.

Модификации опор создаются для эксплуатации в различных условиях. Важно, чтобы их технические параметры соответствовали рекомендациям строительных нормативов, геологическим и климатическим особенностям местности.

Характеристики освещения

Начнем с того, что свет, который воспринимает человеческий глаз, находится на длине волны 380-780 нм. Существует восемь основных светотехнических характеристик, позволяющих описать освещение:

1. Световой поток — оптическое излучение, которое мы и называем светом. Измеряется в люменах и в формулах ниже будет обозначаться латинской буквой F. Чем выше значение светового потока, тем ярче будет освещение (при условии, что остальные характеристики равны).
2. Сила света представляет собой плотность светового потока в текущем пространстве относительно оси телесного угла. Обозначается буквой I, измеряется в канделах.
3. Телесный угол — W. Речь идет об определенном пространстве, расположенном внутри конической поверхности. Единица измерения — стерадианы.
4. Освещенность – числовое значение плотности потока света. Измеряется в люксах, обозначается буквой E.
5. Яркость — поверхностная плотность силы света. Для измерения используется соотношение кандел на квадратном метре, для обозначения — L.
6. Ослепленность — P, определяющая возможность прибора создать слепящий эффект.
7. Коэффициент пульсации — измеряется в процентах, используется для оценки глубины колебаний осветительного прибора. Обозначается буквой K.
8. Критерий дискомфорта — M. Позволяет оценить дискомфортную блескость, потенциально вызывающую резь в глазах в случае неравномерного распределения фонарей в области зрения человека.

Метод начальных параметров

Метод начальных параметров, является довольно универсальным и простым методом. Используя этот метод можно записывать формулу для вычисления прогиба и угла поворота любого сечения балки постоянной жесткости (с одинаковым поперечным сечением по длине.)

Под начальными параметрами понимаются уже известные перемещения:

• в опорах прогибы равны нулю;
• в жесткой заделке прогиб и угол поворота сечения равен нулю.

Учитывая эти хитрости, их называют еще граничными условиями, определяются перемещения в других частях балки.

Расчет внецентренно-сжатой колонны.

Тут конечно же возникает вопрос: а как рассчитать остальные колонны, ведь нагрузка к ним будет приложена скорее всего не по центру сечения? Ответ на этот вопрос сильно зависит от способа крепления навеса к колоннам. Если балки навеса будут жестко крепиться к колоннам, то при этом будет образована достаточно сложная статически неопределимая рама и тогда колонны следует рассматривать как часть этой рамы и рассчитывать сечение колонн дополнительно на действие поперечного изгибающего момента, мы же далее рассмотрим ситуацию когда колонны, показанные на рисунке 1, соединены с навесом шарнирно (колонну, обозначенную красным цветом, мы больше не рассматриваем). Например оголовок колонн имеет опорную площадку — металлическую пластину с отверстиями для болтового крепления балок навеса. По разным причинам нагрузка на такие колонны может передаваться с достаточно большим эксцентриситетом:

Рисунок 2. Эксцентриситет приложения сосредоточенной нагрузки к колонне из-за прогиба балки навеса.

Балка, показанная на рисунке 2, бежевым цветом, под воздействием нагрузки немного прогнется (почему это произойдет, обсуждается отдельно) и это приведет к тому, что нагрузка на колонну будет передаваться не по центру тяжести сечения колонны, а с эксцентриситетом е и при расчете крайних колонн этот эксцентриситет нужно учитывать. Более точное определение эксцентриситетов зависит от жесткости колонны и балки, но мы в данном случае не будем учитывать жесткости и для надежности примем максимально неблагоприятное значение эксцентриситета. Случаев внецентренного нагружения колонн и возможных поперечных сечений колонн существует великое множество, описываемое соответствующими формулами для расчета. В нашем случае для проверки сечения внецентренно-сжатой колонны мы воспользуемся одной из самых простых:

(N/φF) + (Mz/Wz) ≤ Ry (3.1)

Т.е. предполагается, что внецентренное нагружение имеется только относительно одной оси.

В данном случае, когда сечение самой нагруженной колонны мы уже определили, нам достаточно проверить, подходит ли такое сечение для остальных колонн по той причине, что задачи строить сталелитейный завод у нас нет, а мы просто рассчитываем колонны для навеса, которые будут все одинакового сечения из соображений унификации.

Что такое N, φ и Ry мы уже знаем.

Формула (3.1) после простейших преобразований, примет следующий вид:

F = (N/Ry)(1/φ + ez·F/Wz) (3.2)

так как максимально возможное значение изгибающего момента Мz = N·ez, почему значение момента именно такое и что такое момент сопротивления W, достаточно подробно объясняется в отдельной статье.

Сосредоточенная нагрузка N на колонны, обозначенные на рисунке 1 синим и зеленым цветом, составит 1500 кг. Проверяем требуемое сечение при такой нагрузке и ранее определенном φ = 0.425

F = (1500/2050)(1/0.425 + 2.5·3.74/5.66) = 0.7317·(2.353 + 1.652) = 2.93 см2

Кроме того, формула (3.2) позволяет определить максимальный эксцентриситет, который выдержит уже рассчитанная колонна, в данном случае максимальный эксцентриситет составит 4.17 см.

Требуемое сечение 2.93 см2 меньше принятого 3.74 см2, а потому квадратную профильную трубу с размерами поперечного сечения 50х50 мм с толщиной стенки 2 мм можно использовать и для крайних колонн.

Примечание: Вообще-то изгибающий момент от эксцентриситета в наиболее опасном сечении, расположенном примерно посредине высоты колонны, будет в 2 раза меньше, соответственно и требуемая площадь сечения тоже будет немного меньше. Но как я уже говорил, при выполнении расчета не специалистом дополнительный запас по прочности никогда не помешает. К тому же в данном случае мы все равно принимаем большую площадь сечения из конструктивно-эстетических соображений.

Расчеты и типовые решения

Чтобы избежать трудоемких вычислений, которые без знания физики и использования калькулятора могут содержать в результате ошибки, рекомендуем использовать типовые решения с минимальной нагрузкой на колонну. Также получить желаемое помогут надежные подвижные шарнирные соединения, для крепления под наклоном и распределения углового момента. В этом случае важно рассчитать, сколько выдержит такая опора.

Такой подход позволяет рассчитать различную мебель со стальными опорами, крепления в шкафу, при этом быть уверенными в их надежности и долговечности. Регулировка обычно позволяет надежно укрепить конструкцию. Выбирайте качественную сталь от зарекомендовавшего себя российского производителя, так можно избежать покупки продукции низкого качества.

Двутавровая балка

Обратите внимание на то, что балки из двутавра применяются несколько реже в силу их формы. Однако также не стоит забывать, что такой элемент конструкции выдерживает гораздо большие нагрузки, чем уголок или швеллер, альтернативой которых может стать двутавровая балка.

Расчет прогиба двутавровой балки стоит производить в том случае, если вы собираетесь использовать ее в качестве мощного элемента конструкции.

Также обращаем ваше внимание на то, что не для всех типов балок из двутавра можно производить расчет прогиба. В каких же случаях разрешено рассчитать прогиб двутавровой балки? Всего таких случаев 6, которые соответствуют шести типам двутавровых балок. Эти типы следующие:

• Балка однопролетного типа с равномерно распределенной нагрузкой.
• Консоль с жесткой заделкой на одном конце и равномерно распределенной нагрузкой.
• Балка из одного пролета с консолью с одной стороны, к которой прикладывается равномерно распределенная нагрузка.
• Однопролетная балка с шарнирным типом опирания с сосредоточенной силой.
• Однопролетная шарнирно опертая балка с двумя сосредоточенными силами.
• Консоль с жесткой заделкой и сосредоточенной силой.

Металлические балки

Расчет максимального прогиба одинаковый, будь это стальная балка или же элемент из другого материала. Главное — помнить о тех величинах, которые специфические и постоянные, как к примеру модуль упругости материала. При работе с металлическими балками, важно помнить, что они могут быть изготовлены из стали или же из двутавра.

Прогиб металлической балки, изготовленной из стали, вычисляется с учетом, что константа Е в данном случае составляет 2·105Мпа. Все остальные элементы, вроде момента инерции, вычисляются по алгоритмам, описанным выше.

Момент инерции

Геометрическая характеристика, которая получила название момент инерции, важна при проведении расчетов на прогиб балки. Формула позволяет вычислить эту величину, мы приведем ее немного ниже.

При вычислении момента инерции нужно обращать внимание на то, что размер этой характеристики зависит от того, какова ориентация элемента в пространстве. При этом наблюдается обратно пропорциональная зависимость между моментом инерции и величиной прогиба. Чем меньше значение момента инерции, тем больше будет значение прогиба и наоборот. Эту зависимость достаточно легко отследить на практике. Каждый человек знает, что доска, положенная на ребро, прогибается гораздо меньше, чем аналогичная доска, находящаяся в нормальном положении.

Подсчет момента инерции для балки с прямоугольным сечением производится по формуле: