Ребра жорсткості на металі: що це і навіщо вони потрібні

Поряд з низкою переваг (простота обробки, мала маса, стійкість до корозії) у тонколистового металу як матеріалу для будівельних та  оздоблювальних конструкцій є важливий недолік. Мала товщина призводить до того, що метал погано чинить опір деформуючим навантаженням. В результаті для отримання потрібної міцності потрібно  збільшувати товщину металу, або застосовувати інші технологічні рішення.
Одне з таких рішень – включення в конструкцію ребер жорсткості. Ці елементи забезпечують збереження початкової геометрії деталі або конструкції в цілому, при цьому загальна маса виробів якщо і зростає, то незначно.

Що таке ребро жорсткості?

Ребро жорсткості – це частина деталі або конструкції, яка приймає на себе головне  навантаження. За рахунок цього виріб стає менш схильним до деформації, та  може витримувати:

• Більше ваги в статиці.
• Більше зусилля в динаміці.

Ребра жорсткості можуть бути або невід’ємною частиною виробів , чи  окремим елементом. У другому випадку дуже важливо, щоб ребро якомога міцніше кріпилося до деталі – від цього безпосередньо залежить ефективність перерозподілу навантаження.

Навіщо в конструкцію включають ребра жорсткості?

Вироби з тонколистового металу – стельові панелі, фасадні панелі, касети для зовнішньо облицювання будівель, елементи металевих панельних огорож та ін. – відрізняються малою масою. Але при цьому тонкий метал при статичних та динамічних навантаженнях може деформуватися, що призводить до погіршення експлуатаційних якостей і зовнішнього вигляду об’єкта.

Вирішується ця проблема включенням ребер жорсткості в конструкцію, ще на етапі проектування:

• По-перше, ребро жорсткості незначно збільшує масу виробу. Завдяки цьому забезпечується економія на матеріалі, а також зниження навантаження на несущу основу .
• По-друге – і це найважливіше – будь ребро жорсткості приймає на себе більшу частину навантаження. Це забезпечує захист деталі від деформації – прогину, перекосу або зминання. Чим більше ребер жорсткості має деталь, та  чим правильніше їх конфігурація була розрахована при проектуванні, тим ефективніше буде захист від деформацій.
• Нарешті, ребра жорсткості видимі на лицьовій поверхні деталі, та виконують також  декоративну функцію. Це ж стосується і тих випадків, коли в якості ребер виступають кути об’ємного елементу.

Проблеми з ребрами жорсткості

Для конструкцій, які виготовляються кустарним способом, характерна низка проблем — і проблеми з ребрами жорсткості однозначно входять до цього переліку. Найчастіше зустрічаються:

• Відсутність ребер жорсткості як таких
• Нераціональне розміщення ребер жорсткості на деталі
• Недостатня кількість ребер жорсткості для деталі з такими лінійними розмірами
• Непродумана конструкція ребер жорсткості

Крім того, є проблеми, які пов’язані з матеріалом та застосовуваними для виробництва технологіями. Так, виготовлення виробів з неякісного металу часто не дозволяє сформувати ребра жорсткості з достатніми механічними характеристиками — тонкий тонкий метал з високими показниками різнотовщинності веде себе непередбачувано.

З іншого боку, використання примітивного обладнання для згинання металу призводить до деформації матеріалу на ребрі жорсткості. Це спричиняє непередбачуване зниження механічної міцності на локальних ділянках.

Можливі наслідки для самого виробу:

Найбільш очевидний результат – зниження жорсткості деталі та підвищення її схильності до деформацій. Це стосується як деформації під власною вагою (прогин панелі, скручування, провисання), так і експлуатаційних деформацій. Деталі менш надійно кріпляться до конструкцій, що несуть – через деформацію порушується міцність у точці кріплення і зростає ризик відриву від основи.

Другий важливий аспект – зменшення механічної міцності. Цілеспрямована дія на металеву конструкцію, у якої ребра жорсткості мають неоптимальну конфігурацію, значно швидше призведе до її руйнування. Це особливо важливо для конструкцій, що захищають, які зобов’язані виконувати бар’єрні функції.

Нарешті, неоптимальна конфігурація ребер жорсткості призводить до двох небажаних наслідків:

• Або конструкція отримує обмеження за розмірами та/або комплектацією – наприклад, для секції воріт неможливе використання автоматичного приводу через схильність до деформації.
• Або — що набагато гірше — такі обмеження не надаються, але фактична конструкція не може бути виготовлена ​​у великих розмірах або укомплектована різними деталями. Але з’ясовується це тільки після початку експлуатації конструкції і стає причиною її передчасного виходу з ладу.

Причини проблем із ребрами жорсткості

Чим можуть бути викликані проблеми з ребрами жорсткості, ми сказали вище – це насамперед низька якість металу, використання несучасного огляду та неоптимальна конфігурація. Але чому ж виробники припускають випуск таких конструкцій?

Причини очевидні:

• Економічна. Утримувати повноцінний інженерний департамент, здатний розрахувати оптимальну конфігурацію ребер жорсткості дорого. Використовувати якісний метал – дорого. Використовувати якісні верстати для металообробки дорого. На це здатні лише компанії, які дбають про свою репутацію у довгостроковій перспективі та працюють із прицілом на отримання стабільного прибутку.
• Психологічна. На жаль, для багатьох кустарних виробників випуск неякісних конструкцій стає нормою: пріоритетом для них залишається максимально простий продаж за рахунок низької ціни. Як служитиме паркан чи стеля з неякісними ребрами жорсткості — питання не найактуальніше.

Втім, це лише один із представлених на ринку підходів. Великі компанії, такі як завод Мехбуд, оптимізують конфігурацію виробу з таким розрахунком, щоб ребра жорсткості максимально ефективно посилювали конструкцію. Для цього використовуються різні рішення. Про які розповімо нижче.

Види ребер жорсткості

Забезпечення жорсткості деталі з тонколистового металу можливо декількома способами:

• Найпростіший – виготовлення конструкції з декількома гранями. У цьому випадку кожен стик граней буде грати роль додаткового ребра жорсткості. Так, наприклад, П-подібний в поперечному перерізі профіль набагато краще протистоїть деформації в порівнянні з пласкою деталлю, а виріб з квадратним перетином перевершує по жорсткості П-подібний елемент.

• Друге популярне рішення – додавання додаткових ребер жорсткості. Як правило, ці елементи робляться з профільованого металу – куточка, швелера, двутавра, профільованої труби та ін. Вони закріплюються з виворітного боку в ході монтажу та  приймають на себе більшу частину навантаження від пласких елементів.
• Нарешті, є ще одне витончене рішення – посилення жорсткості в місці з’єднання деталей. З’єднувальний вузол в цей час  проектується з таким розрахунком, щоб при стикуванні декількох елементів формувалося відразу кілька ребер жорсткості. Крім того, на всьому протязі стику збільшується товщина металу за рахунок накладки декількох шарів.

Ребра жорсткості включені в конструкцію практично всіх виробів з тонколистового металу:

• Фасадні та  стельові рейки, касети і панелі оснащуються численними ребрами, що запобігають деформації. Профілі ламелей, які використовуються для монтажу огороджувальних конструкцій ( «Ранчо», «Жалюзі») також по всій довжині оснащуються ребрами жорсткості, що перешкоджають прогину та  скручують деформації.
• Також в асортименті представлені об’ємні профілі (жалюзі «Ексклюзив Лего»), перетин яких максимально захищає конструкцію від деформації навіть при сильному навантаженні.
• Нарешті, в суцільних конструкціях – «Брус», «Горизонт», «Вертикаль» – поздовжні замки на стику деталей виконують функцію додаткових посилених ребер.

Незалежно від типу деталі, ребро жорсткості забезпечить підвищення її міцності при збереженні маси. Впровадження в конструкцію таких елементів дозволяє надавати виробам з тонколистового металу максимально можливу міцність.