Υπολογιστής Βάρους Χάλυβα - Άμεσο Βάρος για Ράβδους, Φύλλα & Σωλήνες

Υπολογιστής βάρους χάλυβα

Ένας υπολογιστής βάρους χάλυβα βρίσκει τη μάζα ενός τεμαχίου χάλυβα από το σχήμα και τις διαστάσεις του. Λειτουργεί για τρία συνήθη σχήματα: συμπαγείς ράβδους, επίπεδα φύλλα και κοίλους σωλήνες. Ο υπολογιστής πολλαπλασιάζει τον όγκο του σχήματος επί την πυκνότητα του χάλυβα και στη συνέχεια εμφανίζει το αποτέλεσμα σε κιλά, γραμμάρια και λίβρες.

Η γνώση του βάρους ενός τεμαχίου χάλυβα είναι σημαντική πριν από την παραγγελία, την ανύψωση ή την αποστολή του. Ένα εργαστήριο τη χρειάζεται για να κοστολογήσει μια κοπή. Ένας μηχανικός τη χρειάζεται για να ελέγξει ότι μια δοκός δεν υπερβαίνει το φορτίο σχεδιασμού μιας κατασκευής. Ένας χειριστής γερανού τη χρειάζεται για να επιβεβαιώσει ότι το φορτίο βρίσκεται εντός της ονομαστικής ικανότητας του μηχανήματος.

Τύπος υπολογισμού βάρους χάλυβα

Ο γενικός τύπος είναι:

$\text{Βάρος} = \text{Όγκος} \times \text{Πυκνότητα}$

Η πυκνότητα είναι η μάζα που περιέχεται σε δεδομένο όγκο ενός υλικού. Ο μαλακός (ανθρακούχος) χάλυβας έχει πυκνότητα 7,85 γραμμαρίων ανά κυβικό εκατοστό (g/cm³). Αυτό σημαίνει ότι ένα κυβικό εκατοστό μαλακού χάλυβα, δηλαδή ένας κύβος μικρότερος από κύβο ζάχαρης, ζυγίζει 7,85 γραμμάρια.

Ο όγκος μετριέται σε κυβικά εκατοστά (cm³) και εξαρτάται από το σχήμα. Τα τρία σχήματα παρακάτω χρησιμοποιούν διαφορετικούς τύπους όγκου, επομένως έχει σημασία η επιλογή του σωστού.

Τύπος όγκου ράβδου (κυλίνδρου)

Η ράβδος είναι συμπαγής κύλινδρος, όπως μια στρογγυλή ράβδος ή ένα μήκος ράβδου οπλισμού.

$V = \pi \times r^2 \times L$

• V = όγκος (cm³)
• r = ακτίνα της ράβδου (cm), ίση με διάμετρο ÷ 2
• L = μήκος της ράβδου (cm)

Τύπος όγκου φύλλου (επίπεδης πλάκας)

Το φύλλο είναι επίπεδη ορθογώνια πλάκα, όπως χαλυβδοέλασμα ή μεταλλικό φύλλο.

$V = L \times W \times T$

• L = μήκος (cm)
• W = πλάτος (cm)
• T = πάχος (cm)

Τύπος όγκου σωλήνα (κοίλου κυλίνδρου)

Ο σωλήνας είναι ένας κοίλος κύλινδρος. Ο όγκος του ισούται με τον όγκο του εξωτερικού κυλίνδρου μείον τον όγκο του εσωτερικού (κοίλου) κυλίνδρου.

$V = \pi \times L \times (R_o^2 - R_i^2)$

• L = μήκος (cm)
• R_o = εξωτερική ακτίνα (cm), ίση με εξωτερική διάμετρο ÷ 2
• R_i = εσωτερική ακτίνα (cm), ίση με εσωτερική διάμετρο ÷ 2

Μόλις γίνει γνωστός ο όγκος, το βάρος σε κιλά προκύπτει από:

$\text{Βάρος (kg)} = \frac{\text{Όγκος (cm}^3\text{)} \times 7.85}{1000}$

Πώς υπολογίζεται το βάρος του χάλυβα

1. Προσδιορίστε το σχήμα: ράβδος, φύλλο ή σωλήνας.
2. Μετρήστε τις απαιτούμενες διαστάσεις σε εκατοστά (διάμετρο και μήκος για ράβδο· μήκος, πλάτος και πάχος για φύλλο· εξωτερική διάμετρο, εσωτερική διάμετρο και μήκος για σωλήνα).
3. Εφαρμόστε τον αντίστοιχο τύπο όγκου παραπάνω.
4. Πολλαπλασιάστε τον όγκο επί 7,85 g/cm³ για να βρείτε το βάρος σε γραμμάρια και στη συνέχεια διαιρέστε με 1000 για να το μετατρέψετε σε κιλά.
5. Για λίβρες, διαιρέστε το βάρος σε γραμμάρια με 453,59237. Μία λίβρα ορίζεται ακριβώς ως 0,45359237 κιλά, επομένως 453,59237 γραμμάρια ισοδυναμούν με μία λίβρα.

Για έναν σωλήνα, η εσωτερική διάμετρος πρέπει να είναι μικρότερη από την εξωτερική διάμετρο. Αν ένας σωλήνας έχει εξωτερική διάμετρο 5 cm και τοιχώματα πάχους 0,3 cm, η εσωτερική διάμετρος είναι 5,0 − (2 × 0,3) = 4,4 cm, όχι 4,7 cm, επειδή το τοίχωμα βρίσκεται και στις δύο πλευρές της οπής.

Λυμένο παράδειγμα

Παράδειγμα 1: Χαλύβδινη ράβδος

Μια ράβδος έχει διάμετρο 2,5 cm και μήκος 300 cm.

1. Ακτίνα = 2,5 ÷ 2 = 1,25 cm
2. Όγκος = π × 1,25² × 300 ≈ 1.472,6 cm³
3. Βάρος = 1.472,6 × 7,85 ÷ 1000 ≈ 11,56 kg (11.560,1 g ÷ 453,59237 ≈ 25,49 λίβρες)

Παράδειγμα 2: Χαλύβδινο φύλλο

Ένα φύλλο έχει μήκος 120 cm, πλάτος 80 cm και πάχος 0,3 cm.

1. Όγκος = 120 × 80 × 0,3 = 2.880 cm³
2. Βάρος = 2.880 × 7,85 ÷ 1000 ≈ 22,61 kg

Παράδειγμα 3: Χαλύβδινος σωλήνας

Ένας σωλήνας έχει εξωτερική διάμετρο 4,2 cm, εσωτερική διάμετρο 3,8 cm και μήκος 250 cm.

1. Εξωτερική ακτίνα = 2,1 cm· εσωτερική ακτίνα = 1,9 cm
2. Όγκος = π × 250 × (2,1² − 1,9²) = π × 250 × 0,8 ≈ 628,3 cm³
3. Βάρος = 628,3 × 7,85 ÷ 1000 ≈ 4,93 kg

Πυκνότητα χάλυβα ανά τύπο

Η τιμή 7,85 g/cm³ ισχύει για μαλακό (ανθρακούχο) χάλυβα, ο οποίος αποτελείται κυρίως από σίδηρο με μικρή ποσότητα άνθρακα. Τα άλλα κράματα χάλυβα και μέταλλα διαφέρουν:

Για να εκτιμήσετε το βάρος ενός διαφορετικού μετάλλου, πολλαπλασιάστε το αποτέλεσμα για τον χάλυβα επί (την πυκνότητα του μετάλλου ÷ 7,85).

Συχνές ερωτήσεις

Γιατί διαφέρει το υπολογισμένο βάρος από το βάρος που αναφέρει ο προμηθευτής;

Διάφοροι παράγοντες προκαλούν μικρές αποκλίσεις. Τα χαλυβουργεία παράγουν ράβδους και φύλλα εντός κατασκευαστικής ανοχής, επομένως μια ράβδος «10 mm» μπορεί στην πραγματικότητα να έχει διάμετρο 9,8–10,2 mm. Οι επιστρώσεις προσθέτουν επίσης βάρος: ο γαλβανισμός εν θερμώ προσθέτει περίπου 3–5%, ενώ η καλαμίνα, το σκούρο στρώμα οξειδίων που αφήνει η θερμή έλαση, προσθέτει περίπου 0,5–1%. Το υπολογισμένο βάρος συνήθως διαφέρει κατά 2–3% από το βάρος στη ζυγαριά, ποσοστό αρκετά κοντινό για προσφορές και προγραμματισμό υλικών.

Μπορεί να χρησιμοποιηθεί αυτός ο τύπος για ανοξείδωτο χάλυβα ή αλουμίνιο;

Ναι, με προσαρμογή ως προς την πυκνότητα. Πολλαπλασιάστε το αποτέλεσμα για τον μαλακό χάλυβα επί τον λόγο της πυκνότητας του άλλου μετάλλου προς 7,85. Για ανοξείδωτο χάλυβα, προσθέστε περίπου 2%. Για αλουμίνιο, διαιρέστε περίπου με 2,9. Ο παραπάνω πίνακας πυκνοτήτων παρέχει τους συντελεστές προσαρμογής για άλλα κοινά μέταλλα.

Πώς υπολογίζεται το βάρος του οπλισμού;

Ο οπλισμός υπολογίζεται με τον ίδιο τρόπο όπως μια συμπαγής ράβδος, με χρήση της ονομαστικής διαμέτρου του. Η ράβδος οπλισμού με νευρώσεις, οι οποίες βελτιώνουν την πρόσφυση, ζυγίζει περίπου 1–2% περισσότερο από μια λεία ράβδο ίδιας διαμέτρου· η διαφορά είναι αρκετά μικρή ώστε να αγνοείται στους περισσότερους υπολογισμούς. Ένας οπλισμός 10 mm αντιστοιχεί σε περίπου 0,62 kg ανά μέτρο με τον τύπο της ράβδου· ένας οπλισμός 16 mm αντιστοιχεί σε περίπου 1,58 kg ανά μέτρο.

Πώς υπολογίζεται το βάρος τετραγωνικών ή ορθογώνιων σωλήνων;

Οι τετραγωνικές και ορθογώνιες κοιλοδοκοί δεν είναι κύλινδροι, επομένως οι τύποι για ράβδους και σωλήνες δεν εφαρμόζονται άμεσα. Αντί γι’ αυτό, αφαιρείται ο κοίλος εσωτερικός όγκος από τον συμπαγή εξωτερικό όγκο: ο εξωτερικός όγκος είναι μήκος × εξωτερικό πλάτος × εξωτερικό ύψος, ενώ ο εσωτερικός όγκος είναι μήκος × (εξωτερικό πλάτος − 2 × πάχος τοιχώματος) × (εξωτερικό ύψος − 2 × πάχος τοιχώματος). Για μήκος 100 cm, εξωτερικές διαστάσεις 5 cm × 3 cm και τοιχώματα 0,3 cm: ο εξωτερικός όγκος είναι 1.500 cm³, ο εσωτερικός όγκος είναι 100 × 4,4 × 2,4 = 1.056 cm³, επομένως ο όγκος του χάλυβα είναι 444 cm³ και το βάρος περίπου 3,49 kg.

Γιατί έχει τόσο μεγάλη σημασία ένα μικρό σφάλμα μέτρησης;

Ο όγκος μιας ράβδου ή ενός σωλήνα εξαρτάται από το τετράγωνο της ακτίνας, επομένως ένα μικρό σφάλμα στη διάμετρο μεγεθύνεται. Σφάλμα 1 mm σε διάμετρο 10 cm μεταβάλλει το υπολογισμένο βάρος περίπου κατά 2%. Η μέτρηση με παχύμετρο αντί για μεζούρα διατηρεί τα αποτελέσματα πιο κοντά στο βάρος που δείχνει η ζυγαριά.

Παραπομπές

1. ASTM A6/A6M-19, Τυπική προδιαγραφή για γενικές απαιτήσεις έλασης δομικών χαλύβδινων ράβδων, πλακών, διατομών και πασσαλοσανίδων, ASTM International, 2019.
2. American Institute of Steel Construction, Εγχειρίδιο κατασκευών από χάλυβα, 15η έκδοση.
3. BS EN 10025-1:2004, Προϊόντα θερμής έλασης από δομικούς χάλυβες — Γενικοί τεχνικοί όροι παράδοσης, British Standards Institution.
4. B. N. Taylor και A. Thompson (επιμ.), Ειδική δημοσίευση 811 του NIST: Οδηγός για τη χρήση του Διεθνούς Συστήματος Μονάδων (SI), έκδοση 2008, Παράρτημα B.8 (1 λίβρα avoirdupois = ακριβώς 0,453 592 37 kg).