Beregning og fremstilling af en metalstol til en baldakin

Indholdet af artiklen

• Generel beregningsmetode
• Bestemmelse af kombinerede handlinger og supportreaktioner
• Beregning af differentiel kraft
• Bestemmelse af sektionen af ​​elementer
• Fremstilling af dele til gården
• Montering på hardware eller svejsning?

Beregningen af ​​stålkonstruktioner er blevet en snublestein for mange bygherrer. Ved hjælp af eksemplet med de enkleste gårde til en udendørs skur, fortæller vi dig, hvordan du korrekt beregner belastningerne og deler også enkle metoder til selvmontering uden at bruge dyre udstyr.

Generel beregningsmetode

Trusser bruges, hvor det er upraktisk at bruge en solid bærende bjælke. Disse strukturer er kendetegnet ved en lavere rumlig tæthed, mens de opretholder stabilitet til at opdage påvirkninger uden deformation på grund af det korrekte arrangement af dele.

Strukturelt består faget af et ydre bælte og påfyldningselementer. Essensen af ​​driften af ​​en sådan gitter er ganske enkel: Da hvert vandret (betinget) element ikke kan modstå den fulde belastning på grund af et utilstrækkeligt stort snit, er to elementer placeret på aksen til hovedpåvirkningen (tyngdekraften) på en sådan måde, at afstanden mellem dem giver et tilstrækkeligt stort tværsnit af hele strukturen … Det kan forklares endnu mere enkelt som følger: fra synspunktet om opfattelsen af ​​belastninger betragtes faget som om det er lavet af fast materiale, mens påfyldningen giver tilstrækkelig styrke, kun baseret på den beregnede anvendte vægt.

Strukturen af ​​faget fra et formet rør: 1 – nedre bælte; 2 – seler; 3 – stativer; 4 – sidebælte; 5 – øverste bælte

Denne fremgangsmåde er ekstremt enkel og ofte mere end nok til konstruktion af enkle metalkonstruktioner, men materialeforbruget er imidlertid ekstremt højt ved en grov beregning. En mere detaljeret overvejelse af de eksisterende påvirkninger hjælper med at reducere metalforbruget med to eller flere gange. Denne fremgangsmåde vil være mest nyttig til vores opgave – at designe en let og ret stiv fagstol og derefter samle den.

De vigtigste profiler af fagstænger til baldakinen: 1 – trapezformet; 2 – med parallelle bælter; 3 – trekantet; 4 – buet

Start med at definere den samlede konfiguration for din gård. Det har normalt en trekantet eller trapesformet profil. Det nedre element i bæltet placeres hovedsageligt vandret, det øverste – i en vinkel, hvilket sikrer den rigtige hældning af tagsystemet. I dette tilfælde skal akkordelementernes tværsnit og styrke vælges tæt på sådan, at strukturen kan understøtte sin egen vægt med det eksisterende understøttelsessystem. Dernæst tilføjer du lodrette broer og skrå bånd i et vilkårligt tal. Strukturen skal vises på en skitse for at visualisere interaktionsmekanikerne, der angiver de virkelige dimensioner af alle elementer. Så kommer hendes majestætfysiker til spil.

Bestemmelse af kombinerede handlinger og supportreaktioner

Fra statikafsnittet på skolemekanikkurset tager vi to nøgle ligninger: balancen mellem kræfter og øjeblikke. Vi bruger dem til at beregne responsen på de understøtninger, som bjælken er placeret på. For enkelheds skyld at antage, at understøttelserne antages at være hængslede, dvs. at de ikke har stive forbindelser (indlejringer) på kontaktpunktet med bjælken.

Et eksempel på en metalbedrift: 1 – gård; 2 – drejebjælker; 3 – tagdækning

På skitsen skal du først markere tagsystemets stigning, fordi det er på disse steder, at koncentrationspunkterne for den påførte last skal placeres. Normalt er det på de punkter, hvor belastningen påføres, knudepunkterne for selenes konvergens er placeret, så det er lettere at beregne belastningen. Når man kender tagets samlede vægt og antallet af fagstænger i skuret, er det ikke svært at beregne belastningen på en fagstol, og dækningens ensartethedsfaktor vil afgøre, om de påførte kræfter på koncentrationspunkterne er ens, eller de vil være forskellige. Det sidstnævnte er forresten muligt, hvis der i en bestemt del af baldakinen, et overtræksmateriale erstattes af et andet, der er en gang eller for eksempel et område med en ujævnt fordelt snebelastning. Effekten på forskellige punkter i faget vil også være ujævn, hvis dens øverste bjælke har en afrunding, i dette tilfælde skal kraftens anvendelsespunkter være forbundet med segmenter, og lysbuen skal betragtes som en brudt linje.

Når alle de fungerende kræfter er markeret på stammen skitse, fortsætter vi med at beregne støtte reaktionen. Med hensyn til hver af dem kan gården repræsenteres som intet andet end en løftestang med en tilsvarende mængde påvirkninger på den. For at beregne kraftmomentet på understøttelsespunktet skal du multiplicere belastningen på hvert punkt i kilogram med længden af ​​armen til anvendelse af denne last i meter. Den første ligning siger, at summen af ​​handlingerne på hvert punkt er lig med reaktionen fra understøttelsen:

• 200 1,5 + 200 3 + 200 4,5 + 100 6 = R₂ 6 – ligningen af ​​balance i øjeblikke i forhold til knuden og, hvor 6 m er skulderlængden)
• R₂ = (200 1,5 + 200 3 + 200 4,5 + 100 6) / 6 = 400 kg

Den anden ligning bestemmer ligevægt: summen af ​​reaktionerne på de to understøtninger vil være nøjagtigt lig med den anvendte vægt, det vil sige at kende reaktionen fra den ene understøtning, kan du nemt finde værdien for den anden:

• R₁ + R₂ = 100 + 200 + 200 + 200 + 100
• R1 = 800 – 400 = 400 kg

Men gør ingen fejl: gearingsreglen gælder også her, så hvis faget har en betydelig forlængelse ud over en af ​​understøttelserne, vil belastningen på dette sted være højere i forhold til forskellen i afstandene fra massecentrum til understøtningerne.

Beregning af differentiel kraft

Vi går fra det generelle til det særlige: nu er det nødvendigt at fastlægge den kvantitative værdi af indsatsen, der handler på hvert enkelt element i gården. For at gøre dette lister vi hvert bæltesegment og udfylder indsatser med en liste, så betragter vi dem alle som et afbalanceret fladt system.

For at lette beregningen kan hver forbindelsesnode på faget være repræsenteret som et vektordiagram, hvor handlingsvektorerne løber langs elementernes langsgående akser. Alt, hvad der er nødvendigt for beregninger, er at kende længden på segmenterne, der konvergerer ved knuden, og vinklerne imellem dem..

Du skal starte med den knude, som det maksimale antal kendte mængder blev fastlagt under beregningen af ​​understøttelsesreaktionen. Lad os starte med det ekstreme lodrette element: ligevægtsligningen for det siger, at summen af ​​vektorerne for konvergerende belastninger er henholdsvis nul, modvirkningen til tyngdekraften, der virker langs den lodrette akse, er ækvivalent med reaktionen af ​​understøtningen, lig i størrelse, men modsat i tegn. Bemærk, at den opnåede værdi kun er en del af den samlede reaktion af bæreren, der virker for en given knude, resten af ​​belastningen falder på båndets vandrette dele.

Knude b

• -100 + S₁ = 0
• S₁ = 100 kg

Derefter går vi videre til den ekstreme knude i nederste hjørne, hvor akkordens lodrette og vandrette segmenter konvergerer såvel som det skråtstillede stag. Kraften, der virker på det lodrette segment, beregnet i det foregående afsnit, er pressevægten og reaktionen fra understøtningen. Kraften, der virker på det skrå element, beregnes ud fra fremspringet af dette elementets akse på den lodrette akse: trækker tyngdekraften fra understøtningsreaktionen, og del derefter det “rene” resultat ved synden i den vinkel, hvorpå staget er skråtstillet til det vandrette. Belastningen på et vandret element findes også ved fremspring, men allerede på den vandrette akse. Vi multiplicerer den nyligt opnåede belastning på det skrå element med cos af vinklingshældningsvinklen og opnår værdien af ​​påvirkningen på det ekstreme horisontale segment af akkorden.

Knude -en

• -100 + 400 – synd (33,69) S₃ = 0 – ligevægtsligning pr. Akse på
• S₃ = 300 / sin (33,69) = 540,83 kg – stang 3komprimeret
• -S₃ Cos (33,69) + S₄ = 0 – ligevægtsligning pr. Akse x
• S₄ = 540,83 cos (33,69) = 450 kg – stang 4strakt

Ved successivt at gå fra knude til knude er det nødvendigt at beregne kræfterne, der virker i hver af dem. Bemærk, at modstyrede handlingsvektorer komprimerer bjælken og vice versa – stræk den, hvis den er modsat rettet fra hinanden..

Bestemmelse af sektionen af ​​elementer

Når alle de fungerende belastninger er kendt for faget, er det tid til at bestemme sektionen af ​​elementerne. Det behøver ikke at være ens for alle dele: bæltet er traditionelt fremstillet af valsede produkter i et større afsnit end påfyldningsdelene. Dette sikrer en sikkerhedsmargin for designet.

Hvor: F_tr – tværsnitsareal af den strakte del; N – indsats fra designbelastningerne R_y – designmaterialemodstand; ?_fra – koefficient for arbejdsvilkår.

Hvis alt er relativt enkelt med brudbelastninger for ståldele, udføres beregningen af ​​komprimerede stænger ikke for styrke, men for stabilitet, da det endelige resultat er kvantitativt mindre og derfor betragtes som en kritisk værdi. Det kan beregnes ved hjælp af en online-regnemaskine, eller det kan gøres manuelt, efter at man tidligere har bestemt længdedempningsfaktoren, som bestemmer ved hvilken del af den samlede længde stangen er i stand til at bøje. Denne koefficient afhænger af metoden til fastgørelse af stangens kanter: til renssvejsning er det en enhed, og i nærværelse af “ideelt” stive kiler kan den nærme sig 0,5.

Hvor: F_tr – tværsnitsareal af den komprimerede del; N – indsats fra designbelastningerne ? – koefficient for langsgående bøjning af komprimerede elementer (bestemt fra tabellen); R_y – designmaterialemodstand; ?_fra – koefficient for arbejdsvilkår.

Du er også nødt til at kende den minimale radius for gyration, defineret som kvadratroten af ​​kvotienten til at dele det aksiale trækmoment med tværsnitsområdet. Det aksiale moment bestemmes af sektionens form og symmetri, det er bedre at tage denne værdi fra tabellen.

Hvor: jeg_x – sektions inertieradius J_x – aksial treghedsmoment F_tr – Tværsnitsareal.

Så hvis du deler længden (under hensyntagen til reduktionskoefficienten) med den minimale radius for gyration, kan du få en kvantitativ værdi af fleksibiliteten. For en stabil bjælke er betingelsen opfyldt, at kvotienten til at dele belastningen med tværsnitsarealet ikke skal være mindre end produktet fra den tilladte trykbelastning og knækningskoefficienten, der bestemmes af værdien af ​​fleksibiliteten af ​​en bestemt stang og materialet til dens fremstilling.

Hvor: l_x – estimeret længde i stagenes plan jeg_x – den mindste trækningsradius for sektionen langs x-aksen; l_y – estimeret længde fra stagenes plan jeg_y – den mindste gyreringsradius for sektionen langs y-aksen.

Bemærk, at det er i den komprimerede barstabilitetsanalyse, at hele essensen af ​​fagværksoperationen vises. Hvis sektionen af ​​elementet er utilstrækkelig, hvilket ikke tillader at sikre dets stabilitet, har vi ret til at tilføje tyndere forbindelser ved at ændre fastgørelsessystemet. Dette komplicerer fagstolkonfigurationen, men giver mulighed for større stabilitet med mindre vægt..

Fremstilling af dele til gården

Nøjagtigheden af ​​samlingen af ​​faget er ekstremt vigtig, fordi vi udførte alle beregninger ved hjælp af metoden med vektordiagrammer, og vektoren, som du ved, kun kan være helt lige. Derfor vil den mindste spænding, der opstår som følge af forvrængninger på grund af forkert pasning af elementerne, gøre faget ekstremt ustabilt..

Først skal du tage stilling til dimensionerne på delene af det ydre bælte. Hvis alt er ganske enkelt med den nederste bjælke, kan du enten bruge Pythagoras sætning eller det trigonometriske forhold mellem sider og vinkler for at finde længden på den øverste. Det sidstnævnte foretrækkes, når man arbejder med materialer som vinkelstål og formet rør. Hvis vinklen på fagets hældning er kendt, kan den udføres som en korrektion, når dele af kanterne trimmes. De rette vinkler på bæltet er forbundet ved at beskære 45 °, skråt – ved at tilføje 45 ° hældningsvinklen på den ene side af forbindelsen og trække den fra den anden.

Påfyldningsdetaljerne udskæres analogt med bælteelementerne. Den største fangst er, at gården er et strengt samlet produkt, og at der derfor kræves nøjagtig detaljering til dens fremstilling. Som ved beregningen af ​​handlinger skal hvert element overvejes individuelt ved at bestemme konvergensvinklerne og følgelig vinklerne på underskårne kanter..

Gårde fremstilles ofte med radius. Sådanne strukturer har en mere kompleks beregningsmetode, men større strukturstyrke på grund af en mere ensartet opfattelse af belastninger. Det giver ingen mening at fremstille fyldelementer med afrundede elementer, men for bæltdele er det ganske anvendeligt. Typisk består buede fagværker af flere segmenter, der er forbundet på konvergenspunkterne for fyldestagene, hvilket skal tages i betragtning ved design.

Montering på hardware eller svejsning?

Afslutningsvis ville det være rart at skitsere den praktiske forskel mellem metoderne til montering af en fagstol ved svejsning og anvendelse af aftagelige samlinger. Til at begynde med påvirker boring af huller til bolte eller nitter i kroppen af ​​et element praktisk talt ikke dets fleksibilitet, og det tages derfor ikke i betragtning.

Når det gjaldt metoden til fastgørelse af elementerne i faget, fandt vi, at i nærværelse af kiler, er længden af ​​sektionen af ​​stangen, der kan bøjes, markant reduceret, på grund af hvilken dens tværsnit kan reduceres. Dette er fordelen ved at samle faget på knaller, der er fastgjort til siden af ​​fagværkselementerne. I dette tilfælde er der ingen særlig forskel i monteringsmetoden: svejses længde vil være garanteret tilstrækkelig til at modstå de koncentrerede spændinger i knudepunkterne..

Hvis fagstolen samles ved at sammenføje elementer uden linned, er der brug for særlige færdigheder her. Styrken på hele faget bestemmes af dens mindst stærke knude, og derfor kan et ægteskab med svejsning af mindst et af elementerne føre til ødelæggelse af hele strukturen. Hvis du ikke har tilstrækkelige svejseevner, anbefales det at samles med bolte eller nitter ved hjælp af klemmer, vinkelbeslag eller dækplader. I dette tilfælde skal fastgørelsen af ​​hvert element til knuden udføres mindst to punkter.

Lignende poster:

1. Overligger til vindue og døråbninger: beregning, gør-det-selv-fremstilling Overligger giver ejere af hjem en simpel og effektiv måde at øge sikkerheden på. Udover at forhindre uautoriseret adgang, øger de dør- og vinduesåbningers styrke og pålidelighed. Dette WordPress-indlæg giver...
2. Polycarbonatplatform og baldakin til en bil i landet Polycarbonatplatform og baldakin til en bil i landet er et praktisk tilbehør, der har mange fordele. Når der er monteret, styrker det komforten, beskytter interiøret og er slidstærkt. Det har...
3. 22 ideer til oprettelse og brug af en baldakin Med 22 kreative ideer og tricks til oprettelse og brug af en baldakin, kan du give din have et helt nyt og unikt udseende. Baldakinerne er lette at montere og...
4. Et slankt design til et moderne hjem i skoven – et hyggeligt skjulested under et århundredgammelt træernes baldakin En moderne og smukt designet oase i skoven, omgivet af et århundredgammelt træernes baldakin. Et slankt design der giver mulighed for et godt indeklima og en afskærmning fra det travle...

Læs mere  Isolering af et fladt tag