Hoe bereken je de draagkracht van stalen balken?

Berekening draagvermogen H-balk

Inzicht in het draagvermogen van stalen balken, in het bijzonder H-balken, is cruciaal voor het waarborgen van de structurele integriteit en veiligheid in bouwprojecten. Dit hoofdstuk leidt je door het proces van het berekenen van het draagvermogen van balken en het selecteren van de juiste H-balkmaat voor jouw specifieke vereisten.

Draagkrachtberekening en balkselectie:

Om het draagvermogen van een stalen H-balk te bepalen of om de juiste maat te kiezen voor je bouwproject, kun je onze uitgebreide draagvermogencalculator voor balken gebruiken en de bijbehorende draagvermogenstabel raadplegen. Deze hulpmiddelen, zoals geïllustreerd in de schermafbeelding hieronder, bieden een robuuste en gebruiksvriendelijke methode om weloverwogen beslissingen te nemen over de keuze van balken.

Zie ook:

• Hoe de buigschuifspanning en sterktetoestand van een balk berekenen?

En het is in Excel-formaat, dat de berekening automatisch kan uitvoeren zodra je de benodigde informatie hebt ingevoerd.

Je kunt de tool downloaden door op de onderstaande link te klikken. Vergeet niet de macrofunctie in Excel in te schakelen voor een goede werking.

• Bereken het draagvermogen van stalen balken

Sleutelfactoren voor het draagvermogen van H-balken:

1. Liggerafmetingen en geometrie: De afmetingen van de H-balk, inclusief flensbreedte, lijfdikte en totale diepte, hebben een grote invloed op het draagvermogen.
2. Materiaaleigenschappen: De staalsoort die in de H-balk wordt gebruikt, beïnvloedt de sterkte en dus de belastbaarheid.
3. Spanwijdte: De afstand tussen steunpunten heeft een directe invloed op het vermogen van de ligger om belastingen te dragen.
4. Belastingverdeling: Of de belasting gelijkmatig verdeeld is of geconcentreerd op specifieke punten beïnvloedt de prestaties van de balk.
5. Veiligheidsfactoren: Ingenieurs nemen meestal veiligheidsfactoren op om rekening te houden met onverwachte belastingen of materiaalvariaties.

Berekening draagvermogen I-balk

De formule voor het buigend draagvermogen is:

Mu=b’*h’*f*(0.5*h-0.5*h’)+(0.5*h-h’)*b*f*0.5*(0.5*h-h’)

F - ontwerpwaarde van treksterkte
b - webdikte
b '- flensbreedte
h - hoog
h '- flensdikte

Wat de draagkracht van spanning en compressie betreft, denk ik dat ik dat hier niet hoef uit te leggen. Wat betreft excentrische spanning en compressie is het niet erg moeilijk om dit zelf te berekenen.

Bijvoorbeeld:

Hoeveel kan I-balk #25 dragen bij een overspanning van 4 m en een gelijkmatig verdeelde belasting?

Berekening:

Voor #25 I-balk, W = 401,4cm³σ]=210N/mm2, totale stabiliteitscoëfficiënt φb=0,93

Buigmomentformule M = QL²/8
Sterkteformule σ = M/W

Volgens de formule: q=8σW/L²=8*210*401400/4*4=42,1kN/m

Vereiste totale stabiliteit: 42,1 * 0,93 = 39,2kn/m

Vereiste partiële factor (veiligheidsfactor): 39,2 / 1,4 = 28kN/m

Veilig gebruik: 28kN/m

De bovenstaande berekening houdt geen rekening met het eigengewicht en de berekening van de doorbuigingscontrole van de I-balk.

Welke van de H-balken staal en I-balken staal draagt een betere belasting?

H-profielstaal heeft superieure draagvermogens in vergelijking met I-profielstaal, dankzij het geoptimaliseerde structurele ontwerp en de verbeterde mechanische eigenschappen.

De geometrie van de dwarsdoorsnede van I-profielstaal, gekenmerkt door een relatief hoog en smal profiel, resulteert in significante verschillen tussen de traagheidsmomenten langs de twee hoofdassen. Deze asymmetrie beperkt de toepassing voornamelijk tot scenario's met buigbelastingen binnen het lijfvlak of als componenten in tralieliggers. I-profielen zijn minder geschikt voor axiale compressie of buiging loodrecht op het lijfvlak, wat hun veelzijdigheid in constructieve toepassingen beperkt.

H-balken daarentegen hebben een efficiënter en economischer profiel dankzij de goed doordachte vorm van de dwarsdoorsnede. De belangrijkste voordelen van H-profielen zijn

1. Verbeterd weerstandsmoment: De bredere flenzen en geoptimaliseerde lijfdikte resulteren in een hoger weerstandsmoment, waardoor de balk beter bestand is tegen buigmomenten.
2. Verbeterd traagheidsmoment: De geometrie van H-liggers zorgt voor een evenwichtigere verdeling van het materiaal, wat leidt tot verbeterde traagheidsmomenten om beide hoofdassen.
3. Superieure verbindingen: De parallelle of bijna parallelle binnen- en buitenflensvlakken vergemakkelijken de verbindingen met andere constructiedelen, vooral bij gebruik van bouten met hoge sterkte.
4. Uitgebreide reeks maten: H-balken bieden een goed ontworpen reeks maten en modellen, waardoor het ontwerp- en selectieproces voor ingenieurs wordt gestroomlijnd.
5. Verhoogd draagvermogen: Bij buigmomenten, drukbelastingen of excentrische belastingen presteren H-profielen beter dan gewone I-profielen van hetzelfde gewicht.
6. Materiaalefficiëntie: Het geoptimaliseerde ontwerp van H-balken kan resulteren in materiaalbesparingen van 10% tot 40% vergeleken met standaard I-balken in vergelijkbare toepassingen.
7. Uitgebalanceerde sterkte: De bredere flenzen en geoptimaliseerde lijfdikte zorgen voor gelijkmatigere sterkte-eigenschappen in meerdere richtingen, waardoor de algehele structurele stabiliteit wordt verbeterd.

Het ontwerp met parallelle flenzen van H-profielen, ook bekend als breedflens I-profielen, draagt bij aan hun verbeterde prestaties. Deze configuratie resulteert in een efficiëntere verdeling van het materiaal, wat leidt tot betere eigenschappen van de doorsnede en een grotere weerstand tegen verschillende belastingsomstandigheden.

Samengevat, hoewel zowel H- als I-profielstaal hun plaats hebben in de bouwtechniek, biedt H-profielstaal over het algemeen superieure draagmogelijkheden, een grotere veelzijdigheid en een betere materiaalefficiëntie. Deze eigenschappen maken H-profielen de voorkeur voor veel dragende toepassingen in moderne constructies.