Расчет фундамента забора ветровой нагрузки

Забор из профнастила: расчет ветровой нагрузки

Забор из профлиста — один из самых популярных видов забора в нашей стране. Это защита и от посторонних глаз, и от ветра и пыли. Ограждение хорошо и тем, что его установка довольна проста: забор можно не только заказать у профессионалов, но и смонтировать самостоятельно.

Стоит учесть, что при самостоятельной установке забора из профнастила могут возникать ошибки: из-за перепадов температур столбы могут “вылезти”, испортив форму забора, а при сильных порывах ветер может сорвать профлист, или даже повалить сам забор. Поэтому нужно тщательно подготовиться перед тем, как ставить забор: рассчитать ветровые нагрузки, правильно подобрать материалы.

Выбрать качественный лист профнастила (профильный), хорошей толщины, с надежной покраской не составит труда. А вот чтобы не ошибиться с выбором опор для забора нужно взять в руки калькулятор.

Ветронагрузка

Ветронагрузка — один из основных факторов при выборе материала для забора. Забор из профлиста обладает большой парусностью — ведь полотно забора сплошное. При сильном ветре (при неправильном выборе материалов) — забор будет испорчен.

Чтобы этого не случилось, толщину трубы и её сечение следует подбирать на основании расчетов. При этом расчет для каждого забора — индивидуален. Зависит он от региона, где происходит строительство, и от конкретного места (открытый участок или закрытое пространство).

Расчет ветровых нагрузок

Представим, что происходит, когда в полотно забора направлен сильный ветер. На столб действует сила, которая будет его сгибать (изгибающий момент). Столб с одного конца зафиксирован в земле, и максимальное усилие будет возникать именно там, где он входит в грунт.

Для упрощенного расчета (с использованием онлайн калькулятора) мы должны посчитать, с какой силой происходит давление на площадь в 1 м2. После этого мы поймем какой профиль трубы нужен, чтобы эту нагрузку выдержать.

F = 0,61*V2/9,8

0,61 — 1/2 плотности воздуха (в нормальных условиях);

V — скорость ветра в м/с.

Для того, чтобы узнать скорость ветра в вашей местности, необходимо запросить данные у местной метеостанции. Для примера выполним расчет при скорости ветра в 15 м/с:

F = 0,61*15*15/9,8≈14 кгс на 1 м2

Воспользовавшись данной формулой, можно самостоятельно рассчитать силу, действующую на 1 м2 площади забора при различной скорости ветра. При расчете делаем запас, чтобы, в случае возникновения нетипично сильного ветра для выбранного района, забор выдержал нагрузку.

Сильным считается ветер, скорость которого от 20,8 до 24,4 м/с. Штормовой ветер или “буря” начинается от 24,5 до 28,4 м/с. Ураганный ветер развивает скорость от 28,5 м/с до 32,6 м/с.

Сразу посчитаем силу ветра действующую на одну опору. В расчет мы возьмем забор высотой 2 м и длиной пролёта 2,5 м. Лучше не делать один пролет забора длиной более трех метров, так как нагрузка в этом случае повышается и нужно будет увеличивать сечение каждого столба. Таким образом площадь одной секции забора будет:

Вычислим силу действующую на один лист забора:

F = 5 * 14 = 70 кгс

Далее необходимо найти изгибающий момент, действующий на опору, по формуле:

М = F*L*k,

k – коэффициент запаса прочности (1,5);

L – точка приложения нагрузки. Считаем, что она приходится на середину профлиста высотой в 2 м, прибавляем к ней расстояние от земли до нижнего края листа: 0,3 м. Итого: 1 м + 0,3 м = 1,3 м.

М = 70*1,3*1,5 = 136,5 кгс·м

Расчет сечения трубы для забора из профнастила

Получив данные о нагрузке, переходим к выбору опорных труб.

Для этого пользуемся формулой, по которой определяем максимальный изгибающий момент:

М = σW/1000,

σ – предел текучести материала, кгс/мм2 (для стали — 20 — 21 кгс/мм2);

W – момент сопротивления сечения (мм3). Он определяется по формулам:

• W= π*(D4-d4)/32D — для круглой трубы,
• W=(H4-h4)/6H — для квадратной трубы.

Для сравнения возьмем круглую трубу с наружным диаметром 60 мм, толщиной стенки 2 мм, и квадратную трубу 60 мм, с толщиной стенки 2 мм. Чтобы не считать вручную моменты сопротивления изгибу (W) делаем онлайн расчет ветровой нагрузки забора в любом онлайн калькуляторе, подставляя в него вышеприведенные значения сечений труб.

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.

Квадратная труба — 173,64 кгс·м > 136,5 кгс·м.

Круглая труба — 102,28

Другие статьи

Одним из самых эффективных и широко применяющихся методов резки по металлу является плазма. Она хорошо справляется с листами металла большой толщины, не уступая по качеству обработки.

Стальной профиль для гипсокартона при своей небольшой массе способен выдерживать большие нагрузки, поэтому перегородки из него мало уступают по надежности кирпичным или пеноблочным.

Решили установить забор, и ваш выбор – металлический штакетник? Для начала определитесь с параметрами будущего ограждения.

Источник

Подбор столбов для установки забора из профлиста: калькуляция и основания для выбора

Что нужно учесть

Вместе с тем, мы с вами не раз наблюдали на соседних участках, когда весной грунт оттаивает, птички поют, а столбы завалены, листы погнуты, да и калитка просела. В чем же причина? Думается, виной здесь принцип «лишь бы как» или «все равно лучше, чем было». Такая халатность непременно обернется дополнительными затратами времени и денежных средств. Поэтому сперва оцениваем условия эксплуатации, а только потом проектируем конструкцию:

1. Исследовать характер грунта: степень пучинистости, толщина слоя чернозема, наличие глины, уровень залегания песка и грунтовых вод. Это важно для правильного выбора метода установки столбов: бетонирование, бутование щебнем и песком или ленточный фундамент .
2. Учесть месторасположение участка и возможные ветровые нагрузки. Факторы напрямую влияют на выбор размер профиля металлического столба, а в итоге на стоимость всей ограды из профнастила. Например, в одних условиях можно обойтись трубой сечением 60х60х3 мм, а в другом случае сильные порывы ветра запросто положат такие опоры.

Подсчет ветровой нагрузки при строительстве сплошных заборов из профлиста

Почему-то большинство из нас упускают этот фактор, будучи уверенными, что с металлической трубой ничего не случится. Не исключено, что такой подход обернется неприятностями, ведь парусность сплошного заборного полотна довольно велика. Если «забить» на расчеты, то после штормового ветра можно увидеть сложившуюся ограду, а то и вовсе не найти ее – улетит. Поэтому выбирайте трубу для столбиков только после проведения вычислений.

Итак, мы собрались ставить сплошной непродуваемый забор из профилированного листа: узнали прошлые погодные отчеты местной метеостанции и приступаем к вычислению ветровых нагрузок применимо к заборной стойке.

Моделируем ситуацию

Условно допускаем ситуацию, когда сильные порывы ветра дуют в полотно. Что имеем в итоге: на столб действует сила, которая будет пытаться его согнуть, так называемый изгибающий момент. Максимальное усилие на изгиб будет сконцентрировано в месте выхода трубы из земли, где она жестко закреплена. На определении максимально допустимого изгибающего момента, действующего на металлические столбы забора из профлиста, основаны все последующие расчеты.

В рамках статьи не имеет смысла рассматривать расчет столба на устойчивость в плане нарушения его геометрии. Во-первых, такие вычисления весьма сложны, а во-вторых, в практике нет случаев разрушения оград по причине потери столбами устойчивости.

Определение силы ветра

Этот показатель находится в прямой зависимости от температуры, скорости ветра и атмосферного давления. Плотность воздуха (его масса в 1м³) также важна, в нормальных условиях она равна 1,22 кг/м³. Помимо всего учитываем следующие факторы:

• Когда давление увеличивается, а температура снижается, плотность субстанции возрастает, и наоборот. Из этого вытекает, что летом при низком давлении ветровые нагрузки меньше, чем зимой при повышенном.
• Плотность среды увеличивается, если бушует снежная или песчаная буря, ливень. В расчетах это учитывается коэффициентом, выражающим запас прочности.
• Сила ветра – основное обстоятельство, от которого зависит нагрузка на забор. Сила ветра пропорциональна квадрату его скорости.

Для вычисления ветровой силы, действующей на квадратный метр площади, воспользуемся упрощенной формулой:

F=0.61V2/9,8

• F – сила, выражена в кгс.
• V – скорость в м/с.
• 0,61 – половина плотности воздуха в нормальных условиях.
• 9,8 – ускорение свободного падения g.

В таблице указана сила ветра, действующая на квадрат площади забора, для разных скоростей:

Здесь не помешает отметить, что в средней полосе России ветры со скоростью 25 м/с бывают довольно редко – раз в 5-10 лет, но все же бывают. Поэтому не будем сбрасывать этот факт со счетов, ведь мы собрались поставить забор из профлиста не на один десяток лет. Для справки, согласно нормам, принятым Всемирной метеоорганизацией, штормовым ветром считается скорость от 20,8 до 24,4 м/с.

Заборный столб: расчет на прочность

Берем за базу типовый забор с пролетом в 2 метра и высотой тоже 2 метра. На один столб такого пролета приходится ветровая нагрузка величиной:

F = 2 х 2 х 38,9 = 155,6 кгc

Определяем точку воздействия нагрузки (L) посередине профлиста – 1 м, а расстояние от уровня земли до нижней кромки листа – 25 см. В итоге сила ветра формирует изгибающий момент в районе выхода столба из почвы, где образуется максимально нагруженное сечение:

М = FLk
М = 155,6 х 1,25 х 1,5 = 291,75 кгс•м

• k – коэффициент запаса прочности, в данном случае он равен 1,5.

Выбираем типоразмер трубы для монтажа забора из профлиста

Нужно подобрать такую трубу, чтобы ее прочность на изгиб перекрывала момент, равный 291,75 кгс•м. Для этого осталось вычислить максимальный изгибающий момент балки:

М = σW/1000

• σ — Предел текучести материала (кгс/мм2), для стали Ст1пс и Ст10 (материал труб стандартного качества) составляет 20-21 кгс/мм2.
• W – момент сопротивления сечения (мм3).
• 1000 – цифра для перевода измерений из миллиметров в метры.

Момент осевого сопротивления при изгибе

Для круглой трубы

W=π(D4-d4)/32D

На основании несложных вычислений получаем разрушающие моменты для существующих типов труб круглого сечения.

Внешний диаметр трубы, мм

Разрушающий
момент, кгс·м

102,28

145,85

205,41

241,62

276,31

309,53

337,19

386,74

434,52

Для квадратной трубы

W=(H4-h4)/6H

Разрушающие изгибающие моменты труб квадратного сечения:

Наружный размер трубы, мм

Разрушающий момент, кгс·м

211,63

281,64

457,23

586,92

Что имеем?

Глядя на таблицы, можно определить, что для установки забора из профнастила с шагом и высотой по два метра, подойдет квадратная труба, начиная с размера 60х4 мм, или круглая – начиная с 76х4 мм. Все рекомендуемые типоразмеры выделены зеленым цветом. Чем шире пролеты и выше ограждение, тем прочнее должна быть опора.

Дизайнерско-эстетические предпочтения не должны быть основополагающими при выборе круглой или квадратной трубы. Не стоит забывать и ряд инженерно-экономических критериев.

Круглый или квадратный?

Вы не ошибетесь, если скажете, что квадратный профиль имеет большую прочность на изгиб. У нее момент сопротивления почти в два раза больше, чем у круглого аналога с такими же параметрами. Это действительно работает, когда столбики стоят параллельно плоскости забора, а так делают в большинстве случаев. Тем не менее, квадратные трубы не лишены недостатков:

• Себестоимость квадрата довольно высока – при весе, большем на 30%, чем у круглого аналога, он стоит на 35-40% дороже.
• Установка требует повышенных трудозатрат: нужно контролировать не только вертикаль, но и следить, чтобы линия забора и одна грань трубы находились в одной плоскости.
• При производстве квадратных или прямоугольных труб используется сварная технология, т.е. на одной из сторон по всей длине находится сварной шов. Со временем он начинает корродировать, при этом окраска мало спасает.

Даже несколько таких доводов должно хватить, чтобы при строительстве забора из профлиста, обратить свое внимание на трубы круглого сечения. Приоритет стоит отдать материалу, сделанному по бесшовной технологии.

Оптимальным вариантом будут насосно-компрессорные трубы (НКТ), они бесшовные и толстостенные. Для их производства используется высокопрочная сталь, что делает НКТ намного крепче соразмерного квадрата, а вот стоимость в два раза дешевле. На таких столбах запросто ставят ограждения высотой более 4 метров.

Источник