Расчет нагрузок: Расчет электрических нагрузок квартир и коттеджей. Расчет токов короткого замыкания

Расчёт нагрузок по РТМ 36.18.32.4-92 (программа)

Расчёт электрических нагрузок одна из основных задач инженера-проектировщика. В этой статье хотелось бы рассказать про расчёт электрических нагрузок промышленных установок. При расчёте нагрузок промышленных объектов следует учитывать некоторые особенности. Расчёт выполняется по РТМ 36.18.32.4-92 (Указания по расчету электрических нагрузок).

Данный метод расчёта не распространяется на электроприёмники с резкопеременным графиком нагрузки, промышленный электрический транспорт, жилые и общественные здания, а также на электроприёмники, с известным графиком нагрузки.

При расчёте используются следующие определения:

Установленная мощность одного ЭП н) – мощность электроприёмника по паспорту.

Групповая установленная активная мощность (Pн) – сумма установленных мощностей всех электроприёмников силового щита.

Реактивная мощность одного ЭП (qн) – реактивная мощность одного электроприёмника при номинальной активной мощности.

Групповая реактивная мощность (Qн) – алгебраическая сумма реактивных мощностей всех электроприёмников силового щита.


Коэффициент использования отдельного электроприёмника и) или группы ЭП и) – отношение средней активной мощности отдельного ЭП с) или группы ЭП с) за наиболее загруженную смену к её номинальному значению н или Рн).

Эффективное число электроприемников (nэ) – это такое число однородных по режиму работы ЭП одинаковой мощности, которое обусловливает те же значения расчётной нагрузки, что и группа различных по мощности ЭП.

Расчетная активная р) и реактивная (Qр) мощность – это такая мощность, которая соответствует такой токовой нагрузке (Iр) и эквивалентна фактической изменяющейся во времени нагрузке по наибольшему возможному тепловому воздействию на элемент системы электроснабжения.

Коэффициент расчётной мощности

р) – отношение расчётной активной мощности р) к значению иРн) группы ЭП.

Последовательность расчёта электрических нагрузок промышленного объекта.

Для начала скачайте программку с готовыми таблицами и формулами, выполненными по форме Ф636-92. Для исключения случайного удаления формул, ячейки с формулами защищены от редактирования.

Скачать программу для расчёта электрических нагрузок

В архиве кроме программы найдёте также РТМ 36.18.32.4-92.doc и М788-1069.xls (Справочные данные по расчетным коэффициентам электрических нагрузок).


Данная программа позволяет рассчитывать электрические нагрузки электроустановок до 1000 В. Для наглядности, ячейки, которые имеют функциональную связь, выделены одинаковым цветом.

Внешний вид таблицы для расчета ВРУ по РТМ 36.18.32.4-92

 

Первая таблица выполнена для вводно-распределительного устройства (ВРУ) или ГРЩ. В эту таблицу заносится информация по распределительным щитам, щитам рабочего и аварийного освещения, а также одиночные электроприёмники подключаемые непосредственно от ВРУ. Сюда вносим суммарную установленную мощность щита

(Pн), групповой коэффициент использования и) и общий коэффициент мощности силового щита. Мощность вносить только трёхфазную. При наличии однофазных электроприемников, их следует привести к эквивалентной трехфазной мощности.

Если группы однофазных ЭП, которые распределены по фазам с неравномерностью не выше 15% по отношению к общей мощности трехфазных и однофазных ЭП в группе, то эквивалентная трехфазная мощность будет равна сумме всех однофазных приёмников. В противном случае эквивалентную трёхфазную мощность следуем принимать по наиболее загруженной фазе умноженной на три (Рэкв=3Ра или 3Рb или 3Рc).

Расчёт нагрузок распределительных щитов производится в таблицах ЩС1-ЩС7.  Достаточно 7 таблиц для распределительных щитов.

Внешний вид таблицы для расчёта ЩС по РТМ 36.18.32.4-92

 

При расчёте распределительных силовых щитов, в таблицы вносятся также все трехфазные ЭП. Однофазные ЭП приводятся к эквивалентной трехфазной мощности. При наличии однотипных приемников с одинаковой мощностью, коэффициентом использования и коэффициентом мощностью, они объединяются в группы. После заполнения всех ЭП, необходимо выбрать из таблицы 1 коэффициент расчетной нагрузки в зависимости от эффективного числа электроприемников

(nэ) и группового коэффициента использования и).

Коэффициент расчётной нагрузки для ВРУ выбирается по таблице 2.

При необходимости следует выполнить компенсацию реактивной мощности.

Расчёт реактивной мощности

Для компенсации реактивной мощности в электрических сетях используют конденсаторные установки. Основным параметром конденсаторной установки является реактивная мощность конденсаторов необходимая компенсации. Представлена программа для расчета реактивной мощности конденсаторной установки.

После того, как мы подключили все электроприемники, у нас уже есть расчетная мощность, реактивная мощность и коэффициент мощность электроустановки.

Все эти данные необходимы для расчета реактивной мощности конденсаторной установки.

Реактивная мощность конденсаторной установки требуемая для получения нужного коэффициента мощности определяется по формуле:

Qк=Р*К

Qк – реактивная мощность конденсаторной установки, кВАр;

Р – активная мощность, кВт;

К – коэффициент выбираемый из таблицы;

сosf1 – коэффициент мощности по расчету;

сosf2– коэффициент мощности требуемой энергоснабжающей организацией.

 

Пример.

Пусть P=412 кВт, сosf1=0,6, сosf2=0,92.

Из таблицы находим К=0,907 (на пересечении сosf1 и сosf2).

Тогда Qк=412*0,907=373,7 кВАр.

Как видим, в таблице присутствуют не все значения. А это значит, что пользоваться этим методом не совсем удобно, приходится интерполировать значения.

На основе этого метода была сделана простая программа для расчёта требуемой реактивной мощности конденсаторной установки.

 

Указываем расчётную мощность, реактивную мощность и требуемый коэффициент мощности и программа сразу выдаст вам результат.

Скачать программу для расчета реактивной мощности конденсаторной установки можно по ссылке.

Программа для расчета реактивной мощности

Перечень нормативных документов по компенсации реактивной мощности.

В Беларуси: ТКП 45-4.04-149-2009. Системы электрооборудования жилых и общественных зданий. Правила проектирования (гл.8.3).

В России: СП 31-110-2003. Свод правил по проектированию и строительству. «Проектирование и монтаж электроустановок жилых и общественных зданий» (п.6.33-6.34).

После этого необходимо пересчитать расчетный ток ВРУ с учетом компенсации реактивной мощности. Для этого в ячейку вместо (Qр) нужно записать значение реактивной мощности: Q=Qр- Qконд.установки. В итоге получим (Iр) с учетом компенсации реактивной мощности.

В программе ещё можно рассчитать ток однофазного ЭП.

В принципе, если на ВРУ записывать расчётную мощность р) щитов и групповой коэффициент использования и) взять 1, то получим тот же результат.

По расчету общественных зданий будет посвящен отдельный пост. Там есть некоторые особенности.

Внимание! Расчетная мощность любой группы электроприемников не может быть меньше номинальной мощности наиболее мощного электроприемника группы.

Игорь Кривулец - автор блога электрика-проектировщика


Расчет электрических нагрузок | Electric-Blogger.ru

2018-03-08 Статьи  

Сегодня речь пойдет о том, как правильно выполнить расчет потребляемой мощности электроэнергии для частного дома, что такое установленная и расчетная мощность нагрузки и для чего вообще нужны все эти расчеты.

Расчет электрических нагрузок производится по двум основным причинам.

Во первых имея представление, какая выделенная мощность нужна для вашего дома, вы можете обратиться в свою энергосбытовую компанию с целью получения именно той мощности, которая вам необходима. Правда надо учитывать наши реалии, далеко не всегда вам пойдут на встречу. В сельской местности зачастую электросети находятся в весьма плачевном состоянии и действует жесткий лимит на выделяемую электроэнергию, поэтому в лучшем случае вам выделят не более 15 кВт, а порой даже этого не добиться.

Во вторых расчетная мощность всех потребителей является основным показателем при выборе номинальных токов защитных и коммутационных аппаратов, а также при выборе необходимого сечения проводников.

Итак, выполнив расчет электрических нагрузок всех наших потребителей, мы узнаем суммарную расчетную мощность (расчетный ток). Под этим понятием подразумевается мощность, равная ожидаемой максимальной нагрузке сети за 30 минут.

Для того, чтобы правильно выполнить расчет нам необходимо знать установленную мощность всех электроприемников и расчетные коэффициенты.

Установленная мощность — это сумма номинальных мощностей всех устройств-потребителей электроэнергии в доме. Значение номинальной мощности берется из паспортных данных на электрооборудование и не является фактической мощностью потребления.

Расчетные коэффициенты, которые необходимо учитывать при расчетах — коэффициент спроса Кс, коэффициент использования Ки и коэффициент мощности cos φ.

Коэффициент спроса — это отношение совмещенного получасового максимума нагрузки электроприемников к их суммарной установленной мощности. То есть он вводится с учетом того, что в любой момент времени не все электроприборы будут потреблять свою полную мощность.

Кс = Рр/Ру ,

где Рр – расчетная электрическая нагрузка, кВт;
Ру – установленная мощность электроприемников, кВт.

Коэффициент использования — это отношение фактически потребляемой мощности к установленный мощности за определенный период времени.

Ки = Р/Ру

Коэффициент мощности cosφ — это отношение активной мощности, потребляемой нагрузкой к ее полной мощности.

cosφ = Р/S 

где P – активная мощность, кВт;
Ру – полная мощность, кВА.

Все коэффициенты принимаются из таблиц соответствующих нормативных документов. Также ниже в таблице указана паспортная (номинальная) мощность отдельных электропотребителей.

Наименование Номинальная мощность кВт Расчетные коэффициенты
спроса Кс использования Ки
Стиральная машина 2 1,0 0,6
Посудомоечная машина 2 0,8 0,8
Проточный водонагреватель 3,5 0,4 1,0
Кондиционер 2,5 0,7 0,8
Электрокамин 2 0,4 1,0
Бойлер 6 0.6 0,9
Электрообогреватель 2 0,8 1,0
Тепловентилятор 1,5 0,9 0,9
Теплый пол 60 Вт/м2 0,5 1,0
Кухонные комбайны, кофеварки, электрочайники(суммарно) 4-5 кВт 0,3 1,0
Сауна 4-12 кВт 0,8 0,8
Душевая кабина 3,0 0,6 0,8
Газонокосилка 1,5 0,4 0,8
Погружной насос 0,75 – 1,5 кВт 0,8 0,9
Компьютеры 0,5 0,6 1,0
Бытовая розеточная сеть (телевизор, холодильник, утюг, пылесос и т.д) 100 Вт/розетку 0,7 — 1,0
Освещение кухни 25-30 Вт/м2 1,0 0,8
Освещение коридора 20-25 Вт/м2 0,8 0,8
Освещение гостиной 35-40 Вт/м2 0,8 0,8
Освещение спальни 25-30 Вт/м2 1,0 0,8

Для примера предположим, что у нас есть дачный домик с двумя комнатами, кухней и прихожей. Питание дома однофазное. Для дальнейших расчетов составим таблицу со всеми имеющимися в доме электропотребителями.

Помещение Потребители Номинальная мощность кВт
Кухня Освещение
2 Розетки
Стиральная машина
Холодильник
0,1
0,2
2,2
0,7
Комната Освещение
3 Розетки
Электрообогреватель
Компьютер
0,2
0,3
2
0,5
Комната Освещение
2 Розетки
Вентилятор
0,1
0,2
0,3
Прихожая Освещение
2 Розетки
0,1
0,3

Далее переходим уже непосредственно к расчету мощности с учетом всех коэффициентов. Все однотипные электроприемники, такие как розеточная сеть, освещение, объединим в группы и сложим их номинальную мощность. Остальные приемники посчитаем отдельно.

Потребители Номинальная мощность кВт Расчетные коэффициенты Расчетная мощность Расчетный ток
Спроса Использования Мощности Активная кВт Полная кВА
Освещение 0,5 0,7 0,8 1 0,28 0,28 1,3
Розетки 1 0,3 0,8 0,8 0,24 0,3 1,4
Стиральная машина 2,2 1 0,6 0,75 1,32 1,76 8
Холодильник 0,7 0,8 0,65 0,56 0,9 4
Электрообогреватель 2 0,8 1 1 1,6 1,6 7,3
Компьютер 0,5 0,6 1 0,65 0,3 0,5 2,3
Вентилятор 0,3 1 0,75 0,3 0,4 1,9
7,2 4,6 5,74 26,2

Для определения расчетной активной мощности необходимо номинальную (установленную) мощность умножить на коэффициенты спроса и использования — Pр = Pу * Кс * Ки.

Полную мощность находим, разделив расчетную активную мощность на коэффициент мощности — S = Pp/cos φ.

Расчетный ток для однофазной сети определяется по формуле Ip = Pp/U*cos φ или Ip = S/U. Для трехфазной сети формула будет иметь такой вид Ip = Pp/1,73*U*cos φ или Ip = S/1,73*U.

Для того, чтобы примерно прикинуть какая мощность нужна для дома, можно и не делать таких подробных расчетов. Достаточно сложить установленную мощность потребителей, которые будут использоваться и умножить это значение на коэффициент спроса.

Номинальная мощность кВт до 14 20 30 40 50 60 70 и более
Коэффициент спроса 0,8 0,65 0,6 0,55 0,5 0,48 0,45

Правда надо учитывать, что это значение будет очень приблизительное и в дальнейшем его придется корректировать.

Расчет нагрузок на опору — схемы нагрузок, формулы расчета, примеры

1 апреля 2021

Оптический кабель, как правило, является дополнительным элементом ВЛ. При подвесе ОКСН на действующих ВЛ всегда возникают дополнительные нагрузки, которые не были учтены при расстановке опор на этапе проектирования ВЛ, а также при выборе и расчете фундаментов или закреплений в грунте. Если в проектной документации не провести расчет допустимых нагрузок на опоры, то в процессе эксплуатации, это может привести к выходу из строя не только линии связи, но и к аварийной ситуации на линии электропередачи, перебоям с поставкой электроэнергии потребителям и длительному и дорогостоящему восстановительному ремонту.

В связи с этим при проектировании подвеса ВОК на ВЛ следует определять суммарные расчетные нагрузки на конструкции опор от всех фазных проводов, грозозащитного троса и ВОК с учетом ветровых нагрузок и гололедных отложений и сопоставлять их с допустимыми. В случае превышения нагрузок рекомендуется усиление опор, фундаментов или закреплений в грунте, замена опор или уменьшение пролетов путем подстановки новых опор.

Рис. 1. Упавшая опора ВЛЭП.

До середины 60-х годов в СССР расчет стальных и деревянных опор производился по методу допускаемых напряжений, а расчет железобетонных опор и оснований фундаментов опор из любого материала — по методу разрушающих нагрузок. В настоящее время расчет опор и их оснований производится по новому методу — методу предельных состояний.

Опоры, фундаменты или закрепления в грунте должны быть рассчитаны на сочетания расчетных нагрузок нормальных режимов по первой и второй группам предельных состояний, а также аварийных и монтажных режимов ВЛ по первой группе предельных состояний.

Расчет следует выполнить для каждого типа опоры, фундамента или закрепления в грунте.

При подвесе ОКСН или ОКГТ в межфазном пространстве, если нагрузки от них являются дополнительными, то в проекте должны быть представлены результаты расчетов опор, фундаментов или закреплений в грунте на нагрузки от ОК.

Предельные состояния, по которым производится расчет фундаментов или закреплений в грунте опор ВЛ, подразделяются на две следующие группы:

Первая группа включает предельные состояния, которые ведут к потере несущей способности элементов или к полной непригодности их в эксплуатации, т. е. к их разрушению любого характера. К этой группе относятся состояния при наибольших внешних нагрузках и при низшей температуре, т. е. при условиях, которые могут привести к наибольшим изгибающим или крутящим моментам на опоры, наибольшим сжимающим или растягивающим усилиям на опоры и фундаменты.

Вторая группа включает предельные состояния, при которых возникают недопустимые деформации, перемещения или отклонения элементов, нарушающие нормальную эксплуатацию, к этой группе относятся состояния при наибольших прогибах опор.

Метод расчета по предельным состояниям имеет целью не допускать, с определенной вероятностью, наступления предельных состояний первой и второй групп при эксплуатации, а также первой группы при строительстве ВЛ.

При разработке проектной документации оформленные результаты расчета нагрузок от ОК на опоры каждого типа должны содержать:

1) Титульный лист с указанием титула и наименования ВЛ; схемы с местом крепления ОК на опоре с размерами; информацию о ПО, в котором рассчитаны нагрузки; при расчете нагрузок без применения программных средств должны быть приведены ссылки на нормативные документы и справочную литературу, в соответствии с которой выполнен расчет; должны быть указаны номер и тип опоры; климатические условия расчета (ветровое давление, толщина стенки гололеда), региональные коэффициенты или коэффициенты перегрузки; схема расположения векторов вертикальной, поперечной и продольной составляющих, из которой однозначно понятно в какой системе координат («провод» или «опора») получены нагрузки; должны быть указаны длины пролетов, смежных с рассчитываемой опорой; типы фазных проводов, ГТ и/или ОКГТ, ОКСН, ОКНН и ОКФП, подвешенных до и после рассчитываемой опоры.

2) Первый лист отчета для промежуточной опоры должен содержать расчет на сочетание расчетных нагрузок нормальных и аварийных режимов по первой группе предельных состояний.

3) Первый лист отчета для анкерно-угловой опоры должен содержать расчет на сочетание расчетных нагрузок нормальных, аварийных и монтажных режимов по первой группе предельных состояний.

4) Второй лист отчета для промежуточной, а также анкерно-угловой опоры, должен содержать расчет на сочетание расчетных нагрузок нормальных режимов по второй группе предельных состояний.

Расчет дополнительных нагрузок на опору от подвеса ВОК

Нагрузки, соответствующие условиям эксплуатации конструкции или сооружения, называются нормативными нагрузками. В расчетах опор и их оснований принимают расчетные нагрузки, получаемые путем умножения нормативных нагрузок на коэффициенты перегрузки. Эти коэффициенты определены в зависимости от вероятности превышения нагрузок различных видов и от состояния линии, так называемого режима.

При расчете дополнительных нагрузок на опору от подвеса ВОК следует рассматривать следующие режимы работы:

  • Нормальный режим. Ветра нет, гололеда нет.
  • Режим максимального ветра под углом 45° к линии. Ветровой напор 100% под углом 45° к линии, гололеда нет.
  • Режим максимального ветра перпендикулярного линии. Ветровой напор 100% перпендикулярно линии, гололеда нет.
  • Режим гололеда с ветром. Ветровой напор 25% перпендикулярно линии, максимальный гололед.
  • Аварийный режим. Одностороннее тяжение (обрыв оптического кабеля), ветер и гололед отсутствуют.
  • Монтажный режим. Для промежуточной опоры: ветер и гололед отсутствуют, учитываются вес монтажной оснастки и монтажника. Для анкерной опоры: одностороннее тяжение, ветер и гололед отсутствуют, учитываются вес монтажной оснастки и монтажника.

На опору от подвеса на нее ВОК будут действовать 3 типа сил:

  • G — вертикальная сила, обусловленная силой тяжести ВОК, гололеда и монтажника;
  • P — горизонтальная поперечная сила, обусловленная воздействием ветра на ВОК;
  • T — горизонтальная продольная сила, тяжение ВОК в нижней точке кривой провеса.

Итоговое тяжение кабеля H — это суперпозиция этих сил.

Рис. 2. Дополнительные силы, прикладываемые к промежуточной опоре со стороны оптического кабеля

Рис. 3.  Дополнительные силы, прикладываемые к анкерной опоре со стороны оптического кабеля

Алгоритм расчета сводится к следующему: находятся нормативные нагрузки, действующие на опору в рассматриваемом режиме, затем эти нагрузки умножаются на коэффициенты и получаются значения расчетных нагрузок. Расчетные нагрузки от ВОК в сумме с расчетными нагрузками от троса и проводов сравниваются с допустимыми нагрузками для конкретной опоры.

Нормативные нагрузки на опору

Нормативная горизонтальная продольная нагрузка T ищется как проекция тяжения H на горизонтальную продольную ось.

Расчет вертикальной нагрузки на опору в рассматриваемом режиме, обусловленную силой тяжести ВОК и гололеда G, выполняется не через проекцию тяжения на вертикальную ось, а напрямую, используя расчет приведенный в ПУЭ. Следует помнить, что весовая нагрузка в пролете распределяется на обе опоры поровну если точки подвеса расположены на одной высоте. В общем случае весовая нагрузка от ВОК действует на опору от точки закрепления на опоре и до самой нижней точки кривой провеса кабеля.

Нормативную горизонтальную поперечную нагрузку, обусловленную воздействием ветра на ВОК P, можно найти не через проекцию тяжения на горизонтальную поперечную ось, а также напрямую. Следует помнить, что ветровая нагрузка в пролете распределяется на обе опоры поровну.

Рис. 4. Суммарный вектор нагрузки H, направленный вдоль кабеля

Расчетные нагрузки на опору

Расчетные нагрузки рассчитываются путем умножения нормативных нагрузок на следующие коэффициенты.

Горизонтальная поперечная нагрузка P умножается на:

  • γnw коэффициент надежности по ответственности, принимаемый равным: 1,0 — для ВЛ до 220 кВ; 1,1 — для ВЛ 330–750 кВ и ВЛ, сооружаемых на двухцепных и многоцепных опорах независимо от напряжения, а также для отдельных особо ответственных одноцепных ВЛ до 220 кВ при наличии обоснования;
  • γfP коэффициент надежности по ветровой нагрузке, равный 1,3 при расчете по первой группе предельных состояний и 1,1 при расчете по второй группе предельных состояний;
  • γр региональный коэффициент, принимаемый от 1 до 1,3. Значение коэффициента принимается на основании опыта эксплуатации и указывается в задании на проектирование. В большинстве случаев равен единице.

Вертикальная нагрузка G умножается на:

  • γnw коэффициент надежности по ответственности, принимаемый равным: 1,0 — для ВЛ до 220 кВ; 1,3 — для ВЛ 330–750 кВ и ВЛ, сооружаемых на двухцепных и многоцепных опорах независимо от напряжения, а также для отдельных особо ответственных одноцепных ВЛ до 220 кВ при наличии обоснования;
  • γfG коэффициент надежности по гололедной нагрузке равный 1,6 для районов по гололеду III и выше;
  • γd коэффициент условий работы, равный 1 при расчете по первой группе предельных состояний и 0,5 при расчете по второй группе предельных состояний;
  • γр региональный коэффициент, принимаемый равным от 1 до 1,5. Значение коэффициента принимается на основании опыта эксплуатации и указывается в задании на проектирование. В большинстве случаев равен единице.

Горизонтальная продольная нагрузка T умножается на:

  • γfT коэффициент надежности по нагрузке от тяжения, равный 1,3 при расчете по первой группе предельных состояний и равный 1 при расчёте по второй группе предельных состояний.

Момент силы на основание опоры

В расчете момента, действующего на основание опоры, принимаются только горизонтальная поперечная и продольная силы (P и T). Находится их суперпозиция и умножается на высоту подвеса ВОК.

Рис. 5. Момент силы M на основание опоры.

Дополнительные нагрузки на опору от ОКГТ

Такие нагрузки возникают и требуют расчета в том случае, если ОКГТ больше и тяжелее грозотроса по типовому проекту. В большинстве случаев ОКГТ легче троса, так как ОКГТ производится из стальных проволок, плакированных алюминием и проволок из алюминиевого сплава.

Рис. 6. Схематичное изображение сечения ОКГТ.

Рис. 7. Схематичное изображение сечения ГТК.

Дополнительные нагрузки на опору от ОКФП

Считаются только в случае, если величины диаметра и веса ОКФП больше, чем у провода на 10% и выше.

Рис. 8. Схематичное изображение сечения ОКФП.

Рис. 9. Схематичное изображение сечения фазного провода.

Дополнительные нагрузки на опору от ОКНН

Учитываются:

  1. Нагрузка на провод/трос от ОКНН с учетом увеличения воздействия гололеда и ветра;
  2. Временное воздействие монтажного оборудования (навивочной машины).

Рис. 10. Для расчета ОКНН используется эквивалентный диаметр ГТК.

Рис. 11. Применение навивочной машины.

Примером расчета нагрузок на опору может служить результат работы в конфигураторе «ВОЛС на ВЛ с ОКСН». Смотрите по ссылке ниже подробный пример расчета с указанием источников нормативной и методологической информации:
https://vols.expert/mountings-calc_files/suspension_tower_loads_20-11-2017_10-14-17.pdf

Конфигуратор предназначен для автоматизации различных этапов проектирования подвесных ВОЛС:

  • выбора и подсчета необходимых комплектующих (кабель, арматура, муфты),
  • осмечивания проекта по материалам,
  • предоставления готовых чертежей по типовым узлам и решениям,
  • проверки соответствия проектных решений актуальным нормативным документам и методикам,
  • проверки совместимости различных материалов и узлов между собой.

Конфигуратор позволяет выполнить следующие автоматизированные расчеты:

  • выбор марки кабеля,
  • расчет оптимальных строительных длин,
  • подбор виброгасителей и составление схемы виброгашения,
  • расчет тяжений и стрел провеса,
  • расчет нагрузок на опоры от подвеса ВОК,
  • расчет на сближение с фазными проводами при различных климатических воздействиях и при возникновении пляски,
  • расчет наведенного электрического потенциала вблизи опоры и определение допустимых точек подвеса ОКСН (выдача результата из проведенных ранее расчетов для типовых опор).

Если вы являетесь инженером-проектировщиком или руководителем проектного отдела строительной организации, занимающейся строительством магистральных ВОЛС и хотели бы повысить свою квалификацию или квалификацию специалистов вашего отдела, рекомендуем вам обучение на курсе «Проектирование ВОЛС». Актуальное расписание ближайших занятий, программу курса и всю информацию по вопросам подачи заявок на обучение вы сможете найти в разделе «Обучение».

Илья Смирнов,
технический эксперт, преподаватель ВОЛС.Эксперт

Сбор нагрузок на стену первого этажа

Начинаем публикацию статей по расчету кирпичных стен. Прежде, чем приступить к расчетам, необходимо собрать нагрузки. На стены здания в пределах каждого этажа действуют нагрузки от вышележащих этажей, нагрузки от плит перекрытия рассматриваемого этажа и собственный вес отдельных участков стен.

Для начала давайте определимся, какие же нагрузки бывают?

Нагрузки бывают:

- нормативные - их значения приведены в СНиП "Нагрузки и воздействия".

- расчетные - значения расчетных нагрузок определяются путем умножения нормативных на коэффициент надежности по нагрузке (γƒ)

Также они классифицируются на:

- постоянные

- временные, которые в свою очередь бывают:

a. длительными

b. кратковременными

c. особыми

К постоянным относится собственный вес конструкций, который находится путем умножения объема на плотность.

К кратковременным относятся нагрузки от людей, снега, ветра (полные значения) и пр.

К длительным - перегородки, оборудование и пр., а также пониженные кратковременные от людей и снега.

В СНиПе указаны дополнительно особые нагрузки, но в данном примере они нас не интересуют.

Давайте для наглядности представим, что нам необходимо произвести сбор нагрузок на стену первого этажа двухэтажного коттеджа. Высота этажа 3м, длина 6м. Перекрытия железобетонные толщиной 220мм. Для упрощения расчетов принимаем плоскую рулонную кровлю.

  

 

Для начала произведем подсчет нагрузок на 1 м2 перекрытия и покрытия и внесем данные в таблицу. Предположим, что пол второго этажа состоит из стяжки, поверх которой уложен ламинат. Покрытие второго этажа состоит из пароизоляции, утеплителя, цементно-песчаной стяжки и трехслойного гидроизоляционного ковра.

Наименование Нормативная нагрузка, т γƒ Расчетная нагрузка, т
Покрытие
Собственный вес плиты покрытия 0,22м*1м*1м*2,5 т/м3
0,55 1,1 0,61
Пароизоляция из 1 слоя рубероида 0,003 1,3 0,004
Утеплитель из керамзита плотностью 400 кг/м3, толщина 100мм 0,04 1,3 0,052
Цементно-песчаная стяжка толщиной 30мм, плотностью 1800 кг/м3 0,054 1,3 0,07
Гидроизоляционный ковер из 3 слоев рубероида 0,01 1,3 0,013
Итого постоянная 0,749
Временная для прочих покрытий  (таблица 3, п.9, в) 0,05 1,3 0,065
Временная снеговая (в районе III -180 кг/м2). Внимание! В СНиП Нагрузки и воздействия дана уже расчетная нагрузка. Нормативная нагрузка определяется путем умножения расчетного значения на 0,7. (μ=1) 0,126 1,4 0,18
Итого временная 0,245
Полная нагрузка на 1м2 покрытия 0,994
Перекрытие первого этажа

Собственный вес плиты перекрытия 0,22м*1м*1м*2,5 т/м3

0,55 1,1 0,61
Цементно-песчаная стяжка толщиной 30мм, плотностью 1800 кг/м3 0,054 1,3 0,07
Ламинат толщиной 10мм + подложка 3мм 0,008 1,2 0,01
Итого постоянная 0,69
Временная для помещений жилых зданий 0,15 1,3 0,2
Итого временная 0,2
Полная нагрузка на 1м2 перекрытия 0,89

Теперь нам нужно определить грузовую площадь. Чтобы лучше понять, что такое грузовая площадь, посмотрим на картинку ниже.

 

Если нагрузка собирается для 1 погонного метра стены, то грузовая площадь будет равна произведению 1-го метра на половину расстояния между наружной и внутренней несущей стеной.

Розовым цветом отмечена грузовая площадь для средней стены, а  зеленым цветом - для наружных стен.

Таким образом, для рассматриваемого нами участка кладки грузовая площадь будет равна 1м*2м=2м2

Перемножив грузовую площадь на  значения из таблицы, получим нагрузку от перекрытия и покрытия для 1 погонного метра кирпичной кладки.

 

От покрытия:

- постоянная - 0,749*2=1,498 т

- временная - 0,245*2=0,49 т

Полная P2= 0,994*2=1,988 тонны

 

От перекрытия:

- постоянная -  0,69*2=1,4 т

- временная - 0,2*2=0,4 т

Полная P1= 0,89*2=1,8 тонн

 

Осталось посчитать вес кладки второго этажа (G2) и вес парапета (Gп). Высота 2го этажа - 3 м, парапета - 0,7 м. Толщина - 0,25 м, плотность кладки - 1,8 т/м3.

Вес 1 погонного метра равен:

G2=1*0,25*3*1,8=1,35 т

Gп=1*0,25*0,7*1,8=0,315 т

Полная нагрузка, которая действует на 1 пог.м кладки первого этажа составит:

 

N=Gп+P2+G2+P1=0,315+1,988+1,35+1,8=5,5 т

 

Для дальнейших расчетов нам также понадобится значение длительной продольной силы. Она равна сумме постоянной нагрузки от перекрытий и покрытий, веса вышележащих стен и длительной временной от перекрытий и покрытий. В нашем примере длительную временную мы не рассматривали.

Ng=0,315+1,498+1,35+1,4=4,563 т

Теперь, когда все нагрузки собраны, можно приступать к Расчету стены на прочность.

← Предыдущая Следующая →

Статья была для Вас полезной?

Оставьте свой отзыв в комментарии

 


Расчет электрических нагрузок для частного дома | Планета Решений

Расчет однофазной нагрузки не более 63А (13860 Вт)
Наименование электрозатрат Коэффициент спроса Коэффициент использования Мощность Вт на единицу измерения единица измерения Количество Расчетная мощность, Вт Номер группы (1,2,3,4,5, 6,7,8,9) 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Электроосвещение
Гостинные м2

384

384

0

0

0

0

0

0

0

0

Кабинеты, библиотеки, игровые, ванные м2

73

73

0

0

0

0

0

0

0

0

Кухня, спальни м2

576

576

0

0

0

0

0

0

0

0

Прихожая, корридор, сауны м2

123

123

0

0

0

0

0

0

0

0

Внешнее освещение м2

35

35

0

0

0

0

0

0

0

0

Отопление вентиляция и кондиционирование
Теплый пол в жилой комнате, кухне, прихожей м2

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

Теплый пол в ванной, сауне, детской м2

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

Электрические отопительные котлы м2

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

Электрокалориферы м2

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

Циркуляционные насосы м2

21

0

21

0

0

0

0

0

0

0

Тепловентиляторы м2

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

Вектиляция (приточно-вытяжная) м3

29

0

29

0

0

0

0

0

0

0

Кондиционеры м2

2016

0

2016

0

0

0

0

0

0

0

Воздушный рекуператор тепла и влаги м2

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

Водоснабжение
Погружные насосы штук

540

0

540

0

0

0

0

0

0

0

Водонагреватели аккумуляционные штук

840

0

840

0

0

0

0

0

0

0

Водонагреватели проточные штук

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

Электроприборы
Кухня
Электроплиты штук

2600

0

0

0

0

0

2600

0

0

0

Электрочайники штук

450

0

0

450

0

0

0

0

0

0

Посудомоечная машина с подогревом воды штук

1504

0

0

1504

0

0

0

0

0

0

Электрокофеварки штук

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

Электромясорубки штук

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

Соковыжималки штук

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

Тостеры штук

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

Миксеры штук

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

СВЧ штук

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

Надплитные фильтры штук

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

Вентиляторы штук

10

0

0

10

0

0

0

0

0

0

Печи-гриль штук

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

Кухонный комбайн штук

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

Мультиварка штук

640

0

0

640

0

0

0

0

0

0

Холодильники штук

100

0

0

0

100

0

0

0

0

0

Морозильники штук

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

Ванна
Стиральная машина штук

1320

0

0

0

1320

0

0

0

0

0

Джакузи с подогревом штук

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

Душевая кабина с подогревом штук

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

Электрофены штук

480

0

0

0

480

0

0

0

0

0

Гостинная
Электрокамины штук

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

Телевизоры штук

130

0

0

0

0

130

0

0

0

0

Радио и пр. аппаратура штук

80

0

0

0

0

80

0

0

0

0

Прочее
Ноутбуки штук

50

0

0

0

0

50

0

0

0

0

Компьютеры штук

300

0

0

0

0

300

0

0

0

0

Электропылесосы штук

200

0

0

0

0

200

0

0

0

0

Электроутюги штук

224

0

0

0

0

224

0

0

0

0

Сауна штук

0

Газонокосилки штук

544

0

0

0

0

544

0

0

0

0

Ворота штук

90

0

0

0

0

90

0

0

0

0

1191

3446

2604

1900

1618

2600

0

0

0

Общая расчетная мощность, Вт

13359

Выделенная мощность от электрических сетей, Вт
Напряжение, В 220
Общая сила тока, А

45.455

Общий автомат по расчету нагрузки, сила тока А

VALUE!

Cечение общего медного 3-жильного кабеля в трубе, мм2

VALUE!

Номер группы Мощность, Вт Ток, А Автоматический выключатель, А Cечение медного 3-жильного кабеля в трубе, мм2 Подключить после устройства защитного отключения 1-да, 0 -нет сумма автоматов с узо w ток автоматов сеч кабеля ток узо ток утечки узо ток узо противопож
1

1191

5.414

VALUE!

VALUE!

1

VALUE!

4

0
2

3446

15.664

VALUE!

VALUE!

1

VALUE!

6

1 0.5 10 30 300
3

2604

11.836

VALUE!

VALUE!

1

VALUE!

6

2 0.5 10 30 300
4

1900

8.635999999999999

VALUE!

VALUE!

1

VALUE!

5

3 0.5 10 30 300
5

1618

7.355

VALUE!

VALUE!

1

VALUE!

5

6 0.5 10 30 300
6

2600

11.818

VALUE!

VALUE!

1

VALUE!

6

10 0.75 16 30 300
7

0

0

0

0

0

0

N/A

16 2 25 30 300
8

0

0

0

0

0

0

N/A

20 2.5 25 30 300
9

0

0

0

0

0

0

N/A

25 4 32 30 300
32 6 40 30 300
Устройство защитного отключения для выбранных групп

0

40 10 63 30 300
Номинальный ток, А

VALUE!

50 16 63 100 300
Сила тока утечки мА

VALUE!

6

63 16 80 100 300
Экспликация оборудования
Счечик электрической энергии 1
Автоматический выключатель 2
Устройство защитного отключения 3
Шина нуля 4
Шина заземления 5
Электрический кабель 6
Схема щита
Минимальная нагрузка, Вт

10000

varsvg_$x2

3

varsvg_$f2

1

поиск позиции общего автомата по общ нагрузке

11

varsvg_$x1

3

varsvg_$f1

1

поиск позиции общего автомата по сумм нагрузке

N/A

позиция для узо

N/A

Как рассчитать нагрузку на фундамент + пример, таблица

Содержание статьи

Перед строительством дома важно грамотно запроектировать его несущие конструкции. Расчет нагрузки на фундамент позволит обеспечить надежность опор под здание. Его проводят перед подбором фундамента после определения характеристик грунта.

Какие воздействия испытывает фундамент и их определение

Самый главный документ при определении веса конструкций дома — СП «Нагрузки и воздействия». Именно он регламентирует, какие нагрузки приходятся на фундамент и как их определить. По этому документу можно разделить нагрузки на следующие типы:

  • постоянные;
  • временные.

Временные в свою очередь делятся на длительные и кратковременные. К постоянным относят те, которые не исчезают при эксплуатации дома (вес стен, перегородок, перекрытий, кровли, фундамента). Временные длительные — это масса мебели и оборудования, кратковременные — снег и ветер.

Постоянные нагрузки

Чтобы рассчитать постоянные нагрузки, потребуется знать:

  • размеры элементов дома;
  • материал, из которого они изготовлены;
  • коэффициенты надежности по нагрузке.

Совет! Для начала рекомендуется нарисовать схему дома, на которой будут нанесены габариты здания, размеры его конструкций. Далее можно воспользоваться таблицей, в которой приведены массы для основных материалов и конструкций.

Тип конструкции Масса
Стены
Из керамического и силикатного полнотелого кирпича толщиной 380 мм (1,5 кирпича) 684 кг/м2
То же толщиной 510 мм (2 кирпича) 918 кг/м2
То же толщиной 640 мм (2,5 кирпича) 1152 кг/м2
То же толщиной 770 мм (3 кирпича) 1386 кг/м2
Из керамического пустотелого кирпича толщиной 380 мм 532 кг/м2
То же 510 мм 714 кг/м2
То же 640 мм 896 кг/м2
То же 770 мм 1078 кг/м2
Из силикатного пустотелого кирпича толщиной 380 мм 608 кг/м2
То же 510 мм 816 кг/м2
То же 640 мм 1024 кг/м2
То же 770 мм 1232 кг/м2
Из бруса (сосна) толщиной 200 мм 104 кг/м2
То же толщиной 300 мм 156 кг/м2
Каркасные с утеплением толщиной 150 мм 50 кг/м2
Перегородки и внутренние стены
Из керамического и силикатного кирпича (полнотелого) толщиной 120 мм 216 кг/м2
То же толщиной 250 мм 450 кг/м2
Из керамического кирпича пустотелого толщиной 120 мм (250 мм) 168 (350) кг/м2
Из силикатного кирпича пустотелого толщиной 120 мм (250 мм) 192 (400) кг/м2
Из гипсокартона 80 мм без утеплителя 28 кг/м2
Из гипсокартона 80 мм с утеплителем 34 кг/м2
Перекрытия
Железобетонные сплошные толщиной 220 мм с цементно-песчаной стяжкой 30 мм 625 кг/м2
Железобетонные из пустотных плит 220 мм со стяжкой 30 мм 430 кг/м2
Деревянное по балкам высотой 200 мм с условием укладки утеплителя плотностью не более 100 кг/м3 (при меньших значениях обеспечивается запас по прочности, поскольку самостоятельные расчеты не имеют высокой точности) с укладкой в качестве напольного покрытия паркета, ламината, линолеума или ковролина 160 кг/м2
Кровля
С покрытием из керамической черепицы 120 кг/м2
Из битумной черепицы 70 кг/м2
Из металлической черепицы 60 кг/м2

Также потребуется рассчитать собственную массу фундамента дома. Перед этим нужно определиться с глубиной его заложения. Она зависит от следующих факторов:

  • глубина промерзания почвы;
  • уровень расположения грунтовых вод;
  • наличие подвала.

При залегании на участке крупнообломочных и песчаных грунтов (средний, крупный) можно не углублять подошву дома на величину промерзания. Для глин, суглинков, супесей и других неустойчивых оснований, необходима закладка на глубину промерзания грунта в зимний период. Определить ее можно по формуле в СП «Основания и фундаменты» или по картам в СНиП «Строительная климатология» (этот документ сейчас отменен, но в частном строительстве может быть использован в ознакомительных целях).

При определении залегания подошвы фундамента дома важно контролировать, чтобы она располагалась на расстоянии не менее 50 см от уровня грунтовых вод. Если в здании предусмотрен подвал, то отметка основания принимается на 30-50 см ниже отметки пола помещения.

Определившись с глубиной промерзания, потребуется подобрать ширину фундамента. Для ленточного и столбчатого ее принимают в зависимости от толщины стены здания и нагрузки. Для плитного назначают так, чтобы опорная часть выходила за пределы наружных стен на 10 см. Для свай сечение назначается расчетом, а ростверк подбирается в зависимости от нагрузки и толщины стен. Можно воспользоваться рекомендациями по определению из таблицы ниже.

Тип фундамента Способ определения массы
Ленточный железобетонный Умножают ширину ленты на ее высоту и протяженность. Полученный объем нужно перемножить на плотность железобетона — 2500 кг/м3. Рекомендуем: Расчет ленточного фундамента.
Плитный железобетонный Умножают ширину и длину здания (к каждому размеру прибавляют по 20 см на выступы на границы наружных стен), далее выполняют умножение на толщину и плотность железобетона. Рекомендуем: Расчет плитного фундамента по нагрузке.
Столбчатый железобетонный Площадь сечения умножают на высоту и плотность железобетона. Полученное значение нужно помножить на количество опор. При этом вычисляют массу ростверка. Если у элементов фундамента имеется уширение, его также необходимо учесть в расчетах объема. Рекомендуем: Расчет столбчатого фундамента.
Свайный буронабивной То же, что и в предыдущем пункте, но нужно учесть массу ростверка. Если ростверк изготавливается из железобетона, то его объем перемножают на 2500 кг/м3, если из древесины (сосны), то на 520 кг/м3. При изготовлении ростверка из металлопроката потребуется ознакомиться с сортаментом или паспортом на изделия, в которых указывается масса одного погонного метра. Рекомендуем: Расчет буронабивных свай.
Свайный винтовой Для каждой сваи изготовитель указывает массу. Нужно умножить на количество элементов и прибавить массу ростверка (см. предыдущий пункт). Рекомендуем: Расчет винтовых свай.

На этом расчет нагрузки на фундамент не заканчивается. Для каждой конструкции в массе нужно учесть коэффициент надежности по нагрузке. Его значение для различных материалов приведено в СП «Нагрузки и воздействия». Для металла он будет равен 1,05, для дерева — 1,1, для железобетона и армокаменных конструкций заводского производства — 1,2, для железобетона, который изготавливается непосредственно на стройплощадке — 1,3.

Временные нагрузки

Проще всего здесь разобраться с полезной. Для жилых зданий она равняется 150 кг/м2 (определяется исходя из площади перекрытия). Коэффициент надежности в этом случае будет равен 1,2.

Снеговая зависит от района строительства. Чтобы определить снеговой район потребуется СП «Строительная климатология». Далее по номеру района находят величину нагрузки в СП «Нагрузки и воздействия». Коэффициент надежности равен 1,4. Если уклон кровли более 60 градусов, то снеговую нагрузку не учитывают.

Определение значения для расчета

При расчете фундамента дома потребуется не общая его масса, а та нагрузка, которая приходится на определенный участок. Действия здесь зависят от типа опорной конструкции здания.

Тип фундамента Действия при расчете
Ленточный Для расчета ленточного фундамента по несущей способности нужна нагрузка на погонный метр, исходя из нее рассчитывается площадь подошвы для нормальной передачи массы дома на основание, исходя из несущей способности грунта (точное значение несущей способности грунта можно узнать только с помощью геологических изысканий). Полученную в сборе нагрузок массу нужно разделить на длину ленты. При этом учитываются и фундаменты под внутренние несущие стены. Это самый простой способ. Для более подробного вычисления потребуется воспользоваться методом грузовых площадей. Для этого определяют площадь, с которой передается нагрузка на определенный участок. Это трудоемкий вариант, поэтому при строительстве частного дома можно воспользоваться первым, более простым, способом.
Плитный Потребуется найти массу, приходящуюся на каждый квадратный метр плиты. Найденную нагрузку делят на площадь фундамента.
Столбчатый и свайный Обычно в частном домостроении заранее задают сечение свай и потом подбирают их количество. Чтобы рассчитать расстояние между опорами с учетом выбранного сечения и несущей способности грунта, нужно найти нагрузку, как в случае с ленточным фундаментом. Делят массу дома на длину несущих стен, под которые будут установлены сваи. Если шаг фундаментов получится слишком большим или маленьким, то сечение опор меняют и выполняют расчет заново.

Пример выполнения вычислений

Удобнее всего сбор нагрузок на фундамент дома делать в табличной форме. Пример рассмотрен для следующих исходных данных:

  • дом двухэтажный, высота этажа 3 м с размерами в плане 6 на 6 метров;
  • фундамент ленточный железобетонный монолитный шириной 600 мм и высотой 2000 мм;
  • стены из кирпича полнотелого толщиной 510 мм;
  • перекрытия монолитные железобетонные толщиной 220 мм с цементно-песчаной стяжкой толщиной 30 мм;
  • кровля вальмовая (4 ската, значит, наружные стены по всем сторонам дома будут одинаковой высоты) с покрытием из металлической черепицы с уклоном 45 градусов;
  • одна внутренняя стена посередине дома из кирпича толщиной 250 мм;
  • общая длина гипсокартонных перегородок без утепления толщиной 80 мм 10 метров.
  • снеговой район строительства ll, нагрузка 120 кг/м2 кровли.

Далее рассмотрен пример расчета в табличной форме.

Определение нагрузки Коэффициент надежности Расчетное значение, тонн
Фундамент

0,6 м * 2 м * (6 м * 4 + 6 м) = 36 м3 — объем фундамента

36 м3*2500 кг/м3 = 90000 кг = 90 тонн

1,3 117
Наружные стены

6 м * 4 шт = 24 м — протяженность стен

24 м * 3 м = 72 м2 -площадь в пределах одного этажа

(72 м2 * 2) *918 кг/м2 — 132192 кг = 133 тонны — масса стен двух этажей

1,2 159,6
Внутренние стены

6 м * 2 шт * 3 м = 36 м2 площадь стен на протяжении двух этажей

36 м2 * 450 кг/м2 = 16200 кг = 16,2 тонн — масса

1,2 19,4
Перекрытия

6 м * 6 м = 36 м2 — площадь перекрытий

36 м2*625 кг/м2 = 22500 кг = 22, 5 тонн — масса одного перекрытия

22,5 т * 3 = 67,5 тонн — масса подвального, междуэтажного и чердачного перекрытий

1,2 81
Перегородки

10 м * 2,7 м (здесь берется не высота этажа, а высота помещения) = 27 м2 — площадь

27 м2 * 28 кг/м2 = 756 кг = 0,76 т

1,2 0,9
Кровля

(6 м * 6 м)/cos 45ᵒ (угла наклона кровли) = (6 * 6)/0,7 = 51,5 м2 — площадь кровли

51,5 м2 * 60 кг/м2 = 3090 кг — 3,1 тонн — масса

1,2 3,7
Полезная нагрузка

36м2 * 150 кг/м2 * 3 = 16200 кг = 16,2 тонн (площадь перекрытий и их количество взяты из предыдущих расчетов)

1,2 19,4
Снеговая

51,5 м2 * 120 кг/м2 = 6180 кг = 6,18 тонн (площадь кровля взята из предыдущих расчетов)

1,4 8,7

Чтобы понять пример, эту таблицу нужно смотреть совместно с той, в которой приведены массы конструкций.

Далее необходимо сложить все полученные значения. Итого нагрузка для данного примера на фундамент с учетом собственного веса составляет 409,7 тонн. Чтобы найти нагрузку на один погонный метр ленты, необходимо разделить полученное значение на протяженность фундамента (посчитано в первой строке таблицы в скобках): 409,7 тонн /30 м = 13,66 т/м.п. Это значение берут для расчета.

При нахождении массы дома важно выполнять действия внимательно. Лучше всего уделить этому этапу проектирования достаточное количество времени. Если совершить ошибку в этой части расчетов, потом возможно придется переделывать весь расчет по несущей способности, а это дополнительные затраты времени и сил. По завершении сбора нагрузок рекомендуется перепроверить его, для исключения опечаток и неточностей.

Совет! Если вам нужны строители для возведения фундамента, есть очень удобный сервис по подбору спецов от PROFI.RU. Просто заполните детали заказа, мастера сами откликнутся и вы сможете выбрать с кем сотрудничать. У каждого специалиста в системе есть рейтинг, отзывы и примеры работ, что поможет с выбором. Похоже на мини тендер. Размещение заявки БЕСПЛАТНО и ни к чему не обязывает. Работает почти во всех городах России.

Если вы являетесь мастером, то перейдите по этой ссылке, зарегистрируйтесь в системе и сможете принимать заказы.

Хорошая реклама

Читайте также

Расчет на ударные нагрузки - Доктор Лом

Теоретические предпосылки расчета

Когда мы рассматривали виды нагрузок, то выяснили, что ударная нагрузка является одним из видов динамических нагрузок и отличается от статической нагрузки тем, что при определении максимальных напряжений следует учитывать силы инерции.

Ударной считается нагрузка, прикладываемая в очень короткий промежуток времени. Например, ударная нагрузка возникает при падении одного тела на другое или при быстром изменении давления между рассматриваемыми телами. Все это кажется довольно странным, ведь если тело, например гиря, имеет массу 32 кг, то масса гири не изменится ни до, ни после, ни в момент падения. И это действительно так, но только тогда, когда речь идет о гравитационной массе, однако тщательное исследование явлений окружающего мира показывает, что у любого тела есть еще и инертная или как ее еще называют - инерционная или инерциальная масса. А еще те же исследования показывают, что инертная масса равна гравитационной массе. Так вот, когда речь идет о ударных нагрузках, то создает такую нагрузку не гравитационная, а инертная масса. В общем курсе физики термин "нагрузка" не используется, а используется понятие "сила". И состояние многих материальных тел описывается взаимодействием различных сил. При этом все силы можно условно разделить на внешние и внутренние. В теоретической механике, теории сопротивления материалов, теории упругости, теории прочности и т.п. внешние силы, действующие на рассматриваемую конструкцию, рассматриваются, как нагрузки, а внутренние силы - как напряжения. При этом предполагается, что сумма внешних сил равна сумме внутренних сил, это в итоге и позволяет составлять уравнения равновесия для рассматриваемой системы.

Когда тело, создающее нагрузку, очень долго взаимодействует с телом, в котором под воздействием этой нагрузки возникают напряжения, то скорость обоих тел, точнее центров тяжести обоих тел, при таком взаимодействии согласно принятой системы отсчета практически не изменяется. Это позволяет рассматривать нагрузку и напряжения, как статические, т.е. обусловленные гравитационным взаимодействием. При ударе в зависимости от массы соударяемых тел, скорость одного из тел или обоих тел изменяется очень сильно и в сравнительно короткий промежуток времени. Одной из характеристик тела, двигающегося с некоторой скоростью, является импульс:

p = mиv (288.1)

В данном случае в виду имеется именно инертная масса, и рассматривается поступательное (прямолинейное) движение, т.е. такое движение, для корректного описания которого достаточно рассматривать движение только одной материальной точки, совпадающей с центром тяжести рассматриваемого тела. Для характеристики вращательного движения используются понятия момента инерции и угловой скорости, для сложного движения материальных точек изгибаемой конструкции - коэффициент жесткости, определяющий характер движения различных материальных точек, входящих в состав изгибаемой конструкции в зависимости от значений момента инерции, модуля упругости материала, действующей нагрузки и длины изгибаемой конструкции.

Когда тела сталкиваются с относительно большой скоростью, то из-за изменения скорости в течение короткого промежутка времени возникает ударная сила, точнее две ударные силы, одинаковые по значению и направленные противоположно. Таким образом рассматриваемая система сил по прежнему остается в равновесии:

Рисунок 1. Равновесие сил рассматриваемой системы.

Если рассматривать тело, создавшее ударную нагрузку, то на него будет действовать ударная сила, равная сумме опорных реакций, показанных на рисунке 1.б) и равная - Qу, т.е. направленная противоположно. Однако строителей очень редко интересует судьба падшего тела, им необходимо обеспечить прочность конструкции после удара, т.е. рассчитываемая конструкция должна работать только в области упругих, восстанавливаемых со временем деформаций, а неупругие деформации, могут привести к разрушению конструкции.

Теоретически, если известно время t, в течение которого импульс будет передаваться от одного тела другому, определить ударную силу не проблема, так как

Qу = mиv/t (288.2)

и тогда расчет конструкции можно просто выполнить на действие ударной силы, т.е. по расчетной схеме, показанной на рисунке 1.б). Да вот беда, время, в течение которого импульс передается от одного тела другому, зависит от множества различных факторов (о которых речь ниже) и может измеряться в пределах от микросекунд до секунд. Потому точно определить значение времени, а значит и ударной силы достаточно сложно.

Далее, в процессе удара кинетическая энергия упавшего тела частично трансформируется в потенциальную энергию деформации рассматриваемой конструкции. Например балка, показанная на рисунке 1, прогнется, при этом в момент, когда значение деформации, будет максимальным, скорость движения центра тяжести балки будет равной нулю, а значит систему можно рассматривать как статическую. Вот только упавшее тело, если оно все еще находится на балке, уже не будет создавать ударную нагрузку, а только обычную статическую, поэтому внутренние напряжения начнут уменьшаться, а значит, и величина деформации будет уменьшаться. А в результате действия инерциальных сил, возникающих как при движении груза, так и при движении частиц рассматриваемой конструкции такое движение превратится в колебательное, со временем затухающее из-за перехода части кинетической и потенциальной энергии в тепловую.

Кроме того часть энергии удара преобразуется в звуковые колебания и если верить индийским фильмам, то в звук преобразуется чуть ли не вся энергия удара. Так же при ударе часть энергии переходит в упругие и неупругие деформации падающего тела и местные неупругие деформации рассматриваемого элемента конструкции, а потому точное решение задачи о возникающих при ударе внутренних напряжениях и деформациях материала конструкции с учетом вышеприведенных факторов является не простой задачей. Однако в точном решении задач не всегда есть необходимость и потому в строительной практике получили распространение приближенные методы расчета.

Максимально упростить решение подобных задач помогают следующие допущения и физические модели процесса:

1. Любую балку, плиту, стену, колонну или другую строительную конструкцию можно рассматривать как упругую систему с одной степенью свободы. Этим подразумевается, все деформации будут находиться в области упругих, т.е. восстанавливаемых со временем и то, что колебания будут происходить только относительно одной из осей. Например, при падении тела на рассматриваемую конструкцию под действием силы тяжести перемещение падающего тела происходит только вдоль оси у, возможные смещения тела вдоль осей х и z не учитываются. Некая тело с массой m, соединенное с упругой пружиной, является простейшей линейной механической моделью упругой системы с одной степенью свободы:

Рисунок 2. Амплитуда колебаний

2. Амплитуда колебаний, определяющая максимальное отклонение рассматриваемой точки вдоль оси у, соответствует максимальной деформации рассматриваемой конструкции. При продольном ударе - это относительное изменение длины Δl, при изгибающем ударе - прогиб f, при вращающем ударе - угол поворота φ (далее мы будем рассматривать в основном изгибающий удар). При рассмотрении колебательного движения физических тел, двигающихся по прямолинейной траектории, рассматриваемая точка, совершающая колебания, соответствует центру тяжести тела, если масса изгибаемой конструкции пренебрежимо мала, по сравнению с массой ударяющего тела, то для упрощения расчетов массой изгибаемой конструкции можно пренебречь и рассматривать колебания согласно принятой физической модели (рисунок 2).

3. Так как колебания системы, вызванные ударом, являются затухающими из-за сопротивления окружающей среды (как минимум воздуха) и наличия сил внутреннего трения, постепенно переводящих часть энергии удара в нагрев, то максимальная амплитуда, соответствующая максимальной деформации, будет только в течение первого периода колебания. Таким образом расчет сводится к определению максимально возможной амплитуды в течение первого периода колебания.

4. Деформации рассматриваемого элемента конструкции от ударяющего тела распространяются по всей длине элемента, подчиняются закону Гука и пропорциональны деформациям, которые возникают при статическом приложении нагрузки от того же тела и в том же месте, т.е. расчетные схемы, показанные на рисунке 1, могут использоваться для расчета рассматриваемой конструкции.

5. Пропорциональность динамических и статических деформаций δ определяется динамическим коэффициентом удара kд, соответственно пропорциональность динамических и статических напряжений σ также определяется динамическим коэффициентом:

δд = kдδст (288.3.1)

σд = kдσст (288.3.2)

соответственно

Qд = kдQст (288.3.3)

Мд = kдМст (288.3.4)

и так далее.

6. Предполагается, что падающее тело имеет жесткость значительно больше жесткости рассматриваемого элемента конструкции. Это позволяет не учитывать величину упругих деформаций падающего тела при ударе и соответственно исключает развитие неупругих деформаций в упавшем теле. Соответственно время, в течение которого импульс от одного тела передается другому будет минимальным, а значит и значение ударной силы будет максимально возможным. И даже если на железную балку падает железная гиря, имеющая вполне определенную жесткость, то для упрощения расчетов упругие и возможные неупругие деформации гири не учитываются. Результат такого допущения - дополнительный запас по прочности.

7. Предполагается, что падающее тело с момента прикосновения к рассматриваемому элементу конструкции продолжает движение с такой же скоростью, с какой перемещается поперечное сечение элемента под телом в результате развития деформаций, т.е. упавшее тело как бы прилепляется к рассматриваемому элементу и не отскакивает до момента развития максимальных деформаций. Такое допущение справедливо лишь тогда, когда масса упавшего тела не меньше массы элемента. А если масса рассматриваемого элемента пренебрежимо мала по сравнению с массой падающего тела, то в момент столкновения изменением скорости вообще можно пренебречь и рассматривать изменение скорости упавшего тела после столкновения только как результат изменения потенциальной энергии деформации и тогда принятая физическая модель будет наиболее полно соответствовать реальному процессу. Если масса рассматриваемого элемента равна или больше массы падающего тела, то такое допущение также приводит к дополнительному запасу по прочности.

8. Явление удара рассматривается с позиций закона сохранения энергии и соответственно сохранения импульсов. При этом предполагается, что кинетическая энергия Т1 падающего тела - груза в момент удара полностью превращается в потенциальную энергию Uд2 деформации конструкции и кинетическую энергию Т'2 движения рассматриваемой конструкции:

Е = Т1 = Uд2 + Т'2 (288.4.1)

Это допущение справедливо только при рассмотрении столкновения двух равноупругих тел имеющих равную массу, при этом одно из тел до момента столкновения находится в состоянии покоя, т.е. его скорость равна нулю. Поэтому количество кинетической энергии рассматриваемой конструкции Т2 принимается равным нулю, а также принимается равным нулю количество кинетической энергии Т'1 падающего тела сразу после момента столкновения, так как скорость падающего тела в момент столкновения обнуляется.

Если масса рассматриваемого элемента конструкции пренебрежимо мала по сравнению с массой ударяющего тела, то величиной Т2 для упрощения расчетов можно пренебречь и рассматривать изменение кинетической энергии падающего тела как изменение потенциальной энергии деформации рассматриваемого элемента:

Т = Uд (288.4.2)

Это допущение, не учитывающее переход части энергии в звуковую, тепловую и другие воды энергии также дает дополнительный запас по прочности.

Принятие этих допущений позволяет значительно упростить расчет конструкций и даже обеспечить дополнительный запас по прочности для колонны, стойки, балки, плиты и любого другого рассматриваемого элемента конструкции при использовании физической модели, показанной на рисунке 2.

В зависимости от направления удара по отношению к оси рассматриваемого элемента конструкции и характера происходящих деформаций удары рассматриваются как продольный - приводящий к растяжению или сжатию рассматриваемого элемента (колон, стоек, стен, свай), поперечный - вызывающий деформации изгиба (поперечный удар часто называют изгибающим ударом) характерен для стержней, балок, плит перекрытия, и крутильный удар - вызывающий деформации кручения в валах машин и механизмов или в балках при внецентренном приложении ударной нагрузки.

Теория расчета на динамическую нагрузку

Согласно основному закону динамики - второму закону Ньютона - любое тело, имеющее некоторую массу m и движущееся с ускорением свободного падения g = 9.81 м/с2, может рассматриваться как сила Q = mg, а при расчете строительных конструкций внешние силы, как уже говорилось, рассматриваются, как нагрузка. Именно поэтому в формулировке задач по расчету строительных конструкций нагрузки от тел, имеющих некоторую массу m, измеряемую в понятных простому человеку килограммах или тоннах , указываются в не столь хорошо известных и понятных Ньютонах и килоНьютонах. Теоретически это правильно, но вполне допустимо при выполнении расчетов заменять Ньютоны на килограмм-силы. Например, человека весом в 100 кг, можно рассматривать как сосредоточенную нагрузку Q = 1000 Н = 100 кгс или просто 100 кг. При этом уменьшение значения, возникающее при умножении массы на 9.81 обычно не учитывается, что опять таки приводит к дополнительному запасу по прочности.

При этом даже если человек стоит абсолютно неподвижно в течение долгого времени, т.е. скорость его перемещения в рассматриваемой системе отсчета равна нулю, то он все равно создает нагрузку, в данном случае статическую. Этот парадокс устраняется тем, что если опору из под человека убрать, то он полетит к центру Земли, причем с ускорением, мало отличающимся от ускорения свободного падения и значит опора может рассматриваться как такая же сила, только действующая в противоположную сторону, и называется эта сила опорной реакцией. А когда опорная реакция равна опорной силе, то система находится в состоянии равновесия, т.е. никуда не движется (во всяком случае в принятой системе отсчета). При рассмотрении стержней и балок, имеющих две опоры, таких опорных реакций будет две (см. рисунок 1).

Однако все это справедливо только для абсолютно жестких тел. Реальные же тела и в частности строительные конструкции под воздействием нагрузки деформируются, а значит и человек, представляющий собой нагрузку, будет перемещаться в пространстве на величину этой деформации.

Как определяются деформации для сжатых, растянутых и изгибаемых элементов, и при чем тут момент инерции, мы уже знаем, осталось только добавить, что при расчете деформаций от действия статической нагрузки предполагается, что статическая нагрузка прикладывается не моментально, а очень медленно, т.е. значение нагрузки постепенно нарастает от нуля до максимального значения за время, значительно превышающее время деформации. Таким образом скорость перемещения в пространстве тела, создающего нагрузку, стремится к нулю и получается, что наблюдаемые в результате воздействия нагрузки деформации, например вот такие:

Фотография 174.1. Прогиб балки - линейки при действии статической нагрузки - мерного стакана

это результат действия только гравитационной массы тела, создающего нагрузку. Дальнейшее описание будет производиться на примере балки линейки для наглядности.

Если приложить нагрузку мгновенно, например, если поставить мерный стакан на линейку и сразу его отпустить, то прогиб будет значительно больше. Потому что стакан, опускаясь вместе с прогибающейся линейкой, на определенном этапе приобретет достаточно большую скорость, а значит, при расчетах нужно учитывать не только гравитационную, но и инертную  массу тела, а также инертную массу рассматриваемой конструкции. Так как физиками до сих пор считается, что гравитационная масса равна инертной (во всяком случае попытки опровергнуть это утверждение пока ни к чему не привели), то вполне логично предположить, что инертная масса приведет к такой же деформации как и гравитационная масса, а значит деформация от динамической нагрузки будет в 2 раза больше, чем от статической нагрузки, создаваемой тем же телом. В математическом выражении это предположение с учетом теоретических предпосылок (т.е. без учета массы линейки) выглядит так:

- для статической нагрузки kд = 1

- для динамической нагрузки kд = 1 + 1 = 2

Впрочем, такой метод определения динамического коэффициента при мгновенном приложении нагрузки может показаться слишком простым. Что ж, устранить эту проблему не сложно. Для начала вернемся к п.2 и 3 теоретических предпосылок и рассмотрим их более детально.

В общем виде уравнение гармонических колебаний, позволяющее определить значение отклонения по оси у - что в нашем случае соответствует величине деформации f, выглядит так:

Рисунок 3. Амплитуда колебаний, как радиус окружности и гипотенуза прямоугольного треугольника

у = Аsinφ = Asin(φo + ωt) (288.5.1)

где φ = φo + ωt - фаза колебания, соответственно φo - начальная фаза колебания при t =0.

При этом амплитуда рассматривается, как радиус окружности, а фаза колебаний, как угол наклона этого радиуса, что в итоге и дает нам синусоиду для исследуемой точки, показанную на рисунке 2. Так как скорость материальной точки является производной расстояния по времени, то

y' = v = (Asin((φo + ωt))' = Aωcos(φo + ωt) (288.5.2)

тогда значение амплитуды по оси х можно рассматривать как t = v/ω. Ну а дальше из установленных Архимедом соотношений сторон прямоугольного треугольника, образованного катетами х и у и гипотенузой А, следует, что:

А = √¯(у2 + х2) = √¯(у2 + (v/ω)2) (288.5.3)

Если придать этой легкой математической формуле тяжелый физический смысл, то получается, что максимальное значение отклонения по оси у, а в нашем случае величина деформации f, будет максимальным, когда скорость материальной точки - стакана будет равна нулю и соответственно максимальная скорость у материальной точки будет в моменты, когда деформация будет равна нулю. Причина этого - в воздействии сил инерции. Так как нас интересует только максимальное значение отклонения, равное амплитуде, т.е. у = А, т.е. при скорости материальной точки, равной нулю, то формулу (288.5.3) можно с учетом этого преобразовать в:

А = √‾(yи2) (288.5.4)

где уи - максимальное значение деформации при действии сил инерции. При этом полное значение деформации с учетом действия гравитационных сил (на примере линейки) составит:

fп = fг + fи = 2fг = 2fи = fг + √¯(fг2) (288.6.1)

Так как прогиб от действия инертной массы равен прогибу от действия гравитационной массы.

Соответственно динамический коэффициент составит

kд = 1 + 1 = 1 + √¯(12) = 2 (288.6.2)

Если вернуться к математической модели, то мы как бы смещаем вниз по оси у синусоиду (рисунок 2) или окружность (рисунок 3) на значение уг, равное уи, и таким образом получаем полное значение деформации в точках экстремума функции.

Таким образом человек, который ходит по помещению и при этом достаточно быстро перебирает ногами, перенося свой вес с одной ноги на другую, создает как минимум динамическую нагрузку и потому при расчете конструкций перекрытия на нагрузку от такого человека статическую нагрузку, создаваемую гравитационной массой человека, следует умножать на динамический коэффициент kд = 2. При этом высота падения и соответственно скорость падения в момент столкновения принимаются равными нулю.

Теория расчета на ударную нагрузку

До этого мы рассматривали деформацию тела (балки) под действием динамической нагрузки, т.е. в ситуации, когда скорость груза в момент касания с конструкцией равна нулю. Если же груз будет падать с некоторой высоты, то в момент касания с конструкцией эта скорость не будет равна нулю (при принятой нами массе балки значительно меньшей, чем масса груза) и тогда для определения амплитуды теоретически можно использовать формулу (288.3.3). Вот только для этого придется сначала определить значение скорости в момент удара.

Скорость тела, падающего с ускорением свободного падения, без учета влияния сопротивления окружающей среды в любой момент времени можно определить по формуле:

v = √¯(vo2 + 2gh) (288.7.1)

где h - высота падения, м.

Если начальная скорость vo = 0, то формула (288.6.1) примет вид

v = √(2gh) (288.7.2)

Теперь попробуем определить значение циклической частоты ω (или угловой скорости - это кому как больше нравится). Так как ускорение - это вторая производная расстояния по времени, то:

y'' = a = (Asin((φo + ωt))'' = - Aω2sin(φo + ωt) (288.8)

Физический смысл этой формулы в том, что ускорение движения тела а, подобно скорости v и величине смещения y, подчиняется гармоническому закону, но колебания ускорения на полпериода (на угол П) расходятся с колебаниями смещения и находятся как бы в противофазе смещению. То есть когда смещение (в нашем случае прогиб f) максимально, то ускорение а также максимально, но направлено в сторону, противоположную смещению. Так же здесь заметим, что колебания скорости смещены на четверть периода или на угол П/2, по отношению к колебаниям смещения.

Таким образом из формул (288.3.1) и (288.7) можно вывести уравнение гармонических колебаний:

a/ω2 + y = 0 или у'' + ω2y = 0 (288.9)

соответственно

ω2 = - [a/y] или ω2 = Q/my = g/yи (288.10.1)

В данном случае имеется в виду инертная масса груза, а масса балки не учитывается. Тогда согласно формул (288.5.3), (288.7.2) и (288.10.1)

у = √¯(уи2 + 2ghyи/g) = √¯(уг2 + 2hyг) (288.11.1)

Тогда полное значение деформации составит:

уп = уг + √¯(уг2 + 2hyг) (288.11.2)

тогда

kд = упг = 1 + √1 + 2h/yг = 1 + √1 + 2h/уст (288.11.3)

Как правило никакой разницы между деформациями от динамической и ударной нагрузки не делается, а динамическая нагрузка рассматривается как частный случай ударной нагрузки, при которой скорость падающего груза в момент контакта с рассматриваемой конструкцией равна нулю, понятие "ударный коэффициент" - не используется, величина деформации от действия гравитационной массы обозначается как статическая деформация уст. Сути дела это не меняет, но упомянуть об этом стоит, равно как и о том, что формулы (288.11) можно вывести и другими способами. Здесь же приведен, возможно и не самый простой, но по моему мнению самый наглядный способ. И еще, если присмотреться, то формулы для определения скорости, вертикального смещения, и многих других не приведенных здесь параметров, достаточно похожи, а роднит их принцип определения гипотенузы прямоугольного треугольника. Вот такие дела.

Если вернуться к математической модели, то при определении амплитуды при ударной нагрузке мы рассматривали как бы не всю, а только нижнюю часть синусоиды, при этом амплитуда рассматриваемой синусоиды соответствует амплитуде колебаний, создаваемой при динамической нагрузке грузом, имеющим массу, умноженную на динамический коэффициент.

Для упрощения расчетов при h/yст > 10 единицей в подкоренном выражении можно пренебречь и тогда формула (288.11.3) примет вид:

kд = 1 + √2h/уст (288.11.4)

А если h/yст > 100, то можно не учитывать и единицу перед квадратным корнем, тогда:

kд = √2h/уст (288.11.5)

Пример расчета балки на ударную нагрузку

Имеется шарнирно закрепленная балка перекрытия длиной 4 м из древесины сечением 20х10 см. На средину балки с высоты 50 см падает гиря весом в 32 кг. Требуется определить прочность балки при ударной нагрузке.

1. Определим прогиб балки при воздействии статической нагрузки

f = Ql3/48EI = 32х4003/(48х100000х6666.667) = 0.064 см

где Е = 105 кгс/см2 - модуль упругости древесины, I = bh3/12 = 6666.667 см4 - момент инерции поперечного сечения.

2. Если определять динамический коэффициент с учетом того, что высота падения значительно больше статического прогиба, то

kд = 1 + √(2х50/0.064) = 40.53

3. Тогда максимальный прогиб составит

fд = 0.064х40.53 = 2.59 см

4. Это достаточно большой прогиб, но намного важнее выяснить, выдержит ли такую ударную нагрузку балка

Мд = Qlkд/4 = 32х400х40.53/4 = 129696 кг·см

5. Тогда при расчетном сопротивлении R = 140 кг/см2 требуемый момент сопротивления составит

Wтр = М/R = 129696/140 = 926.4 см3

6. Момент сопротивления для балки сечением 20х10 см составит W = 2I/h = 6666.667/10 = 666.67см3 < Wтр = 926.4 см3.

Вывод: балка под действием такой ударной нагрузки разрушится.

Пример расчета балки на ударную нагрузку от груза, падающего не посредине балки

Имеется все та же шарнирно закрепленная балка перекрытия длиной 4 м из древесины сечением 20х10 см. На расстоянии 1 м от опоры балки с той же высоты 50 см падает все та же гиря весом в 32 кг. Требуется определить прочность балки при ударной нагрузке.

1. Определим прогиб балки в месте падения груза при воздействии статической нагрузки

f = Qа2b2/3lEI = 32х1002x3002/(3х400x100000х6666.667) = 0.036 см

kд = √2х50/0.036 = 52.7

как видим, за счет смещения места падения груза к одной из опор динамический коэффициент даже увеличился, но нас по прежнему интересует прочность балки

Мд = Qabkд/l = 32х100x300х52.7/400 = 126491 кг·см

так как максимальное значение изгибающего момента почти не изменилось, то и без дальнейших расчетов понятно, что балка такую ударную нагрузку не выдержит. А вот если груз упадет очень близко к одной из опор, например на расстоянии 10 см, то

f = Qа2b2/3lEI = 32х102x3902/(3х400x100000х6666.667) = 0.00061 см

kд = √2х50/0.00061 = 405.42

Мд = Qabkд/l = 32х10x390х229.4/400 = 126491 кг·см

Вывод: на каком бы расстоянии от опоры ни упал груз, балка под действием такой ударной нагрузки разрушится.

Пример расчета балки на ударную нагрузку с учетом жесткости падающего груза

Как видим, если рассматривать соударение балки с гирей, как абсолютно жестким телом, то у балки никаких шансов на выживание нет, она разрушится. Однако любое физическое тело имеет вполне определенную жесткость, а это значит, что такое тело будет также деформироваться. А значит, время контакта при столкновении двух тел из-за упругих и возможных неупругих деформаций ударяющего тела будет больше и соответственно ударная сила, действующая на балку, будет меньше. Это подтверждают эксперименты со сталкивающимися телами из любых материалов. Например, когда относительно легкий стальной шарик падает на очень массивную стальную пластину, то теоретически после соударения относительно легкий металлический шарик должен отскочить от очень массивной пластины на высоту, примерно равную высоте, с которой шарик упал. Однако в реальности высота отскока значительно меньше, и разница доходит до 3 раз. На основании этого можно определить коэффициент восстановления:

kв = √h'/h (288.12)

где h' - высота отскока, а h - высота падения.

Этот коэффициент будет показывать, насколько уменьшится ударная сила с учетом упругих свойств падающего груза и тогда

kуд = 1 + √1 +2h'/fстили kyд = kдkв (288.13)

ниже приведены значения коэффициента восстановления для некоторых веществ:

Таблица 1. Коэффициенты восстановления при частично упругом соударении тел

Вещество k
Древесина 0.5
Пробка 0.55
Сталь 0.55
Слоновая кость 0.889
Стекло 0.9375

Помимо всего прочего изучение этой таблицы позволяет понять, почему раньше для изготовления бильярдных шаров использовалась именно слоновая кость. Но в данном случае нас интересует сталь, точнее гиря изготовленная с применением железа. Конечно же на значение коэффициента восстановления будет влиять геометрическая форма падающего тела, и чем ближе эта форма к шару тем ближе значение коэффициента восстановления к указанному в таблице. Поэтому значение коэффициента восстановления следует дополнительно умножить на поправочный коэффициент kп = 0.5 - 1, учитывающий форму падающего тела в зависимости от материала сталкивающихся тел. Определение более точного значения поправочного коэффициента - отдельная большая тема. Однако для упрощения расчетов лучше не уменьшать значение коэффициента восстановления, а наоборот увеличить, умножив на коэффициент надежности по нагрузке γ = 1.1 - 1.3.

Например, при столкновении железной гири с деревянной балкой можно использовать коэффициент γ = 1.2 и тогда:

kд = 40.53х0.55х1.2 = 26.75

тогда максимальный прогиб составит

fд = 0.064х26.75 = 1.71 см

Мд = Qlkд/4 = 32х400х26.75/4 = 85600 кг·см

Wтр = М/R = 85600/140 = 611.4 см3

момент сопротивления W = 6666.667/10 = 666.67см3 > Wтр = 611.4 см3.

Вывод: балка выдержит такую ударную нагрузку, однако существует очень высокая вероятность того, что после удара на поверхности балки останется порядочная вмятина, а выражаясь научным языком, изменятся размеры поперечного сечения балки, что приведет к изменению несущей способности балки. Поэтому даже если балка и выдержит один удар, то нет никакой гарантии, что балка выдержит много ударов и такую балку желательно избавить от такого насилия. Обычно это происходит по умолчанию, когда на балки перекрытия укладываются доски напольного покрытия. И тогда в результате падения тяжелых грузов с относительно большой высоты будет страдать уже не балка, а точнее не только балка, но и доски, а если это доски чернового пола, то покрытие по черновому полу. А потому обычно выполняется дополнительная защита пола в местах, где падение груза на перекрытие достаточно вероятно. Принцип такой защиты прост - чем толще защитное покрытие и чем меньше модуль упругости материала защитного покрытия, тем меньше будет в итоге ударная сила, действующая на конструкции перекрытия. Да и поменять защитное покрытие намного быстрее и дешевле, чем балки или плиты перекрытия.

Кстати на эффекте развития местных неупругих деформаций основаны различные методы неразрушающих методов определения прочности бетона, в частности для этого может использоваться молоток Кашкарова, но это уже совсем другая тема.

И еще, борцы тоже не любят бороться на жестком бетонном полу, а все больше на специальных покрытиях и вовсе не потому, что заботятся о надежности перекрытия, в этом случае за основу берется прочность главной несущей конструкции человеческого организма - скелета и в частности черепа.

Как рассчитать допустимую нагрузку электрической цепи

Понимание емкости и нагрузки становится необходимым, если вы планируете электроснабжение нового дома или если вы рассматриваете возможность модернизации электроснабжения старого дома. Понимание потребностей в нагрузке позволит вам выбрать электрическую службу соответствующей мощности. В старых домах очень часто существующие услуги сильно занижены для нужд всех современных приборов и функций, используемых в настоящее время.

Что такое электрическая нагрузка?

Термин « электрическая нагрузка» относится к общему количеству мощности, обеспечиваемой основным источником электричества для использования в ответвленных цепях вашего дома и подключенных к ним осветительных приборах, розетках и приборах.

Общая электрическая мощность электросети измеряется в амперах (амперах). В очень старых домах с трубчатой ​​проводкой и ввинчиваемыми предохранителями вы можете обнаружить, что исходная электрическая сеть выдает 30 ампер.Чуть более новые дома (построенные до 1960 года) могут рассчитывать на 60 ампер. Во многих домах, построенных после 1960 года (или модернизированных старых домах), стандартная мощность 100 ампер. Но в больших, более новых домах теперь как минимум 200 ампер, а на самом верхнем уровне вы можете увидеть, что электричество на 400 ампер установлено.

Как вы узнаете, адекватны ли ваши текущие электрические услуги, или как вы планируете новые электрические услуги? Для определения этого требуется небольшая математика, чтобы сравнить общую доступную емкость с вероятной загрузкой , которая будет размещена на этой емкости.

Ель / Нуша Ашджаи

Общие сведения об электрической емкости

Чтобы рассчитать, сколько энергии нужно вашему дому, нужно рассчитать нагрузку в амперах для всех различных приборов и приспособлений, а затем создать запас прочности. Как правило, рекомендуется, чтобы нагрузка никогда не превышала 80 процентов мощности электросети.

Чтобы использовать математику, вам нужно понимать взаимосвязь между ваттами, вольтами и амперами. У этих трех общих электрических терминов есть математическая взаимосвязь, которую можно выразить двумя разными способами:

  • Вольт x Ампер = Ватт
  • Ампер = Ватт / Вольт

Эти формулы можно использовать для расчета мощности и нагрузок отдельных цепей, а также для всей электрической сети.Например, общая мощность 20-амперной и 120-вольтовой ответвленной цепи составляет 2400 ватт (20 ампер x 120 вольт). Поскольку стандартная рекомендация заключается в том, чтобы общая нагрузка не превышала 80 процентов от мощности, это означает, что реальная мощность 20-амперной схемы составляет 1920 Вт. Таким образом, чтобы избежать опасности перегрузки, все осветительные приборы и подключаемые к электросети устройства вместе в этой цепи должны потреблять не более 1920 Вт мощности.

Достаточно легко прочитать номинальные мощности всех лампочек, телевизоров и других приборов в цепи, чтобы определить вероятность перегрузки цепи.Например, если вы регулярно подключаете обогреватель мощностью 1500 Вт в цепь и включаете в одну цепь несколько осветительных приборов или ламп со 100-ваттными лампами, вы уже израсходовали большую часть безопасной мощности в 1920 Вт.

Эту же формулу можно использовать для определения мощности всей системы электроснабжения дома. Поскольку основное напряжение в доме составляет 240 вольт, математические расчеты выглядят следующим образом:

  • 240 В x 100 А = 24000 Вт
  • 80 процентов от 24 000 Вт = 19 200 Вт

Другими словами, ожидается, что электрическая сеть на 100 А обеспечит мощность нагрузки не более 19 200 Вт в любой момент времени.

Расчет нагрузки

После того, как вы узнаете мощность отдельных цепей и полную электрическую сеть дома, вы можете сравнить ее с нагрузкой, которую вы можете рассчитать, просто сложив номинальные мощности всех различных приспособлений и приборов, которые будут потреблять электроэнергию в в то же время.

Вы можете подумать, что это включает в себя сложение мощности всех лампочек осветительных приборов, всех подключаемых устройств и всех проводных устройств, а затем сравнение этой мощности с общей мощностью.Но редко все электроприборы и приспособления работают одновременно - например, нельзя запускать печь и кондиционер одновременно; маловероятно, что вы будете пылесосить, пока работает тостер. По этой причине у профессиональных электриков обычно есть альтернативные методы определения подходящего размера для электрического обслуживания. Вот один из часто используемых методов:

  1. Сложите мощность всех ответвленных цепей общего освещения.
  2. Добавьте номинальную мощность всех штепсельных розеток.
  3. Добавьте номинальную мощность всех постоянных приборов (плиты, сушилки, водонагреватели и т. Д.).
  4. Вычтем 10,000.
  5. Умножьте это число на 0,40
  6. Добавьте 10,000.
  7. Найдите полную номинальную мощность постоянных кондиционеров и номинальную мощность нагревательных приборов (печь плюс обогреватели), затем добавьте , большее из этих двух чисел. (Вы не нагреваете и охлаждаете одновременно, поэтому не нужно складывать оба числа.)
  8. Разделите сумму на 240.

Это результирующее число дает предполагаемую силу тока, необходимую для адекватного питания дома. Вы можете легко оценить текущее электрическое обслуживание, используя эту формулу.

Другие электрики предлагают еще одно простое практическое правило:

  • Служба на 100 ампер обычно достаточно велика, чтобы обеспечить питание общих цепей в доме небольшого и среднего размера, а также одного или двух электроприборов, таких как плита, водонагреватель или сушилка для белья.Этой услуги может хватить для дома площадью менее 2500 квадратных футов, если отопительные приборы работают на газе.
  • 200-амперный сервис будет обрабатывать ту же нагрузку, что и 100-амперный, плюс электрические приборы и электрическое отопительное / охлаждающее оборудование в домах размером до 3000 квадратных футов.
  • Обслуживание на 300 или 400 ампер рекомендуется для больших домов (более 3500 квадратных футов) с полностью электрическими приборами и электрическим нагревательным / охлаждающим оборудованием. Этот размер рекомендуется, если ожидаемая электрическая тепловая нагрузка превышает 20 000 Вт.Обслуживание на 300 или 400 ампер обычно обеспечивается установкой двух сервисных панелей: одна обеспечивает 200 ампер, а вторая - еще 100 или 200 ампер.

План на будущее

Как правило, рекомендуется увеличивать размер электрической службы, чтобы сделать возможным расширение в будущем. Точно так же, как 100-амперный сервис быстро стал малоразмерным, когда электрические приборы стали обычным явлением, сегодняшнее 200-амперное обслуживание может когда-нибудь показаться сильно малоразмерным, когда вы обнаружите, что перезаряжаете два или три электромобиля.Негабаритные электрические услуги также позволят установить вспомогательную панель в ваш гараж или сарай, если вы когда-нибудь решите заняться деревообработкой, сваркой, гончарным делом или другим хобби, требующим большого количества энергии.

Расчет нагрузок на заголовки и балки | Строительство и строительные технологии

Обратите внимание: Эта старая статья нашего бывшего преподавателя остается доступной на нашем сайте в архивных целях. Некоторая информация, содержащаяся в нем, может быть устаревшей.

Понимание того, как нагрузки передаются через конструкцию и действуют на элементы конструкции, является первым шагом к определению размеров коллекторов и балок

Пол Физетт - © 2005

Большинство строителей автоматически выбирают двойные заголовки -2 x 8 или -2 x 10 для обрамления окон и дверей в каждом доме, который они строят. Эти коллекторы предназначены для поддержки большинства жилых помещений и по совпадению удерживают верхние части окон на одинаковой высоте. Красивое решение, но эффективно ли это и экономически выгодно использование материала? То же самое верно и для балок, таких как конструкционные коньковые балки и центральные балки.Слишком часто строители собирают брус размером 2 дюйма, чтобы выдержать нагрузки на крышу и пол, не рассматривая другие варианты. Вы не можете превзойти пиломатериалы для большинства небольших оконных коллекторов, но по мере увеличения пролетов и нагрузок более прочные материалы становятся лучшим выбором. Пиломатериалы ограничивают возможности дизайна и в некоторых случаях просто не работают. Parallam, Timberstrand, клееный брус и Anthony Power Beam - примеры альтернативных материалов, которые предоставляют строителям захватывающий выбор.

В этой серии из двух частей мы рассмотрим, как пиломатериалы и эти инженерные материалы подходят для использования в качестве коллекторов и балок.Часть I покажет вам, как отследить структурные нагрузки до коллекторов и балок. В части II будут рассмотрены процедуры определения размеров, характеристики и стоимость этих материалов для нескольких приложений (см. «Определение размеров проектируемых балок и коллекторов» для части 2).

Делаю работу

Работа коллекторов и балок проста. Они передают нагрузки сверху на фундамент снизу через сеть конструктивных элементов. Идея определения размеров коллекторов и балок проста: сложите все временные и статические нагрузки, действующие на элемент, а затем выберите материал, который будет выдерживать нагрузку.Балка должна быть достаточно прочной, чтобы не ломаться (значение Fb), и достаточно жесткой, чтобы она не прогибалась чрезмерно под нагрузкой (значение E). Однако процесс определения размеров этих структурных элементов может быть сложным, если вы не инженер. Вот упрощенный подход, который поможет вам указать подходящий материал для многих приложений.

Первый шаг такой же для пиломатериалов и конструкционных древесных материалов: сложите все нагрузки, действующие на жатку или балку, а затем преобразуйте эту нагрузку в , какую нагрузку будет ощущать каждая прямая опора жатки или балки .Говоря языком луча, вы говорите: этот заголовок должен нести X-фунтов на линейный фут. Этот перевод является ключом к любой проблеме определения размеров конструкции. Вооружившись этой информацией, вы можете определить минимальный размер, пролет или прочность балки (кредит. Julio). Размеры инженерных деревянных компонентов определяются с помощью таблиц пролетов, которые соответствуют различным пролетам и фунтам на фут балки. Для пиломатериалов необходимо произвести математические расчеты.

Нагрузки считаются либо распределенными , либо точечными нагрузками.Слой песка, равномерно распределенный по поверхности, является примером чистой распределенной нагрузки. Каждый квадратный фут поверхности испытывает одинаковую нагрузку. Динамические и статические нагрузки, указанные в строительных нормах и правилах для крыш и полов, являются приблизительными значениями распределенных нагрузок. Точечные нагрузки возникают, когда груз накладывается на одно место в конструкции, например на колонну. Нагрузка на опорную конструкцию распределяется неравномерно. Анализ точечной нагрузки лучше доверить инженерам. Мы будем рассматривать только распределенные нагрузки. Это позволит нам определять размеры балок для наиболее распространенных приложений.


Рисунок 1

Давайте проследим распределенные нагрузки для нескольких разных домов. Предположим, что все они расположены в одном климате, но имеют разные пути загрузки из-за конструкции. Эти примеры показывают, как распределенные нагрузки распределяются между элементами конструкции. Наши образцы домов находятся в районе, где снеговая нагрузка составляет 50 фунтов на квадратный фут площади крыши (снег рассматривается как временная нагрузка). Само собой разумеется, что в более теплом климате снеговая нагрузка, вероятно, была бы меньше, поэтому вам необходимо проверить свою кодовую книгу на предмет временных и статических нагрузок в вашем регионе.Все нагрузки указаны в фунтах на квадратный фут горизонтальной проекции (площадь пятна контакта). (СМ. РИСУНОК 1)

Заголовки


Рисунок 2

Пример заголовка № 1

Здесь каждый квадратный фут кровельной системы обеспечивает 50 фунтов динамической нагрузки и 15 фунтов статической нагрузки (всего 65 фунтов на квадратный фут) на конструктивную опорную систему. Помните, что эти нагрузки равномерно распределяются по всей поверхности крыши. Наружная стена (и коллекторы внутри) будут нести все нагрузки от средней точки дома (между опорными стенами) к внешней стороне дома (включая свес крыши).Расстояние в этом случае составляет 12 футов + 2 фута = 14 футов. Таким образом, каждый линейный фут стены должен выдерживать нагрузки, создаваемые полосой шириной 1 фут в этом районе 14 футов. С технической точки зрения стена имеет ширину притока 14 футов. Отсюда мы легко можем видеть, что каждая линейная опора стены поддерживает:

Условия:

живая нагрузка (снег):

50 фунтов на квадратный фут x 14 футов = 700 фунтов на линейный фут

Собственная нагрузка на крышу:

15 фунтов на квадратный фут x 14 футов = 210 фунтов на линейный фут

общая нагрузка:

= 910 фунтов на линейный фут

Важно перечислить временную нагрузку, постоянную нагрузку и общую нагрузку отдельно, поскольку временная нагрузка используется для расчета жесткости, а общая нагрузка используется для расчета прочности.


Рисунок 3

Пример заголовка 2

Этот дом идентичен нашему первому примеру, за исключением того, что он построен из палки. В результате временная нагрузка, статическая нагрузка и распределение сил различны. В отличие от стропильной крыши, временная нагрузка и собственная нагрузка на стропила и балки перекрытия должны учитываться как отдельные системы. Поскольку чердак можно использовать для хранения, временная нагрузка на чердак в соответствии с нормами составляет 20 фунтов на квадратный фут.

Условия:

живая нагрузка (снег):

50 фунтов на квадратный фут x 14 футов = 700 фунтов на линейный фут

Собственная нагрузка на крышу:

10 фунтов на квадратный фут x 14 футов = 140 фунтов на линейный фут

перегрузка потолка:

20 фунтов на квадратный фут x 6 футов = 120 фунтов на линейный фут

статическая нагрузка потолка:

10 фунтов на квадратный фут x 6 футов = 60 фунтов на линейный фут

общая нагрузка:

= 1020 фунтов на линейный фут


Рисунок 4

Пример заголовка 3

Опять же, у этого дома такая же ширина, но у него 2 уровня.Нагрузки на нижний коллектор создают крыша, верхние стены и система 2-го этажа. В Стандартах архитектурной графики вес внешней стены размером 2 × 6 составляет 16 фунтов на фут 2 . Таким образом, стена высотой 8 футов весит 8 футов x 16 фунтов / фут 2 = 128 фунтов на линейный фут. На жатку доставлено:

грузов.

Условия:

живая нагрузка (снег):

50 фунтов на квадратный фут x 14 футов = 700 фунтов на линейный фут

Собственная нагрузка на крышу:

15 фунтов на квадратный фут x 14 футов = 210 фунтов на линейный фут

стена верхнего уровня:

= 128 фунтов на линейный фут

Живая нагрузка 2-го этажа:

30 фунтов на фут x 6 футов = 180 фунтов на линейный фут

Собственная нагрузка 2-го этажа:

10 фунтов на фут x 6 футов = 60 фунтов на линейный фут

общая нагрузка:

= 1278 фунтов на линейный фут

Балки

Пример коньковой балки


Рисунок 5 - На этом рисунке показаны 2 конструктивных элемента: несущая балка конька и центральная балка.У обоих есть приток площадью 12’0 ″. Нагрузка на фут балки определяется так же, как и для жаток.

Условия коньковой балки

живая нагрузка (снег):

50 фунтов на фут x 12 футов = 600 фунтов на линейный фут

Собственная нагрузка на крышу:

10 фунтов на фут x 12 футов = 120 фунтов на линейный фут

общая нагрузка:

= 720 фунтов на линейный фут

Пример фермы

Центральная балка несет половину нагрузки на пол, нагрузку на перегородку и половину нагрузки на второй этаж.Текущие и статические нагрузки указаны в строительных нормах и правилах. Вес перегородки указан в Стандартах архитектурной графики как 10 фунтов на квадратный фут.

B) Состояние балок первого этажа

Живая нагрузка 1-го этажа:

40 фунтов на фут x 12 футов = 480 фунтов на линейный фут

Статическая нагрузка 1-го этажа:

10 фунтов на фут x 12 футов = 120 фунтов на линейный фут

Перегородка высотой 8 футов:

= 80 фунтов на линейный фут

Живая нагрузка 2-го этажа:

30 фунтов на фут x 12 футов = 360 фунтов на линейный фут

Собственная нагрузка 2-го этажа:

10 фунтов на фут x 12 футов = 120 фунтов на линейный фут

общая нагрузка:

= 1160 фунтов на линейный фут

Резюме

Эти примеры являются типичными для типов расчетов, которые вам необходимо выполнить для определения равномерной нагрузки, которая распределяется на балку или коллектор.Вы должны установить, какую нагрузку принимает каждая прямая опора жатки или балки. Следующим шагом является использование технической литературы любой из компаний, производящих деревянные компоненты, для определения пролета и размера балки. Все они соотносят допустимые пролеты с нагрузкой на фут балки. Списки пролетов основаны на допустимом прогибе, динамической нагрузке и статической нагрузке, которые перечислены в вашей книге строительных норм. В части 2 «Определение размеров инженерных коллекторов и балок» мы сравниваем стоимость и характеристики некоторых деревянных изделий с пиломатериалами.

Все иллюстрации любезно предоставлены Journal of Light Construction.

Как рассчитать электрическую нагрузку в доме?

Если вы похожи на большинство людей, то вы не электрик. Это означает, что концепция электрических нагрузок может сбивать с толку. Однако вам нужно будет рассчитать его, если вы вносите какие-либо серьезные изменения в электрическую сеть.

Давайте разберем все, что вам нужно знать о при расчете электрической нагрузки .

Что такое электрическая нагрузка?

Электрическая нагрузка - это расчет количества энергии, необходимого для работы всего, что потребляет электричество в вашем доме. При внесении значительных электрических дополнений в дом, все, что будет использовать электричество для работы, рассчитывается для определения электрической нагрузки.

Почему важен расчет электрической нагрузки?

Электрическая нагрузка дома определяет многие вещи, в том числе силу тока вашей электрической панели.Определение электрической нагрузки - важная часть определения того, нужно ли вам менять систему электроснабжения, поскольку она подскажет вам, недостаточно ли мощности, подаваемой в ваш дом (в амперах), для использования вами электроэнергии.

Изменение электрической нагрузки в вашем доме также указывает на изменение вашего счета за электроэнергию. Например, если вы приобретете новую систему отопления, вентиляции и кондиционирования, которая не потребляет столько электроэнергии, ваша электрическая нагрузка и ваш счет за электроэнергию будут ниже.

Расчет электрической нагрузки

Выясните, нужно ли вам изменить электрическую сеть, сравнив ее с электрической нагрузкой.Вы можете рассчитать, сколько усилителей необходимо вашему дому, выполнив следующие действия:

  • Сложите мощность всех цепей общего освещения и номинальную мощность всех ваших розеток.
  • Сложите номинальную мощность всех ваших постоянных приборов (стиральная / сушильная машина, посудомоечная машина, водонагреватель и т. Д.).
  • Вычтите 10 000 ватт из суммы всех этих значений и умножьте результат на 0,4 (40%). Затем снова добавьте 10 000 ватт.
  • Сравните мощность вашего кондиционера и печи. Поскольку вы используете только по одному, добавляйте в уравнение только большую номинальную мощность.
  • Разделите полученное количество ватт на вольт (в большинстве домов используется 220 вольт), чтобы получить количество ампер или электрическую нагрузку.

Если электрическая нагрузка превышает текущую электрическую мощность, вам необходимо повысить ее до следующего уровня обслуживания. Чтобы избежать этого сложного уравнения, вы можете использовать онлайн-калькулятор нагрузки.Однако лучший способ убедиться, что нагрузка рассчитана правильно, - это обратиться к профессионалу. Мы позаботимся об этом за вас.

Свяжитесь с нами

Выбирайте экспертов Arnold Electric Services для решения всех ваших задач в области электрики. Свяжитесь с нами сегодня для получения дополнительной информации или запроса услуги.

Расчет жилых помещений: оценка элементов электрической системы

Оценщик спросил, какой метод использовать для расчета вольт-ампер (ВА) жилища.Он надеялся использовать результаты в качестве руководства для оценки элементов электрической системы и хотел применить стандартный метод. Ниже я объясню свою интерпретацию этого метода для определения VA и использования его в качестве инструмента оценки.

Группировка грузов

Стандартный расчет требует, чтобы нагрузки были разделены следующим образом:

  • Нагрузка 1: Общее освещение, розетки и небольшие электроприборы
  • Загрузка 2: Загрузки оборудования для приготовления пищи
  • Нагрузка 3: Нагрузки специального оборудования
  • Загрузка 4: Загрузка сушилки
  • Нагрузка 5: Нагревание
  • Нагрузка 6: Самый большой двигатель

Общее освещение и розетки нагрузки

Таблица 220.12 в Национальном электротехническом кодексе считает жилое помещение занесенным в список из расчета 3 ВА на квадратный фут; поэтому общая световая нагрузка определяется путем умножения площади в квадратных футах. Например, 2800 квадратных футов умножить на 3 ВА - это 8400 ВА. Используйте эту сумму, чтобы определить количество розеток для освещения и розеток общего назначения. При установке 20-амперной схемы с питанием от 120 вольт, 8400 ВА, разделенные на 2400 ВА (20 А × 120 В = 2400 ВА), составляют 3,5, при округлении в большую сторону требуется четыре 20-амперных схемы.Пять 15-амперных схем - это минимум, необходимый для 15-амперной схемы.

Малые нагрузки бытовой техники

Необходимо установить не менее двух контуров малых электроприборов на 210,52 (A) для питания розеток на кухне, в зале для завтраков, кладовой и столовой. Один нужен для прачечной по 210,52 (B). Цепи малых устройств рассчитаны на 1500 ВА каждая. Таким образом, к общей осветительной нагрузке добавляется 4500 ВА. Эти розетки не должны подключаться к цепям, питаемым от цепей общего или специального прибора.

К этим нагрузкам может применяться коэффициент потребности, разрешенный в таблице 220.42. В зависимости от ВА, первые 3000 ВА можно рассчитать на 100 процентов, а оставшуюся ВА - на 35 процентов.

Специальная загрузка прибора

Направленные цепи обычно питают цепи специальных устройств, которые не подключены к цепям общего назначения или малым устройствам. К таким нагрузкам относятся водонагреватели, нагревательные блоки, плиты, кондиционеры, кухонное оборудование, двигатели и т. Д.Например, 10 кВт преобразовывается в 10 000 ВА и используется в расчетах для определения общей нагрузки в ВА.

Фиксированные нагрузки бытовой техники, такие как посудомоечные машины, оборудование для утилизации, водонагреватели, уплотнители и т. Д., Могут иметь коэффициент потребности 75%, применяемый к их общей ВА.

Приборы, которые не учитываются при использовании этого коэффициента спроса, - это нагревательные блоки, кондиционеры, сушилки или кухонное оборудование. Когда эти устройства удаляются из расчета, все остальные устройства считаются фиксированными и соответствуют требованиям 75%.

Фактор спроса

Как уже упоминалось, в современном дизайне постоянно используется термин «коэффициент спроса», то есть отношение максимальной нагрузки системы (или части системы) к подключенной нагрузке на систему (или часть системы). Всегда меньше 1.

Применение факторов спроса

НАГРУЗКА 1:

Таблицы 220.12 и 220.42 могут применяться следующим образом:

Осветительные и розеточные нагрузки общего назначения - 2 800 кв.фут × 3 ВА = 8,400 ВА

Малая бытовая техника и нагрузка для стирки - 1500 ВА × 3 = 4500 ВА

ОТВЕТ : 8 400 ВА + 4500 ВА = 12 900 ВА

Применение факторов спроса

Первые 3000 ВА × 100% = 3000 ВА

Следующие 9 900 ВА × 35% = 3465 ВА

ОТВЕТ : 3000 ВА + 3465 ВА = 6465 ВА

НАГРУЗКА 2:

Таблица 220.55, столбец B (65 процентов) может применяться следующим образом:

Варочная панель на 8,500 ВА и духовой шкаф на 8000 ВА

Применение факторов спроса

ОТВЕТ : 8 500 ВА + 8 000 ВА × 65% = 10 725 ВА

НАГРУЗКА 3:

Раздел 220.53 (правило 75 процентов) может применяться следующим образом:

Фиксированная нагрузка устройства 13 200 ВА состоит из водонагревателя, водяного насоса, сливного устройства, уплотнителя, посудомоечной машины, микроволновой печи и двигателя вентилятора.

Применение факторов спроса

ОТВЕТ: 13 200 ВА × 75% = 9 900 ВА

НАГРУЗКА 4:

Таблица 220.54 позволяет рассчитать осушитель на 5000 ВА на 5000 ВА.

НАГРУЗКА 5:

Раздел 220.60 позволяет установить самый большой блок отопления на 10 000 ВА и кондиционер на 5 500 ВА при меньшей падающей нагрузке.

НАГРУЗКА 6:

Раздел 220.50 требует добавления 25% для самого большого двигателя (водяной насос 2600 ВА) при 650 ВА (25% от 2600 ВА = 650 ВА).

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИТОГО VA

Добавьте VA, равное 6 465; 10,725; 9 900; 5000; 10,000; и 650 вместе, и получается 42 740 ВА.Общий ток 178 (42,740 А / 240 В = 178 А)

Эту процедуру можно использовать для получения ВА для определения ампер для выбора сервисных элементов и помощи в оценке методов подключения и оборудования.

Расчет электрической нагрузки для жилой панели

Подробные инструкции к калькулятору электрической нагрузки.

Введение в калькулятор электрической нагрузки

Целью расчета электрической нагрузки жилого помещения является точное определение размера базы электроснабжения на основе электрического оборудования, которое будет установлено.Национальные электротехнические нормы и правила являются основой для обеспечения правильного размера и правильности установки электрооборудования.

Шаг 1

Общие требования к электрической нагрузке основаны на внутренней площади дома в квадратных футах, которая затем используется для расчета основной нагрузки освещения и требуемых цепей электроприборов. Калькулятор бытовой электрической нагрузки предварительно загружен электрической информацией, из которой вы можете выбирать.Щелкните кнопки со знаком вопроса для получения более подробной информации по каждому разделу и записи.

Шаг 2

Приборы и нагрузки с двигателем, как правило, представляют собой более крупное оборудование, используемое на кухне, в прачечной, гараже. Не забудьте проверить информацию на паспортной табличке для точных расчетов.

Шаг 3

Отопление и кондиционирование. Правильная идентификация оборудования для обогрева и кондиционирования воздуха очень важна, поскольку для этого оборудования обычно требуется большая электрическая нагрузка.

Шаг 4

Выполните вычисления: кнопка "Рассчитать" будет выполнять вычисления на основе информации, которую вы предоставили в этой форме. При внесении любых изменений в форму необходимо нажимать кнопку «Рассчитать».

Основы измерения и расчета электроэнергии

Что такое ВА?

ВА - это сокращение от вольт-ампер, которое представляет собой единицу мощности, которая определяется путем умножения напряжения на силу тока в цепи.ВА - это стандартное измерение электрической мощности, которое используется для определения требований к компонентам электрической цепи.
Пример : цепь на 120 В, обеспечивающая 1 ампер = 120 вольт-ампер.

В чем разница между ВА и ваттами?

Ватт - это мера истинной мощности, которая требуется для выполнения работы со скоростью 1 джоуль в секунду. Мощность рассчитывается путем умножения напряжения на коэффициент мощности цепи.
Пример : Ватты = напряжение, умноженное на силу тока, умноженное на коэффициент мощности.

Что такое коэффициент мощности?

PF или коэффициент мощности - это отношение фактической мощности в ваттах к полной мощности в вольт-амперах, выраженное в процентах.
Пример : 100% коэффициент мощности является наилучшим, однако типичный коэффициент мощности может находиться в диапазоне от 75 до 90%.

СПЕЦИАЛЬНОЕ ПРИМЕЧАНИЕ:
В некоторых областях формы ниже вы можете комбинировать ВА нагрузки для нескольких устройств с указанным разделом.

Расчет нагрузок | Базовые знания подшипников

Нагрузки, воздействующие на подшипники, включают силу, действующую от веса объекта, на который опираются подшипники, усилие передачи таких устройств, как шестерни и ремни, нагрузки, возникающие в оборудовании во время работы и т. Д.
Эти виды нагрузки редко можно определить простым расчет, потому что нагрузка не всегда постоянна.
Во многих случаях нагрузка колеблется, и трудно определить частоту и величину колебаний.
Следовательно, нагрузки обычно получают путем умножения теоретических значений на различные коэффициенты, полученные эмпирически.

5-3-1 Коэффициент нагрузки

Даже если радиальные и осевые нагрузки получены посредством общих динамических расчетов, фактическая нагрузка становится больше расчетного значения из-за вибрации и ударов во время работы.
Во многих случаях нагрузка получается путем умножения теоретических значений на коэффициент нагрузки.

Таблица 5-6 Значения коэффициента нагрузки

ƒ w
Условия эксплуатации Пример применения ƒ w
Работа с небольшой вибрацией или ударом Двигатели 1.0 ~ 1,2
Станки
Измерительный прибор
Нормальная работа
(легкий удар)
Железнодорожный подвижной состав 1,2 ~ 2,0
Автомобили
Оборудование для производства бумаги
Воздуходувки
Компрессоры
Сельхозтехника
Работа в условиях сильной вибрации или ударов Прокатные станы 2.0 ~ 3,0
Дробилки
Строительное оборудование
Грохоты шейкер

5-3-2 Нагрузка, создаваемая ременной или цепной передачей

В случае ременной передачи теоретическое значение нагрузки, действующей на валы шкивов, может быть определено путем получения эффективного передающего усилия ремня.
Для реальной работы нагрузка получается путем умножения этой эффективной трансмиссионной силы на коэффициент нагрузки ( ƒ w ) с учетом вибрации и ударов, возникающих во время работы, и коэффициент ремня ( ƒ b ) с учетом натяжения ремня. .
В случае цепной передачи нагрузка определяется с использованием коэффициента, эквивалентного коэффициенту ремня.
Это уравнение (5-13) выглядит следующим образом;

Таблица 5-7 Значения коэффициента ремня

ƒ b
Тип ремня ƒ b
Ремень привода ГРМ (с зубьями) 1,3 ~ 2,0
Ремень клиновой 2,0 ~ 2,5
Плоский ремень (с натяжным роликом) 2.5 ~ 3,0
Плоский ремень 4,0 ~ 5,0
Цепь 1,2 ~ 1,5

5-3-3 Нагрузка, создаваемая зубчатой ​​передачей

(1) Нагрузки, влияющие на шестерню и коэффициент передачи

В случае зубчатой ​​передачи нагрузки, передаваемые зацеплением, теоретически подразделяются на три типа: тангенциальная нагрузка ( K т ), радиальная нагрузка ( K r ) и осевая нагрузка (em> K a ).
Эти нагрузки можно рассчитать динамически (используя уравнения , em> и , описанные в разделе (2)).
Для определения фактических нагрузок на шестерни эти теоретические нагрузки необходимо умножить на коэффициенты, учитывающие вибрацию и удар во время работы ( w ) (см. Таблицу 5-6) и коэффициент передачи ( ƒ g ) (см. Таблицу 5-8) с учетом чистовой обработки шестерен.

Таблица 5-8 Значения передаточного коэффициента
ƒ г
Тип шестерни ƒ г
Прецизионные шестерни (погрешность шага и погрешность формы зуба менее 0.02 мм) 1,0 ~ 1,1
Шестерни нормальные (погрешность шага и формы зуба менее 0,1 мм) 1,1 ~ 1,3

(2) Расчет нагрузки на шестерни

Касательная нагрузка (тангенциальная сила) K т
(цилиндрические зубчатые колеса, косозубые зубчатые колеса, двойные косозубые зубчатые колеса, прямые конические зубчатые колеса, спирально-конические зубчатые колеса)

[Примечания]
1) Коды с нижним индексом 1 и 2, показанные в уравнениях, соответственно применимы к шестерням ведущей стороны и шестерням ведомой стороны.
2) Символы (+) и (-) обозначают следующее;
Символы в верхнем ряду: вращение по часовой стрелке с правой спиралью или против часовой стрелки с левой спиралью
Символы в нижнем ряду: против часовой стрелки с правой спиралью или по часовой стрелке с левой спиралью

[Примечание] Направления вращения описываются, если смотреть на заднюю часть вершины угла наклона.

Рис. 5-7 Нагрузка на прямозубые цилиндрические шестерни

Рис. 5-8 Нагрузка на косозубые шестерни

Рис.5-9 Нагрузка на прямые конические шестерни

Рис. 5-10 Нагрузка на спирально-конические шестерни

5-3-4 Распределение нагрузки на подшипники

Распределение нагрузки на подшипники может быть рассчитано следующим образом: сначала вычисляются компоненты радиальной силы, затем получается сумма векторов компонентов в соответствии с направлением нагрузки.
Примеры расчета радиального распределения нагрузки описаны в следующем разделе.

[Замечание]

Подшипники, показанные в Exs.3–5 подвержены воздействию компонентов осевой силы, когда эти подшипники воспринимают радиальную нагрузку, и осевой нагрузки ( K a ), которая передается извне, то есть от шестерен.
Для расчета осевой нагрузки в этом случае см. Страницу Эквивалентная динамическая нагрузка.

Описание знаков в примерах с 1 по 5

Пример 1 Фундаментальный расчет (1)
Пример 2 Фундаментальный расчет (2)
Пример 3 Распределение нагрузки на шестерни (1)
Пример 4 Распределение нагрузки на шестерни (2)
Пример 5 Одновременное приложение нагрузки на шестерню и другой нагрузки

Как рассчитать электрическую нагрузку

Электрические цепи находят множество применений, в том числе в быту, автомобилестроении и электронике.Электрические принципы применяются независимо от области применения. У вас есть несколько компонентов, распределенных по схеме, которые составляют нагрузку схемы. У вас есть источник энергии. Вы хотите знать характеристики компонентов нагрузки. У вас есть закон Кирхгофа, который, по сути, гласит, что сумма напряжения нагрузки равна сумме напряжений источника. Вы не хотите повредить какие-либо компоненты цепи, поэтому рассчитываете нагрузку.

Расчет электрической нагрузки в простой цепи

    Рассчитайте электрическую нагрузку для простой линейной цепи, имеющей напряжение источника 9 В и два последовательно включенных резистора по 330 Ом.Второй резистор имеет вывод, идущий на землю. Рассчитайте по следующим уравнениям. Пусть мощность = напряжение * ток (P = VI). Пусть ток = напряжение / сопротивление (I = V / R).

    Примените второй закон Кирхгофа, согласно которому сумма напряжений в цепи равна нулю. Сделайте вывод, что напряжение нагрузки вокруг простой схемы должно составлять 9 вольт. Вычислите, что напряжение нагрузки равномерно распределено на каждом из резисторов, поскольку они имеют одинаковое сопротивление, и что напряжение на каждом из них должно быть 4.5 вольт (или -4,5 в соответствии с законом Кирхгофа).

    Рассчитайте I = V / R (расчет тока), так что I = 4,5 / 330 = 13,6 мА (миллиампер). Вычислите P = VI = 9 * 0,0136 = 0,1224 Вт. Обратите внимание, что теперь известны все характеристики нагрузки (напряжение, сопротивление, ток и мощность). Будьте осторожны и выбирайте резисторы мощностью 0,5 Вт.

    Используйте онлайн-симулятор линейных цепей для моделирования простых цепей и расчета нагрузочных характеристик. Используйте описанный ниже имитатор линейных цепей под названием «Linear Technology Spice».«Создайте образец схемы и поэкспериментируйте с различными компонентами нагрузки. Рассчитайте характеристики нагрузки, используя уравнения напряжения, тока, сопротивления (или индуктивности) и мощности.

Расчет бытовой электрической нагрузки

    Рассчитайте нагрузку для типичного дома на одну семью с помощью онлайн-калькулятора электрической нагрузки.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *