При проектировании любых электрических цепей выполняется расчет мощности. На его основе производится выбор основных элементов и вычисляется допустимая нагрузка. Если расчет для цепи постоянного тока не представляет сложности (в соответствии с законом Ома, необходимо умножить силу тока на напряжение — Р=U*I), то с вычислением мощности переменного тока — не все так просто. Для объяснения потребуется обратиться к основам электротехники, не вдаваясь в подробности, приведем краткое изложение основных тезисов.
Полная мощность и ее составляющие
В цепях переменного тока расчет мощности ведется с учетом законов синусоидальных изменений напряжения и тока. В связи с этим введено понятие полной мощности (S), которая включает в себя две составляющие: реактивную (Q) и активную (P). Графическое описание этих величин можно сделать через треугольник мощностей (см. рис.1).
Под активной составляющей (Р) подразумевается мощность полезной нагрузки (безвозвратное преобразование электроэнергии в тепло, свет и т.д.). Измеряется данная величина в ваттах (Вт), на бытовом уровне принято вести расчет в киловаттах (кВт), в производственной сфере – мегаваттах (мВт).
Реактивная составляющая (Q) описывает емкостную и индуктивную электронагрузку в цепи переменного тока, единица измерения этой величины Вар.
Рис. 1. Треугольник мощностей (А) и напряжений (В)В соответствии с графическим представлением, соотношения в треугольнике мощностей можно описать с применением элементарных тригонометрических тождеств, что дает возможность использовать следующие формулы :
- S = √P 2 +Q 2 , — для полной мощности;
- и Q = U*I*cos φ , и P = U*I*sin φ — для реактивной и активной составляющих.
Эти расчеты применимы для однофазной сети (например, бытовой 220 В), для вычисления мощности трехфазной сети (380 В) в формулы необходимо добавить множитель – √3 (при симметричной нагрузке) или суммировать мощности всех фаз (если нагрузка несимметрична).
Для лучшего понимания процесса воздействия составляющих полной мощности давайте рассмотрим «чистое» проявление нагрузки в активном, индуктивном и емкостном виде.
Активная нагрузка
Возьмем гипотетическую схему, в которой используется «чистое» активное сопротивление и соответствующий источник переменного напряжения. Графическое описание работы такой цепи продемонстрировано на рисунке 2, где отображаются основные параметры для определенного временного диапазона (t).
Рисунок 2. Мощность идеальной активной нагрузки
Мы можем увидеть, что напряжение и ток синхронизированы как по фазе, так и частоте, мощность же имеет удвоенную частоту. Обратите внимание, что направление этой величины положительное, и она постоянно возрастает.
Емкостная нагрузка
Как видно на рисунке 3, график характеристик емкостной нагрузки несколько отличается от активной.
Рисунок 3. График идеальной емкостной нагрузки
Частота колебаний емкостной мощности вдвое превосходит частоту синусоиды изменения напряжения. Что касается суммарного значения этого параметра, в течение одного периода гармоники оно равно нулю. При этом увеличения энергии (∆W) также не наблюдается. Такой результат указывает, что ее перемещение происходит в обоих направлениях цепи. То есть, когда увеличивается напряжение, происходит накопление заряда в емкости. При наступлении отрицательного полупериода накопленный заряд разряжается в контур цепи.
В процессе накопления энергии в емкости нагрузки и последующего разряда не производится полезной работы.
Индуктивная нагрузка
Представленный ниже график демонстрирует характер «чистой» индуктивной нагрузки. Как видим, изменилось только направление мощности, что касается наращения, оно равно нулю.
Негативное воздействие реактивной нагрузки
В приведенных выше примерах рассматривались варианты, где присутствует «чистая» реактивная нагрузка. Фактор воздействия активного сопротивления в расчет не принимался. В таких условиях реактивное воздействие равно нулю, а значит, можно не принимать его во внимание. Как вы понимаете, в реальных условиях такое невозможно. Даже, если гипотетически такая нагрузка бы существовала, нельзя исключать сопротивление медных или алюминиевых жил кабеля, необходимого для ее подключения к источнику питания.
Реактивная составляющая может проявляться в виде нагрева активных компонентов цепи, например, двигателя, трансформатора, соединительных проводов, питающего кабеля и т.д. На это тратится определенное количество энергии, что приводит к снижению основных характеристик.
Реактивная мощность воздействует на цепь следующим образом:
- не производит ни какой полезной работы;
- вызывает серьезные потери и нештатные нагрузки на электроприборы;
- может спровоцировать возникновение серьезной аварии.
Именно по этому, производя соответствующие вычисления для электроцепи, нельзя исключать фактор влияния индуктивной и емкостной нагрузки и, если необходимо, предусматривать использование технических систем для ее компенсации.
Расчет потребляемой мощности
В быту часто приходится сталкиваться с вычислением потребляемой мощности, например, для проверки допустимой нагрузки на проводку перед подключением ресурсоемкого электропотребителя (кондиционера, бойлера, электрической плиты и т.д.). Также в таком расчете есть необходимость при выборе защитных автоматов для распределительного щита, через который выполняется подключение квартиры к электроснабжению.
В таких случаях расчет мощности по току и напряжению делать не обязательно, достаточно просуммировать потребляемую энергию всех приборов, которые могут быть включены одновременно. Не связываясь с расчетами, узнать эту величину для каждого устройства можно тремя способами:
При расчетах следует учитывать, что пусковая мощность некоторых электроприборов может существенно отличаться от номинальной. Для бытовых устройств этот параметр практически никогда не указывается в технической документации, поэтому необходимо обратиться к соответствующей таблице, где содержатся средние значения параметров стартовой мощности для различных приборов (желательно выбирать максимальную величину).
На сегодняшний день существует широкий ассортимент кабельной продукции, с поперечным сечением жил от 0,35 мм.кв. и выше.
Если неправильно выбрать сечение кабеля для бытовой проводки, то результат может иметь два итога:
- Чересчур толстая жила «ударит» по Вашему бюджету, т.к. ее погонный метр будет стоить дороже.
- При неподходящем диаметре проводника (меньшем, чем необходимо), жилы начнут нагреваться и плавить изоляцию, что вскоре приведет к и короткому замыканию.
Как Вы понимаете, и тот и другой итог неутешительный, поэтому перед и квартире необходимо правильно рассчитать сечение кабеля в зависимости от мощности, силы тока и длины линии. Сейчас мы подробно рассмотрим каждую из методик.
Расчет по мощности электроприборов
Для каждого кабеля есть определенная величина тока (мощности), которую он способен выдержать при работе электроприборов. Если ток (мощность), потребляемый всеми приборами, будет превышать допустимую величину для токопроводящей жилы, то в скором времени аварии не избежать.
Чтобы самостоятельно рассчитать мощность электроприборов в доме, необходимо на лист бумаги выписать характеристики каждого прибора отдельно (плиты, телевизора, светильников, пылесоса и т.д.). После этого все значения суммируются, и готовое число используется для выбора кабеля с жилами с оптимальной площадью поперечного сечения.
Формула расчета имеет вид:
Pобщ = (P1+P2+P3+…+Pn)*0.8,
Где: P1..Pn–мощность каждого прибора, кВт
Обращаем Ваше внимание на то, что получившееся число необходимо умножить на поправочный коэффициент – 0,8. Этот коэффициент обозначает, что из всех электроприборов одновременно работать будет только 80%. Такой расчет более логичный, потому что, к примеру, пылесосом либо феном Вы точно не будете пользоваться в течение длительного времени без перерыва.
Таблицы выбора сечения кабеля по мощности:
Это приведенные и упрощенные таблицы, более точные значения вы можете найти в п.1.3.10-1.3.11.
Как вы видите, для каждого определенного вида кабеля табличные значения имеют свои данные. Все что Вам нужно, это найти ближайшее значение мощности и посмотреть соответствующее сечение жил.
Чтобы Вы наглядно поняли, как правильно рассчитать кабель по мощности, приведем простой пример:
Мы подсчитали, что суммарная мощность всех электроприборов в квартире составляет 13 кВт. Данное значение необходимо умножить на коэффициент 0,8, что в результате даст 10,4 кВт действительной нагрузки. Далее в таблице ищем подходящее значение в колонке. Нас устраивает цифра «10,1» при однофазной сети (напряжение 220В) и «10,5», если сеть трехфазная.
Это значит, что нужно выбрать такое сечение жил кабеля, который будет питать все расчётные приборы – в квартире, комнате или каком-либо другом помещении. То есть такой расчёт нужно проводить для каждой розеточной группы, запитанной от одного кабеля, или для каждого прибора, если он запитан напрямую от щитка. В примере выше, мы привели расчет площади поперечного сечения жил вводного кабеля на весь дом или квартиру.
Итого, выбор сечения останавливаем на 6-миллиметровом проводнике при однофазной сети либо 1,5-миллиметровом при трехфазной сети. Как вы видите, все довольно просто и даже электрик-новичок справится с таким заданием самостоятельно!
Расчет по токовой нагрузке
Расчет сечения кабеля по току более точный, поэтому лучше всего пользоваться им. Суть аналогична, но только в данном случае необходимо определить токовую нагрузку на электропроводку. Для начала по формулам считаем силу тока по каждому из приборов.
Если в доме однофазная сеть, для расчета необходимо воспользоваться следующей формулой:
Для трехфазной сети формула будет иметь вид:
Где, P – мощность электроприбора, кВт
cos Фи- коэффициент мощности
Более подробно о формулах, связанных с вычислением мощности, можно прочитать в статье: .
Обращаем Ваше внимание на то, что от условий прокладки проводника будут зависеть значения табличных величин. При допустимые токовые нагрузки и мощность будут значительно большими, чем при .
Повторимся, любой расчет сечения проводится для конкретного прибора или их группы.
Таблица выбора сечения кабеля по току и мощности:
Расчет по длине
Ну и последний способ, позволяющий рассчитать сечение кабеля – по длине. Суть следующих вычислений заключается в том, что каждый проводник имеет свое сопротивление, которое с увеличением протяженности линии способствует (чем больше расстояние, тем больше и потери). В том случае, если величина потерь превысит отметку в 5%, необходимо выбрать проводник с жилами покрупнее.
Для вычислений используется следующая методика:
- Нужно рассчитать суммарную мощность электроприборов и силу тока (выше мы предоставили соответствующие формулы).
- Выполняется расчет сопротивления электропроводки. Формула имеет следующий вид: удельное сопротивление проводника (p) * длину (в метрах). Получившееся значение необходимо разделить на выбранное поперечное сечение кабеля.
R=(p*L)/S, где p — табличная величина
Обращаем Ваше внимание на то, что длина прохождения тока должна умножаться в два раза, т.к. ток изначально идет по одной жиле, а потом возвращается назад по другой.
- Рассчитываются потери напряжения: сила тока умножается на рассчитанное сопротивление.
U потерь =I нагрузки *R провода
ПОТЕРИ=(U потерь /U ном)*100%
Определяется как максимальная мощность, иными словами максимальная из средних значений полной мощности (Sм) за получасовой промежуток времени. Расчетная или позволяет определить достаточность сечений питающих электролиний, учитывая нагрев и плотность тока, выбрать мощность трансформаторов, выявить потери мощности и перебои с напряжением в сети. Для вычисления расчетной нагрузки необходимо предварительно изучить основные понятия и коэффициенты.
Так, для расчета максимальной нагрузки необходимы средняя активная нагрузка (Рсм) и средняя реактивная нагрузка (Qсм) за загруженную максимально смену, а для определения потери электроэнергии за год - среднегодовые нагрузки активной (Рсг) и реактивной (Qсг) энергии. На практике, для расчета средней нагрузки активной и реактивной энергии соотносят величину потребления соответствующей энергии по показаниям счетчика за определенный промежуток времени (как правило, за время смены) к этому интервалу времени.
Существует понятие максимальной кратковременной или пиковой нагрузки (Iпик) - периодически возникающая нагрузка, необходимая для проверки и защиты сетей, определения колебаний напряжения.
- Коэффициент использования установленной активной мощности (Ки). Он определяется как соотношение средней активной мощности одинаковых по режиму работы приемников (Рсм) к установленной мощности этих электроприемников (Ру). В свою очередь, установленная мощность электроприемника продолжительного режима работы определяется по паспорту, а приемника кратковременного режима - приводится к длительному режиму. Для группы приемников общая установленная активная мощность определяется суммированием активных мощностей всех приемников. Стоит отметить, что для группы разнородных приемников коэффициент Ки равен отношению суммарной средней мощности (Рсм) к суммарной установленной мощности (Ру).
- Коэффициент максимума активной мощности (Км). Рассчитывается как отношение расчетной активной мощности (Рм) к среднему ее значению за смену или год (Рсм или Рсг соответственно). На рисунке раскрывается зависимость этого коэффициента от эффективного числа приемников при разных коэффициентах использования.
|
Значение К м при К и |
|||||||||
- Коэффициент нагрузки (Кн) показывает, что для суточных и годовых графиков нагрузка неравномерная. Его величина обратно пропорциональна величине предыдущего коэффициента.
- Коэффициент спроса активной мощности (Кс) показывает, смогут ли работать одновременно все потребители, и рассчитывается как отношение расчетной нагрузки (Рм) к установленной мощности всех приемников (Ру). Ниже в таблице можно увидеть значения данного коэффициента.
|
Электроприемники |
||||
|
Металлорежущие станки мелкосерийного производства: мелкие токарные, строгальные, долбежные, фрезерные, сверлильные, |
||||
|
То же, но крупносерийного производства |
||||
|
Штамповочные прессы, автоматы, револьверные, обдирочные, зубофрезерные, а также крупные токарные, строгальные фрезерные, |
||||
|
Приводы молотов, ковочных машин, волочильных станов, бегунов, очистных барабанов |
||||
|
Многоподшипниковые автоматы для изготовления деталей из прутков |
||||
|
Автоматические поточные линии обработки металлов |
||||
|
Переносной электроинструмент |
||||
|
Насосы, компрессоры, двигатель-генераторы |
||||
|
Эксгаустеры, вентиляторы |
||||
|
Элеваторы, транспортеры, шнеки, конвейеры несблокированные |
||||
|
То же, сблокированные |
||||
|
Краны, тельферы при ПВ = 25% |
||||
|
То же при ПВ = 40% |
||||
|
Сварочные трансформаторы дуговой сварки |
||||
|
Сварочные машины шовные |
||||
|
То же стыковые и точечные |
||||
|
Сварочные автоматы |
||||
|
Однопостовые сварочные двигатель-генераторы |
||||
|
Многопостовые сварочные двигатель-генераторы |
||||
|
Печи сопротивления с непрерывной автоматической загрузкой изделий, сушильные шкафы |
||||
|
То же, с периодической загрузкой |
||||
|
Мелкие нагревательные приборы |
||||
|
Индукционные печи низкой частоты |
||||
|
Двигатель-генераторы индукционных печей высокой частоты |
||||
|
Ламповые генераторы индукционных печей |
- Коэффициент включения (Кв). Для одного приемника он определяется отношением продолжительностью его работы за определенный интервал времени (Тв) к продолжительности этого интервала (Tц). Коэффициент для группы электроприемников определяется делением средней за исследуемый интервал времени включенной активной мощности по группе на установленную мощность группы.
- Коэффициент загрузки приемника по активной мощности (Кз). По аналогии с предыдущим коэффициентом, на него также влияет продолжительность работы приемника. Рассчитывается он путем деления средней активной мощности за период работы в определенный промежуток времени (Рс) на его номинальную мощность (Рн). Коэффициент по группе определяется соотношением вышеупомянутых коэффициентов Ки и Кв. При невозможности расчета коэффициента загрузки принимаются их нормативные значения: 0,9 - приемники с продолжительным режимом работы, 0,75 - с повторно-кратковременным режимом.
- Коэффициент сменности по использованию энергии (α). Этот коэффициент, учитывая сезонность и прерывность загрузки, определяет годовой расход электроэнергии. В зависимости от вида деятельности предприятия примерные значения коэффициента могут варьировать от 0,65, что характерно для вспомогательных цехов в заводах черной металлургии до 0,95 - для алюминиевых заводов.
- Сколько часов за год работает приемник с максимальной нагрузкой и потреблением электроэнергии , соответствующим графику нагрузки. Такая величина называется годовым числом часов использования максимума активной мощности (Тм) и зависит от количества смен и вида деятельности предприятия. Так, при работе в одну смену Тм может составлять от 1800 до 2500 часов, если работа двухсменная - до 4500 часов, при трехсменной работе - до 7000 часов;
- Число часов работы предприятия за год (Тг) даст представление о годовом режиме использования электроэнергии. Зависит от количества смен, а также их длительности;
- Значение эффективного числа приемников дает возможность заменить группу разных по режиму работы приемников группой однородных. На рисунке отражены кривые, определяющие эффективное число электроприемников.
Так как же определить расчетную нагрузку? Для расчета нагрузок наиболее точным является метод упорядоченных диаграмм. Имея данные о мощности каждого приемника, количестве и техназначении всех приемников, а также с помощью вышеизложенных коэффициентов и величин, рассмотрим порядок расчета по узлам питания:
- Приемники делим на группы по их технологическому назначению;
- По каждой группе вычисляем среднюю активную и реактивную мощности (Рсм и Qсм);
- Определяем число приемников (n), суммарную установленную мощность (Ру), а также суммарные средние реактивной и активной мощностей;
- Рассчитываем коэффициент использования по группе (Ки);
- Определяем эффективное число электроприемников;
- Используя вышеприведенную таблицу и рисунок, находим максимальный коэффициент;
- Вычисляем расчетную активную мощность (Рм), а расчетная реактивная мощность (Qм) равна средней реактивной мощности (Qсм);
- Находим расчетную полную мощность (Sм) и ток (Iм).
Чтобы обезопасить себя при работе с бытовыми электроприборами, необходимо в первую очередь правильно вычислить сечение кабеля и проводки. Потому-что если будет неправильно выбран кабель, это может привести к короткому замыканию, из за чего может произойти возгорание в здание, последствия могут быть катастрофическими.
Это правило относиться и к выбору кабеля для электродвигателей.
Расчёт мощности по току и напряжению
Данный расчет происходит по факту мощности, проделывать его необходимо еще до начала проектирование своего жилища (дома, квартиры).
- Из этого значение зависят кабеля питающие приборы которые подключены к электросети.
- По формуле можно вычислить силу тока, для этого понадобиться взять точное напряжение сети и нагрузку питающихся приборов. Ее величина дает нам понять площадь сечение жил.
Если вам известны все электроприборы, которые в будущем должны питаться от сети, тогда можно легко сделать расчеты для схемы электроснабжение. Эти же расчеты можно выполнять и для производственных целей.
Однофазная сеть напряжением 220 вольт
Формула силы тока I (A — амперы):
I=P/U
Где P — это электрическая полная нагрузка (ее обозначение обязательно указывается в техническом паспорте данного устройства), Вт — ватт;
U — напряжение электросети, В (вольт).
В таблице представлены стандартные нагрузки электроприборов и потребляемый ими ток (220 В).
| Электроприбор | Потребляемая мощность, Вт | Сила тока, А |
| Стиральная машина | 2000 – 2500 | 9,0 – 11,4 |
| Джакузи | 2000 – 2500 | 9,0 – 11,4 |
| Электроподогрев пола | 800 – 1400 | 3,6 – 6,4 |
| Стационарная электрическая плита | 4500 – 8500 | 20,5 – 38,6 |
| СВЧ печь | 900 – 1300 | 4,1 – 5,9 |
| Посудомоечная машина | 2000 - 2500 | 9,0 – 11,4 |
| Морозильники, холодильники | 140 - 300 | 0,6 – 1,4 |
| Мясорубка с электроприводом | 1100 - 1200 | 5,0 - 5,5 |
| Электрочайник | 1850 – 2000 | 8,4 – 9,0 |
| Электрическая кофеварка | 6з0 - 1200 | 3,0 – 5,5 |
| Соковыжималка | 240 - 360 | 1,1 – 1,6 |
| Тостер | 640 - 1100 | 2,9 - 5,0 |
| Миксер | 250 - 400 | 1,1 – 1,8 |
| Фен | 400 - 1600 | 1,8 – 7,3 |
| Утюг | 900 - 1700 | 4,1 – 7,7 |
| Пылесос | 680 - 1400 | 3,1 – 6,4 |
| Вентилятор | 250 - 400 | 1,0 – 1,8 |
| Телевизор | 125 - 180 | 0,6 – 0,8 |
| Радиоаппаратура | 70 - 100 | 0,3 – 0,5 |
| Приборы освещения | 20 - 100 | 0,1 – 0,4 |
На рисунке вы можете видет схему устройства электроснабжение дома при однофазном подключении к сети 220 вольт.
Как и показано на рисунке, все потребители должны быть подключены к соответствующим автоматам и счетчику, далее к общему автомату который будет выдерживать общею нагрузку дома. Кабель который будет доводит ток, должен выдерживать нагрузку всех подключенных бытовых приборов.
В таблице ниже показана скрытая проводка при однофазной схеме подключение жилища для подбора кабеля при напряжении 220 вольт.
| Сечение жилы провода, мм 2 | Диаметр жилы проводника, мм | Медные жилы | Алюминиевые жилы | ||
| Ток, А | Мощность, Вт | Ток, А | Мощность, кВт | ||
| 0,50 | 0,80 | 6 | 1300 | ||
| 0,75 | 0,98 | 10 | 2200 | ||
| 1,00 | 1,13 | 14 | 3100 | ||
| 1,50 | 1,38 | 15 | 3300 | 10 | 2200 |
| 2,00 | 1,60 | 19 | 4200 | 14 | 3100 |
| 2,50 | 1,78 | 21 | 4600 | 16 | 3500 |
| 4,00 | 2,26 | 27 | 5900 | 21 | 4600 |
| 6,00 | 2,76 | 34 | 7500 | 26 | 5700 |
| 10,00 | 3,57 | 50 | 11000 | 38 | 8400 |
| 16,00 | 4,51 | 80 | 17600 | 55 | 12100 |
| 25,00 | 5,64 | 100 | 22000 | 65 | 14300 |
Как и показано в таблице, сечение жил зависит и от материала из которого изготовлен.
Трёхфазная сеть напряжением 380 В
В трехфазном электроснабжении сила тока рассчитывается по следующей формуле:
I = P /1,73 U
P — потребляемая мощность в ватах;
U — напряжение сети в вольтах.
В техфазной схеме элетропитания 380 В, формула имеет следующий вид:
I = P /657, 4
Если к дому будет проводиться трехфазная сеть 380 В, то схема подключения будет иметь следующий вид.
В таблице ниже представлена схема сечения жил в питающем кабеле при различной нагрузке при трехфазном напряжении 380 В для скрытой проводки.
| Сечение жилы провода, мм 2 | Диаметр жилы проводника, мм | Медные жилы | Алюминиевые жилы | ||
| Ток, А | Мощность, Вт | Ток, А | Мощность, кВт | ||
| 0,50 | 0,80 | 6 | 2250 | ||
| 0,75 | 0,98 | 10 | 3800 | ||
| 1,00 | 1,13 | 14 | 5300 | ||
| 1,50 | 1,38 | 15 | 5700 | 10 | 3800 |
| 2,00 | 1,60 | 19 | 7200 | 14 | 5300 |
| 2,50 | 1,78 | 21 | 7900 | 16 | 6000 |
| 4,00 | 2,26 | 27 | 10000 | 21 | 7900 |
| 6,00 | 2,76 | 34 | 12000 | 26 | 9800 |
| 10,00 | 3,57 | 50 | 19000 | 38 | 14000 |
| 16,00 | 4,51 | 80 | 30000 | 55 | 20000 |
| 25,00 | 5,64 | 100 | 38000 | 65 | 24000 |
Для дальнейшего расчета питания в цепях нагрузки, характеризующейся большой реактивной полной мощностью, что характерно применению электроснабжения в промышленности:
- электродвигатели;
- индукционные печи;
- дроссели приборов освещения;
- сварочные трансформаторы.
Это явление в обязательном порядке необходимо учитывать при дальнейших расчетах. В более мощных электроприборах нагрузка идет гораздо больше, поэтому в расчетах коэффициент мощности принимают 0,8.
При подсчете нагрузки на бытовые приборы запас мощности нужно брать 5%. Для электросети этот процент становит 20%.
1. Сбор нагрузок
Перед началом расчета стальной балки необходимо собрать нагрузку, действующая на металлическую балку. В зависимости от продолжительности действия нагрузки разделяют на постоянные и временные.
- собственный вес металлической балки;
- собственный вес перекрытия и т.д.;
- длительная нагрузка (полезная нагрузка, принимается в зависимости от назначения здания);
- кратковременная нагрузка (снеговая нагрузка, принимается в зависимости от географического расположения здания);
- особая нагрузка (сейсмическая, взрывная и т.д. В рамках данного калькулятора не учитывается);
Нагрузки на балку разделяют на два типа: расчетные и нормативные. Расчетные нагрузки применяются для расчета балки на прочность и устойчивость (1 предельное состояние). Нормативные нагрузки устанавливаются нормами и применяется для расчета балки на прогиб (2 предельное состояние). Расчетные нагрузки определяют умножением нормативной нагрузки на коэффициент нагрузки по надежности. В рамках данного калькулятора расчетная нагрузка применяется при определении прогиба балки в запас.
После того как собрали поверхностную нагрузку на перекрытие, измеряемой в кг/м2, необходимо посчитать сколько из этой поверхностной нагрузки на себя берет балка. Для этого надо поверхностную нагрузку умножить на шаг балок(так называемая грузовая полоса).
Например: Мы посчитали, что суммарная нагрузка получилась Qповерхн.= 500кг/м2, а шаг балок 2,5м. Тогда распределенная нагрузка на металлическую балку будет: Qраспр.= 500кг/м2 * 2,5м = 1250кг/м. Эта нагрузка вносится в калькулятор
2. Построение эпюрДалее производится построение эпюры моментов, поперечной силы. Эпюра зависит от схемы нагружения балки, вида опирания балки. Строится эпюра по правилам строительной механики. Для наиболее частоиспользуемых схем нагружения и опирания существуют готовые таблицы с выведенными формулами эпюр и прогибов.
3. Расчет по прочности и прогибуПосле построения эпюр производится расчет по прочности (1 предельное состояние) и прогибу (2 предельное состояние). Для того, чтобы подобрать балку по прочности, необходимо найти требуемый момент инерции Wтр и из таблицы сортамента выбрать подходящий металлопрофиль. Вертикальный предельный прогиб fult принимается по таблице 19 из СНиП 2.01.07-85* (Нагрузки и воздействия). Пункт2.а в зависимости от пролета. Например предельный прогиб fult=L/200 при пролете L=6м. означает, что калькулятор подберет сечение прокатного профиля (двутавра, швеллера или двух швеллеров в коробку), предельный прогиб которого не будет превышать fult=6м/200=0,03м=30мм. Для подбора металлопрофиля по прогибу находят требуемый момент инерции Iтр, который получен из формулы нахождения предельного прогиба. И также из таблицы сортамента подбирают подходящий металлопрофиль.
4. Подбор металлической балки из таблицы сортаментаИз двух результатов подбора (1 и 2 предельное состояние) выбирается металлопрофиль с большим номером сечения.