Как рассчитать общую массу двутавровой балки и ее удельный вес

1 Расчет общего веса и варианты определения массы 1 погонного метра

Единственный точный способ определить вес любого металлопроката – его взвешивание. Однако эту процедуру выполняют только во время отгрузки, когда встает вопрос о том, сколько поставщик отпускает покупателю продукции, или она передается в пределах одного и того же предприятия в другие структурные подразделения либо в цеха. В первом случае взвешивание необходимо, чтобы выяснить точную стоимость партии металлопроката, а во втором – для правильности ведения учета движения материалов внутри организации.

Во всех остальных случаях вес металлоизделий определяют с помощью математических вычислений. Это относится главным образом к различным расчетам: количества необходимого для производства двутавра сырья; прочности и массы конструкций; проектным и при составлении сметы; бухгалтерским; при определении требуемого транспорта. Одним словом – во всех случаях, когда нужно быстро и без взвешивания перевести объем металлопродукции, указанный в метрах (погонных либо квадратных для листов), в килограммы (тонны) либо наоборот. Также иногда просто нет возможности, даже когда это необходимо, взвесить изделия.

Вес партии либо отдельные отрезки двутавровой балки рассчитывают умножением их общей длины (в метрах) на массу 1 погонного метра этой металлопродукции. Общий метраж изделия для таких вычислений, ясное дело, можно определить только одним способом – замерив его. Массу 1 погонного метра (ее еще называют удельным весом) двутавровой балки выясняют одним из следующих методов:

• находят величину этой характеристики в справочных таблицах сортамента ГОСТа для соответствующего вида изделия;
• рассчитывают самостоятельно.

Двутавровые балки

Первый способ самый точный, хотя полученные по нему сведения не будут в полной мере соответствовать фактическому удельному весу той или иной двутавровой балки. Дело в том, что табличные значения массы 1 погонного метра из ГОСТов тоже определялись расчетным способом, то есть являются теоретическими. Причем вычисления выполнялись для двутавровых балок с номинальными размерами, а плотность металла принималась равной 7850 кг/м³ (средняя величина для обычных марок стали).

Реальные изделия всегда изготавливаются с размерами, отличающимися от номинальных. Эта разница предусмотрена и допускается ГОСТами, по которым производят металлопродукцию, и называется предельными отклонениями. Для двутавровой балки она распространяется на высоту, толщину стенки и полок, а также ширину последних. Предельные отклонения этих параметров от номинальных значений в зависимости от вида двутавра могут составлять несколько десятых и даже целых единиц процента в меньшую или большую сторону. Соответственно и фактическая масса 1 метра будет отличаться от теоретической, представленной в таблицах ГОСТов. Разница может достигать 4 %.

Кроме того, двутавровую балку, как и прочую металлопродукцию, производят не только из сталей, имеющих плотность 7850 кг/м³. Этот параметр в зависимости от конкретной марки сплава может меняться в диапазоне 7700–7900 кг/м³. Фактическая масса 1 метра двутавровой балки может отличаться от теоретической табличной еще на -1,02 –+ 1,01 %.

2 Как самостоятельно рассчитать вес двутавра?

Существует 2 способа рассчитать массу 1 метра двутавровой балки. Если есть возможность взвесить отрезок (одну балку) двутавра, то лучше им воспользоваться. Полученную массу надо разделить на длину взвешенного изделия. Результат такого расчета и будет удельным весом имеющейся двутавровой балки.

Второй способ рассчитать массу 1 метра – надо сначала по размерам поперечного сечения имеющейся двутавровой балки вычислить его площадь, а затем умножить полученную величину на плотность стали, из которой металлоизделие произведено.

Расчет этим способом в зависимости от типа двутавра может давать погрешность в определении его удельного веса до 20 %. Дело в том, что у двутавровых балок сложная форма поперечного сечения. Из-за этого площадь последнего самостоятельно точно рассчитать для кого-то будет просто невозможно, а у всех желающих это осуществить потребует много времени. Ведь в зависимости от типа двутавровой балки у нее будут:

• полки с параллельными гранями либо с наклонными внутренними;
• закругления на торцах полок;
• закругления либо сварной шов (у сварных изделий) между стенкой и полками.

Все это и делает сложным форму поперечного сечения и, как следствие, весьма затруднительным расчет его площади. Ведь для точных вычислений необходимо замерить все размеры. Не только основные (высоту, толщину стенки и полок, а также ширину последних), но и радиусы закругления, а также угол, под которым расположены наклонные грани полок по отношению к стенке. После этого следует построить сечение и разбить его на простые фигуры (прямоугольники, трапеции, треугольники, сектора), площади которых надо сначала вычислить по отдельности, а затем суммировать. При расчете удельного веса сварной двутавровой балки надо будет как-то определить и учесть площадь сечения либо массу сварных швов, что тоже весьма проблематично.

Сварная двутавровая балка

Поэтому второй способ расчета удельного веса предполагает замер только основных размеров сечения двутавровой балки: высоты (h); толщины стенки (s) и полок (t); ширины последних (b). Если у изделия полки с наклонными внутренними гранями, то замеряют их среднюю толщину, и только после определенной последовательности действий. Сначала выясняем толщину стенки двутавровой балки и ширину полок. Затем от ширины отнимаем толщину стенки и делим полученную величину на 4 – формула (b – s)/4. Отмеряем вычисленное значение от торцов полок и перпендикулярно им в сторону стенки. Это место, где следует замерять среднюю толщину полок.

Вычисления проводим в следующем порядке. Определяем расстояние между полками (L) – от высоты двутавровой балки отнимаем толщину обоих полок. Формула: L = h – 2*t. Затем рассчитываем площади 3 простых фигур (прямоугольников), две из которых одинаковые по размерам и соотносятся с сечениями полок, а одна представляет собой разрез участка стенки между последними. После этого суммируем полученные величины. Результат и будет приблизительной площадью сечения двутавра.

То есть площади определяем по следующим формулам:

• S_П = b*t – для одной полки;
• S_С = L*s – для стенки;
• S = S_С + 2*S_П – для полного сечения балки.

После этого умножаем расчетную площадь разреза двутавра на плотность стали в кг/м³. Полученная величина и будет удельным весом балки. Перед этим не забываем перевести квадратные миллиметры или сантиметры площади в м². А еще лучше произвести перевод в метры размеров еще до начала всех расчетов. Значение плотности стали желательно взять именно для той марки металла, из которой произведена двутавровая балка. Обозначение сплава может быть нанесено на самом изделии либо иметься в сопроводительных документах на него. Зная марку, по справочнику определяем плотность стали для нее. Если такой возможности нет, берем среднее значение, как в ГОСТах – 7850 кг/м³.

Очевидно, что первый способ вычисления удельного веса, описанный в начале главы, гораздо точнее, рассмотренного только что. Кроме того, он менее трудоемкий и более быстрый. Абсолютной точности он не дает по той причине, что определяется среднее значение массы 1 метра взвешенной балки, в то время как размеры ее и остальных двутавров партии могут "гулять" вдоль всей длины в пределах допустимых отклонений.

3 Определение удельного веса по таблицам ГОСТов

Для этого надо сначала выяснить, к какому типу относится двутавровая балка и соответствующий ей стандарт. А уже в таблице последнего найти типоразмер имеющегося изделия, для которого надо узнать массу 1 метра.

Для определения стандарта надо в первую очередь обратить внимание, нет ли его обозначения на самой двутавровой балке. Если такая маркировка отсутствует, то сначала выясняем способ изготовления двутавровой балки. Какая она – сварная или горячекатаная. Это легко определить визуальным осмотром. Для горячекатаных затем надо рассмотреть форму их полок: с параллельными они гранями либо нет. После этого делаем замеры основных размеров балки:

• высоты – h;
• ширины полок – b;
• толщины стенки – s;
• толщины полок – t.

Если у двутавра полки с наклонными внутренними гранями, то замеряем их среднюю толщину (t) как описано в предыдущей главе. После всех этих действий на основании описаний и типоразмеров, имеющихся в ГОСТах на производимые по ним двутавровые балки, определяем нужный стандарт. В нем вышеуказанные характеристики должны максимально совпадать с теми, что дал внешний осмотр и замеры имеющегося изделия. То есть, если сварной либо горячекатаный двутавр, то и нужен соответствующий ГОСТ. Для горячекатаных балок – определяем еще и по форме полок. В последнюю очередь по таблицам типоразмеров сверяем размеры. Они у имеющейся двутавровой балки и указанного в ГОСТе изделия должны быть одинаковыми либо близкими по значению в пределах допустимых отклонений.

Полки двутавра с наклонными внутренними гранями

В таблице типоразмеров выбранного таким способом стандарта находим удельный вес имеющегося двутавра. При необходимости сделать поправку по плотности стали выясняем марку металла, из которого произведено изделие, а затем – его плотность в кг/м³. Потом делим табличный удельный вес на 7850 (плотность в кг/м³, которую использовали при расчетах во время составления ГОСТа), а затем умножаем на величину плотности стали, использовавшейся при изготовлении имеющегося двутавра.

Действующие в настоящее время стандарты сортамента на двутавровую стальную горячекатаную балку следующие:

• ГОСТ 8239-89 – для изделий с полками, имеющими наклонные внутренние грани;
• ГОСТ 19425-74 – для специальных стальных швеллеров и двутавров с полками, имеющими наклонные внутренние грани;
• ГОСТ 26020-83 – на балки с полками, имеющими параллельные грани;
• СТО АСЧМ 20-93 – для продукции с параллельными гранями полок;
• ТУ 14-2-3336-78 – на двутавры для шарнирных остряков № 8;
• ГОСТ 5267.5-90 – для профилей № 19, предназначенных для использования в качестве хребтовой балки.

Стандартный сварной двутавр производят только по ТУ У 01412851.001-95.