Расчеты балок в excel

Комментарии

Комментарии могут оставлять только зарегистрированные
участники
Авторизоваться

Металлические конструкции тема сложная, крайне ответственная. Даже небольшая ошибка может стоить сотни тысяч и миллионы рублей. В некоторых случаях ценой ошибки может стать жизнь людей на стройке, а так же в процессе эксплуатации.  Так, что проверять и перепроверять расчеты — нужно и важно.

Использование Эксель для решения расчетных задач  — дело с одной стороны не новое, но при этом не совсем привычное.  Однако, у Эксель расчетов есть ряд неоспоримых преимуществ:

• Открытость — каждый такой расчет можно разобрать по косточкам.
• Доступность — сами файлы существуют в общем доступе,  пишутся разработчиками МК под свои нужды.
• Удобство — практически любой пользователь ПК способен работать с программами из пакета MS Office, тогда как специализированные конструкторские решения — дороги, и кроме того требуют серьезных усилий для своего освоения.

Не стоит их считать панацеей. Такие расчеты позволяют решать узкие и относительно простые конструкторские задачи. Но они не учитывают работы конструкции как целого. В ряде простых случаев могут спасти много времени:

• Расчет балки на изгиб
• Расчет балки на изгиб онлайн
• Проверить расчет прочности и устойчивости колонны.
• Проверить подбор сечения стержня.

Универсальный расчетный файл МК (EXCEL)

Таблица для подбора сечений металлоконструкций, по 5 различным пунктам СП 16.13330.2011
Собственно с помощью этой программы можно выполнить следующие расчеты:

• расчет однопролетной шарнирной балки.
• расчет центрально сжаты элементов (колонн).
• расчет растянутых элементов.
• расчет внецентренно-сжатых или сжато-изгибаемых элементов.

Версия Excel должна быть не ниже 2010. Чтобы увидеть инструкцию, нажмите на плюс в верхнем левом углу экрана.

Сам файл можно скачать здесь

МЕТАЛЛИКА

http://dwg.ru/dnl/13705

Программа представляет из себя книгу EXCEL с поддержкой макросов.
И предназначена для расчета стальных конструкций согласно
СП16 13330.2013 «Стальные конструкции»

Подбор и расчет прогонов

Подбор прогона — задача лишь на первый взгляд тривиальная. Шаг прогонов и их размер зависят от многих параметров. И хорошо бы иметь под рукой соответствующий расчет.  Собственно об этом и рассказывает статья обязательная к ознакомлению:

http://buildingbook.ru/raschet_progonov.html

Кроме того автор разработал эксель файл с расчетом. Точнее в файле четыре разных расчета:

• расчет прогона без тяжей
• расчет прогона с одним тяжем
• расчет прогона с двумя тяжами
• расчет прогона с учетом бимомента:

Расчет прогонов в Эксель-файл

Но есть небольшая ложка дегтя — судя по всему в файле имеются ошибки в расчетной части.

Расчет моментов инерции сечения в таблицы excel

Если вам надо быстро посчитать момент инерции составного сечения, или нет возможности определить ГОСТ по которому сделаны металлоконструкции, тогда вам на помощь придет этот калькулятор. Внизу таблицы небольшое пояснение. В целом работа проста — выбираем подходящее сечение, задаем размеры этих сечений, получаем основные параметры сечения:

• Моменты инерции сечения
• Моменты сопротивления сечения
• Радиус инерции сечения
• Площадь сечения
• Статического момента
• Расстояния до центра тяжести сечения.

В таблице реализованы расчеты для следующих типов сечений:

• круг
• труба
• прямоугольник
• двутавр
• швеллер
• тавр
• прямоугольная труба
• треугольник

Скачать  и поблагодарить автора можно тут: Расчет моментов инерции сечения в excel

Ссылки на актуальную документацию по МК

СП 16.13330.2011 — СТАЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ Актуализированная редакция СНиП II-23-81*

Общие правила проектирования стальных конструкций СП 53-102-2004

Сварная балка

Опубликовано 14 Июл 2015
Рубрика: Механика | 10 комментариев

Сварная балка двутаврового сечения является прямым конкурентом прокатной. Как только на рынке металла существенно уменьшается разница в стоимости тонны листового проката, из которого изготавливают сварные двутавры, и тонны горячекатаных двутавров, …

…сварные балки начинают молниеносно увеличивать свою долю рынка строительных металлоконструкций.

Однако применение сварной балки при изготовлении металлоконструкций обусловлено не только экономическими, но часто и организационно-технологическими причинами.

Найти, купить и привезти небольшое количество прокатных двутавров зачастую бывает сложнее, дороже и дольше, чем сварить эти балки из листов при наличии соответствующего оборудования, специалистов и технологии.

Заказать готовые сварные балки на рынке сегодня тоже не проблема. Наши металлургические комбинаты прокатывают двутавры высотой более 600 мм редко и/или по специальному заказу, и эту нишу успешно заполняет сварная балка. Перенастроить прокатный стан несравнимо дольше и дороже, чем перестроить производство сварных двутавров на другой типоразмер.

При грамотной и скрупулезной проработке проектов применение сварной балки вместо горячекатаной позволяет экономить заказчику значительные денежные суммы вследствие тщательного определения размеров сечений применяемых профилей.

Расчет сварной балки в программе ООО «Конструктор Стали».

При замене примененного в проекте прокатного двутаврового профиля, на сварной вариант конструктору часто бывает необходимо выполнить расчет геометрических характеристик сечения. Рекомендую воспользоваться хорошей, на мой взгляд, программой производственно-строительной компании ООО «Конструктор Стали», которая так и называется – «Расчет сварной балки». Программу можно бесплатно скачать на сайте компании по адресу: www.constali.ru/kalkulyator-rascheta-svarnoie-balki. Калькулятор не требует установки, представляет собой exe-файл и готов к работе сразу после запуска.

Окно программы содержит три закладки.

На закладке «Инструкция» кратко, но очень информативно рассказано, как пользоваться программой.

На закладке «Расчет сварной балки» можно выбрать сварной аналог горячекатаного двутавра или создать свой вариант. Программа мгновенно рассчитает важнейшие характеристики профиля и выведет их в удобной для сравнения форме.

Подобранная или созданная сварная балка может быть выведена на печать в виде не совсем оформленного чертежа.

На закладке «Подбор балки с минимизацией веса» по заданным геометрическим характеристикам и диапазонам размеров сечения пользователь может решить очень важную задачу – найти размеры самого легкого двутавра, удовлетворяющего исходным данным. Полученный результат также можно вывести на печать в виде чертежа.

Замечательный калькулятор! Частью функций можно воспользоваться в on-line режиме, не скачивая программы.

Но, есть одно «но»… В программе не упоминаются и не учитываются сварные швы – про них будто забыли, хотя увеличить на 4% массу балок – не забыли… Конечно, влияние сечений швов на геометрические характеристики незначительно, но для прочности сварной балки в целом размеры сварных швов чрезвычайно важны.

Сварная балка. Расчет в Excel.

1. Расчет в Excel геометрических характеристик поперечного сечения сварной двутавровой балки.

Представленная далее авторская программа позволяет рассчитать характеристики сечения с учетом сварных швов и точно по формулам сопромата. Если задать катеты равными нулю, то полученные значения будут совсем немного — на сотые доли процента — отличаться от результатов, которые выдает предыдущая программа (кроме, разумеется, массы…). Не знаю причины, возможно, авторы учитывали допуски на толщину листов или притупления кромок. Думаю, что сотые доли процента отклонений в результатах практического значения не имеют.

На рисунке чуть выше слева изображен чертеж сечения сварной балки, а далее – скриншот программы и формулы, по которым ведется расчет в Excel.

Геометрические характеристики элемента №1:

7. xc₁=0

8. yc₁=0

9. A₁=(H-2*t)*S

10. Ix₁=S*H³/12

11. Iy₁=H*S³/12

Геометрические характеристики элементов №2:

12. xc₂=0

13. yc₂=(h— t)/2

14. A₂=t*d

15. Ix₂=b*t³/12

16. Iy₂=t*b³/12

Геометрические характеристики элементов №3:

17. xc₃=S/2+k_f/3

18. yc₃=h/2- t—k_f/3

19. A₃=k_f²/2

20. Ix₃=k_f⁴/36

21. Iy₃=k_f⁴/36

Геометрические характеристики балки:

22. A=A₁+2*A₂+4*A₃

23. Sx=A₁/2*H/4+yc₂*A₂+2*yc₃*A₃

24. Sy= A₁/2*S/4+A₂*b/4+2*xc₃*A₃

25. Ix=Ix₁+2*(Ix₂+yc₂²*A₂)+4*(Ix₃+yc₃²*A₃)

26. Iy=Iy₁+2*Iy₂+4*(Iy₃+xc₃²*A₃)

27. Wx=Ix/(h/2)

28. Wy=Iy/(b/2)

29. ix=(Ix/A)^0,5

30. iy=(Iy/A)^0,5

31. M=0,785*A

2. Расчет в Excel сварных швов двутавровой балки.

Угловые сварные швы рассчитываются на условный срез. Расчет выполняется по двум сечениям — по сечению металла шва и сечению металла границы сплавления. Сварка должна «удержать» полки от смещения относительно стенки балки при работе конструкции под нагрузками.

Так как часто мы не знаем кто, как и чем будет варить проектируемую балку, то примем для коэффициентов и нормативных сопротивлений материалов, участвующих в расчете, «худшие» значения. Если вы знаете ответы на поставленные выше вопросы, то, открыв соответствующие таблицы в СП 16.13330.2011 (СНиП II-23-81), можете по ним назначить коэффициенты и нормативные сопротивления. В примечаниях к ячейкам с числовыми значениями коэффициентов указаны номера таблиц вышеупомянутого Свода Правил. Сам СП 16.13330.2011 легко найдете в Интернете.

Ниже вы видите скриншот программы расчета в Excel сварных швов составной двутавровой балки из наиболее распространенных сталей (Ст3 и 09Г2С) при неподвижной нагрузке.

Максимальная поперечная сила Q определяется из эпюр. Для балок, например, места её приложения — опоры и точки приложения сосредоточенных нагрузок.

Цветовое форматирование ячеек листа Excel, которое применено во многих статьях этого блога, детально описано на странице «О блоге».

Формулы, примененные в программе:

5. H=h-2*t

8. k_fmax=1,2*S

16. R_wf=R_wun*0,55/1,25

17. R_wz=R_un*0,45

18. S_x=b*t*(h—t)/2

19. T=Q*S_x/I_x

20. Z_ш=T/(2*β_f*k_f*R_wf*γ_c)

21. Z_г=T/(2*β_z*k_f*R_wz*γ_c)

Таблица минимальных катетов сварных швов:

Из примера, представленного на скриншоте программы, видно, что сварная балка 30Б2, заваренная швами с катетом 4 мм не разрушится по швам при действующей поперечной силе 36 тонн!!!

Применяя сварную балку, при проектировании, безусловно, следует кроме расчета швов проверять прочность, жесткость (прогибы), устойчивости (общую, стенки, полок). Однако не следует злоупотреблять «сплошными проварами» и назначать неоправданно большие катеты сварных швов там, где они не нужны. На практике в 90% случаев достаточными являются катеты швов равные 0,5…0,7 толщины стенки балки.

«Назначать минимальные размеры сварных швов, а также применять минимально необходимое количество расчетных и конструктивных сварных швов» — обязывает и СП 16.13330.2011.

Замечания, отзывы и вопросы, уважаемые читатели, пожалуйста, пишите в комментариях внизу страницы.

Ссылка на скачивание файла с программами: svarnaya-balka (xls 133KB).

Другие статьи автора блога

На главную

Статьи с близкой тематикой

Отзывы

При изучении дисциплины «Сопротивление материалов» студентам необходимо решать задачи по нескольким темам, одной из основных является тема «Изгиб балок». Для решения задачи по указанной теме с использованием ЭВМ можно использовать прикладные программы MathCAD, Solid Works, T-Flex, Microsoft Excel и др. Из перечисленных программ Microsoft Excel является неспециализированной в отношении дисциплины «Сопротивление материалов», но имеющей возможности для решения задач различной тематики, в том числе по сопротивлению материалов. Также данное программное обеспечение присутствует на ЭВМ учебного заведения для проведения занятий по дисциплине «Информатика» и не требует дополнительных затрат на приобретение специализированных программных продуктов. Табличный процессор Microsoft Excel позволяет выполнять множество математических операций, которые можно использовать при расчета балки на изгиб.

При известных допускаемых нормальных напряжениях для материала рассматриваемой балки могут проводиться три варианта расчетов:

— если заданы нагрузки и размеры сечений балки, то поводится проверочный расчет на прочность;

— если заданы нагрузки, то могут быть определены размеры сечений стержня (проектировочный расчет);

— если заданы размеры сечений, то могут быть определены допускаемые нагрузки.

В каждом из трех видов задач необходимо задать исходные данные (нагрузки и  длины участков). Для наглядности на рабочий лист помещается изображение расчетной схемы (рис. 1). Для проверочного расчета на прочность сначала определяются опорные реакции R_a и R_b из сумм моментов, относительно опор А и В.

После определения опорных реакций заполняется таблица с расчетными значениями поперечной силы Q_y и изгибающим моментом M_z. В первом столбце указывается расстояние сечения от левого края балки в метрах с шагом 0,1 м.  Полученные для двух участков балки уравнения Q_y сводятся в одну формулу, которая выглядит в таблице Excel в ячейке В24 следующим образом:

=ЕСЛИ(A24<=$D$11;-$D$13*A24+$B$19;-$D$13*$D$11+$B$19-$D$14)

В формуле используется функция «ЕСЛИ» для определения участка для которого указан x в ячейке А24.

Уравнения M_z сводятся в одну формулу, которая выглядит в таблице Excel в ячейке С24 следующим образом:

=ЕСЛИ(A24<=$D$11;-$D$13*A24^2/2+$B$19*A24;-$D$13*$D$11*
(A24-$D$11/2)+$B$19*A24-$D$14*(A24-$D$11))

В формулах жирностью выделено значение х.

По табличным данным строится диаграмма, на которой будет две линии (рис. 2). Первая — эпюра Q_y, вторая — эпюра M_z.

При проектировочном расчете необходимо найти момент сопротивления сечения W_z. Его значение зависит от максимального изгибающего момента M_z, которое может быть определено с помощью функции Excel с названием «Поиск решения». Для расчета необходимо в одну ячейку вписать начальное приближение расстояния х (например, 1 м), а во вторую — формулу M_z, в которую подставляется х из предыдущей ячейки. Затем запускается «Поиск решения» и выполняется поиск максимального M_z (рис. 3), который можно использовать в дальнейшем расчете (M_{z max} = 30,63 кНм).

В ограничения указаны пределы изменения х (от 0 до L1 + L2).

Для расчета допускаемых нагрузок используется четыре ячейки, к вышеуказанным двум добавляется искомая нагрузка и величина нормальных напряжений σ (рис. 4). По итогам расчетов получаем q = 107,92 кН/м.

Первая и вторая строка ограничений — пределы изменения х. Третья строка — q ≥ 0. Четвертая — нормальные напряжения равны допускаемым (заданным) нормальным напряжениям для материала балки.