Что такое поперечное сечение в строительстве

При строительстве и обустройстве дома трубы не всегда используются для транспортировки жидкостей или газов. Часто они выступают как строительный материал — для создания каркаса различных построек, опор для навесов и т.д. При определении параметров систем и сооружений необходимо высчитать разные характеристики ее составляющих. В данном случае сам процесс называют расчет трубы, а включает он в себя как измерения, так и вычисления.

Для чего нужны расчеты параметров труб

В современном строительстве используются не только стальные или оцинкованные трубы. Выбор уже довольно широк — ПВХ, полиэтилен (ПНД и ПВД), полипропилен, металлопластк, гофрированная нержавейка. Они хороши тем, что имеют не такую большую массу, как стальные аналоги.

Тем не менее, при транспортировке полимерных изделий в больших объемах знать их массу желательно — чтобы понять, какая машина нужна. Вес металлических труб еще важнее — доставку считают по тоннажу. Так что этот параметр желательно контролировать.

Золотое сечение Принцип построения простыми словами

То, что нельзя измерить, можно рассчитать

Знать площадь наружной поверхности трубы надо для закупки краски и теплоизоляционных материалов. Красят только стальные изделия, ведь они подвержены коррозии в отличие от полимерных. Вот и приходится защищать поверхность от воздействия агрессивных сред. Используют их чаще для строительства заборов, каркасов для хозпостроек (гаражей, сараев, беседок, бытовок), так что условия эксплуатации — тяжелы, защита необходима, потому все каркасы требуют окраски. Вот тут и потребуется площадь окрашиваемой поверхности — наружная площадь трубы.

При сооружении системы водоснабжения частного дома или дачи, трубы прокладывают от источника воды (колодца или скважины) до дома — под землей. И все равно, чтобы они не замерзли, требуется утепление. Рассчитать количество утеплителя можно зная площадь наружной поверхности трубопровода. Только в этом случае надо брать материал с солидным запасом — стыки должны перекрываться с солидным запасом.

Сечение трубы необходимо для определения пропускной способности — сможет ли данное изделие провести требуемое количество жидкости или газа. Этот же параметр часто нужен при выборе диаметра труб для отопления и водопровода, расчета производительности насоса и т.д.

Внутренний и наружный диаметр, толщина стенки, радиус

Трубы — специфический продукт. Они имеют внутренний и наружный диаметр, так как стенка у них толстая, ее толщина зависит от типа трубы и материала из которого она изготовлена. В технических характеристиках чаще указывают наружный диаметр и толщину стенки.

Внутренний и наружный диаметр трубы, толщина стенки

Имея эти два значения, легко высчитать внутренний диаметр — от наружного отнять удвоенную толщину стенки: d = D — 2*S. Если у вас наружный диаметр 32 мм, толщина стенки 3 мм, то внутренний диаметр будет: 32 мм — 2 * 3 мм = 26 мм.

Если же наоборот, имеется внутренний диаметр и толщина стенки, а нужен наружный — к имеющемуся значению добавляем удвоенную толщину стеки.

С радиусами (обозначаются буквой R) еще проще — это половина от диаметра: R = 1/2 D. Например, найдем радиус трубы диаметром 32 мм. Просто 32 делим на два, получаем 16 мм.

Измерения штангенциркулем более точные

Что делать, если технических данных трубы нет? Измерять. Если особая точность не нужна, подойдет и обычная линейка, для более точных измерений лучше использовать штангенциркуль.

Расчет площади поверхности трубы

Труба представляет собой очень длинный цилиндр, и площадь поверхность трубы рассчитывается как площадь цилиндра. Для вычислений потребуется радиус (внутренний или наружный — зависит от того, какую поверхность вам надо рассчитать) и длина отрезка, который вам необходим.

Формула расчета боковой поверхности трубы

Чтобы найти боковую площадь цилиндра, перемножаем радиус и длину, полученное значение умножаем на два, а потом — на число «Пи», получаем искомую величину. При желании можно рассчитать поверхность одного метра, ее потом можно умножать на нужную длину.

Для примера рассчитаем наружную поверхность куска трубы длиной 5 метров, с диаметром 12 см. Для начала высчитаем диаметр: делим диаметр на 2, получаем 6 см. Теперь все величины надо привести к одним единицам измерения. Так как площадь считается в квадратных метрах, то сантиметры переводим в метры. 6 см = 0,06 м. Дальше подставляем все в формулу: S = 2 * 3,14 * 0,06 * 5 = 1,884 м2.

Если округлить, получится 1,9 м2.

Расчет веса

С расчетом веса трубы все просто: надо знать, сколько весит погонный метр, затем эту величину умножить на длину в метрах. Вес круглых стальных труб есть в справочниках, так как этот вид металлопроката стандартизован. Масса одного погонного метра зависит от диаметра и толщины стенки. Один момент: стандартный вес дан для стали плотностью 7,85 г/см2 — это тот вид, который рекомендован ГОСТом.

Таблица веса круглых стальных труб

В таблице Д — наружный диаметр, условный проход — внутренний диаметр, И еще один важный момент: указана масса обычных стального проката, оцинкованные на 3% тяжелее.

Таблица веса профилированной трубы квадратного сечения

Как высчитать площадь поперечного сечения

Формула нахождения площади сечения круглой трубы

Если труба круглая, площадь сечения считать надо по формуле площади круга: S = π*R2. Где R — радиус (внутренний), π — 3,14. Итого, надо возвести радиус в квадрат и умножить его на 3,14.

Например, площадь сечения трубы диаметром 90 мм. Находим радиус — 90 мм / 2 = 45 мм. В сантиметрах это 4,5 см. Возводим в квадрат: 4,5 * 4,5 = 2,025 см2, подставляем в формулу S = 2 * 20,25 см2 = 40,5 см2.

Площадь сечения профилированной трубы считается по формуле площади прямоугольника: S = a * b, где a и b — длины сторон прямоугольника. Если считать сечение профиля 40 х 50 мм, получим S = 40 мм * 50 мм = 2000 мм2 или 20 см2 или 0,002 м2.

Как рассчитать объем воды в трубопроводе

При организации системы отопления бывает нужен такой параметр, как объем воды, которая поместится в трубе. Это необходимо при расчете количества теплоносителя в системе. Для данного случая нужна формула объема цилиндра.

Формула расчета объема воды в трубе

Тут есть два пути: сначала высчитать площадь сечения (описано выше) и ее умножить на длину трубопровода. Если считать все по формуле, нужен будет внутренний радиус и общая длинна трубопровода. Рассчитаем сколько воды поместится в системе из 32 миллиметровых труб длиной 30 метров.

Сначала переведем миллиметры в метры: 32 мм = 0,032 м, находим радиус (делим пополам) — 0,016 м. Подставляем в формулу V = 3,14 * 0,0162 * 30 м = 0,0241 м3. Получилось = чуть больше двух сотых кубометра. Но мы привыкли объем системы измерять литрами. Чтобы кубометры перевести в литры, надо умножить полученную цифру на 1000. Получается 24,1 литра.

Виды сечений труб

Для прокладки водопровода или канализации в строительстве применяют трубы различных форм и сечений. Для классического водопровода могут использоваться круглые, квадратные, прямоугольные, треугольные, эллипсовидные и прочие трубы. Для канализации используют трубы круглой, полукруглой, эллиптической, полуэллиптической, яйцевидной, прямоугольной, трапецеидальной и прочих форм и сечений.

Наибольшей популярностью пользуются трубы с круглой формой поперечного сечения. Изготовление таких труб малозатратно, они обладают хорошими техническими характеристиками, а также рядом отличных технических и эксплуатационных качеств.

Для расчета веса трубы, либо длины трубы вы можете воспользоваться трубным калькулятором.

Виды сечений трубопровода могут быть различными:

• а) — Круглые;
• б) — Квадратные;
• в) — Прямоугольные;
• г) — Треугольные;
• д) — Эллипсовыидные;
• е) — Кольчатые;
• а,b — Линейные размеры.

Далее представлены формы поперечных сечений самотечных труб и каналов, такие как:

• а) — Круглое,
• б) — Полукруглое,
• в) — Шатровое,
• г) — Банкетное,
• д) — Яйце­видное (овондальное),
• е) — Эллиптическое,
• ж) — Полукруглое с прямыми вставками;
• э) — Яйцевидное перевернутое,
• и) — Лотковое,
• к) — Пятиуголь­ное,
• л) — Прямоугольное,
• м) — Трапецеидальное

Расчет сечения трубопровода

Формула площади поперечного сечения трубы будет зависеть от того, какова форма этого сечения. Для расчета сечения трубопровода необходимо вычислить площадь круга с диаметром, который равен наружному диаметру трубы, после чего вычесть толщину ее стенок.

Площадь круга рассчитывается по формуле: S = Pi*(R2) или S=Pi*(D/2-N)2,

• R — радиус круга, равный половине ее внутреннего диаметра;
• S — искомое значение;
• Pi — число «пи», которое обычно округляют до 3,14.
• D и N- наружный диаметр и толщина стенки трубы.

В качестве примера производим расчет площади внутреннего сечения круглого трубопровода с внутренним диаметром, в 100 мм.

Радиус, данной трубы, будет составлять 50 мм, или 0,05 м.

Площадь трубы будет равна 3,14 х 0,052 = 0,00785 м2.

Внимание: рассчитывая проходимость самотечных трубопроводов (например, бытовой канализации) принимайте в расчет не полное, а так называемое живое сечение потока, которое ограничено средним уровнем воды.

• а) — полное сечение,
• б) — живое сечение потока в частично заполненной трубе,
• в) — живое сечение потока в лотке.

Все необходимые данные о внутреннем диаметре ВГП труб, которые применяются при монтаже внутренних коммуникаций, можно найти в ГОСТ 3262-75, по которому эти трубы изготавливаются.

Таблица наружных диаметров труб.

ДУ, мм	Наружный диаметр, мм	Толщина стенки труб, мм
Легких	Обыкновенных	Усиленных
15	21,3	2,5	2,8	3,2
20	26,8	2,5	2,8	3,2
25	33,6	2,8	3,2	4,0
32	42,3	2,8	3,2	4,0
40	48,0	3,0	3,5	4,0
50	60,0	3,0	3,5	4,5
65	75,5	3,2	4,0	4,5
80	88,5	3,5	4,0	4,5
90	101,3	3,5	4,0	4,5
100	114,0	4,0	4,5	5,0
125	140,0	4,0	4,5	5,5
150	165,0	4,0	4,5	5,5

Особенности труб с различными сечениями

Трубы круглого сечения очень просто очищаются от образовавшегося осадка гидравлическим способом с использованием шаров и цилиндров

По мере того увеличения диаметра трубы круглого сечения, давление грунта и временной внешней нагрузки стремительно увеличиваются. Для уменьшения усилия в стенках труб, своду придают полуэллиптическое сечение.

Иногда может использоваться яйцевидная форма сечения, труба такого сечения способна высокие статические и динамические нагрузки, но такая трубы имеет и недостатки: для монтажа труб с таким сечением необходима большая высота канала и глубина заложения, чем для труб круглого сечения при одинаковой пропускной способности.

Кроме этого, в трубах эллиптического сечения намного быстрее образуется осадок, который отлаживается на стенках. В тех местах, где присутствуют плывуны и грунт очень влажный, могут использоваться трубы лотковой формы. Это позволяет прокладывать канализационные сети на меньшей глубине.

Площадь внутреннего сечения и поверхностей трубы: формулы расчета

Площадь трубы – это понятие, используемое при проведении расчетов трех разных параметров изделия – внешней поверхности, внутренней поверхности и сечения. При проведении расчетов, связанных с сечением, в некоторых случаях приходится иметь дело с так называемым живым сечением. Проведя расчет площади, удается определить количество требуемых материалов и уровень затрат, необходимых для прокладки и полноценного функционирования трубопровода.

Расчет такого показателя, как площадь трубы, может понадобиться при строительстве трубопровода, а также его утеплении, покраске и прочих мероприятиях

С какими параметрами эксплуатации трубопроводов связано проведение расчетов площади трубы

На этапе проектирования трубопроводной системы грамотное проведение расчетов площади трубы позволяет добиться важных преимуществ, связанных с разными сторонами прокладки, эксплуатации и дальнейшего обслуживания. В частности, то, как посчитали площадь трубы, будут сопряжено с:

• проходимостью трубопроводной системы. Понадобится посчитать, исходя из значений наружного диаметры и толщины стенок, площадь внутреннего сечения трубы. Это даст возможность уточнить расход транспортируемой рабочей среды, а также стоимость сооружения в целом;
• потерями тепла, происходящими при транспортировке от генерирующего источника (теплопункта) к отопительным приборам. Чтобы рассчитать теплопотери, приходится оперировать величинами диаметра и длины труб. Имея представление о площади поверхности теплоотдачи и зная, сколько вырабатывается тепла теплопунктом, просчитывают количество и габариты отопительных приборов в системе;
• термодинамическими параметрами системы, будь то теплые полы, регистр отопительной системы или участок трубопровода;
• количеством материалов для проведения теплоизоляции, просчитываемых, отталкиваясь от площади внешней поверхности;
• количеством материалов для нанесения антикоррозионного покрытия;
• шероховатостью внутренней поверхности, влияющей на скорость перемещения рабочей среды. Последняя, в свою очередь, зависит от значений геометрических параметров трубы.

Зная площадь труб, легко определить количество материалов для изоляции системы

Как рассчитать площадь поверхности трубы

Для проведения расчетов может быть привлечена формула, памятная по школьному учебнику, и возможности калькулятора, как обычного, так и онлайн.

Для определения площади внешней поверхности круглой трубы понадобится формула, используемая при вычислениях, производимых с цилиндром: S = π d l. Для того, чтобы определиться, к примеру, с требуемым количеством лакокрасочных или теплоизоляционных материалов, нужно знать значения таких параметров, как:

• l – протяженности изделия, которое будет подвергнуто соответствующей обработке;
• d – наружного диаметра;
• S – площади, которая определится в результате подсчетов.

Значение π берем, как приближенно равное 3,14.

Обратите внимание! Работая с лакокрасочными материалами, ориентируемся на указываемый производителем предполагаемый расход на квадратный метр.

Проведение теплоизоляции потребует дополнительных подсчетов и расходов, так как следует учесть:

• толщину теплоизоляционного слоя;
• наличие перехлестов полотен, обязательных при укладке минеральной ваты.

При проведении расчетов по внутренней поверхности, особенно гидродинамических, нельзя забывать о некоторых важных моментах:

• с увеличением диаметра и протяженности трубопровода гидравлическим сопротивлением рабочей среды можно пренебречь в связи с уменьшением гидравлического трения о стенки;
• значение величины гидравлического сопротивления в большей степени зависит от коэффициента шероховатости, чем от размеров поверхности;
• использование неоцинкованной стали как материала для трубопровода приводит со временем к уменьшению внутреннего сечения и увеличения гидравлического сопротивления, так как внутри происходит наслоение ржавчины и минеральных отложений.

При расчетах площади круглой трубы принимают во внимание диаметр и толщину стенок

Внутреннюю поверхность круглой трубы просчитывают по формуле: S = π (d – 2n) l, оперируя значениями:

• π – приближенно 3,14;
• d – наружного диаметра;
• n – толщины стенок;
• l – протяженности участка.

Как производится расчет поперечного сечения трубы

Здесь есть определенный нюанс, связанный с видом используемого трубопровода – напорного или безнапорного. В случае с напорным трубопроводом проведение расчета значительно проще и понадобится привлечение формулы S = π r2. То есть, для расчета площади (S) поперечного сечения напорного трубопровода, в котором транспортируемая среда занимает весь внутренний объем, используются величины: π – приближенно 3,14; r – радиуса, равного половине внутреннего диаметра или половине внешнего диаметра за вычетом двойной толщины стенок.

Сложнее обстоит дело с аналогичными расчетами, если приходится иметь дело с самотечной канализацией или водопроводом. В таких системах, в отличие от напорных, практически на протяжении всего периода эксплуатации потоком рабочей среды затрагивается лишь часть стенок, а не весь внутренний объем. Таким образом, значение гидравлического сопротивления оказывается существенно ниже.

На заметку! При проведении гидравлических расчетов принято оперировать понятием живого сечения. Под ним понимают часть сечения, относящуюся непосредственно к потоку рабочей среды, которая расположена перпендикулярно по отношению к нему.

Что делать, имея дело с трубой, квадратной в сечении? Для вычисления площади трубы квадратного или прямоугольного сечения можно прибегнуть к онлайн-калькулятору или воспользоваться формулой S = Pl. В ней, помимо величин площади (S) и длины (l), используется еще и значение периметра перпендикулярного сечения (P).

При всей несложности проведения расчетов площади трубы, проявлять небрежность при выполнении этой операции вряд ли стоит. Ошибки могут обернуться как перерасходом материалов и денежных средств, так и нарушениями в работе самой трубопроводной системе.

Поперечное сечение трубы и ее внутренний объем: методы расчета

Сегодня нам предстоит небольшой экскурс в школьные программы геометрии и физики. Мы вспомним, как вычисляется площадь поперечного сечения трубы и ее внутренний объем. Кроме того, нам предстоит выяснить, как изменения диаметра трубопровода действуют на давление в потоке жидкости. Итак, в путь.

На фото – водогазопроводные трубы. Нам предстоит научиться вычислять их внутреннее сечение.

Вычисляем площадь сечения

Очевидно, формула площади поперечного сечения трубы будет зависеть от того, какова форма этого сечения. Какие варианты возможны?

Круглая

Площадь круга имеет вид S = Pi R2, где:

• S – искомое значение;
• Pi – число “пи”, которое обычно округляют до 3,14;
• R – радиус круга (применительно к трубе – половина ее внутреннего диаметра).

В качестве примера давайте выполним расчет площади внутреннего сечения круглого трубопровода с внутренним диаметром, равным 100 миллиметрам.

1. Радиус, очевидно, будет равным 50 мм, или 0,05 метра.
2. Площадь будет равна 3,14 х 0,052 = 0,00785 м2.

Обратите внимание: при расчете проходимости самотечных трубопроводов (например, бытовой канализации) актуально не полное, а так называемое живое сечение потока, ограниченное средним уровнем воды.

А – полное сечение, б – живое сечение потока в частично заполненной трубе, в – живое сечение потока в лотке.

Где взять данные о внутреннем диаметре ВГП труб, использующихся при монтаже внутренних коммуникаций зданий? Продавцами обычно указывается лишь ДУ (условный проход) и тип – легкая, обыкновенная или усиленная.

Вся нужная информация найдется в ГОСТ 3262-75, по которому эти изделия производятся.

ДУ, мм	Наружный диаметр, мм	Толщина стенки труб, мм
Легких	Обыкновенных	Усиленных
15	21,3	2,5	2,8	3,2
20	26,8	2,5	2,8	3,2
25	33,6	2,8	3,2	4,0
32	42,3	2,8	3,2	4,0
40	48,0	3,0	3,5	4,0
50	60,0	3,0	3,5	4,5
65	75,5	3,2	4,0	4,5
80	88,5	3,5	4,0	4,5
90	101,3	3,5	4,0	4,5
100	114,0	4,0	4,5	5,0
125	140,0	4,0	4,5	5,5
150	165,0	4,0	4,5	5,5

Как на основе этой таблицы своими руками вычислить фактический внутренний диаметр?

Инструкция проста и, в общем-то, очевидна.

1. Выбираем соответствующие интересующей вас продукции ДУ и тип.
2. Вычитаем из наружного диаметра удвоенную толщину стенок.

Подсказка: онлайн-калькулятор площади поперечного сечения трубы любого типа зачастую можно найти на сайте производителя или дилеров.

Квадратная

Профильные трубы сравнительно редко используются для транспортировки жидкостей: это области приоритетного применения трубопроводов круглого сечения.

• Круг обладает минимальной длиной стенок при максимальной площади из всех геометрических фигур. Отсюда – практическое следствие: при постоянной толщине стенок именно круглая труба будет обладать максимальной пропускной способностью. Или, иначе говоря, при фиксированной пропускной способности цена погонного метра круглой трубы будет минимальной.
• В силу этой же особенности круглая труба имеет максимальную прочность на разрыв. Давление недаром измеряется в килограммах на квадратный сантиметр: чем больше площадь стенок трубы – тем большее усилие воздействует на них при фиксированном давлении внутри трубопровода.

Тем не менее, в ряде случаев приходится рассчитывать и внутреннее сечение профтруб. В случае квадратной трубы оно равно квадрату разности наружного размера трубы и удвоенной толщины ее стенок. Так, для изделия размером 100х100 мм со стенками толщиной 4 мм расчет приобретет вид (100 – (4 х 2)) 2 = 8464 мм2.

Приведенная схема расчета будет иметь небольшую погрешность за счет скругления углов.

Важно!В большинстве формул используется площадь, выраженная в квадратных метрах.

Коэффициент пересчета мм2 в м2 – 1:1000000, то есть в приведенном выше случае мы получим 0,008464 м2.

Прямоугольная

Схема расчетов практически идентична описанной для квадратных профтруб. Разница лишь в том, что стенки неодинаковы; соответственно, мы перемножаем их размеры за вычетом… да-да, опять-таки удвоенной толщины стенок.

Так, для прямоугольной профтрубы размером 150х180 мм при толщине стенки 6 мм искомое значение будет равным (150 – (6 х 2)) х (180 – (6 х 2)) = 23184 мм2, или 0,023184 м2.

Для расчета нужны три параметра: оба размера и толщина стенки.

Объем

Здесь все совсем просто. Объем трубы любого типа равен произведению ее длины (погонажа) на площадь сечения. В последнем примере внутренний объем 25-метрового трубопровода будет равным 0,023184 х 25 = 0,5796 м2.

Сечение и давление

Жил да был в славном 18 веке швейцарец Даниил Бернулли. Жил он, жил да и сформулировал между делом закон, который впоследствии положил начало современной гидродинамике и был назван его именем.

Если перевести сухой язык формул на привычный нам русский, то его можно сформулировать так: скорость потока обратно пропорциональна статическому давлению жидкости или газа в нем.

С практической стороны это означает, что на переходах диаметра трубопровода поток ведет себя вопреки здравому смыслу: увеличение сечения вызывает увеличение давления, а уменьшение и связанное с ним ускорение движения жидкости или газа – рост.

Взаимосвязь между сечением трубы, скоростью потока и давлением в нем.

В наше время этот эффект широко используется в механизмах самого разного назначения.

Приведем пару самых очевидных примеров, с которыми сталкивался любой из нас.

• Главный элемент теплового узла дома – элеватор.Он представляет собой сопло, в котором струя воды с более высокими температурой и давлением из подающего трубопровода впрыскивается в объем, заполненный более холодной водой с низким давлением из обратки. Благодаря падению статического давления в струе она вовлекает часть воды из обратного трубопровода через предназначенный для этой цели подсос в повторную циркуляцию. (См. также статью Как согнуть профильную трубу: особенности.)

Принципиальная схема работы элеватора – главного элемента теплового узла дома.

• Краскопульт и аэрограф используют тот же эффект: быстрый воздушный поток за счет создающегося в нем разрежения вытягивает из бачка краситель, дробит его, превращая в аэрозоль, и осаждает на окрашиваемой поверхности.

Надеемся, что не утомили читателя обилием цифр, формул и расчетов. Как всегда, дополнительные материалы по исследуемой нами тематике можно обнаружить в видео в этой статье. Успехов!

Источник: ardies.ru