Как самому рассчитать забор
Итак, вы решили огородить свою фазенду забором, но ничего в этом не смыслите? Не беда! Сейчас мы легко и просто подберем все основные материалы, чтобы было красиво и недорого.
Самое главное в заборе ¬– столбы. Так как мы рассматриваем недорогой вариант - забор у нас будет основан на столбах из трубы, а заполнителем пролетов будет профлист.
Итак, для чего же я пишу этот пост? А потому что ушлые продавцы предлагают максимально дешевые варианты, которые простоят пару лет. Так как же нам сделать так чтобы было не дорого и более-менее долговечно? А для этого мы используем немного магии под названием СОПРОМАТ!
Как я уже говорил: самое главное – столбы, так с них и начнем. Итак, какие силы действуют на забор? На забор действуют силы собственного веса и силы, вызванные внешними факторами. Так как силы собственного веса особых изгибающих моментов не создают, то перейдем к внешним факторам. Основным внешним фактором является ветер. Именно он «положит» наш забор за несколько лет и ему мы будем противостоять чудесной магией формул.
Сначала определим то, с какой силой ветер будет воздействовать на единицу площади забора. Для этого используем формулу динамического давления:
F=(ρv^2)/2, Н
Где ρ – плотность воздуха, равная 1,22 кг/м3
v – максимальная скорость ветра в вашем регионе, м/с; для Москвы и области смело применяйте 25 м/с. Такие порывы бывают не часто, но бывают.
Для удобства дальнейших расчетов переведем кошерные Ньютоны в православные кгс. Для этого получившийся результат поделим на g=9.8 м/с2.
Итак, что у нас получается:
F=((1.22*〖25〗^2)/2)⁄9.8=38.9,кгс
С ветром вроде как разобрались, теперь начнем расчет прочности. Использовав прошлую формулу мы определили как ветер воздействует на 1м2 забора, сейчас применим полученные значения чтобы найти нагрузку на пролет. Для этого нам нужно умножить площадь профлиста, используемого как заполнитель пролета, на силу воздействия на 1 квадрат. Я буду считать для забора с картинки в начале поста: забор в высоту 2м, ширина пролета – 2м, снизу залито основание в 0,2м, значит профлист у нас 1,8м. Отсюда найдем площадь:
А=1,8*2=3,6,м^2
Теперь помножим площадь на силу:
F=38.9*3.6=140, кгс
С такой силой ветер воздействует на 1 секцию нашего забора.
Теперь найдем изгибающий момент, действующий на опорный столб:
М=FLk,кгс*м
Где: F – Сила воздействия ветра из прошлой формулы;
L – точка приложения нагрузки, м
k – запас прочности, принимаем 1,5.
L рассчитывается как половина высоты профлиста плюс расстояние от выхода столба из земли (бетона) до низа профлиста. Согласно изображению профлист смонтирован без зазора с бетоном, значит:
L=1.8/2=0.9,м
Соберем все воедино:
M=140*0.9*1.5=189 кгс*м
Мы определились с моментом, который будет воздействовать на столб, осталось только подобрать трубу.
Максимальный изгибающий момент металлической балки определим по следующей формуле:
М=σW/1000
Где: 𝜎 – предел текучести материала (кгс/мм2);
W – момент сопротивления сечения, мм3;
1000 – Коэффициент для перевода из мм в м.
Предел текучести 𝜎 для большинства сталей из которых может быть изготовлена труба будет равен 20-21 кгс/мм2 (примем 20).
Момент сопротивления сечения W зависит от профиля трубы:
Для круглого сечения:
W=π(D^4-d^4)/32D
Где: 𝜋=3,14;
D – Наружный диаметр трубы, мм;
d – Внутренний диаметр трубы ,мм, равный: d=D-2*s, где s – толщина стенки трубы.
Для квадратного сечения:
W=(H^4-h^4)/6H
Где: H – Наружный размер трубы, мм;
h – Внутренний диаметр трубы, мм, равный: h=H-2*s, где s – толщина стенки трубы.
Для прямоугольного сечения:
W=(Ba^3-ba^3)/6a
Где: B – Наружный меньший размер трубы, мм;
b – Внутренний меньший размер трубы, мм равный: b=B-2*s, где s – толщина стенки трубы, мм;
а – Наружный больший размер трубы, мм;
Итак, возьмем трубу 50х50 с толщиной стенки 4 (номенклатура типоразмеров квадратных труб содержится в ГОСТ 8639-82):
W=(〖50〗^4-〖42〗^4)/(6*50)=10461,〖мм〗^3
М=20*9437,33/1000=209,2,кгс*м
Сравниваем Максимальный изгибающий момент и момент, который будет действовать благодаря ветра:
209,2>189
А это значит что наш забор будет служить нам долго и счастливо.
Забив данные формулы в excel можно рассчитать необходимые размеры столбов для вашего забора. Надеюсь я все расписал четко и понятно.