Profil zamknięty przenosi obciążenia znacznie efektywniej niż pełny pręt o tej samej masie, bo materiał jest odsunięty od osi obojętnej. Dobór przekroju to porównanie momentu bezwładności z obciążeniem, a nie samej średnicy zewnętrznej. Waga wychodzi z prostego przeliczenia i decyduje zarówno o kosztach transportu, jak i o sposobie montażu.
Dlaczego profil zamknięty jest efektywny?
Sztywność zgięciowa zależy od rozkładu materiału względem osi obojętnej, a nie od samej ilości stali. W przekroju rurowym materiał znajduje się w największej odległości od tej osi, więc na jednostkę masy uzyskuje się wyraźnie większą nośność niż w pręcie pełnym.
Drugą zaletą jest jednakowa sztywność w każdym kierunku, co upraszcza projektowanie słupów i elementów obciążonych z różnych stron. Profile otwarte wymagają w takich miejscach dodatkowego stężenia.
Jak dobrać przekrój do obciążenia?
Przy zginaniu porównuje się moment bezwładności przekroju z wymaganym, przy ściskaniu decyduje smukłość, czyli relacja długości elementu do promienia bezwładności. Element długi i smukły traci nośność przez wyboczenie, jeszcze przed osiągnięciem wytrzymałości stali.
W praktyce oznacza to, że dla słupa o dużej wysokości korzystniejsze jest zwiększenie średnicy niż grubości ścianki. Zwiększenie średnicy poprawia moment bezwładności szybciej i przy mniejszym przyroście masy.
Jak policzyć wagę elementu?
Masę oblicza się z objętości stali w ściance pomnożonej przez gęstość stali, przyjmowaną jako 7850 kg na metr sześcienny. Objętość ścianki to pole pierścienia w przekroju pomnożone przez długość odcinka.
Alternatywą jest odczyt masy jednostkowej z tabeli wyrobu, podawanej w kilogramach na metr bieżący. Dla przekroju o średnicy zewnętrznej 17,2 mm i ściance 2,3 mm masa odcinka sześciometrowego wynosi niespełna trzy kilogramy, co pokazuje, jak lekkie są cienkościenne elementy o małych średnicach.
- zginanie: kryterium doboru to moment bezwładności
- ściskanie: kryterium to smukłość i wyboczenie
- słupy wysokie: zwiększać średnicę, nie grubość ścianki
- masa jednostkowa: pole pierścienia razy gęstość 7850 kg/m3
- odcinki handlowe: zwykle 6 metrów, co wyznacza podział konstrukcji
Jak długość handlowa wpływa na projekt?
Elementy dostarcza się w odcinkach o standardowej długości, najczęściej sześciometrowych, i ten wymiar wyznacza naturalny podział konstrukcji na segmenty. Projektowanie elementów o długości nieznacznie przekraczającej odcinek handlowy generuje duży odpad.
Dopasowanie modułu konstrukcji do długości handlowej zmniejsza liczbę spoin i ilość materiału do utylizacji. Przy większych zamówieniach ma to bezpośredni wpływ na czas prac spawalniczych.
Skąd zamówić materiał na konstrukcję?
Do konstrukcji przydaje się dostęp do całego szeregu wymiarowego, żeby dobrać przekrój wyliczony, a nie najbliższy dostępny. Skład BAT prowadzi asortyment rur stalowych w szerokim zakresie średnic zewnętrznych i grubości ścianki, obok profili prostokątnych, kątowników i ceowników wykorzystywanych w tych samych konstrukcjach.
Przy zamówieniu podaje się zestawienie z długościami odcinków i liczbą sztuk. Pozwala to zestawić łączną masę dostawy, od której zależy dobór transportu i sposób rozładunku na budowie.
Co sprawdzić przed zamówieniem?
- przekrój wyliczony z obciążenia, nie przyjęty z doświadczenia
- smukłość elementów ściskanych sprawdzona
- podział konstrukcji dopasowany do odcinków handlowych
- łączna masa dostawy policzona pod transport
- sposób zabezpieczenia antykorozyjnego ustalony przed montażem
Zestawienie materiałowe sprawdza się razem z rysunkiem warsztatowym, bo najczęstszym błędem jest zamówienie właściwych przekrojów w niewłaściwych długościach. Korekta zestawienia jest darmowa, docinanie i spawanie już nie.
Dobór przekroju sprowadza się do dwóch liczb: momentu bezwładności przy zginaniu i smukłości przy ściskaniu. Waga wychodzi z geometrii ścianki, a długość odcinka handlowego warto uwzględnić już na etapie podziału konstrukcji.