Как правильно рассчитать диаметры труб для водоснабжения, канализации и отопления?


Какая нагрузка действует на профильную трубу

На профилированную трубу действуют внешние механические силы: вес конструкций, тяжесть снега, ветровые воздействия и т. п.

При этом у каждого изделия существует максимальное значение сопротивления. Например, показатель нагрузки, которую профиль выдерживает на изгиб. При достижении максимальной величины конструкция теряет прочность и начинает деформироваться вплоть до разрыва.

Как правильно рассчитать диаметры труб для водоснабжения, канализации и отопления?

Такое значение необходимо точно определять ещё на стадии проектирования монтажных работ. Оно вычисляется расчетными методами, с помощью справочных сведений, цель которых – помочь выяснить необходимые параметры профиля: сечение, толщину металла. Исходными данными при этом служат прочностные характеристики материала и типы предстоящих нагрузок.

Зачем нужны расчеты


Стальные профили, собранные в конструкцию, испытывают нагрузку других материалов или веществ, а также испытывают напряжение в металле при изгибе. Превышение максимально допустимой нагрузки влечет деформацию трубопрокатных изделий или их разрыв.

Неверно рассчитанная нагрузка повлечет за собой неустойчивость конструкции, невозможность сборки или разрушение в последующем. Это чревато лишними финансовыми затратами на ремонт, приобретение материалов и восстановление конструкции.

согнуло

В процессе эксплуатации труб под нагрузкой происходит ряд изменений в структуре металла, которые необходимо учесть при подборе изделий. При внешнем воздействии на изделие или его изгибе в металле возникает напряжение, т.е происходит неравномерная деформация, при которой отмечается сжатие внутренних связей между молекулами и одновременное растяжение наружного слоя. При этом внутренние части металла увеличиваются в плотности, а наружные уменьшаются за счет уплотнения в месте воздействия.

Какие параметры нужны для расчета нагрузки

При подборе трубных профилей для строительства конструкций необходимо получить информацию о состоянии трубопрокатных профилей для анализа условий и возможностей изделия в процессе эксплуатации.

Данные, которые необходимы для этого:

  • размеры профиля, мм;
  • форма сечения;
  • параметры напряжения конструкции;
  • показатели прочности материала;
  • вид нагрузки на профиль.

размеры труб

Таким образом, принимаются в расчет точки сопротивления для каждого вида материала. При этом учитываются предельно максимальные и минимальные значения:

  • Минимум показателей предполагают нулевую нагрузку.
  • Максимальные – с изгибом изделия до состояния разрыва в металле. Учет данных значений позволит правильно рассчитать устойчивость и подобрать трубы соответствующих параметров, чтобы увеличить срок эксплуатации конструкции.

Можно ли обойтись без расчетов

Простые бытовые конструкции (легкие оградки) изготавливают с запасом прочности, избегая расчетов. Расходы на такие сооружения будут невелики, и утруждать себя трудоемкими расчетами нет смысла.

Однако более сложные конструкции (навесы, террасы, теплицы), которые могут рухнуть, сломаться под порывом ветра, от снега, под весом элементарного оборудования, уже нуждаются в простейшем расчетном определении.

Как сделать правильные расчеты

Расчет профильной трубы на прогиб – это определение степени максимального напряжения на конкретную точку трубы.

У каждого материала существуют показатели нормального напряжения. Они не влияют на само изделие. Чтобы правильно сделать расчеты, следует применить специальную формулу. Нужно следить за тем, чтобы показатели не превышали максимально допустимые значения. По закону Гука возникающая сила упругости прямо пропорциональна деформации.


При расчете изгиба необходимо также применять и формулу напряжения, которая выглядит как М/W, где М – показатель изгиба по оси, на которую и приходится усилие, а вот W – это показатель сопротивления изгиба по этой же оси.

Расчет изгиба трубы
Изгиб трубы должен быть правильным и точным

Классификация нагрузок

Специалистами разработаны правила определения нагрузок и их воздействия – СП 20.13330.2011. В них содержится классификатор видов действия внешних сил на сооружения, воздвигаемые человеком.

В зависимости от времени воздействия нагрузки делят на постоянные и кратковременные. Кроме того, выделена особая категория проявления внешних сил (пожары, взрывы, землетрясения и другие ЧП).

Как правильно рассчитать диаметры труб для водоснабжения, канализации и отопления?

К числу постоянных относят:

  • Вес конструкций и сооружений, которые оказывают давление на основания профиля весь период.
  • Вес оборудования и производимой продукции, находящихся в сооружениях.
  • Тяжесть насыпей и других наслоений грунта, земляных и горных возвышенностей.
  • Давление водных ресурсов.

В число кратковременных нагрузок вошли:

  • Вес оборудования, применяемого в период ремонтных, профилактических работ, его замене.
  • Нагрузки от транспортной и погрузочной техники, людей, занятых на временных работах.
  • Воздействие природных сил (ветра, снега, дождя, перепадов температуры).

Какую нагрузку способны выдержать профильные трубы

Согласно утвержденным стандартам нагрузка по времени воздействия классифицируется на четыре группы:

  • Постоянная. На профиль оказывается воздействие без изменений показателей. Это могут быть другие материалы, грунт и т. д.;
  • Временно длительная. На профильную конструкцию оказывается нагрузка в течение продолжительного времени. Например, при возведении гипсокартонных перегородок, постройке лестниц в частных домах и т. д.;
  • Кратковременная. Трубопрокат испытывает сезонные или временные нагрузки. Например, тяжесть снега, сильного ветра или напора дождя, вес мебели и посетителей и т. д.;
  • Особенная. Нагрузка на случай стихийных бедствий или чрезвычайных ситуаций. Например, во время землетрясения, столкновения транспорта и т. д.

Обратите внимание! Во время расчета нагрузки на металлический профиль для возведения навеса важно помнить, что изделие является несущей конструкцией.

Для вычисления силы воздействия на каркас из металлопрофиля следует учесть следующие типы нагрузок:

  • вес и вид материала навеса;
  • тип снежного покрова и его высота;
  • сила ветра;
  • возможность повреждения конструкции транспортными средствами.

Максимальные нагрузки

Чтобы правильно подобрать трубу для использования, надо знать предельный вес, который должна выдерживать балка или опора в данном месторасположении.

Эта величина выражается в виде сосредоточенной силы, приложенной в центре пролета.

Под давлением указанной силы балка прогнется, но после окончания воздействия возвратится в прежнее состояние (на фото). Превышение наибольшего значения сломает несущую.

Как правильно рассчитать диаметры труб для водоснабжения, канализации и отопления?

В бытовой практике часто встречается распределенная нагрузка, равномерно воздействующая на всю длину балки.

Отсюда напрашивается вывод о том, что пролеты не должны быть излишне большими. Установление мощной балки может перекрыть её достоинства ценой вопроса и общим утяжелением конструкции. Разумнее установить дополнительные опоры, что позволяет увеличить допустимый вес на перекрытие.

Для определения величины предельных нагрузок можно воспользоваться различными справочными данными в интернете.

Технологический процесс изгиба


Любая деформация приводит к уменьшению несущей способности профильной трубы и сопровождается возникновением длительных напряжений на её стенках. На внутреннем слое из-за сжатия металла плотность увеличивается, а на внешней части растяжение, наоборот, уменьшает значение данного показателя. Форма сечения при этом также ожидаемо меняется. Совокупность данных факторов приводит к тому, что несущая способность конструкции в месте изгиба заметно уменьшается. Это актуально для круглой трубы, а также для прямоугольного и квадратного трубного изделия. Причём, для последних двух подобное явление не столь выражено, нежели для трубы с круглым сечением.

Однако в любом случае требуется внимательный подход к оценке степени прикладываемой нагрузки при изгибе заготовки. Тогда на ней не появятся ненужные разломы и искривления. С точки зрения функционального предназначения касается это, прежде всего круглых труб, из которых изготавливаются отводы для систем водоснабжения.

Полезно знать! Образуемые складки приводят к возникновению засоров, повышают сопротивление транспортируемой жидкости и снижают проходимость рабочей среды.

Поэтому степень овальной деформации для детали диаметром до 20 мм не должна превышать 15 процентов. При увеличении диаметра значение данного показателя уменьшается до отметки 12,5 процентов. Эти же цифры применяются и при определении оптимальной нагрузки на прогиб трубы с профильным сечением, а вышеуказанные значения диаметров относятся к вписанной/описанной в/вокруг прямоугольник(а) или квадрат(а) окружности.

Допустимые радиусы сгиба исходя из прочности материала


Радиус изгиба профиля зависит от внешнего сечения DN, толщины материала, его плотности и гибкости.

Государственные стандарты устанавливают минимальные значения радиусов изгиба для профилированных труб. Их допустимый размер во многом обусловлен способом загиба детали.

  1. Если загиб производят нагреванием заготовки, или путем набивания её песком, радиус загиба должен составлять не менее 3,5 DN.
  2. Загиб на гибочном оборудовании без нагрева возможен с минимальным радиусом 4 DN.
  3. Если в технологическом процессе используется печной нагрев, допускается значение в 2,5 DN.
  4. Важным условием гнутья является утончение стенок изделия в площади операции не более, чем на 15%.

Как самостоятельно согнуть участок

Имеется универсальная и несложная формула расчета трубы на изгиб — это 5 ее диаметров.

Осуществим расчет, взяв для примера подробность сечением в 1.6 см.

  1. Для верного изготовления нужно взять ? окружности.
  2. Сперва приобретаем необходимый радиус: 16•5=80 мм. Следующая стадия — это вычисление начальных точек для правильного изгибания угла.
  3. С целью этого нужно применять формулу C=2?•R:4. В ней С — протяженность трубы, необходимая для работы, ?=3.14, R – есть нужным радиусом.
  4. Подставляем цифры в формулу: 2•14•80:4=125 миллиметров. Это и имеется протяженность участка, для которого минимальный радиус изгиба металлопластиковой трубы либо каждый образовывает 80 мм.

В случае если нужно согнуть трубы, направляться иметь трубогиб.

Такие ручные приспособления делятся на два типа.

Сегментный инструмент.

  1. В сегментных аналогах операция осуществляется на основании особенных шаблонов. Форма их вычислена под правильный диаметр, который нужен и форму сгиба. Посредством для того чтобы инструмента вероятно гнуть трубы до 180°. Цена его относительно мала.
  2. Дорновое оборудование осуществляет работу без мельчайших недостатков. Преимущество для того чтобы приспособления — сегмент, перемещающийся в изделия. Он предотвращает деформации и позволяет делать работу в нескольких местах. Таковой станок для изгиба профильных труб своими руками лучше не делать, а купить готовый.

Осуществив расчет, отметьте на элементе участки, в соответствии с его итогам. Потом на инструменте поставьте необходимый градус или шаблон. После этого засуньте в приспособление изделие и сделайте операцию.

Методы расчета нагрузок

Применяют следующие способы определения допустимых нагружений:

  • С помощью интернет калькулятора.
  • На основании справочных таблиц.
  • По формулам напряжения при прогибе профиля.

Перед вычислениями рекомендуется составить чертеж будущего каркаса, определиться с типами нагрузок.

Если деталь крепится с одного конца, рассчитывают элемент на изгиб. При креплении на опорах вычисляют прогиб.

С помощью справочных таблиц

Вариант с таблицами уже рассчитанной максимальной нагрузки наиболее простой и удобный для человека, малознакомого с сопроматом и расчетами. В них размещены уже готовые результаты вычислений для конкретных видов профильных элементов.

Для квадратных профилей

Как правильно рассчитать диаметры труб для водоснабжения, канализации и отопления?

Для прямоугольных балок

Как правильно рассчитать диаметры труб для водоснабжения, канализации и отопления?

Пользователь сразу видит предельное значение, которую выдерживает труба с определенными параметрами при заданной длине пролета. Может самостоятельно сравнить и проанализировать данные, выбрать оптимальный вариант.

К примеру, квадратный профиль 40×40 с толщиной материала 3 мм в пролете длиной 2 м выдержит 231 кг веса. Если расстояние между опорами увеличится до 6 м, допустимая нагрузка составит всего 6 кг.


Расчеты произведены с учетом веса самой трубы, величина нагрузки изображена сконцентрированной силой, примененной в точке середины пролета.

Для самостоятельных расчетов применяют данные из справочных таблиц ГОСТов. Так, параметр момента инерции квадратного профиля берется из ГОСТа 8639-82, прямоугольного сечения – из ГОСТа 8645-68.

Расчет по формуле максимального напряжения при изгибе

Для расчета профилированного элемента на изгиб используют формулу

σ = M/W.

Здесь М – величина изгибающего момента силы, а W – момент сопротивления сечения.

Из формулы видно: чем больше W, тем меньшие напряжения возникают в сечении балки.

Для получения значения М необходимо знать длину пролета и степень деформации материала. Последнее значение находят в таблицах сортаментов соответствующих ГОСТов.

Для расчета параметра W потребуются размеры балки. Полученные значения вводятся в формулу.

Какие применяются формулы и таблицы

Для корректного расчёта прочности трубы на изгиб необходимо узнать длину детали. Делается это по следующей формуле:

Д= 0,0175×Р×У+р1, где

Д — длина заготовки; Р – радиус изгиба трубы (мм); У — требуемый угол изгиба; р1 – расстояние для удержания заготовки, необходимое при применении специального оборудования.

Далее осуществляем оценку величины предполагаемого к изгибу участка по такой формуле:

Д1= π×У/180(Р+ДН/2), где

Д1 – длина сгибаемого участка; π – известная математическая константа; У – угол изгиба (градусы); ДН – диаметр по внешней поверхности трубы (мм).

В ГОСТах №617/90 и №494/90 содержатся наименьшие значения основных характеристик, на основе которых производится расчёт прочности профильного трубного изделия на изгиб.

Полезно знать! Такой подход – регламентация минимальных значений — обеспечивает удобство мастера, а также наибольшую безопасность при выполнении работ и, конечно же, при эксплуатации конструкций, в частности, возведённых из латунного и медного профиля.

Основные характеристики, используемые в процессе вычисления прочности трубы на изгиб, приведены в ниже размещённой таблице.

Таблица 1

Радиус изгиба минимальный Минимальная длина свободной части Внешний диаметр
90 60 30
72 55 24
36 50 18
30 45 15
24 35 12
20 30 10
16 25 8
12 18 6
8 12 4
6 10 3

Данные в этой таблице относятся к трубным изделиям из латуни и меди. А расчет нагрузки на изгиб на профильную трубу, произведённую из стали, осуществляется в соответствии с данными, приведёнными ниже (ГОСТ №3263/75).

Таблица 2

Размер трубы Длина свободной части (минимальная) Минимальный радиус изгиба
Условный проход Внешний диаметр Горячее состояние Холодное состояние
100 114 230 340 680
80 88,5 170 265 530
65 75,5 150 225 450
50 60 120 180 360
40 48 100 150 290
32 42,3 85 130 250
25 33,5 70 100 200
20 26,8 55 80 160
15 21,3 50 65 130
10 17 45 50 100
8 13,5 40 40 80

В число основных параметров, которые необходимо учитывать, определяя нагрузку при изгибе, входят также толщина стенок и диаметр обрабатываемой заготовки. Корреляция этих двух показателей представлена в очередной таблице. Кстати, содержащиеся в ней сведения можно использовать и для расчета нагрузки на трубу круглого сечения.

Таблица 3

Диаметр (мм) Радиус сгиба (минимальный) при толщине стенок
Толщина более 2 мм Толщина менее 2 мм
60/140 5D 7D
35/60 4D 6D
20/35 3D 5D
5/20 3D 4D

Необходимо сказать ещё вот о чём. Заменить ручной расчёт нагрузки рассматриваемого типа призваны различные присутствующие в интернете он-лайн калькуляторы. Работают они в соответствии с заложенными в них формулами, ориентированными на различные образцы трубной продукции. Спектр применения современного он-лайн калькулятора очень широк: начиная от простейшего расчета круглой трубы на прогиб, и заканчивая подсчётом нагрузки на профильную трубу при её сгибании.

Как правильно рассчитать диаметры труб для водоснабжения, канализации и отопления?

Деформация труб в месте сгиба иногда неизбежна, но она может ухудшить характеристики готовой конструкции

Расчет диаметров труб для отопления

На этапе проектирования отопительной системы очень важно правильно рассчитать диаметры и размеры труб. От этого зависит эффективность работы всей системы. Если необходимо сделать расчеты для дома или квартиры, стоит использовать специальные таблицы или программное обеспечение. Для масштабных проектов используется более профессиональный метод – математический алгоритм, который позволяет сделать точные расчеты всех необходимых параметров.

Кроме химических и физических характеристик материала немаловажную роль играют диаметр и длина трубопровода. Последние значительно влияют на пропускную способность всей системы и потери тепла. Одна из наиболее распространенных ошибок на этом этапе – использование трубы с максимальным сечением для того, чтобы вода могла свободно проходить по ним.

Если при монтаже используются трубы большего диаметра, чем необходимо, то давление в системе может упасть. Это приведет к потерям тепла и радиаторы будут греть менее эффективно.

Фото трубы для отопления

Формула расчета диаметра трубы D = √354∙(0.86∙Q:Δt):V, где V – скорость теплоносителя (м/сек), Q – нагрузка на отопительную систему (кВт) и Δt – разница температур на входе и выходе из системы (°C). Среднее значение Δt примерно 20–25 °C. Минимальная тепловая мощность (Q), которая необходима для создания комфортных условий в помещении – 1 кВт на каждые 10 м2. При расчетах специалисты рекомендуют добавлять 25 % запаса тепловой мощности. Отметим, что эти расчеты верны для помещения, высота потолков в котором не превышает 3 м.

Рассчитав только параметр тепловой нагрузки на систему Q, можно обратиться к специальным таблицам и узнать скорость теплоносителя. Например, для обогрева комнаты площадью 20 м2 с потолками не выше 3 метров достаточно использовать трубы с внутренним диаметром 8–10 мм. Тепловая мощность в этом случае будет равна примерно 2,4–2,5 кВт, а скорость потока 0,4–0,6 м/сек. При монтаже отопительных систем рекомендуется ставить радиаторы под каждым окном. Значит, для комнаты 20 м2 с двумя окнами стоит устанавливать 2 радиатора по 1200 Вт каждый.

Диаметры труб отопления

Как рассчитать диаметр канализационной трубы

Подбор труб для отвода стоков делают исходя из нужной пропускной способности, которая в свою очередь зависит от количества сантехнических приборов. Неправильный расчет диаметра труб для канализации может привести к засорам и более серьезным проблемам. В результате этого повысятся расходы на эксплуатацию канализации, а неполадки будут возникать снова и снова. Чтобы избежать этого, нужно правильно подобрать диаметры и размеры, а также выполнить монтаж дренажной системы по общепринятым нормам.

Для квартиры или односемейного дома нет необходимости проводить расчет диаметра канализационных труб. На сегодняшний день есть стандартные решения, которые неоднократно доказали свою эффективность. Для отвода стоков от квартиры или особняка используют трубы с внутренним диаметром 110 мм. Пропускной способности такого изделия хватит, чтобы отвести стоки от ванны, унитаза, биде, писсуара и двух раковин. Несложно подсчитать, что для отвода канализации от двухсемейного дома достаточно диаметра 200 мм.

На фото - канализационные трубы для отвода стоков

Сточный трубопровод слишком большого диаметра будет создавать застой и накапливать воздух. Исключением будет канализация, в которой жидкость подается под напором.

Также в оборудовании канализации жилого дома используются стандартные диаметры:

  1. Бытовые устройства (стиральные, посудомоечные машины и т. д.) – 25 мм.
  2. Умывальники, ванны, душевые кабины, писсуары – 32 мм.
  3. Разводка канализационных труб – 50–60 мм.
  4. Отведение стоков наружу, унитазы – 110 мм.
  5. Стояки – 200 мм.

На первый взгляд может показаться, что для ванны не хватит 32 мм трубы. Но в безнапорных системах пропускная способность изделия равна проходимости его самого узкого места. В современных ваннах устанавливают стоки диаметром меньше 32 мм и частично закрывают их решеткой. То есть такой трубы хватит даже с запасом. То же самое касается других сантехнических и бытовых устройств.

Фото канализационных труб в ванной

Некоторые потребители на всякий случай устанавливают трубы большего диаметра. Но здесь стоит учесть, что пропускная способность пропорциональна квадрату диаметра изделия. 100 мм труба, по сравнению с 50 мм, пропускает в 4 раза больше жидкости, а не в 2, как думают многие. Ситуация, когда все приборы в доме одновременно сливают максимально возможное количество жидкости в канализацию, почти невозможна. Поэтому устанавливать трубы большего диаметра нецелесообразно.


Использованные источники

  1. vladimirus-team.blogspot.com/2020/01/blog-post_24.html
  2. seventools.ru/truby/raschet-radiusa-izgiba.html
  3. mnogo-trub.ru/sam/raschyot-diametra-trub-svoimi-rukami.html

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.