Portal o gatunkach stali, projektowaniu i wykonawstwie konstrukcji stalowych

Belka: momenty i ugięcia

Wybierz schemat statyczny, rozpiętość i obciążenie. Narzędzie poda reakcje, momenty, ugięcie i porówna je z ugięciem granicznym.

Projektowanie wstępneDziała w przeglądarceWynik do udostępnienia linkiemWzory jawne

Do czego służy kalkulator belki

Kalkulator wyznacza reakcje podporowe, siły tnące, momenty zginające i ugięcie belki o stałym przekroju. Obejmuje sześć schematów: belkę swobodnie podpartą z obciążeniem równomiernym, z siłą w środku i z siłą w dowolnym punkcie, wspornik z obciążeniem równomiernym i z siłą na końcu oraz belkę obustronnie utwierdzoną.

Wynik służy do szybkiej oceny, czy wybrany profil ma wystarczającą sztywność. Przydaje się przy porównaniu wariantów, wycenie i sprawdzaniu założeń projektu. Nie zastępuje obliczeń statycznych z kombinacjami obciążeń według Eurokodów.

Jak liczy narzędzie

Narzędzie korzysta z klasycznych wzorów mechaniki budowli dla belki sprężystej. Dla belki swobodnie podpartej z obciążeniem q moment w przęśle wynosi M = qL²/8, a ugięcie f = 5qL⁴/(384EI). Linię ugięcia i wykres momentów narzędzie rysuje w skali umownej.

Naprężenie w skrajnych włóknach to σ = M/Wel. Narzędzie porównuje je z granicą plastyczności fy, a ugięcie z wartością graniczną, na przykład L/250. Moment bezwładności i wskaźnik możesz wpisać lub wybrać profil z tablic.

Skąd wziąć dane wejściowe

Obciążenie q zbierz z powierzchni stropu lub dachu przypadającej na belkę. Pomnóż obciążenie powierzchniowe w kN/m² przez rozstaw belek w metrach. Obciążenia użytkowe, śnieg i wiatr podają części normy EN 1991 z załącznikami krajowymi.

Rozpiętość L to odległość między osiami podpór. Moment bezwładności i wskaźnik wytrzymałości przenieś z tablic kształtowników, wybierając profil nad formularzem. Narzędzie wstawi wtedy Iy i Wel,y bez przepisywania.

Moduł sprężystości stali przyjmuje się równy 210 GPa. Dla stali nierdzewnych austenitycznych EN 1993-1-4 podaje 200 GPa, co zwiększa ugięcie o około 5 procent.

Przykład obliczenia krok po kroku

Dane: belka stropowa IPE 300 ze stali S355, rozpiętość 6 m, swobodnie podparta, obciążenie charakterystyczne 10 kN/m. Z tablic: Iy = 8356 cm⁴, Wel,y = 557 cm³.

  1. Reakcje: R = qL/2 = 10 · 6/2 = 30 kN na każdej podporze.
  2. Maksymalny moment w środku: M = qL²/8 = 10 · 6²/8 = 45 kNm.
  3. Ugięcie: f = 5 · 10 · 6000⁴/(384 · 210 000 · 8356 · 10⁴) ≈ 9,62 mm.
  4. Ugięcie graniczne L/250: 6000/250 = 24 mm. Warunek jest spełniony z dużym zapasem.
  5. Naprężenie: σ = 45 · 10⁶/557 · 10³ ≈ 80,8 MPa, czyli 23 procent granicy plastyczności 355 MPa.

Dla siły skupionej 20 kN w środku tej samej belki moment wynosi 30 kNm, a ugięcie około 5,1 mm.

Typowe błędy

  • Sprawdzanie ugięcia obciążeniem obliczeniowym. Ugięcie porównuje się z wartością graniczną dla obciążeń charakterystycznych. Obciążenie obliczeniowe ze współczynnikami służy do sprawdzenia nośności.
  • Pominięcie ciężaru własnego. IPE 300 waży 42,2 kg/m, czyli około 0,41 kN/m. Dodaj go do obciążenia q.
  • Moment bezwładności względem złej osi. Belka zginana w płaszczyźnie środnika pracuje względem osi y. Iz dwuteownika jest wielokrotnie mniejszy.
  • Traktowanie wyniku jako pełnego sprawdzenia. Belka bez stężeń bocznych może utracić stateczność przez zwichrzenie, zanim naprężenie osiągnie granicę plastyczności.

Jak wykorzystać wynik

Gdy ugięcie przekracza wartość graniczną, wybierz wyższy profil z tablicy IPE lub tablicy HEB. Zwiększenie wysokości przekroju najszybciej zmniejsza ugięcie. Dla przekrojów spawanych policz charakterystyki w narzędziu charakterystyk przekroju. Dobór gatunku stali opisuje kompendium w rozdziale o doborze materiału.

Pytania i odpowiedzi

Jakie ugięcie graniczne przyjąć?

Wartości graniczne ustala projektant na podstawie załącznika krajowego do EN 1990 i wymagań inwestora. Dla belek stropowych często przyjmuje się L/250, a dla elementów pod ściankami działowymi lub okładzinami wartości ostrzejsze. Narzędzie pozwala wybrać L/200 do L/500.

Czy zwiększenie gatunku stali zmniejszy ugięcie?

Nie. Ugięcie zależy od modułu sprężystości E i momentu bezwładności I. Moduł E jest praktycznie taki sam dla S235, S355 i S460. Wyższy gatunek zwiększa nośność, ale nie sztywność.

Jak uwzględnić kilka obciążeń jednocześnie?

Dla belki sprężystej wyniki od kilku obciążeń można sumować. Policz każde obciążenie osobno i dodaj momenty oraz ugięcia w tym samym przekroju belki.

Dlaczego wspornik ugina się tak mocno?

Ugięcie wspornika z obciążeniem równomiernym wynosi qL⁴/(8EI), czyli około 9,6 raza więcej niż belki swobodnie podpartej o tej samej rozpiętości. Dlatego wsporniki projektuje się zwykle krótsze lub sztywniejsze.

Czy kalkulator liczy belki ciągłe?

Nie. Belki wieloprzęsłowe wymagają obliczeń statycznych układu. Schemat obustronnie utwierdzony daje orientacyjne wartości dla przęsła wewnętrznego belki ciągłej o równych przęsłach.

Jak sprawdzić zwichrzenie?

Zwichrzenie sprawdza się według EN 1993-1-1, punkt 6.3.2, z uwzględnieniem stężeń bocznych i warunków podparcia. Kalkulator tego nie robi, dlatego wynik naprężeń traktuj orientacyjnie.

Projektowanie wstępne: pozostałe narzędzia

Wszystkie narzędzia (18)
Czy to narzędzie była pomocna?
Porównanie:Porównaj
Esc
↑ ↓ wybórEnter otwórzPolskie znaki są opcjonalne. Wpisz oznaczenie, np. S355J2+N, aby je rozszyfrować.

Ustawienia dostępności

Rozmiar tekstu
Motyw