Металлическое сечение: что это и как рассчитать

Что это такое? Металлическое сечение – составная часть геометрии изделия, которая используется при обработке. Ведь данное понятие включает в себя анализ не только наружных элементов, но и пазов, канавок, отверстий. Основного вида может быть недостаточно, чтобы представить внутреннюю структуру изделия.

Как измерить и рассчитать? Важно знать формулу и нюансы расчета сечения той или иной конструкции. Также не нужно путать сечение с разрезом – у них есть ключевые отличия. Только тогда процесс обработки детали будет полноценным и эффективным.

Что такое сечение

Если рассечь деталь одной либо несколькими плоскостями, получится изображение с геометрией, через которую проходит секущая плоскость. Это изображение и называется сечением. В технических чертежах содержатся всевозможные типы изображений, к примеру виды, разрезы, сечения. Отличие между сечением и разрезом заключается в том, что на первом показана геометрия той части детали, по которой прошла секущую плоскость. Но всё, что осталось за плоскостью, на сечении не изображено.

Когда конструкция детали, через которую секущая плоскость не проходит, сложна и затрудняет понимание геометрии изделия, следует ориентироваться не на сечение, а на разрез. Профиль металлического сечения обозначается на чертеже для того, чтобы детально отобразить геометрические особенности, а также габариты определенного участка детали. Таким образом, сечение выполняет ключевую функцию, передавая геометрические данные, определенной части детали, необходимые при ее производстве.

Основные типы сечений

Сечения металлической детали подразделяются на два вида: вынесенные и наложенные. Изображая вынесенные сечения, а также разрез, необходимо указать отрезки линии сечения, а также стрелки направления взгляда. Буквы будут идентифицировать сечение. Над изображением сечения должно быть буквенное обозначение через тире, к примеру, А-А.

1. Наложенное сечение размещается на изображении исходного элемента. Когда такое сечение является симметричным на опорном элементе чертежа, не нужно указывать положение секущей плоскости.
2. Вынесенное симметричное сечение позволяет визуализировать срез детали, являющийся предпочтительным благодаря своей практичности. Вынесенное сечение металлических конструкций можно располагать рядом с основным изображением. При этом важно, чтобы ось симметрии совпадала с положением секущей плоскости и пересекала внешнее очертание детали.

Если секущая плоскость проходит через отверстия некруглой формы и сечение состоит из нескольких частей, необходимо сделать разрез, чтобы специфика предмета была отражена правильно. Выполняя сечения одинаковой формы, которые указаны на однородном предмете, выносной профиль среза следует показать в одном исполнении для всех одинаковых частей. При этом линии, обозначающие места их размещения, должны быть маркированы одной и той же литерой.

Чтобы позиционирование было удобным, сечение металлического проводника можно повернуть, добавив над ними надписи и знаки «повернуто». Если секущие плоскости не параллельны друг другу, не нужно наносить знак «повернуто». Допустимо заменять плоскости, отсекающие необходимые части предмета на секущие цилиндрические поверхности. В дальнейшем они могут быть развернуты в плоскость.

Читайте также: «Оборудование для СТО»

У ряда деталей представление такого подробного разреза позволяет получить наглядную характеристику его конструктивных индивидуальных параметров. Над развернутым сечением должна быть нанесена надпись с буквами того же формата, а также со специальным знаком «развернуто».

Порядок построения сечения

1. Чтобы выполнить сечение металлических труб, необходимо вывести секущую плоскость в той области детали, где должна быть с высокой точностью выявлена ее форма.
2. Далее следует отбросить часть детали, которая находится между человеком и секущей плоскостью.
3. Фигуру сечения нужно мысленно повернуть таким образом, чтобы она стала параллельной основной плоскости проекций P.
4. Изображать сечение необходимо, учитывая действующие требования проецирования.

В ряде ситуаций, когда на основном изображении нельзя показать детально мелкие элементы изделия, используют выносные элементы. Выносной элемент – это дополнительное увеличенное отдельное изображение определенной части детали. Выносной элемент применяется, когда нужно получить графическое пояснение формы, размеров изделия.

Когда применяется выносной элемент, соответствующее место изображения должно быть отмечено замкнутой сплошной тонкой линией, которая представляет собой окружность либо овал. В этом случае порядковый номер выносного элемента обозначается римской цифрой на полке линии-выноски. Над выносным элементом должна быть указана та же цифра и масштаб, в котором изображен выносной элемент. Помните о том, что масштабы могут отличаться.

Читайте также: «Металлические стеллажи для склада»

Выносной элемент необходимо размещать максимально близко к соответствующему месту на изображении детали. В выносном элементе содержатся подробности, которые не указаны непосредственно на самом изображении. Также есть отличия в содержании. К примеру, изображение – это вид, при этом выносной элемент — разрез.

Виды сечения металлических балок и других изделий

Далее рассмотрим виды сечений металлических балок. Стальные балки выполнены в виде металлического бруса требуемой длины и нужной формы поперечного сечения. Чаще всего металлические балки изготовлены из сверхпрочной стали марки Ст5, при этом форма поперечного сечения – двутавр либо швеллер. Балки производят именно с таким поперечным сечением, поскольку расчеты подтвердили: эта форма позволяет сэкономить, чего нельзя сказать про иные геометрические фигуры.

Что касается металлических балок, их классифицируют по типу сечения. Такой способ деления позволяет упростить подбор несущих конструкций, учитывая их область использования. В зависимости от типа сечения металлические балки подразделяются на несколько видов:

• С прямоугольным сечением. Такие балки подходят для монтажа маленьких пролетов.
• L-образное сечение. Применяются для создания фасадов.
• Т-образное сечение (визуально балки похожи на рельсы). Используются для строительства подвалов, погребов, а также хозяйственных помещений.
• Г-образное сечение. Такие балки практически не используются при проведении строительных работ. Данные элементы подходят для создания пролетов с низкой нагрузкой.
• Трапециевидное сечение. Прочность таких балок максимальная.

Даже с учетом того, что в продаже можно найти огромное множество разных балок, отличающихся между собой по типу сечения, для осуществления строительных работ в основном применяют двутавровые элементы. Причина заключается в том, что такие балки устойчивы к нагрузке на изгиб.

Читайте также: «Гибочные прессы»

Двутавровые балки бывают нескольких видов (перечень приведен с указанием маркировки):

• широкополосные (Ш);
• нормальные (Н);
• колонные (К);
• узкополочные (У);
• монорельсовые (М);
• дополнительная серия (Д).

Двутавровые балки также подразделяются на разные типы в зависимости от угла наклона граней, обычно он составляет 6–12 %. Однако у специальных версий двутавровых балок наклон граней равен 16 % (С) или 12 % (М).

Расчет сечения металлических балок

Чтобы самостоятельно рассчитать сечение металлических балок, применяется следующая формула F=Nφ*m*R

Расшифровывается она следующим образом:

• N – нагрузка на центр тяжести колонны в кг;
• m = 1, коэффициент условий работы;
•  – коэффициент продольного изгиба, он зависит от гибкости λ. Важно, чтобы для поясов гибкость составляла 100-80, для решетки 120-100. При данных параметрах значение коэффициента продольного изгиба для поясов  расположено в диапазоне 0,734-0,599, для решетки значение находится в диапазоне 0,599-0,479;
• R – расчетное сопротивление стали 200 Мпа.

F=Nφ*m*R =460.734*20000 0,003133 м² = 31,33 см²

Желательно, чтобы площадь одного уголка находилась в пределах 15,6 квадратных сантиметров.

Особенности сечения металлической колонны

Колонна представляет собой вертикальный элемент несущей конструкции строения, передающая нагрузку от расположенных выше элементов на фундамент. Внизу колонн находятся стальные базы-башмаки, увеличивающие площадь опоры, а также сопряжения с фундаментом.

Конструктивные особенности базы зависят от типа колонн: сплошные, сквозные или раздельные, а также от размера и специфики нагрузки: центрально нагруженная, внецентренно нагруженная. Кроме того, конструкция зависит от способа опирания колонн: шарнирный, жесткий.

Стандартно сечение сплошной колонны спроектировано в виде широкополочного двутавра, прокатного или сварного. Объясняется такой выбор удобством – элемент можно изготовить, используя сварку автоматом; примыкание поддерживаемых конструкций не представляет сложности. Колонна получится равноустойчивой, если гибкость ее в плоскости оси X будет равна гибкости в плоскости оси Y.

Читайте также: «Обработка металла на токарном станке»

Стандартный прокатный двутавр из-за небольшой ширины его полок не подходит под требования равноустойчивости, по этой причине его используются нечасто.

У прокатного широкополочного двутавра может быть b = h, это значит, что условие равноустойчивости также не будет удовлетворено, однако в этом случае получится сечение, подходящее для колонн. Сварные колонны, выполненные из трех листов, изготавливаются с использованием минимального количества материала, при этом сечение развитое и обеспечивает колонне требуемую жесткость. Сварной двутавр – это тип сечения сжатых колонн, который встречается чаще всего.

С помощью автоматической сварки можно быстро изготовить колонны, максимально сэкономив на материалах.

Читайте также: «Что такое фреза»

Равноустойчивые в двух направлениях колонны, которые просто изготавливать, это модели с крестовым сечением. Если нагрузки минимальны, их можно составить из двух крупнокалиберных уголков, из трех листов сварить тяжелые колонны. Из условия местной устойчивости свободный выступ листа крестовой колонны должен быть до 15–22 толщин листа в зависимости от общей гибкости колонны.

Когда размеры идентичны, крестовое сечение колонн будет жестче по сравнению с двутавровым. Объясняется это тем, что его радиусы инерции ix = iy = 0,29b больше, чем у двутавра iy = 0,24b. В массивных колоннах этот параметр не важен, поскольку у них гибкости небольшие, а коэффициенты практически равны 1. Крестовое сечение получится усилить с помощью листов, которые фиксируют электрозаклепками.

Колонны из трех прокатных профилей обладают простой конструкцией, однако их площадь ограничена, для их изготовления потребуется большой объем стали. Выгодно изготавливать колонны трубчатого сечения с радиусом инерции i = 0,35dcp, где dcp — диаметр окружности по оси листа, который образует колонну. С помощью сварки можно сделать колонны замкнутого сечения, а также из двух швеллеров или уголков, при необходимости их можно усилить листами.

Чтобы получить экономичное сечение облегченной колонны, потребуются тонкостенные гнуто-сварные профили. Достоинство колонн замкнутого сечения заключается в том, что они равноустойчивые, компактные, визуально привлекательные. Несмотря на преимущества, у них есть минусы: внутреннюю полость не получится покрасить. Не допустить появление ржавчины можно с помощью нанесения специального защитного состава.

Читайте также: «Как подключить сварочный аппарат»

Заполнив стальную трубу бетонной смесью, можно получить эффективную комплексную трубобетонную конструкцию. В ней труба будет выполнять функцию оболочки, которая стесняет поперечные деформации заключенного внутри бетонного цилиндра. Такая конструкция позволяет повысить прочность бетона на сжатие, не допустить потери местной устойчивости трубы, исключить образование ржавчины изнутри.

Оптимальное решение – использовать трубы с тонкими стенками 1/50– 1/150 от диаметра трубы. Однако с учетом эксплуатационных условий и возможности прикрепления примыкающих элементов к трубе они должны иметь толщину от 3–4 мм. В трубобетонном стержне бетон работает на сжатие, труба — на поперечное растяжение. Выполнены трубы из малоуглеродистой или низколегированной стали, бетон нужно использовать высоких марок — от 250 до 500 и выше.

Чтобы не допустить ошибок при расчете металлического сечения, внимательно изучите приведенную выше информацию. Разбираясь в том, какое бывает сечение, вы сможете правильно организовать работу в мастерской или на производстве.