На главную домой советы по ремонту квартиры
Поиск по сайту
Список кабинетов || Что это за доктор? || Записаться на прием

Основное меню


Технологии выполнения работ


Диагностика и лечение


Инженерные сети и коммуникации


Элементы конструкции


Расчет конструкций


Помещения


Встраиваемая техника


Строительные и отделочные материалы


Дизайн




Расчет прочности потолочного профиля для гипсокартона

Гипсокартон прочно и безвозвратно вошел в нашу жизнь, причем случилось это намного раньше, чем в стране появились металлические профили для монтажа гипсокартона. Старые строители еще помнят "сухую штукатурку", ныне называемую гипсокартоном, которая использовалась с 50 годов в строительстве, однако широкого распространения из-за недостатков технологии производства сухой штукатурки и проблем с монтажом листов широкого распространения не получила.

В усовершенствованном виде и под маркой компании Knauf гипсокартон пришел к нам из Германии, но главное, что вместе с листовым материалом пришли и оцинкованные профили каркаса. Продуманная до мелочей система монтажа металлического каркаса и крепления гипсокартонных листов к каркасу превратила отделку стен и потолков в простое и быстрое занятие. Теперь и гипсокартонные листы и все виды профилей, включая потолочные, направляющие и стеновые, а также фурнитуру к ним в виде подвесов, соединительных скоб, саморезов, дюбелей для быстрого монтажа и др. производит множество отечественных фирм.

Не смотря на большое количество производителей, технических характеристик ни для гипсокартонных листов ни для профилей металлического каркаса в свободном доступе нет. Обычно производители или продавцы ограничиваются ссылкой на соответствие неким загадочным ТУ 111-004-04001508-95, которых также в сети не найдешь, и подробным описанием канавок, насечек, рифлений и прочих фишек, придающих дополнительную прочность профилям. При этом каковы прочностные характеристики профилей хотя бы приблизительно, остается загадкой.

Дело усложняется еще и тем, что толщина листовой стали, используемой для проката профилей, может варьироваться от 0.4 до 0.8 мм, да и марки стали также могут быть разными. Связано это с тем, что люди хотят покупать более дешевый профиль. А так как желание потребителя - закон для производителя, то в последнее время появились так называемые профили эконом-класса. И это логично, так как потребитель все равно не знает несущей способности профилей, то зачем его заставлять платить больше. Металлические профили для гипсокартона не являются элементами несущих конструкций, хотя народные умельцы пытаются приспособить их и для этих целей, а могут использоваться только для монтажа ограждающих конструкций. Поэтому даже если конструкция подвесного потолка, зашивки стены или перегородки получится слишком уж хлипкой большой беды в том не будет. И даже наоборот производителям гипсокартона и профилей от этого будет только лучше, чем чаще будут ломаться конструкции из гипсокартона, тем чаще люди будут покупать новый гипсокартон и профили, а значит продажи будут только увеличиваться.

Конечно же существует бесчисленное количество рекомендаций и от производителей гипсокартонных конструкций, и от продавцов, и от мастеров, занимающихся монтажом гипсокартона (и даже от людей, которые в глаза не видели гипсокартон, но знают, что на ГКЛ можно хорошо зарабатывать), в которых достаточно подробно расписано, на каком расстоянии следует крепить те или иные профили, какие инструменты и материалы при этом использовать, а производители типа Knauf, при этом добавляют, что при малейшем нарушении данных рекомендаций производитель никакой ответственности не несет. И все это очень хорошо, но только эти рекомендации все как будто написаны под копирку, а между тем и толщина и марка стали и производитель профиля могут быть самыми разными и то, что для таких профилей предлагаемые рекомендации одинаково подходят - весьма сомнительно.

Обычно простой человек в таких случаях сильно не парится, да и зачем? Пусть у инженеров голова болит, и в принципе это верно. Более менее точно рассчитать нагрузку, а следовательно и подобрать сечение можно только для потолочных профилей. Так как на потолочные профили обычно никакой другой нагрузки, кроме собственного веса , веса подшиваемых гипсокартонных листов и веса светильников не действует. А вот для профилей, используемых для обшивки стены или монтажа перегородки, учесть все возможные нагрузки практически невозможно. Люди бывают разные и не только по весу, но и по темпераменту, а еще бывают праздники, детские игры, спортивные состязания и другие мероприятия, во время которых нагрузка на стены может быть в десятки раз больше обычной. Поэтому вариантов дальнейших действий всего два: можно как и прежде бездумно выполнять рекомендации профессионалов, а можно попробовать самому рассчитать прочность профилей и листов хотя бы приблизительно.

Тем более, что сделать это не сложно, для определения прочности и даже гибкости любого металлического профиля достаточно знать геометрические характеристики и марку стали. Для примера рассмотрим расчет прочности потолочного профиля для гипсокартона ПП 60/27 3 м, впрочем обозначение может быть и другим, например CD 60х27х3м или ППС 60*27-0.5мм 3 м, сути дела это не меняет, в виду имеется потолочный (потолочно-стоечный) профиль шириной 60 мм и высотой стенки 27 мм, длина профиля может быть и 3 и 4 и 6 метров, но для расчетов намного важнее знать толщину профиля, в данном случае она равна 0.5 мм. Однако в ценниках и товарных чеках толщина профилей указывается далеко не всегда, на глаз это определить трудно, а с штангенциркулем в торговые залы строительных супермаркетов не очень-то пускают. И тут важным подспорьем для нас станет вес профиля. Так как удельный вес углеродистой стали - величина более менее постоянная и как правило считается равной 7850 кг/м3 или 7.85 г/см3, то держа в руках профиль длиной 3 метра, отличить профиль с толщиной стенок и полок 0.4 мм от профиля с толщиной стенок и полок 0.6 мм, а тем более 0.8 мм вполне можно.

Для начала выясним, чему равна площадь сечения профиля. Разные компании выпускают различные по форме профили, однако наиболее распространенной и потому наиболее вероятной является следующая (продольные канавки на стенках профиля не показаны, так как на момент инерции и момент сопротивления профиля влияют незначительно):

сечение потолочного профиля для монтажа гипсокартона

Рисунок 1. Возможное сечение потолочного профиля (СD)

Если показанный на рисунке 1 профиль будет иметь толщину t = 0.5 мм, то поперечное сечение будет иметь площадь приблизительно, подчеркиваю, приблизительно (без учета влияния канавок и рифлений):

F = F1 + 2F2 + 2F3  = 60х0.5 + 2х26х0.5 + 2х6х0.5 = 69 мм2 или 0.7 см2.

где F1 - площадь нижней полки, F2 - площадь боковой стенки, F3 - площадь верхней полки. При такой площади сечения 3 метровый (300 сантиметровый) профиль будет весить приблизительно:

m = 300х0.69х7.85 = 1625 г или 1.63 кг.

Соответственно при толщине стенок и полок 0.8 мм:

F = 60х0.8 + 2х25.4х0.8 + 2х6х0.8 = 98.24 мм2 или 1.0 см2.

при такой площади сечения 3 метровый (300 сантиметровый) профиль будет весить приблизительно:

m = 300х1х7.85 = 2355 г или 2.35 кг.

А вот определить марку стали для профиля будет значительно сложнее, так как прямых указаний на марку стали никто не дает. Подспорьем в этом нам будет ГОСТ 14918-80 "Сталь тонколистовая оцинкованная с непрерывных линий. Технические условия", нормирующий в частности марки оцинкованных сталей для холодного профилирования, а именно так и получают профиль из листовой оцинкованной стали. Согласно указанному ГОСТу для этой цели используется несколько марок холоднокатаной стали: 08пс по ГОСТ 9045-93; 08, 08пс по ГОСТ 1050-88; БСт0, БСт1, БСт2, БСт3 всех степеней раскисления по ГОСТ 380-94. Если не залезать по самые помидоры в тонкости определения расчетного сопротивления, то можно ограничиться значением R = 2000 кгс/см2. Именно таково значение предела текучести σ для сталей марок 08 по ГОСТ 1050-88. Для изготовления профилей может использоваться и сталь с пределом текучести σ = 2500 кгс/см2, однако не будем гадать, а произведем дальнейший расчет по наименьшему значению, самое страшное, что может в этом случае произойти - это относительно небольшой запас по прочности.

Для того, чтобы определить момент сопротивления сложного сечения, представленного на рисунке 1, нужно сначала определить положение центра тяжести сечения. В этом нам поможет статический момент сечения для профиля толщиной 0.5 мм:

yc = Sz/F = (F1y1 + 2F2y2 +2F3y3)/(F1 +2F2 +2F3) = (0.3х0.025 + 2х0.13х1.35 + 2х0.03х2.675)/0.69 = (0.0075 + 0.351 + 0.1675)/0.69 = 0.7623 см.

Визуально это будет выглядеть приблизительно так:

центр тяжести поперечного сечения потолочного профиля для гипсокартонных консрукций

Рисунок 2.  Центр тяжести сложного сечения (потолочного профиля для гипсокартона)

Момент сопротивления для сечения, показанного на рисунке 2, сразу определить достаточно сложно, но определить момент инерции, опять же очень приблизительно (так как для точного расчета следует учесть влияние всех канавок и бороздок и радиусов изгиба профиля) можно:

Iz =  ∑(Iz + y2F) = 6x0.053/12 + 6x0.05x(0.7623 -  0.025)2 + 2(0.05x2.63/12) + 2(0.05x2.6)(1.3 - 0.7623)2 + 2(0.6x0.053/12) + 2(0.6x0.05)(2.7 - 0.7623 -  0.025)2 = 0.0000625 + 0.16308 + 0.14646 + 0.07517 + 0.000012 + 0.2195 = 0.6043 см4.

И тогда:

Wz = Iz/ymax  = 0.6043/(2.7 - 0.7623) = 0.312 см3.

Это не мало, например, у горячекатаного равнополочного уголка 20х20 мм с толщиной полок 3 мм момент сопротивления составляет 0.28 см3 при площади сечения 1.13 см2. Теперь мы можем определить максимальный изгибающий момент, который без разрушения может выдержать рассчитываемое сечение профиля:

M = WR = 0.312x2000 =  624 кгсм или 6.24 кгм

А дальше все зависит от того как часто закреплен потолочный профиль. Простые или пружинные подвесы можно считать шарнирными опорами потолочного профиля и разумеется, чем чаще будет закреплен профиль, тем большую нагрузку он сможет выдерживать. Для примера рассмотрим нагрузку, действующую на потолочный профиль длиной 2 метра, вставленный в направляющие профиля и с одним подвесом посредине. Такой профиль представляет собой двухпролетную балку, c пролетами l = 1 м, у которой максимальный изгибающий момент будет возникать на средней опоре:

M = ql2/8

и тогда максимальная распределенная нагрузка для такой балки

q = 8M/l2 = 8х6.24/12 = 49.9 кг/м

это конечно же значительно меньше, чем собственный вес потолочного профиля плюс вес гипсокартонного листа, но если крепить профиль двумя подвесами через приблизительно 0.66 м, то мы получим трехпролетную балку, для которой

q = 10M/l2 = 8х6.24/0.662 = 143.25 кг/м

т.е. при относительно небольшом уменьшении пролета и превращении двухпролетной балки в трехпролетную максимальная распределенная нагрузка, которую может выдержать потолочный профиль, увеличивается почти в три раза.

Конечно же при устройстве потолков максимальная действующая нагрузка ограничивается собственным весом профиля и весом гипсокартонного листа. Даже если крепить на потолок стеновые листы толщиной 12.5 мм на профиля с подвесами через 1 м, идущие с шагом 0.6 м, то нагрузка на потолочный профиль при весе 1 м2 гипсокартонного листа толщиной 12.5 мм около 13-14 кг (с учетом последующей шпаклевки и других отделочных работ) будет не более 8-8.5 кг и таким образом имеется почти шестикратный запас по прочности, позволяющий спокойно устанавливать на потолок даже достаточно тяжелые светильники.

При обшивке стен гипсокартоном также используются потолочные профили и хотя постоянная нагрузка при использовании потолочных профилей для обшивки стен очень мала, но временная нагрузка на стены может быть в десятки и даже сотни раз больше, чем для потолка. Все потому, что иногда на стены опираются люди, а иногда не просто опираются, а падают и в этом случае ударная нагрузка будет (в зависимости от скорости в момент касания) до 10-20 раз больше веса падающего на стену тела. А так как все это предугадать и соответственно рассчитать - мало реально, то при выставлении потолочных профилей при обшивке стен лучше уменьшать расстояние между опорами - подвесами.

Ну и кроме всего прочего для гипсокартонных конструкций большое значение имеет ровность, а для гипсокартонного потолка ровность в частности зависит от величины прогиба. Так для двухпролетной балки с пролетами 1 м максимальный прогиб составит:

f = ql4/185EI = 8.5x14/185x2 х 1010x0.60432 х 10-8 = 0.00037 м или 0.37 мм

Таким образом даже для указанной нагрузке величина прогиба потолочного профиля не является определяющей, отклонения от плоскости, вызванные конструктивными особенностями монтажа каркаса, могут быть значительно больше. Намного больше внимания нужно обращать на прогиб гипсокартонных листов под действием собственного веса.

Вот в общем-то и весь расчет.

На главную домой

Категории:
Оценка пользователей: 5.0 (голосов: 1)
Переходов на сайт:6096
Комментарии:
10-11-2013: Вася

Спасибо огромное, целое утро сэкономил этой статьей ;)


17-01-2014: Андрей

Подскажите, а как посчитать приведенный момент инерции сечения состоящего из материалов с разным модулем упругости. Я считаю опалубку из фанеры и для увеличения шага стоек укрепляю ее вдоль двумя досками 50х150 мм. У фанеры ФК модуль упругости 7000 МПа, а у древесины хвойных пород 9850 МПа. Я думаю умножить момент инерции досок на отношение 9850/7000, а момент инерции фанеры оставить без изменения, но терзает смутное сомнение... что я неправильно додумал.


17-01-2014: Доктор Лом

В принципе мыслите вы правильно. На всякий случай приведу формулу приведенного момента инерции (относительно приведенной оси):
Iпр = I1 + E2I2/E1


07-03-2014: Эдуард

Спасибо большое. Использую этот профиль для корпуса под компьютер, теперь знаю, что моя конструкция точно не развалится)


12-10-2014: ученик

Док, не могу въехать.
Вы берете профиль, площадь F = 1.0 см2, Wz = 0.312 см3, M = 624 кгсм или 6.24 кгм.
Возьмем арматуру Д12: площадь 1,131 см2,грубо Wz = 1,131х1,2/8= 0,16965 см3, M = WR = 0,16965x2000 = 339,3 кгсм или 3.4 кгм.Если взять арматуру класса А III,то M = WR = 0,16965x3600 = 610,7 кгсм или 6.1 кгм. Соответственно и выдерживаемая нагрузка меньше, т.е. арматура большей площади выдерживает меньшую нагрузку по сравнению с профилем при одинаковом моменте силы? Или это момент, который выдерживает профиль до начала прогиба?


12-10-2014: Доктор Лом

Дело в том, что сравнивать поперечные сечения рассматриваемых балок по площади сечения не имеет смысла. Как вы сами заметили, профиль даже и при меньшем расчетном сопротивлении может выдержать большую нагрузку, чем арматура (в данном случае речь идет о изгибе и возникающем при этом изгибающем моменте). А все потому, что профиль имеет больший момент сопротивления, чем арматура. К тому же круглое сечение с точки зрения изгиба самое неэффективное.
Формулировка "момент, который выдерживает профиль до начала прогиба" совершенно некорректная, так как прогиб с самого начала сопровождает процесс работы изгибаемой балки.


12-10-2014: ученик

Некорректно сформулировал. Это нагрузка до начала необратимой (пластической?) деформации? И как посчитать нагрузку на арматуру до разрыва?


12-10-2014: Доктор Лом

Это вам не сюда, посмотрите статью "Упругие и прочностные характеристики материалов".


14-12-2014: Михаил

Хорошая статья. Подскажите,пожалуйста, могу ли я смонтировать подвесной потолок 1.8х2.9 м на кухне, закрепив профиль только по периметру к стене (без крепления его посередине к потолку)? Как часто тогда располагать профили? Это получается однопролетная балка. И, вообще, какой может быть максимальной длина профиля, чтобы его можно было не крепить к потолку? Заранее благодарен за ответ


15-12-2014: Доктор Лом

Теоретически это возможно, а на практике малореально. Потому что направляющий профиль по контуру является очень ненадежной опорой. К тому же при устройстве подвесных потолков определяющим является не прочность профилей, а прогиб. Т.е. вряд ли вам понравится, если подвесной потолок провиснет посредине на пару сантиметров, даже если несущая способность профилей при этом будет с запасом. Если стены достаточно прочные, то Вы можете сделать некоторое подобие арочной конструкции, т.е. сделать потолочный профиль чуть длиннее и завести его в направляющий профиль так, чтобы получилась арка с достаточно большим радиусом, однако сделать это будет не просто. На мой взгляд проще поставить дополнительные крепления посредине 1.8 м.
Если делать арку, то длина профиля может быть достаточно большой - до 3 м, если ставить профиль как обычную однопролетную балку, то даже 1 метра между стенами много.


21-09-2015: Моисей

Добра Вам! Спасибо за сайт, месяц уже штудирую.
Моя проблема: дом 36 года, стены - кирпич, перекрытия деревянные, потолок 3 метра, штукатурка по дранке, буйные соседи сверху, так что штукатурка, особенно по углам, трещит, а иногда и вываливается кусками. При устройстве потолка из гипрока опасаюсь трещин по швам между листами, если использовать подвесы, закрепляя на потолке. Какие у меня варианты? В одной комнате (3.5 метра шириной) зашил по периметру короба со скрытой подсветкой и на них уже натяжной потолок. Ширина нынче ремонтируемой комнаты комнаты - 2.76. Арка без крепления к потолку из последнего комента очень заинтересовала...


21-09-2015: Доктор Лом

В принципе в вашем случае можно сделать арку с достаточно малым радиусом, высота потолков позволяет. Но для этого потребуется гнуть профили на специальном оборудовании. Да и рассчитывать нагрузку на арку все равно нужно (примеры расчета есть в разделе "Примеры расчетов"). И все равно остается проблема создания надежного распора.
Я бы на вашем месте рассмотрел другие варианты, например потолок из пластиковых панелей.


02-04-2016: Валерий

Очень срочно надо.Подскажите какой придельный вес можно крепить на потолочные подвесы.И где мне найти эти нормативы. Объясню суть проблемы. Было произведена сборка подвисновго потолка из метало конструкции Площадью 20 квадратов. Заказчик прислал подвесы ,на которые вешают потолки армсртонг . После установления подвесов произвели монтаж ГВЛ 1.2 на 2.4 (лист) после чего конструкция провисла и ушел уровень.Было принято решение заменить подвесы на чайки . 4.04.16 ожидаем проверку . Вопрос , как доказать , что мы всё правильно сделали . Очень срочно надо .За ранние Благодарю


02-04-2016: Доктор Лом

Насколько я понял, при монтаже были использованы подвесы для потолков Armstrong. Сколько выдерживают такие подвесы, я не знаю, с нормативными документами на такие потолки тоже туго (следует искать буклет Armstrong по подвесной системе Trulok и оттуда черпать информацию). Считается, что такие подвесы могут выдерживать нагрузку 3.5-7 кг.

Между тем собственный вес квадратного метра гипсокартонного листа толщиной 9.5 мм составляет около 7.5 кг, а листа толщиной 12 мм - около 9.5 кг. С нормативной базой для гипсокартона дела обстоят получше. Есть в частости СП 00.13330.2012 "Конструкции с применением гипсокартонных и гипсоволокнистных листов" согласно которому подвес с зажимом может выдерживать нагрузку до 15 кг. Ну а дальше считайте, сколько у вас подвесов на квадратный метр и соответственно какая на них нагрузка.


31-07-2016: Олег

материал : Профиль направляющий "UD" 50ммх50мм для гипсокартона длина 4м, толщина метала 0,55мм; идея : сделать лестницу длиной 4м, перекладины с шагом 0,35м, используя 6шт профилей, каждая стойка из 2шт профилей вложенных друг в друга, крепим пресс-шайбой по металу и задуваем пеной. Вопрос уважаемому Доктору : насколько прочна окажется лестницы чтобы выдержать мужика 100кило ?


31-07-2016: Доктор Лом

Так, на глаз, ничего конкретного не скажу, считать надо. И не только стойки, перекладины, но и узлы соединения. А если без расчетов, то скорее всего при такой длине лестница будет очень гибкой и нормально работать на ней вы не сможете, даже если и прочность позволит.


Добавить свой комментарий:

Имя:

E-Mail адрес:

Комментарий:

Ваша оценка:

Примечание: Возможно ваш вопрос, особенно если он касается расчета конструкций, так и не появится в общем списке или останется без ответа, даже если вы задатите его 20 раз подряд. Почему, достаточно подробно объясняется в статье "Записаться на прием к доктору" (ссылка в шапке сайта).




советы по строительству и ремонту



После успешного завершения перевода откроется страница с благодарностью и адресом электронной почты. Если вы хотите задать вопрос, пожалуйста, воспользуйтесь этим адресом. Спасибо. Если страница не открылась, то скорее всего вы осуществили перевод с другого Яндекс-кошелька, но в любом случае волноваться не надо. Главное, при оформлении перевода точно указать свой e-mail и я обязательно с вами свяжусь. К тому же вы всегда можете добавить свой комментарий к соответствующей статье.

Для терминалов номер Яндекс Кошелька 410012390761783

На всякий случай кошелек webmoney: R158114101090

Или: Z166164591614


Доктор Лом. Первая помощь при ремонте, Copyright © 2010-2016