СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ Левитский Валерий Евгеньевич кафедра «Строительные конструкции,

СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ Левитский Валерий Евгеньевич кафедра «Строительные конструкции, здания и сооружения» , 7506

Объект и предмет изучения дисциплины «Строительные конструкции» Объект изучения дисциплины – несущие конструкции строительных объектов (зданий и сооружений) – элементы, воспринимающие и передающие действующие на них нагрузки. Комплекс несущих конструкций здания (сооружения) называется его несущей, или конструктивной, системой. Предмет изучения: Работа конструкций под нагрузкой; Методы расчёта конструкций; Основы конструирования; Обследование, испытание, оценка технического состояния конструкций. Проектирование конструкций включает две составляющие – расчёт и конструирование. Расчёт – определение внутренних усилий, напряжений, деформаций, перемещений конструкций при действии нагрузок; оценка прочности, жёсткости и устойчивости. Конструирование – назначение конфигурации и размеров сечений, узлов конструкций на основе данных расчёта, конструктивных требований норм, практического опыта, инженерной интуиции и здравого смысла.

Раздел I МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ • Состав и свойства строительной стали • Основные принципы расчёта конструкций • Прочность и деформации при изгибе • Сжатие и устойчивость • Сварные и болтовые соединения • Расчёт и конструирование узлов • Стропильные фермы

Литература Учебная литература • Строительные конструкции: Учебник для ВУЗов для студентов специальности «Мосты и транспортные тоннели» / Под ред. В. П. Чиркова. – М. : ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте» , 2007. – 448 с. • Строительные конструкции: Учебник для ВУЗов / Под ред. В. Н. Байкова и Г. И. Попова. – М. : Высш. шк. , 1986. – 543 с. • Металлические конструкции. Общий курс: Учебник для ВУЗов / Под ред. А. Ю. Кудишина. - М. : Академия, 2006. (или под ред. Г. С. Веденикова. – М. : Стройиздат, 1998; или под ред. Е. И. Беленя. – М. : Стройиздат, 1986). • Байков В. Н. , Сигалов Э. Е. Железобетонные конструкции - М. : Стройиздат, 1991. • Габрусенко В. В. Основы расчёта железобетона в вопросах и ответах. – М. : АСВ, 2002. http: //dwg. ru/dnl/3554. Нормативная литература (к разделу I) • СП 16. 13330. 2011. Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНи. П II-23 -81*. • СП 20. 13330. 2011. Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНи. П 2. 01. 07 -85*.

Преимущества и недостатки металлических конструкций Стальные конструкции Основной материал металлических конструкций – сталь, иногда используют алюминиевые сплавы. [+] [-] • Высокая прочность при небольшой собственной массе; • Подверженность коррозии, необходимость антикоррозионной защиты; • Высокая скорость монтажа; • Низкая огнестойкость, необходимость огнезащиты; • Удобство усиления; • Возможность вторичного использования по истечении срока службы; • Непроницаемость для жидкостей и газов. Алюминиевые конструкции • Опасность хрупкого разрушения при низких температурах. Эффективность применения стальных конструкций повышается с увеличением нагрузок, пролётов и высоты (этажности) сооружений. [+] по сравнению со стальными [-] по сравнению со стальными • В 2 раза легче; • Деформативность выше в 3 раза; • В 10… 20 раз выше коррозионная стойкость; • Огнестойкость ниже в 3 раза; • Отсутствие искр при ударе. • Более высокая стоимость.

Лекция 1 СОСТАВ И СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНОЙ СТАЛИ • Химический состав стали • Виды механических испытаний • Прочностные и деформативные характеристики стали • Нормативные и расчётные сопротивления стали • Обозначение классов и марок стали • Сортамент

Свойства, существенно важные для строительных сталей Высокая прочность Чем прочнее сталь, тем меньше её расходуется (кроме сжатых элементов) Свойства сталей (А) Механические (Б) Технологические Достаточная пластичность Пластическое разрушение происходит плавно, постепенно, это исключительно важно для безопасности конструкции Обрабатываемость Стойкость к хрупкому разрушению При изготовлении конструкций должна быть обеспечена возможность гибки, резки, строжки, сверления отверстий Хрупкое разрушение происходит резко, внезапно и при меньших деформациях, очень опасно Свариваемость Сварка является основным способом соединения элементов металлических конструкций (В) Эксплуатационные Коррозионная стойкость Повышает долговечность конструкций Отсутствие склонности к старению Все перечисленные свойства зависят от химического состава стали. Старение заключается в снижении пластичности и стойкости к хрупкому разрушению

Химический состав стали Сталь – это сплав железа с углеродом и некоторыми добавками. Железо обеспечивает стали пластичность, углерод – прочность, но снижает пластичность и ухудшает свариваемость. Содержание углерода в сталях, применяемых для строительных конструкций, обычно составляет не более 0, 22% (2, 2 кг на тонну стали) – это малоуглеродистая сталь. Вредные примеси (фосфор, сера, атмосферные газы – кислород, азот) – ухудшают свариваемость стали, снижают её пластичность и стойкость к хрупкому разрушению. Фосфор повышает хрупкость стали при пониженных температурах (хладноломкость). Сера способствует образованию трещин при температуре 800… 1000° С (красноломкость). Содержание серы и фосфора в стали ограничивают (не более 0, 035… 0, 050%), а при сварке металл стараются защищать от воздействия атмосферы. В процессе кристаллизации стали выделяется большое количество газов (кислорода и др. ), которые впоследствии застывают в виде пузырьков, ухудшая её качество ( «кипящая сталь» – кп). Добавки-раскислители (кремний - до 3 кг на тонну стали, марганец) связывают газы, образуя шлак ( «спокойная сталь» – сп). Шлак концентрируется в верхней части слитка, которую впоследствии срезают и отправляют в переплавку. Кремний снижает пластичность, свариваемость и коррозионную стойкость стали, однако его вредное влияние снижается при добавлении марганца. Раньше в качестве раскислителя применяли алюминий (до 0, 1%). При меньшем количестве раскислителя (до 1, 5 кг на тонну) получается «полуспокойная сталь» – пс. Сталь Раскислитель, % Срезаемая часть слитка, % кремний марганец 0, 05 0, 30… 0, 60 5 полуспокойная (пс) 0, 05… 0, 15 0, 40… 0, 65 8 спокойная (сп) 0, 15… 0, 30 0, 40… 0, 65 15 кипящая (кп)

Химический состав стали Для повышения прочности стали применяется легирование, термическая, механическая и термомеханическая обработка. Основные виды термической обработки – закалка, нормализация, отпуск и отжиг (они отличаются температурой нагрева и условиями охлаждения). Легирование стали заключается в добавлении специальных легирующих элементов, повышающих её прочность и пластичность. Некоторые добавки связывают вредные примеси, превращая их в полезные. Однако легирующие добавки ухудшают свариваемость стали, поэтому в строительстве применяют низколегированные стали, в которых суммарное содержание легирующих добавок составляет не более 5%. Строительные стали легируют преимущественно вададием (0, 07… 0, 12%). Ванадий и молибден предотвращают разупрочнение термообработанной стали при сварке. Медь, хром и никель повышают стойкость стали к атмосферной коррозии. Добавки-раскислители (кремний, марганец) также являются легирующими. По химическому составу стали можно оценить её свариваемость, вычислив углеродный эквивалент: где С, Mn, Si, Cr, Ni, Cu, V, P – массовая доля углерода, марганца, кремния, хрома, никеля, меди, ванадия и фосфора, %. Если Сэ 0, 4%, то трещины при сварке возникать не будут.

Прокатка стали и её влияние на прочность Прокатка является одним из видов горячей обработки металлов давлением (ОМД) и производится на прокатных станах. Разогретые слитки многократно пропускаются между двумя валками, вращающимися навстречу другу, при этом металл пластически деформируется и приобретает заданную форму (лист, рельс, двутавр и т. д. ). Чем толще прокат, тем меньше степень обжатия и скорость охлаждения, поэтому с увеличением толщины проката прочностные характеристики снижаются. Прочность при растяжении в направлении толщины проката составляет около 5 % от прочности в перпендикулярном направлении (анизотропия свойств). Прокатка стали Расслоение поперечной диафрагмы в балке Усиление Расслоение пояса колонны в месте примыкания консоли

Тестовые вопросы Выберите правильный ответ q 0, 02% Содержание углерода в строительной стали составляет не более … q 0, 22% q 2, 00% q 12% q 22% q 52% Выберите правильный ответ q 0, 05% Содержание легирующих добавок в низколегированной стали составляет не более … q 0, 5% q 15% q 25% q 55%

Тестовые вопросы Установите соответствие Укажите часть слитка, которую отрезают после разливки в изложницы спокойная сталь q 5% кипящая сталь q 8% полуспокойная сталь Выберите правильные ответы q Кремний Вредными примесями в стали являются: q Марганец q Фосфор q Сера q Медь q Кислород Выберите правильные ответы q Кремний Добавками-раскислителями стали являются: q Марганец q Азот q Медь q Кислород q 15%

Тестовые вопросы Выберите правильные ответы q Кремний Легирующими добавками в стали являются: q Марганец q Фосфор q Хром q Молибден q Сера q Ванадий Выберите правильный ответ q повышает Увеличение толщины проката … прочностные характеристики стали q снижает q не оказывает влияния

Механические испытания металлов Для оценки механических свойств стали проводят испытания: • на растяжение (ГОСТ 1497); • на ударную вязкость (ГОСТ 9454); • на изгиб в холодном состоянии (ГОСТ 14019). Испытания на изгиб характеризуют способность металлов выдерживать пластическую деформацию. Образец толщиной а гнут вокруг оправки диаметром D (обычно D = 2 a) до параллельности сторон. На образце после изгиба не должны появляться трещины, заметные невооружённым глазом. Характерные диаграммы деформирования при растяжении образцов 1 – алюминиевый сплав; 2 – малоуглеродистая сталь; 3 – чугун; 4 – низколегированная термоупрочнённая сталь.

Диаграмма деформирования стали при растяжении , МПа Прочностные характеристики стали: 800 Физический предел текучести y – напряжение, при котором происходит рост пластических деформаций без увеличения внешней нагрузки. y = yeld (текучесть) Условный предел текучести 0, 2 – напряжение, при достижении которого и последующей разгрузке остаточные деформации составляют 0, 2%. Временное сопротивление u – напряжение, которое соответствует наибольшей нагрузке, предшествующей разрушению образца. u = ultimate (предельный) Стали высокой прочности u 0, 2 600 Стали обычной прочности Стадия самоупрочнения u 400 y 200 Разрыв образца Площадка текучести tg = E (модуль упругости) 0 0, 2 % 8 12 16 20 24 , % Стадия упругой работы Упругие характеристики стали: модуль упругости Е = tg = = 2, 06 105 МПа (принимается постоянным для всех марок стали); предел упругости еl ; еl = elastic (упругость). Пластичность характеризуется относительным остаточным удлинением при разрыве ; pl = plastic (пластичность).

Испытания на ударную вязкость проводятся на маятниковых копрах; под ударом молота образец разрушается. Ударная вязкость КС (Дж/см 2) определяется отношением работы, затраченной на разрушение образца, к площади его поперечного сечения. Для ужесточения условий испытаний a в образцах делают надрез, возникает концентрация напряжений; Образец с U-образным надрезом (образец Менаже) Образец с V-образным надрезом (образец Шарпи) Образец с трещиной a понижают температуру среды (– 20°С; – 40°С; – 70°С); a образцы подвергают искусственному старению (создают остаточное удлинение 10% и нагревают в печи до 250 °С). Схема испытаний

Испытания на ударную вязкость Ударная вязкость является комплексным показателем, характеризующим a Состояние стали (хрупкое или вязкое); a Чувствительность стали к концентрации напряжений; a Сопротивление стали динамическим воздействиям; a Склонность стали к хрупкому разрушению при пониженных температурах; Зависимость ударной вязкости стали от температуры KCU, Дж/см 2 100 3 80 2 60 40 1 30 20 a Склонность стали к старению. t, °С 1 – сталь С 235 2 – сталь С 255 К хрупкому разрушению при пониженной температуре наиболее склонны кипящие стали. 3 – сталь С 375 порог хладноломкости

Нормирование прочностных характеристик стали Прочность любого материала находится под влиянием большого числа факторов и не остаётся постоянной даже в пределах одной партии образцов, поэтому её нормируют с использованием методов математической статистики. Среднее значение (математическое ожидание) рассматриваемой характеристики х (например, х = y): «Правило трёх сигм» 25 20 15 10 гистограмма нормальный закон распределения 5 0 10 200 220 240 260 280 300 320 340 где n – число испытаний; i – номер интервала, в котором находится результат испытания. Среднее квадратическое отклонение (стандарт распределения): Нормативное сопротивление материала: где 1, 64 – показатель надёжности, гарантирующий обеспеченность 0, 95; V – коэффициент вариации, характеризующий качество технологии. 360

Нормативное и расчётное сопротивление стали Нормативное сопротивление материала Rn – Обеспеченность Гауссовский показатель надёжности 0, 95 1, 64 0, 9973 3 это значение его прочностной характеристики, принятое с обеспеченностью 0, 95 на основании статистической обработки результатов стандартных испытаний образцов. Обеспеченность (доверительная вероятность) нормативного сопротивления 0, 95 означает, что из 100 образцов 95 будут иметь прочность не ниже нормативного значения. Нормативное сопротивление контролируется на производстве, а при выполнении расчётов пользуются расчётным сопротивлением: Материал Коэффициент вариации V Коэффициент надёжности по материалу m Сталь 0, 075… 0, 105 1, 025… 1, 15 Бетон 0, 135 1, 3 1 2 где m – коэффициент надёжности по Коэффициент вариации V 1 < V 2 материалу ( m > 1); учитывает a неблагоприятные отклонения сопротивления материала от его нормативного значения вследствие неоднородности свойств; a установленные допуски на размеры сечений проката. У какой из технологий: (1) или (2) выше качество?

Нормативные и расчётные сопротивления стали (СНи. П II-23 -81*. Стальные конструкции) Нормативное сопротивление Расчётное сопротивление по пределу текучести ( y) Ryn Ry по временному сопротивлению ( u) Условные обозначения Run Ru Нормативные и расчётные сопротивления проката, МПа Сталь толщина проката, мм нормативные листового, широкополочного, универсального расчётные фасонного листового, широкополочного, универсального фасонного Ryn Run Ry Ru С 245 от 2 до 20 св. 20 до 30 245 - 370 - 245 235 370 240 - 360 - 240 230 360 С 345 от 2 до 10 св. 10 до 20 св. 20 до 40 345 325 305 490 470 460 335 315 300 480 460 450 С 375 от 2 до 10 св. 10 до 20 св. 20 до 40 375 355 335 510 490 480 365 345 325 500 480 470

Обозначение марок малоуглеродистых сталей (ГОСТ 380, ГОСТ 535) Поставка стали, применяемой в строительстве, осуществляется по соответствующим стандартам (ГОСТ, ТУ, СТО), регламентирующим её качество. Группа поставки (отменена в последней редакции стандарта) В стандартах приводятся требования к химическому составу стали, нормируемые характеристики механических свойств, правила обозначения марок; данные, которые должен содержать сертификат на поставку партии стали. Чем ответственнее конструкция, тем строже требования. ВСт3 пс6 А – по механическим свойствам Б – по химическому составу В – по механическим свойствам и химическому составу Условный номер марки (Ст0 … Ст6) Категория стали (1… 6), указывает вид испытаний на ударную вязкость Степень раскисления сп – спокойная пс – полуспокойная кп – кипящая Ст3 Гпс5 Сталь с повышенным содержанием марганца (0, 80… 1, 10%) ГОСТ 380 -94. Сталь углеродистая обыкновенного качества. Марки. ГОСТ 535 -88. Прокат сортовой и фасонный из стали углеродистой обыкновенного качества.

Обозначение марок низколегированных сталей (ГОСТ 19281, ГОСТ 19282) Двухзначные цифры слева показывают примерное среднее содержание углерода в сотых долях процента; буквы: Г - марганец, Ф - ванадий, А - азот, П – фосфор; кремний до 1% Н - никель, Д - медь, содержание углерода до 0, 09% С - кремний, Х - хром, 09 Г 2 С (не ставятся, если содержание компонента до 0, 3%); цифры после букв примерное содержание соответствующего элемента в целых единицах (не ставятся, если содержание до 1%). марганец до 2% 15 ХСНД содержание углерода до 0, 15% медь до 1% хром до 1% никель до 1% кремний до 1% ГОСТ 19281 -89. Прокат из стали повышенной прочности. Общие технические условия. ГОСТ 19282 -73*. Сталь низколегированная толстолистовая и широкополосная универсальная. Технические условия.

Обозначение классов прочности стали (ГОСТ 27772 -88) С 245 Ryn для наименьшей толщины «Сталь строительная» проката (с округлением до 5 МПа). Стали повышенной коррозионной стойкости: С 345 К С 345 Д Сталь с увеличенным содержанием хрома (0, 50… 0, 80%) Сталь с увеличенным содержанием меди (0, 15… 0, 30%) Стали, поставляемые по разным стандартам, взаимозаменяемы. Одному классу прочности могут соответствовать разные марки стали. ГОСТ 27772 -88. Прокат для строительных конструкций. Общие технические условия.

Классификация сталей по прочности Группа стали Стали обычной прочности малоуглеродистые , % 2, 5 0, 6… 0, 7 21 0, 7… 0, 8 17 отс. 0, 8… 0, 9 12 С 345; С 375 Стали высокой прочности низколегированные с термическим упрочнением y / u С 235; С 245; С 255; С 275; С 285 Стали повышенной прочности низколегированные Протяженность площадки текучести, % 1… 1, 5 Классы прочности по ГОСТ 27772 -88 С 390; С 440; С 590 Класс прочности Марка стали С 235 Ст3 кп 2 С 345 12 Г 2 С, 09 Г 2 С С 245 Ст3 пс5, Ст3 сп 5 С 375 12 Г 2 С С 255 Ст3 Гпс, Ст3 Гсп С 390 14 Г 2 АФ С 275 Ст3 пс С 440 16 Г 2 АФ С 285 Ст3 сп, Ст3 Гпс, Ст3 Гсп С 590 12 Г 2 СМФ Обозначение стали по старому СНи. П II-В. 3 -72 С 38/23 Run Ryn в к. Н/см 2 (кгс/мм 2)

Выбор марки стали для конструкции (СНи. П II-23 -81*. Стальные конструкции) В зависимости от условий работы стальные конструкции разделяются на 4 группы, для которых установлены применяемые марки стали (табл. 50*СНи. П II-23 -81*). Группа конструкций 1 2 3 4 В одной конструкции можно применять разные марки стали. Для более нагруженных элементов используется более прочная сталь. Характеристика работы сварных* конструкций Примеры конструкций Работающие в особо тяжёлых условиях или подвергающиеся воздействию динамических, вибрационных или подвижных нагрузок • подкрановые балки Работающие преимущественно на растяжение и изгиб при статической нагрузке • фермы Работающие преимущественно на сжатие при статической нагрузке • колонны Вспомогательные конструкции • лестницы • фасонки ферм • балки перекрытий и покрытий • опорные плиты • элементы фахверка * При отсутствии сварных соединений группа понижается на одну ступень.

Выбор марки стали для конструкции (СНи. П II-23 -81*. Стальные конструкции) Сталь Расчётная температура в районе строительства и группа конструкций до – 40 °С 1 2 С 245 3 4 + С 235 С 255 до – 50 °С + + С 275 + 2 + + С 285 + + С 345 + + 4 1 2 3 + + + + + С 375 + + + + + С 390 + + + + + С 440 + + + + С 590 К 4 + + С 345 К 3 + + + 1 до – 65 °С Примечания см. в табл. 50* СНи. П II-23 -81*

Сортамент стальных профилей Сортамент – это каталог профилей с указанием формы сечения, геометрических характеристик и массы единицы длины. Стальные профили Фасонные касательная хотя бы в одной точке контура поперечного сечения это сечение пересекает I Двутавры обыкновенные и с параллельными гранями полок (балочные, широкополочные, колонные) [ Швеллеры L Уголки (равнополочные, неравнополочные) - Сталь толстолистовая (толщ. 4… 160 мм) Прокатные - Сталь тонколистовая (толщ. 0, 5… 4 мм) Листовые Гнутые - Сталь универсальная (толщ. 6… 60 мм) Стальной профилированный настил (профнастил) толщ. 0, 6… 1, 0 мм /¯_/¯_/¯ Уголки, швеллеры Сварные Круглые и прямоугольные трубы

Тестовые вопросы Выберите правильный ответ q 0, 05 Нормативное сопротивление стали имеет обеспеченность … q 0, 9973 q 0, 95 q 1, 64 q 3, 00 Выберите правильный ответ q не выше нормативного сопротивления Обеспеченность нормативного сопротивления стали 0, 95 означает, что из 100 образцов 95 будут иметь прочность … q не ниже нормативного сопротивления q равную нормативному сопротивлению

Тестовые вопросы Выберите правильный ответ q код поставки стали В обозначении марки стали С 245 число « 245» означает … q временное сопротивление стали по пределу текучести, МПа q нормативное сопротивление стали по пределу текучести, МПа q расчётное сопротивление стали по временному сопротивлению, МПа q нормативное сопротивление стали по временному сопротивлению, МПа Выберите правильный ответ В обозначении марки стали С 345 Д буква «Д» означает … q сталь, хорошо воспринимающая динамические нагрузки q сталь с диагностикой механических свойств q сталь особо высокой прочности q сталь для изготовления двутавров q сталь коррозионно-стойкая, с добавкой меди q сталь для изготовления листового проката

Определение механических характеристик стали эксплуатируемых конструкций Динамический модуль упругости определяется по скорости прохождения ультразвука: Прибор Польди: 1– корпус, 2 – боёк, 3 – стальной шарик (D = 10 мм), 4 – эталонный брусок, 5 – испытываемая конструкция где l – база прозвучивания, мм; t – время прохождения ультразвука, мкс (c· 10 -6). Динамический модуль упругости Твёрдость испытываемой стали по Бринеллю: где – плотность материала, кг/м 3; k – коэффициент, учитывающий вид и условия где НВэ – твёрдость эталонного бруска в единицах Бринелля, кг/мм 2; D – диаметр стального шарика, D = 10 мм; dэ, d – диаметры отпечатков на эталоне и на конструкции, мм. Для малоуглеродистой стали u = 3, 53 НВ, МПа. распространения ультразвуковых волн; при поверхностном прозвучивании в стержневых элементах k = 1.

Лекция 2 ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ РАСЧЁТА СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ • Основные этапы проектирования. Конструктивная и расчётная схемы • Нормативная база строительного проектирования • Нагрузки и воздействия. Классификация нагрузок • Постоянные и временные нагрузки • Нормативные и расчётные нагрузки. Сочетания нагрузок • Метод предельных состояний

Основные этапы проектирования строительных конструкций. Конструктивная и расчётная схемы Этапы Конструктивная схема (КС) (1) Компоновка конструктивной схемы отражает действительные размеры элементов и фактические условия их закрепления (2) Формирование расчётной схемы Расчётная схема (РС) (3) Сбор нагрузок является упрощённой (условной, идеализированной) и с необходимой степенью точности отражает работу элемента под действием нагрузок (4) Статический расчёт Определение внутренних усилий (M, Q, N) методами статики (строительной механики) (5) Конструктивный расчёт Подбор и проверка сечений (6) Расчёт и конструирование узлов (7) Выполнение рабочих чертежей КС РС Конструктивная и расчётная схемы балки (пример)

Модели и методы в теории сооружений Расчётная схема (модель) сопротивления конструкции (сооружения) Модели нагрузок (воздействий) • • Модели поведения материалов Линейно-упругий Нелинейно-упругий Упругопластический Идеально упругопластический Методы расчёта Геометрическая схема сооружения • Аналитические • Численные • Плоская • Пространственная Постановка расчёта Критерии соответствия требованиям безопасности и эксплуатационной пригодности Силовые • По фактическим и предельным напряжениям • По фактическим и предельным усилиям Деформационные • По фактическим и предельным перемещениям • Линейная • Физически нелинейная • Геометрически нелинейная • Конструктивно нелинейная • Статическая • С учётом динамических эффектов • С учётом реологических свойств материалов • Детерминированная • Вероятностная (стохастическая)

Нормативная база строительного проектирования в Российской Федерации Техническое регулирование правовое регулирование отношений в области установления и исполнения требований Нормативные правовые акты РФ Федеральный закон № 184 -Ф 3 от 27. 12. 2002 «О техническом регулировании» , с изм. Нормативные документы содержат обязательные для исполнения требования Применяемые на добровольной основе (Перечень утверждается Росстандартом) Технические регламенты Федеральный закон № 384 -Ф 3 от 30. 12. 2009 «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» Eurocode 1; Eurocode 2; … Международные Национальные Региональные Специальные технические условия (СТУ) на строительство ответственных объектов Обязательные для применения (Перечень утверждается Правительством РФ) Корпоративные ГОСТ – Межгосударственные стандарты ГОСТ Р – Национальные стандарты СП – Своды правил МГСН – Московские городские строительные нормы СТО – Стандарты организаций

Структура норм проектирования конструкций и сооружений в России и ЕС EN 1990 – Eurocode 0 – Основы строительного проектирования ГОСТ 27751 -89. Надёжность строительных конструкций и оснований. Основные положения по расчёту. EN 1991 – Eurocode 1 – Нагрузки и воздействия СП 20. 13330. 2011. Нагрузки и воздействия (Актуализированная редакция СНи. П 2. 01. 07 -85*) EN 1992 – Eurocode 2 – Железобетонные конструкции СП 52 -101 -04, СП 52 -102 -04 EN 1993 – Eurocode 3 – Стальные конструкции СП 16. 13330. 2011. Стальные конструкции (Актуализированная редакция СНи. П II-23 -81*); СП 53 -102 -04. Общие правила проектирования стальных конструкций EN 1994 – Eurocode 4 – Сталежелезобетонные конструкции СП 52 -101 -04 EN 1995 – Eurocode 5 – Деревянные конструкции СП 64. 13330. 2011. Деревянные конструкции (Актуализированная редакция II-25 -80*) EN 1996 – Eurocode 6 – Каменные конструкции СНи. П II-22 -80. Каменные и армокаменные конструкции EN 1997 – Eurocode 7 – Основания и фундаменты СП 22. 13330. 2011. Основания зданий и сооружений (Актуализированная редакция СНи. П 2. 01 -83*); СП 24. 13330. 2011. Свайные фундаменты (Актуализированная редакция СНи. П 2. 03 -85*); EN 1998 – Eurocode 8 – Проектирование сейсмостойких конструкций СП 14. 13330. 2011. Строительство в сейсмических районах (Актуализированная редакция СНи. П II-7 -81*) EN 1999 – Eurocode 9 – Алюминиевые конструкции СНи. П 2. 03. 06. Алюминиевые конструкции

Нагрузки и воздействия. Классификация нагрузок Постоянные Воздействия Силовые (нагрузки) Несиловые • Средовые (температурное, влажностное, коррозионноагрессивное и др. ); • Кинематические (смещение опор и др. ) Классификация нагрузок Действуют в течение всего срока службы сооружения Временные Кратковременные Действуют в течение определённого времени Длительные Вертикальные Особые Горизонтальные по площади (к. Н/м 2) поверхностные (1) По длительности действия Равномерно распределённые по длине (к. Н/м) (2) По направлению Сосредоточенные (к. Н) линейные, погонные (3) По характеру распределения (4) По вероятности реализации Нормативные (эксплуатационные) Расчётные (предельные)

Постоянные, временные и особые нагрузки Постоянные • Вес несущих и ограждающих конструкций; • Вес и давление грунтов; • Усилия от предварительного напряжения. Кратковременные • Нагрузки от людей и оборудования с полным значением; • Снеговая нагрузка с полным значением; • Ветровая нагрузка; Нагрузки и воздействия • Гололёдная нагрузка. Длительные Особые (аварийные) • Вес стационарного оборудования; • Давление газов, жидкостей и сыпучих тел; • Вес складируемых материалов; • Нагрузки от людей и оборудования с пониженным значением; • Снеговая нагрузка с пониженным значением. по СНи. П 2. 01. 07 -85*. Нагрузки и воздействия (п. 1. 4… 1. 9)

Аварийные воздействия имеют малую вероятность появления и небольшую продолжительность, но могут привести к серьёзным последствиям, если не приняты специальные меры. Аварийные воздействия Проектные (нормированные) Запроектные (ненормированные) • Пожары • Отказы отдельных несущих элементов • Промышленные взрывы • Взрывы бытового газа • Сейсмические воздействия • Взрывы устройств, используемых террористами • Карстовые воронки и провалы в основаниях сооружений и др. • Столкновения с движущимися транспортными средствами и др. Учёт этих воздействий регламентирован нормативными документами на проектирование объектов данного класса Необходимость учёта этих воздействий анализируется для каждого конкретного уникального объекта и отражается в «Техническом задании» и специальных «Технических условиях» на проектирование При дальнейшем совершенствовании нормативных документов возможен перевод отдельных аварийных ситуаций из запроектных в проектные.

Нормативные и расчётные нагрузки Нормативная, или эксплуатационная, нагрузка Коэффициенты надёжности по нагрузке (по СНи. П 2. 01. 07 -85*. Нагрузки и воздействия) qn – это наибольшая величина нагрузки, позволяющая нормально эксплуатировать здание (сооружение). Вид нагрузки Постоянная – от собственного веса конструкций металлических f Пункт СНи. П 1, 05 табл. 1 q – это наибольшая величина нагрузки, используемая в расчётах конструкций по несущей способности: Временная f – коэффициент надёжности по нагрузке (обычно f > 1); учитывает возможные неблагоприятные отклонения нагрузки от нормативного значения (обычно в сторону увеличения) вследствие её статистической изменчивости. железобетонных, каменных, деревянных 1, 1 изоляционных, выравнивающих и отделочных слоёв, выполняемых на строительной площадке 1, 3 полезная при полном нормативном значении менее 200 кг/м 2 1, 3 полезная при полном нормативном значении 200 кг/м 2 и более 1, 2 крановая 1, 1 п. 4. 8 снеговая 1, 4 п. 5. 7 ветровая Расчётная нагрузка 1, 4 п. 6. 11 п. 3. 7 Чем более изменчива нагрузка, тем выше для неё коэффициент f. Наибольшей изменчивостью обладают атмосферные нагрузки – снеговая, ветровая ( f = 1, 4).

Определение нагрузок Нормативные значения нагрузок определяются: a для постоянных нагрузок – по проектным данным; a для полезных нагрузок – по наибольшим значениям, которые предусмотрены условиями нормальной эксплуатации; a для снеговой и ветровой нагрузок – по данным метеонаблюдений. Сбор нагрузки на перекрытие жилого здания Состав Нормативная нагрузка, кг/м 2 Коэффициент надёжности по нагрузке f Расчётная нагрузка, кг/м 2 600· 0, 02 = 12 1, 1 12· 1, 1 = 13, 2 1800· 0, 02 = 36 1, 3 36· 1, 3 = 46, 8 2500· 0, 25 = 625 1, 1 625· 1, 1 = 687, 5 Итого постоянная нагрузка 673 - 747, 5 Временная (полезная) нагрузка 150 1, 3 150· 1, 3 = 195 673 + 150 = 823 - 942, 5 Паркетный пол; 600 кг/м 3; толщ. 20 мм Стяжка из ц/п р-ра; 1800 кг/м 3; толщ. 20 мм Ж/б плита; 2500 кг/м 3; толщ. 250 мм Итого полная нагрузка

Полезные нагрузки Полезными принято называть нагрузки, восприятие которых составляет целевое назначение сооружений. Полезные нагрузки (по табл. 3 СНи. П 2. 01. 07 -85*. Нагрузки и воздействия) Здания и помещения Нормативные значения нагрузок, к. Па (кг/м 2) полное пониженное Квартиры жилых зданий 1, 5 (150) 0, 3 (30) Помещения административные, учебные 2, 0 (200) 0, 7 (70) Залы читальные 2, 0 (200) 0, 7 (70) обеденные 3, 0 (300) 1, 0 (100) зрительные, концертные, спортивные 4, 0 (400) 1, 4 (140) не менее 4, 0 (400) не менее 1, 4 (140) Книгохранилища, архивы не менее 5, 0 (500) Автостоянки* не менее 3, 5 (350) не менее 1, 5 (150) кратковременная нагрузка длительная нагрузка торговые, выставочные *по МГСН 4. 19 -05

Сочетания нагрузок На конструкцию действует, как правило, несколько нагрузок, и при расчёте необходимо выявить их наиболее неблагоприятное сочетание. При учёте одновременного действия более двух нагрузок их расчётные значения умножают на коэффициенты сочетаний < 1. Коэффициент сочетаний учитывает маловероятность одновременного действия максимальных значений нескольких нагрузок. СНи. П 2. 01. 07 -85* предусматривает основные и особые сочетания нагрузок. Сочетание Учитываемые нагрузки Коэффициенты сочетаний для нагрузок постоянных длительных кратковременных особых Основное 1 Постоянная + одна временная 1 1 1 - Основное 2 Постоянная + две и более временных 1 0, 95 0, 9 - Особое Постоянная + временные + одна особая 1 0, 95 0, 8 1 Сейсмич. Постоянная + временные + сейсмич. 0, 9 0, 8 0, 5 1

Снеговая нагрузка Вар. 1 Вар. 2 Расчётная снеговая нагрузка на горизонтальную проекцию покрытия : 1, 25 учитывается при 20° ≤ ≤ 30° 0, 75 где sg – расчётное значение веса снегового покрова; определяется в зависимости от снегового района; – коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие; Учёт снеговых мешков при h > sg /2 h – в м; sg – в к. Па = 1; при уклоне кровли ≥ 60° = 0 (снега нет). при уклоне кровли 25° Снеговой район b = 2 h I II IV V VI VIII sg, к. Па 0, 8 1, 2 1, 8 2, 4 3, 2 4, 0 4, 8 5, 6 sg, кг/м 2 80 120 180 240 320 400 480 560 (табл. 4* СНи. П 2. 01. 07 -85* «Нагрузки и воздействия» ) Москва Учёт снеговых мешков в Москве необходим при высоте парапета h > sg/2 = 1, 8/2 = 0, 9 м

Снеговая нагрузка • В СНи. П 2. 01. 07 -85* до 2003 г. приводилась нормативная снеговая нагрузка: Расчётная снеговая нагрузка: s = sn · f = 100 1, 4 = 140 кг/м 2, где f – коэффициент надёжности по нагрузке ( f = 1, 4). • В СНи. П 2. 01. 07 -85* после изменений 2003 г. стала приводиться расчётная снеговая нагрузка: для г. Москвы sg = 180 кг/м 2 (повышена), длительная sn = 100 кг/м 2. кратковременная = полная для г. Москвы Распределение снеговой нагрузки по месяцам а нормативное значение составило sn = 180/1, 4 = 126 кг/м 2. • По МГСН 4. 19 -05 расчётное значение снеговой нагрузки для Москвы составляет sg = 200 кг/м 2 (ещё более повышена). Длительной является снеговая нагрузка с пониженным расчётным значением, определяемым умножением полного значения на коэффициент 0, 5.

Ветровая нагрузка на сооружения определяется как сумма двух составляющих: средней (статической) – учитывается во всех случаях; пульсационной (динамической) – не учитывается, если высота здания менее 36 м и отношение высоты к пролёту менее 1, 5. Подветренная сторона, пассивное давление ветра (са = 0, 8) (ср = 0, 6) сооружение ветер 10 м динамическая составляющая Наветренная сторона, активное давление ветра время статическая составляющая Схема загружения статической составляющей ветровой нагрузки

Ветровая нагрузка Москва Расчётное значение статической составляющей ветровой нагрузки : (по табл. 5 СНи. П 2. 01. 07 -85*) Ветровой район w 0, к. Па I II IV V VI VII 0, 23 0, 30 0, 38 0, 48 0, 60 0, 73 0, 85 Высота, м Коэффициент k для типов местности A B C где ≤ 5 0, 75 0, 4 w 0 – нормативное значение ветрового 10 1, 0 0, 65 0, 4 давления; определяется в зависимости от ветрового района; 20 1, 25 0, 85 0, 55 40 1, 5 1, 1 0, 8 ≥ 480 2, 75 k – коэффициент изменения ветрового давления по высоте; принимается в зависимости от типа местности (А, В, С); с – аэродинамический коэффициент; в простейшем случае са = 0, 8; ср = 0, 6; f – коэффициент надёжности по нагрузке; f = 1, 4. (по табл. 6 СНи. П 2. 01. 07 -85*) Тип А – открытые побережья морей, озёр; пустыни, степи, лесостепи, тундра; Тип В – городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м; Тип С – городские районы с застройкой зданиями высотой более 25 м.

Предельные состояния конструкций Предельное состояние конструкции – это состояние, при котором конструкция перестаёт отвечать предъявляемым к ней требованиям безопасности или эксплуатационной пригодности. Нормы проектирования предусматривают две группы предельных состояний. Предельные состояния 1 -й группы (по несущей способности) • разрушение • потеря устойчивости Предельные состояния 2 -й группы (по пригодности к нормальной эксплуатации) • появление недопустимых прогибов, осадок, углов поворота • переход конструкции в изменяемую систему Несущая способность конструкции • в качественном отношении – это способность конструкции воспринимать действующую нагрузку. • в количественном отношении – это максимальная величина нагрузки, которую может выдержать конструкция. Нормальная эксплуатация – это эксплуатация, осуществляемая в соответствии с предусмотренными технологическими или бытовыми условиями. ГОСТ 27751 -89. Надёжность строительных конструкций и оснований. Основные положения по расчёту.

Предельные состояния конструкций Группы предельных состояний Основные виды расчётов Первая группа – по несущей способности • на прочность; • на устойчивость (общую и местную) – для металлических конструкций Вторая группа – по пригодности к нормальной эксплуатации • на жёсткость (деформативность) • на трещиностойкость (сопротивление образованию и раскрытию трещин) – только для железобетона Особые • • • на на на стойкость к прогрессирующему обрушению огнестойкость сейсмостойкость долговечность выносливость* Учитываемые нагрузки расчётные нормативные с пониженным значением * Расчёт на выносливость проводят для конструкций, непосредственно испытывающих воздействие многократно-повторных нагрузок (мосты, подкрановые балки).

Принцип расчёта по первому предельному состоянию плотность распределения р(F) р(Ф) Несущая способность конструкции (Ф) Усилия от внешних нагрузок (F) нормативное усилие Fn расчётное усилие F расчётная несущая способность нормативная несущая способность Наибольшие усилия в конструкции N от внешних нагрузок не должны превышать её наименьшей несущей способности Ф: Ф Фn Резерв (запас) прочности • Расчётная нагрузка больше, чем нормативная. • Расчётная несущая способность меньше, чем нормативная. • Расчётное сопротивление меньше, чем нормативное.

Обобщённые условия расчёта по первому и второму предельным состояниям расчётная нагрузка нормативная нагрузка расчётное сопротивление геометрия сечения коэффициент надёжности по нагрузке коэффициент сочетаний нормативное сопротивление коэффициент надёжности по материалу коэффициент надёжности по назначению коэффициент условий работы Прогибы (или перемещения) конструкции f от нормативных нагрузок не должны превышать предельно допустимых значений fu: прогиб от нормативных нагрузок жёсткость предельно допустимый прогиб

Учёт ответственности сооружений и условий работы конструкций Для учёта ответственности зданий и сооружений, характеризуемой экономическими, социальными и экологическими последствиями их отказов, расчётные значения нагрузок умножают на коэффициент надёжности по назначению сооружения n ( «коэффициент важности» по терминологии EN). Для учёта условий работы конструкций, не отражённых непосредственно в расчётах, расчётные сопротивления материала умножают на коэффициент условий работы с ( «коэффициент модели» по терминологии EN). по ст. 16 384 -ФЗ Уровень ответственности Коэффициент надёжности по назначению n I повышенный не ниже 1, 1 II нормальный не ниже 1, 0 III пониженный не ниже 0, 8 Характеристика объектов Уникальные здания и сооружения Здания и сооружения массового строительства Здания сезонного или вспомогательного назначения По табл. 6* СНи. П II-23 -81* Элементы стальных конструкций Коэффициент условий работы с Колонны общественных зданий 0, 95 Элементы стержневых конструкций покрытий и перекрытий 0, 95 Сжатые раскосы (кроме опорных) и стойки ферм при гибкости более 60 0, 8 Сжатые элементы из уголков, прикрепляемых одной полкой 0, 75 Опорные плиты из стали с пределом текучести до 285 МПа, несущие статическую нагрузку, толщиной до 40 мм 1, 2

Развитие методов расчётной оценки безопасной работы конструкций Метод расчёта, его появление в нормах России Условие расчёта u/k, Метод допускаемых напряжений где - действующие напряжения, u – предельные напряжения, k – коэффициент запаса (k 1, 5) (с 1896 г. ) M Mu/k, Метод разрушающих усилий где M - действующие усилия, Mu – несущая способность, k – коэффициент запаса (с 1938 г. ) F f n Fu c / m, Метод предельных состояний где F – действующие напряжения (или усилия), Fu – предельные напряжения (или несущая способность), f , , n , c , m – коэффициенты надёжности (с 1951 -55 г. ) Вероятностный метод P(t) Pn, где P(t) и Pn – вероятность надёжной работы конструкции в течение времени t и её допустимое (приемлемое) значение. Основные недостатки Не учитывается пластическая работа материала Единый коэффициент запаса не отражает многообразие реальных условий работы Не учитывается фактор времени. Не оценивается надёжность в явном виде Необходимо наличие обширных исходных статистических данных В методе предельных состояний единый коэффициент запаса был разделён на несколько «частных» коэффициентов надёжности

Лекция 3 БАЛОЧНЫЕ КОНСТРУКЦИИ. РАСЧЁТ НА ПРОЧНОСТЬ ПРИ ИЗГИБЕ, СРЕЗЕ И СМЯТИИ • Статические схемы и типы сечений балок • Типы балочных клеток • Проверка прочности и жёсткости балок • Местные напряжения в стенках балок • Срез и смятие

Общие соображения Балка является простейшим конструктивным элементом, работающим на изгиб. Область применения балочных конструкций: Перекрытия и покрытия промышленных и гражданских зданий пролётом до 18 м; Подкрановые балки и пути подвесного транспорта; Мосты, эстакады. Генеральные размеры балок – расчётный пролёт l и высота сечения h. Расчётный пролёт балки – это расстояние между центрами её опорных площадок. Высота сечения обычно составляет h = (1/8… 1/12)l. Чем выше нагрузка, тем меньше это отношение.

Балочные клетки Балочная клетка представляет собой систему балок, по которым передаётся нагрузка от перекрытия (покрытия). Обычный тип Усложнённый тип Передача нагрузки: Балка настила (2) Главная балка (1) Передача нагрузки: Балка настила (3) Вспомогательная балка (2) Главная балка (1)

Статические схемы балок Разрезные балки Неразрезные балки Эп. М Эп. прогибов Инвестиционные и страховые риски для статически неопределимых конструкций меньше, чем для статически определимых [+] Снижение расхода материалов [+] Удобство монтажа [−] Чувствительность к осадке опор

Типы сечений балок Для элемента, изгибаемого в одной плоскости, наиболее эффективным является двутавровое сечение, так как оно характеризуется наибольшим значением радиуса ядра сечения rx Неправильная установка Ядро сечения – это некоторая область вокруг центра тяжести сечения, внутри которой можно располагать точку приложения продольной силы, не вызывая в сечении напряжений разных знаков. Швеллерное сечение при плоском изгибе является менее эффективным вследствие несовпадение центра изгиба с центром тяжести сечения. Швеллер целесообразно применять в балках, работающих на косой изгиб (например, для прогонов скатных кровель).

Ядро сечения и центр изгиба Плоский изгиб (линия действия силы проходит через центр изгиба) Изгиб с кручением Сила приложена на границе ядра сечения

Прокатные и составные балки По способу изготовления балки могут быть прокатными и составными. (1) Прокатные балки (1) выполняются из прокатных профилей сортамента. Величина их пролёта ограничена расстоянием 6… 12 м. Составные балки применяются, когда в сортаменте не оказывается профиля, способного воспринять действующую нагрузку: (2) (3) (4) Сварные балки (2) из трёх листов, соединённых автоматической сваркой; Балки из элементов, соединённых болтами или заклёпками (3), применяются при действии значительных динамических нагрузок; Балки с перфорированной стенкой (4), применяются при больших пролётах и сравнительно невысоких нагрузках.

Балки с перфорированной стенкой получают в результате разреза прокатного двутавра ломаной линией в продольном направлении и последующей сваркой. линия разреза Сварка стыковым швом

Расчёт на прочность при плоском изгибе Нормальные и касательные напряжения в произвольном сечении z: x x l q Условие прочности по приведённым напряжениям (reduced = приведённый) : z При = 0 (сечение с Mmax) : При = 0 (сечение с Qmax) : Wxn – момент сопротивления сечения нетто, см 3; Sx – статический момент полусечения, см 3; Jxn – момент инерции сечения нетто, см 4; tw – толщина стенки, см; Rs – расчётное сопротивление стали срезу, к. Н/см 2; Rs = 0, 58 Ry

Учёт развития пластических деформаций при расчёте на прочность при изгибе Линейно-упругая стадия При расчёте на прочность разрезных балок, несущих статическую нагрузку, допускается учитывать ограниченное развитие пластических деформаций (п. 5. 18* СНи. П II-23 -81*): < Ry Упругопластическая стадия Ry Ry Af a a < Ry Ry a Ry с – коэффициент, учитывающий развитие Aw Af пластических деформаций (по табл. 66 СНи. П); при отношении Af/Aw = 0, 5 значение с = 1, 12. l a q коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций Зона ограниченного развития пластических деформаций Mpl = c. Wx. Ry c lpl Mel = Wx. Ry c

Проверка прочности балок Проверка прочности Положение расчётного сечения в однопролётной балке Положение расчётной точки по высоте сечения в середине пролёта у наружных граней поясов (Mmax) ( max) По касательным напряжениям у опоры в середине высоты (Qmax) ( max) По приведённым напряжениям в месте изменения сечения в краевом участке стенки на уровне поясных швов По нормальным напряжениям (reduced = приведённый) Условие проверки с1 и 1, 15 – коэффициенты, учитывающие развитие пластических деформаций; для прокатных балок с1 = 1, 12; проверка по приведённым напряжениям производится только для составных балок.

Расчёт на прочность при срезе и смятии Q Смятие Срез Площадь среза P Q Смятие торцевой поверхности b h t Срез Площадь смятия t Условие прочности: Q – расчётное поперечное усилие, к. Н; ht – площадь среза, см 2. Условие прочности: P – расчётное усилие, к. Н; bt – площадь смятия, см 2; Rp – расчётное сопротивление смятию; Rp = Ru.

Тестовые вопросы Установите соответствие: q Ry • Расчётное сопротивление стали растяжению, сжатию, изгибу по пределу текучести q Rp • Расчётное сопротивление стали растяжению, сжатию, изгибу по временному сопротивлению q Ru • Расчётное сопротивление стали сдвигу (срезу) q Rs • Расчётное сопротивление стали смятию торцевой поверхности (при наличии пригонки) Расположите характеристики стали (одного класса) в порядке их возрастания по величине: q Ry q Run q Ru q Rs q Ryn

Местные напряжения в стенках элементов колесо крана Местные напряжения в стенках балок и колонн возникают в местах приложения значительных сосредоточенных усилий – как активных (внешних нагрузок), так и и реактивных (опорных реакций). рельс loc Прочность стенок при действии местных напряжений должна быть проверена расчётом. Расчёт производить не требуется, если стенка в местах приложения сосредоточенной нагрузки укреплена поперечными рёбрами жёсткости. Если балка рассчитывается с учётом развития пластических деформаций, установка поперечных рёбер жёсткости в местах действия сосредоточенных нагрузок является обязательной (п. 5. 21 СНи. П). F V loc – местные напряжения (local = местный)

Расчёт на прочность при действии местных напряжений A поперечное ребро жёсткости Условие расчёта: b 45° lef F – расчётное усилие, к. Н; t – толщина стенки, см; lef – условная длина распределения местных напряжений, см: A-A опорная планка tf площадка смятия tw tf tw A сварная балка b – ширина опорной пластинки; tf – толщина верхнего пояса (в сварной балке) или расстояние от наружной грани полки до начала внутреннего закругления стенки (в прокатной балке). прокатная балка Способы снижения местных напряжений: Установка поперечных рёбер жёсткости; Увеличение ширины опорной планки b. Увеличение толщины стенки не рекомендуется. tf

Конструктивные требования к поперечным рёбрам жёсткости (п. 7. 10 СНи. П II-23 -81*) Поперечные рёбра жёсткости воспринимают сосредоточенные усилия и равномерно распределяют их на всю толщину стенки. 60 Скос ребра жёсткости для пропуска поясных швов 40 При отсутствии поперечных рёбер жёсткости сосредоточенное усилие воспринимается лишь тонкой стенкой. hw bh ширина парного ребра ширина одностороннего ребра th толщина ребра

Проверка жёсткости балок (расчёт по прогибам) Прогиб балки f от действия нормативной нагрузки qn не должен превышать предельно допустимой величины fult, назначаемой по табл. 19 СНи. П 2. 01. 07 -85*. Нагрузки и воздействия: Для свободно опёртой балки, загруженной равномерно распределённой нагрузкой фактический прогиб Предельные прогибы конструкций назначаются по табл. 19 СНи. П 2. 01. 07 -85* исходя из конкретных эксплуатационных требований: • Технологических (обеспечение условий нормальной эксплуатации технологического оборудования); • Конструктивных (обеспечение целостности примыкающих друг к другу элементов); Предельные прогибы балок (по эстетико-психологичеким требованиям) Пролёт балки Предельный прогиб fu L ≤ 1 м L/120 • Физиологических (предотвращение ощущений дискомфорта при колебаниях); L=3 м L/150 L=6 м L/200 • Эстетико-психологических (обеспечение благоприятного впечатления о безопасности конструкции). L = 24 м L/250 L = 36 м L/300

Лекция 4 УСТОЙЧИВОСТЬ СТАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ • Общая устойчивость • Местная устойчивость

Расчёт на общую устойчивость Потеря общей устойчивости характеризуется изменением первоначальной формы деформирования всей конструкции под действием сжимающей нагрузки. Условие устойчивости при осевом сжатии: К. С. Р. С. N N N – расчётное продольное усилие, к. Н; – коэффициент продольного изгиба; определяется по табл. 72* СНи. П II -23 -81* (или по графику ) в зависимости от максимальной гибкости стержня : lef условная гибкость Чем больше гибкость , тем меньше коэффициент и меньшую нагрузку может выдержать сжатый элемент. y x x y lef – расчётная длина стержня, см; i – радиус инерции сечения, см. Потеря устойчивости происходит относительно оси с наибольшей гибкостью, при этом стержень искривляется в направлении, перпендикулярном этой оси.

Расчётная длина сжатого стержня Р. С. Расчётная длина стержня – это эквивалентная из условия устойчивости длина шарнирно опёртого стержня той же жёсткости. Геометрически расчётная длина определяется как расстояние между точками перегиба изогнутой оси стержня (длина полуволны синусоиды). К. С. N H lef Методика расчёта стержней на устойчивость с использованием коэффициента расчётной длины была предложена проф. Ясинским Ф. С. в 1894 году. y x x lef = · H - коэффициент расчётной длины y

Расчётная длина сжатого стержня N N H lef = H/2 lef = H связи N N H lef = 2 H

Вертикальные связи между колоннами Образование геометрически неизменяемых систем Геометрически изменяемая система (все узлы шарнирные) Геометрически неизменяемая система (установлены связи) Стеснённые температурные деформации могут стать причиной потери устойчивости продольных элементов Нерациональная установка связей приводит к недопустимому горизонтальному перемещению крайней колонны

Почему коэффициент продольного изгиба зависит от расчётного сопротивления стали Ry Повлияет ли изменение марки стали на сопротивление потере устойчивости? Для стали С 245 коэффициент выражает снижение критического напряжения cr по отношению к расчётному сопротивлению стали Ry: 1 – гипербола Эйлера; 2 – снижение критической силы при нелинейных деформациях; 3 – кривая

Потеря местной устойчивости стенки и полок Изменение первоначальной формы отдельного элемента конструкции при сохранении формы всей конструкции называется потерей местной устойчивости. Балка N Колонна Местная устойчивость стенки и полок фасонного проката (двутавр, швеллер и пр. ) не требует проверки, так как она учтена при разработке сортамента. стенка пояс (полка)

Проверка местной устойчивости элементов Способы обеспечения местной устойчивости полки: 1) Уменьшение свеса Общий вид условия обеспечения местной устойчивости полки: bef tf bef 2) Увеличение толщины tf Способы обеспечения местной устойчивости стенки: 1) Установка поперечных и продольных рёбер жёсткости 2) [-] увеличение tw Предельные условные гибкости стенки и полки гарантируют, что потеря местной устойчивости не произойдёт раньше, чем потеря общей устойчивости всего стержня bef – ширина свеса полки, см; tf – толщина полки, см; uf – предельная условная гибкость полки по СНи. П II-23 -81*. Общий вид условия обеспечения местной устойчивости стенки: hw tw hw – высота стенки, см; tw – толщина стенки, см; uw – предельная условная гибкость стенки по СНи. П II-23 -81*.

Проверка общей устойчивости балок Условие проверки общей устойчивости балок: Консольная балка Wc – момент сопротивления для крайнего сжатого волокна; b – коэффициент снижения расчётного сопротивления при проверке общей устойчивости балок ( b 0, 85). Нагрузка, приложенная к нижнему поясу, стремится вернуть балку в исходное положение. Нагрузка, приложенная к верхнему поясу балки, увеличивает закручивание за счёт возникающего эксцентриситета. Свободно опёртая балка

Проверка общей устойчивости балок Общую устойчивость балок проверять не требуется: • Если нагрузка передаётся через сплошной жёсткий настил, непрерывно опирающийся на сжатый пояс балки и надёжно с ним связанный (сваркой); • Если отношение расчётной длины балки lef к ширине сжатого пояса bf не превышает установленных нормами предельных значений: Расчётная длина балки lef – это расстояние между точками сжатого пояса, надёжно закреплёнными от смещения в поперечном направлении. l ef= l l ef bf

Повышение местной устойчивости стенок составных балок установкой рёбер жёсткости bf tf 0, 6 hw потеря местной устойчивости стенки от действия главных сжимающих напряжений hw hw совместная потеря местной устойчивости полки и стенки от действия нормальных сжимающих напряжений max 60 0, 7 h поперечные рёбра жёсткости a 2 hw 40 br продольные рёбра жёсткости в сжатой (!) зоне сж. раст. tf tr max tw h hw bef

Обеспечение местной устойчивости элементов составных балок bef Местная устойчивость полки балки обеспечена, если выполняется условие: tf Стенку балки необходимо укреплять поперечными рёбрами жёсткости, если условная гибкость стенки w > 3, 2 (п. 7. 10 СНи. П II-23 -81*); Условная гибкость: Местная устойчивость стенки, укреплённой рёбрами жёсткости, обеспечена при w 3, 5 (п. 7. 3 СНи. П II-23 -81*), иначе необходимо выполнить расчётную проверку. устойчивая область Условие проверки местной устойчивости стенки: 1 r , – напряжения, действующие в расчётной точке; cr, cr – критические напряжения, зависящие от расчётных сопротивлений материала, размеров отсека и толщины стенки. 1

Лекция 5 (часть 1) КОЛОННЫ • Центрально- и внецентренно сжатые колонны • Колонны сплошного и сквозного сечения • Условие равноустойчивости • Подбор и проверка сечения центрально-сжатой колонны • Особенности расчёта сквозных колонн

Колонны Конструктивная схема Расчётная схема Три основных элемента колонны – оголовок, стержень и база. оголовок стержень колонны база фундамент lef – расчётная длина колонны

Центрально- и внецентренно сжатые колонны В центрально-сжатых колоннах сжимающее усилие приложено в центре тяжести сечения (или по оси стержня, поскольку ось – это линия, соединяющая центры тяжести сечений). Центральное сжатие Внецентренное сжатие Во внецентренно сжатых колоннах сжимающее усилие приложено с эксцентриситетом е. Внецентренное приложение усилия N эквивалентно совместному действию центрально приложенного усилия N и изгибающего момента M = N·e Сечение развивается в плоскости изгиба e – эксцентриситет (расстояние между осью стержня и линией действия силы N).

Колонны сплошного сечения Сплошные сечения эффективны при нагрузке N ≥ 4000 к. Н Сечения открытого профиля: Двутавровое Крестовое ix = 0, 42 h iy = 0, 24 b ix = iy = 0, 29 h Из двух швеллеров Из двух двутавров Сечения замкнутого профиля: dср – диаметр средней линии кольца Из двух швеллеров Кольцевое ix = iy = 0, 35 dср Трубчатое

Условие равноустойчивости при сжатии Для обеспечения рационального расхода материала необходимо соблюдать условие равноустойчивости, которое выражается в форме равенства гибкостей относительно возможных осей потери устойчивости: N H lef, y lef, x lef, y При выполнении условия равноустойчивости стержень колонны будет оказывать одинаковое сопротивление потере устойчивости в обоих возможных направлениях. Если условие не выполняется, создаются избыточные запасы устойчивости. lef, x = H lef, y = H/2 x y y x x y ix = 0, 42 h iy = 0, 24 b Условие равноустойчивости: y b x h

Эффективность различных типов сечений при центральном сжатии Если расчётные длины центрально-сжатой колонны равны (lef, x = lef, y), то наиболее эффективным для неё является сечение с наибольшим радиусом инерции (imax), одинаковым по всем направлениям (ix ix = iy = 0, 35 dср = iy). Из сплошных сечений указанным требованиям в наибольшей степени отвечает кольцевое сечение. ix = iy = 0, 29 h На втором месте – крестовое сечение. Двутавровое сечение будет соответствовать условию равноустойчивости, если двутавре (b b = 2 h. В обычном = h/2) и «колонном» двутавре (b h) потеря устойчивости произойдёт относительно оси у. В сквозных колоннах условие равноустойчивости обеспечивается за счёт изменения расстояния между ветвями. Это позволяет повысить радиус инерции сечения при сохранении той же площади. ix = 0, 42 h iy = 0, 24 b

Колонны сквозного сечения Сквозные сечения эффективны при нагрузке N < 4000 к. Н При N < 1500 к. Н Колонны сквозного сечения состоят из двух ветвей, соединённых решёткой. При N = 1500… 2500 к. Н При N = 2500… 4000 к. Н ix = iy = 0, 43 h ix = 0, 38 h iy = 0, 44 b ix = 0, 42 h iy = 0, 50 b Материальная ось Из-за большого числа сварных швов эти колонны оказываются более трудоёмкими, чем сплошные. Ветви Решётка Трубчатое Собственная ось ветви Свободная ось Сечение из двух двутавров применяется, когда в сортаменте уже нет подходящих швеллеров, способных воспринять действующую нагрузку.

Типы решёток сквозных колонн Решётка из планок лучше выглядит, однако раскосные решётки менее деформативные. При конструировании решёток желательно обеспечивать оптимальные углы наклона раскосов. Безраскосная (из планок) применяется при N ≤ 2500 к. Н Раскосная треугольная Раскосная с распорками min 150 мм для возможности окраски 35° max 1000 мм 45°

Диафрагмы жёсткости в сквозных колоннах Для обеспечения пространственной жёсткости сквозные колонны укрепляют поперечными диафрагмами, которые необходимо устанавливать через каждые 3… 4 м длины. Центрирование уголков в крестовой решётке допускается осуществлять по наружной грани ветви. диафрагма

Подбор и проверка сечения центрально-сжатых элементов Подбор сечения Задаём оптимальную гибкость: Чем больше нагрузка N, тем мощнее должно быть сечение, и поэтому меньше назначается оптимальная гибкость opt. для сплошных сечений opt = 50… 100; для сквозных сечений opt = 40… 90. Проверка устойчивости и гибкости Находим коэффициент Находим фактические гибкости относительно возможных осей потери устойчивости и сравниваем с предельными: по табл. 72* СНи. П II-23 -81* Определяем требуемые характеристики сечения: Находим коэффициент (по max) по табл. 72* СНи. П II-23 -81* Подбираем по сортаменту прокатной профиль или осуществляем компоновку составного сечения Осуществляем проверку устойчивости:

Проверка устойчивости внецентренно сжатой колонны сплошнго сечения в плоскости изгиба Физическая гибкость: Радиус инерции сечения Условная гибкость: Радиус ядра сечения Эксцентриситет: Относительный эксцентриситет: Приведённый эксцентриситет: Коэффициент снижения расчётного сопротивления при внецентренном сжатии: Условие проверки устойчивости: х – коэффициент влияния формы сечения, учитывает развитие пластических деформаций

Проверка устойчивости внецентренно сжатой колонны сплошнго сечения из плоскости изгиба Физическая гибкость: Коэффициент продольного изгиба (как для центральносжатого элемента): Коэффициент, учитывающий влияние момента (при mx 5): Условие проверки устойчивости: , – коэффициенты по табл. 10 СНи. П

Способы обеспечения местной устойчивости стенки колонны сплошного сечения L Увеличение продольного ребра жёсткости J Проектирование колонны с гибкой стенкой Поперечные рёбра ставят для повышения пространственной жёсткости колонны (2, 5… 3)hw K Установка (2, 5… 3)hw толщины стенки

Обеспечение устойчивости сквозной колонны N Потеря устойчивости сжатого раскоса решётки Предотвращается увеличением сечения раскоса M N Потеря устойчивости ветви на участке между узлами решётки l 0 Предотвращается уменьшением расстояния lef, x между узлами l 0 Потеря устойчивости относительно свободной оси l 0 Предотвращается увеличением расстояния lef, y между ветвями b Потеря устойчивости относительно материальной оси Предотвращается увеличением высоты профиля h y 1 y y 2 x x h 1 h 2 b h

Определение усилий в ветвях и решётке внецентренно сжатой колонны M В элементах сквозной внецентренно сжатой колонне в ветвях возникают только осевые усилия, то есть ветви и решётка работают как центральносжатые стержни вертикальной фермы. Усилия в элементах определяются из уравнений равновесия. Q N (без учёта Q) N 1 A 2 Nd h 1 h 2 h 0 N 2 « 2» - учитывает, что раскосы расположены в двух плоскостях

Особенность проверки устойчивости сквозных колонн В сквозной колонне из-за деформативности решётки гибкость относительно свободной оси будет больше, чем у для решетки из планок аналогичной сплошной колонны при тех же lef, y и iy. Поэтому в расчёте используется приведённая гибкость ef, y, определяемая по формулам табл. 7 СНи. П в зависимости от типа решётки. для раскосной решётки y – физическая гибкость стержня условно-сплошного сечения; 1 – гибкость ветви на участке между узлами решётки; A – площадь сечения; Ad – площадь сечения раскосов; - коэффициент. Условие равноустойчивости принимает вид:

Лекция 5 (часть 2) БОЛТОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ • Виды болтов и болтовых соединений • Классы точности болтов • Классы прочности болтов • Расчёт болтовых соединений на срез и смятие • Расчёт соединений на высокопрочных болтах • Конструктивные требования к размещению болтов

Преимущества и недостатки сварных и болтовых соединений Сварные соединения [+] [-] • Позволяют создавать простые конструктивные формы; • Снижают качество при осуществлении в монтажных условиях; • Непроницаемы для жидкостей и газов. • Создают остаточные напряжения и деформации; • Склонны к хрупкому разрушению при низких температурах, при действии динамических и циклических нагрузок. Болтовые соединения [+] [-] • Разборные; • Ослабляют сечения отверстиями; • Не снижают качество при осуществлении в монтажных условиях; • Повышают расход металла; • Выполняются в 2 раза быстрее; • Более надёжные. • Могут иметь повышенную деформативность.

Виды болтов В строительстве применяются: Обычные болты с гайкой и шайбой; Фундаментные (анкерные) болты; Самонарезающие болты. Условные обозначения Постоянные болты в заводских и монтажных соединениях Временные болты в монтажных соединениях Высокопрочные болты

Классы точности болтов В зависимости от требований к точности диаметра болтов различают три класса точности (А, B, C): Класс точности болтов Характеристика Допуск на отклонение диаметра болта от номинального А Болты повышенной точности – 0, 3 мм В Болты нормальной точности 0, 52 мм С Болты грубой точности 1, 0 мм В зависимости от требований к точности диаметра отверстий различают «чистые» и «чёрные» болты: в соединениях на болтах классов точности В и С диаметр отверстия превышает диаметр болта на 2… 3 мм (в отдельных случаях – на 3… 5 мм), что позволяет просверливать отверстия в каждой детали в отдельности – это «чёрные» болты; в соединениях на болтах класса точности А диаметр отверстия не должен превышать диаметр болта более чем на 0, 3 мм (такие отверстия получают, например, сверлением их на проектный диаметр в собранных элементах) – это «чистые» болты; раньше они использовались в особо ответственных соединениях, а сейчас из-за трудоёмкости установки их применяют редко, более эффективными являются высокопрочные болты.

Классы прочности болтов В зависимости от прочностных характеристик болты делят на классы прочности: Характеристика Болты обычной прочности Высокопрочные болты Применяемая сталь малоуглеродистая низколегированная Классы прочности болтов 4. 6; 4. 8; 5. 6; 5. 8; 6. 6; 8. 8 10. 9; 12. 9 5. 8 (классы прочности записываются через точку) первое число, умноженное на 100, равно временному сопротивлению, МПа; произведение чисел, умноженное на 10, равно пределу текучести, МПа. Наиболее широко применяют болты классов прочности 5. 8 и 5. 6 диаметром 16, 20, 24 мм.

Виды болтовых соединений Наиболее широкое распространение получили следующие виды болтовых соединений: Срезные соединения - воспринимают внешние усилия вследствие сопротивления болтов срезу и соединяемых элементов смятию, вследствие чего обладают повышенной деформативностью. Фрикционные соединения (сдвигоустойчивые соединения на высокопрочных болтах) - воспринимают внешние усилия вследствие сопротивления сил трения, возникающих по контактным плоскостям соединяемых элементов от предварительного натяжения болтов. Усилия натяжения контролируют, а соединяемые поверхности подвергают обработке. Фрикционно-срезные соединения (комбинированные). Фланцевые соединения - воспринимают внешние усилия вследствие сопротивления болтов растяжению; здесь несущая способность болтов используется наиболее полно.

Работа болтового соединения на срез и смятие Двухсрезное соединение Срез болта Односрезное соединение Смятие поверхности отверстия

Расчёт болтового соединения на срез и смятие Расчётное усилие, воспринимаемое одним болтом при его работе на срез: Rbs – расчётное сопротивление болта срезу (по табл. 58* СНи. П); b – коэффициент условий работы болтового соединения (по табл. 35* СНи. П); неравномерность работы многоболтового соединения учитывается коэффициентом b = 0, 9; Ab – площадь сечения болта (по табл. 62* СНи. П); ns – расчётное число срезов болта. Расчётное усилие, воспринимаемое одним болтом при работе поверхности отверстия на смятие: Rbp – расчётное сопротивление смятию соединяемых элементов (по табл. 59* СНи. П); db – диаметр болта; tmin – наименьшая суммарная толщина элементов, сминаемых в одном направлении. Необходимое число болтов в соединении : где

Расчёт болтового соединения на растяжение Расчётное усилие, воспринимаемое одним болтом при его работе на растяжение: Rbt – расчётное сопротивление болта растяжению (по табл. 58* СНи. П); Abn – площадь сечения нетто болта (по табл. 62* СНи. П). Фланец

Расчёт фрикционного соединения на высокопрочных болтах Расчётное усилие, воспринимаемое одной поверхностью трения соединяемых элементов: Rbh – расчётное сопротивление высокопрочного болта растяжению; Rbh = 0, 7 Rbun (Rbun – наименьшее временное сопротивление разрыву, определяется по табл. 61* СНи. П); b – коэффициент условий работы болтового соединения, зависящий от количества болтов 11. 13* СНи. П); Abn – площадь сечения нетто болта (по табл. 62* СНи. П); - коэффициент трения, зависящий от качества обработки поверхностей (по табл. 36* СНи. П); h – коэффициент надёжности, зависящий от вида нагрузки (статическая или динамическая), разности номинальных диаметров отверстий и болтов (1… 6 мм), способа регулирования натяжения. Необходимое число болтов в соединении : nf – количество поверхностей трения соединяемых элементов. Контролируемое усилие натяжения болта : (п.

Конструктивные требования к размещению болтов Размещение болтов осуществляется в соответствии с конструктивными требованиями (табл. 39 СНи. П), обеспечивающими прочность и устойчивость соединяемых элементов, а также отсутствие зазоров между ними. tmin s 2 s 1 2, 5 db s 1 8 db s 1 12 tmin s 2 2 db tmin s 2 4 db db s 2 8 tmin Дефекты, возникшие вследствие несоблюдения требований по размещению болтов

Конструктивные требования к размещению болтов Болты размещают в рядовом или шахматном порядке. Линии, проходящие по центрам болтов, называют рисками. Рядовое размещение Шахматное размещение Шаг Риски Размещение болтов по рискам Шаг Риски Накладки должны быть двухсторонними Преимущества шахматного размещения

Лекция 5 СОЕДИНЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ Часть 1 – СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ • Общие сведения о технологии сварки • Виды сварных швов и соединений • Стыковые сварные швы. Конструктивные требования и расчёт • Угловые сварные швы. Конструктивные требования и расчёт • Дефекты сварных соединений

Общие соображения Сварка – технологический процесс получения неразъёмного соединения путём установления межатомных связей между соединяемыми элементами при их нагреве и/или пластическом деформировании. Виды сварки • Электродуговая (с 1881) • Контактная (с 1881) Известно более 60 видов сварки. В строительстве наибольшее распространение получила электродуговая сварка. [+] Сварные соединения обладают высокой • Газовая (с 1895) • Плазменная (после 1926) • Электрошлаковая (с 1949) прочностью и достаточно экономичны; водои газонепроницаемы; им легко придавать любую форму. • Электронно-лучевая (с 1950) [–] При сварке происходит снижение • Сварка взрывом прочности исходного материала, возникают сварочные напряжения и деформации, появляется концентрация напряжений. • Диффузионная (с 1953) • Лазерная (после 1960) • Кузнечная

Газовая (ацетиленокислородная) сварка Источником тепла при газовой сварке является высокотемпературное пламя, образующееся при сжигании смеси ацетилена и кислорода. [–] Газовая сварка уступает электродуговой по прочности, производительности и экономичности. Газовая сварка на монтаже вызывает большое количество дефектов (пор, шлаковых включений, непроваров); чувствительна к низким температурам, ветру, атмосферным осадкам. Из-за сильного перегрева металла появляются значительные сварочные деформации. Левая сварка до 5 мм Правая сварка [+] Газовая сварка находит рациональное применение при соединении листов толщиной до 1, 5 мм (например, при монтаже сантехнических трубопроводов). Газовое пламя применяют при пайке, термической обработке металла, очистке от ржавчины. Оптимальные углы наклона

Электродуговая сварка основана на возникновении электрической дуги между электродом и свариваемыми деталями. Дуга создаёт температуру более 1500°С, что приводит к расплавлению основного металла и металла электрода. В результате в зоне контакта образуется сварной шов. Назначение обмазки электрода. При плавлении электрода обмазка создаёт шлаки и газы, защищающие шов от окисления и быстрого охлаждения, улучшающие механические свойства шва и стабилизирующие горение дуги. электрод держатель источник тока обмазка 15° вертикаль зажим шов свариваемые элементы Наиболее широко используются электроды с рутиловым покрытием (напр. , ОЗС-4). Электрододержатель пассатижного типа эл. дуга

Виды электродуговой сварки Ручная • Осуществляется электродами с обмазкой (d = 2… 8 мм); • Качество нестабильное; • Может применяться как в заводских, так и в монтажных условиях. Автоматическая • Осуществляется сварочной проволокой без обмазки (d = 1… 6 мм), защита шва осуществляется слоем сыпучего материала – флюса (гранулированного шлака); • Наиболее качественная; • Применяется для заводских швов большой длины. Полуавтоматическая (механизированная) • Сварка происходит под флюсом или в среде углекислого газа; подача сварочной проволоки (d = 0, 5… 3 мм) и газа осуществляется автоматически, а перемещение аппарата вдоль шва – вручную; • Применяется при малой длине шва, а также в местах, недоступных для автоматического сварочного аппарата.

Газоэлектрическая и электрошлаковая сварка Газоэлектрическая сварка Дуговую сварку в среде углекислого газа применяют для малоуглеродистых сталей. Благодаря высокой температуре газа, нагретого дугой, шов получается плотным и с большой глубиной провара. Аргоно-дуговую сварку применяют для высоколегированных нержавеющих и жаропрочных сталей, а также элементов из алюминиевых сплавов. Используется неплавящийся вольфрамовый электрод и присадочная проволока. Электрошлаковая (бездуговая) сварка применяется для стыкования вертикальных листов большой толщины (24… 300 мм). Вследствие тока большой силы (до 3000 А) электрическая дуга вызывает плавление флюса, в результате дуга гасится, а сам флюс становится проводником электричества от сварочной проволоки к свариваемым элементам. Электрошлаковая сварка

Выбор сварочных материалов Фрагмент табл. 55* и 56 СНи. П II-23 -81* Марка стали Сварочные материалы (при t до -40°С) ручная сварка полуавтоматическая сварка тип электрода марка сварочной проволоки марка флюса Св-08 Г 2 С (215) АН-348 -А Сталь обычной прочности С 245 С 255 С 275 Э 42 (180) Э 46 (200) Св-08 А (180) Св-08 ГА (200) Сталь повышенной и высокой прочности С 345 Э 50 (215) автоматическая сварка Св-10 НМА (240) С 375 С 390 серы и фосфора не более 0, 03% В скобках указано расчётное сопротивление металла шва Rwf, МПа Нормативное сопротивление основного металла 375 МПа (38 0, 08% углерод кг/мм 2) Нормативное сопротивление металла шва 490 МПа (50 кг/мм 2) 2% марганец 1% кремний Прочность шва должна несколько превышать прочность основного металла, поэтому в нормах проектирования рекомендуются сварочные материалы для каждой группы марок стали.

Виды сварных швов и условные обозначения • Стыковые и угловые Виды сварных швов • Заводские и монтажные • Рабочие (расчётные) и связующие (конструктивные) • Нормальные, выпуклые и вогнутые Выполняются на строительной площадке Заводские швы • Непрерывные и прерывистые Выполняются на заводеизготовителе Монтажные швы • Однослойные и многослойные Торцы деталей приставляют один к другому встык и сваривают Шов наплавляется в угол, образуемый свариваемыми элементами Стыковые швы Угловые швы

Виды сварных соединений Стыковое Соединение внахлёстку с накладками Фланговые швы расположены параллельно действующему усилию Лобовые швы расположены перпендикулярно действующему усилию Соединение внахлёстку без накладок

Сварочные деформации (а) Деформации листа от продольной и поперечной усадки шва; (б) Деформации при сварке стыковых соединений; (в) Деформации при сварке нахлёсточных соединений; (г) Серповидность тавровой балки; (д) Грибовидность полок двутавра; (з) Винтообразность балки коробчатого сечения при сварке поясных швов в противоположных направлениях; (ж) Излом двутавра при сварке сверху вниз; (е) Серповидность двутавра при несимметричной приварке рёбер жёсткости; (и) Местные деформации в тонкой стенке – «хлопуны» ; (к) Деформации при сварке труб. Шов даёт усадку «на себя»

Мероприятия по уменьшению сварочных деформаций (а) Жёсткое закрепление свариваемых пластин; (б) Особая схема сборки листов перед сваркой; (в) Выгиб полок перед сваркой; (г) Последовательность выполнения сварных швов в несимметричном двутавре; (д) то же, в симметричном двутавре; (е) Последовательность выполнения швов обратноступенчатым методом; (ж) Проковка поясного шва; (з) Прокатка стыковых швов; (и) Термическая правка; (к) Механическая правка; (л) Проковка швов при многослойной сварке.

Выбор последовательности выполнения сварных швов ручной сваркой Последовательность выполнения сварных швов должна обеспечить наибольшую свободу температурных деформаций до 30 см Способы выполнения сварных швов по длине: (а) на проход; (б) от середины к концам; до 1 м (в) обратноступенчатый способ. свыше 1 м Последовательность сварки монтажного стыка двутавра (1) Стыковой шов в стенке; (2), (3) Стыковые швы в полках; (4), (5) Угловые поясные швы (эти участки оставлены не заваренными на заводе).

Положение сварных швов в пространстве Качество, геометрическая форма и размеры сварного шва зависят от условий проведения сварки. Наиболее качественная сварка получается при нижнем положении шва и шве «в лодочку» .

Технология автоматической сварки Сварка без полного провара Сварка с полным проваром Сварка без разделки кромок Сварка с разделкой кромок Автоматическая сварка (а) самоходной сварочной головкой; (б) подвесной сварочной головкой; (в) сварочным трактором. Отправка Сборка двутаврового элемента по разметке Правка Сварка Сборка Заготовка Поточная комплексно-механизированная линия для изготовления двутавровых балок

Технологические планки и прихватки Варианты технологических планок Горячие трещины (а) Трещина в замыкающем шве из-за неправильной последовательности сварки; (б) Трещина в начале шва из-за крепления технологической планки одной прихваткой. 1 2 3 4 Правильная последовательность Прихватки односторонняя

Расчёт угловых швов Угловые швы условно рассчитываются только на срез. Предполагается, что разрушение шва может произойти по одному из двух сечений: Опасное сечение определяется сравнением Rwf f и Rwz z 1 – по металлу шва (индекс f): Корень шва 2 – по металлу границы сплавления сварного шва с основным металлом (индекс z): kf - катет шва; f, z – коэффициенты глубины проплавления шва; при ручной сварке f = 0, 7; z = 1, 0 (табл. 34* СНи. П II-23 -81*). n – число швов; cos 45° 0, 7 Rwf , Rwz – расчётные сопротивления; Rwf – по табл. 56 СНи. П; Rwz = 0, 45 Run ; wf , wz – коэффициенты условий работы сварного соединения при низких температурах (при t до -40°С равны 1, 00); lw – расчётная длина шва, принимается меньше фактической на 10 мм из-за снижения качества сварки на концах шва.

Конструктивные требования к угловым швам Минимальная расчётная длина шва: lw 4 kf ; lw 40 мм l = lw +10 мм Минимальный катет шва kf, min определяется по табл. 38* СНи. П в зависимости от наибольшей толщины соединяемых элементов tmax Максимальная расчётная длина фланговых швов: Максимальный катет шва: lw 85 f kf kf, max = 1, 2 tmin , (так как усилия по длине фланговых швов распределены неравномерно) tmin – наименьшая из толщин соединяемых элементов Из двух швов с одинаковой несущей способностью более экономичным является шов с меньшим катетом и большей длиной. kf kf tmin kf 1, 2 tmin kf kf tmin

Силовые потоки в стыковых и угловых швах. Концентрация напряжений усилия по длине фланговых швов распределены неравномерно

Конструктивные требования к приварке рёбер жёсткости, повышающие выносливость балок Короткие планки, плотно пригнанные или приваренные только продольными швами При действии динамических и многократно-повторных нагрузок рекомендуется избегать поперечных швов в растянутой зоне, от усадки которых развиваются внутренние растягивающие напряжения и суммируются с напряжениями от внешней нагрузки. Однако отсутствие швов крепления рёбер жёсткости снижает жёсткость балки при кручении, поэтому … Вырез более предпочтителен, чем скос

Расчёт стыковых швов Если для сварки выбраны материалы (электроды, проволока) в соответствии с требованиями СНи. П, то стыковые швы принимаются: - при сжатии – равнопрочными основному металлу (расчётное b сопротивление шва N N Rwy = Ry) и не рассчитываются; - при растяжении – имеющими прочность, на 15% меньшую прочности основного металла (Rwy t N N b N N = 0, 85 Ry). Условие расчёта: lw – расчётная длина шва; при выводе концов шва на технологические планки lw = b, иначе lw = b – 2 t. Швы можно не рассчитывать, если - осуществляется контроль их качества физическими методами (например, ультразвуковым) – для заводских швов; 2 1 b/2 - шов выполняется с уклоном не менее 2: 1, что увеличивает его расчётную длину (применяется обычно для монтажных швов).

Конструктивные требования к стыковым швам • Скос с уклоном не более 1: 5 при соединении листов разной толщины или ширины; • Вывод концов шва на технологические планки; В зависимости от толщины стыкуемых элементов • Разделка кромок, подварка корня шва. При сварке втавр с полным проваром Если сварка с двух сторон затруднительна подварочный шов (для V, U – образных швов) Обработка кромок стыковых швов

Дефекты сварных швов Контролируемые параметры режима сварки Параметры режима сварки Вид сварки Ручная Полу -авт. Авт. Диаметр электрода или проволоки + + + Род тока (постоянный, переменный) + + + Полярность (прямая, обратная) + + + Величина сварочного тока + + + Напряжение дуги Скорость сварки + Вылет электрода + Расход газа + Скорость подачи проволоки + +

Лекция 6 РАСЧЁТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ УЗЛОВ В БАЛКАХ И КОЛОННАХ • Жёсткие и шарнирные сопряжения балок с колонными • Опирание балок сверху • Примыкание балок сбоку • Сопряжение балок между собой • Стыки балок • Базы колонн

Общие соображения Сопряжение балок с колоннами Опирание сверху Примыкание сбоку Шарнирное Жёсткое Передаёт только вертикальную опорную реакцию Передаёт вертикальную опорную реакцию и изгибающий момент F=M/h h M F

Сопряжение балок с колонной: опирание сверху Монтажные болты 1 10 Опорное ребро Монтажные болты 1 1 -1 20 20 20 Торец строгать 1 1 -1 1 Рёбра жёсткости в местах передачи опорных реакций Вариант 1 Вариант 2

Сопряжение балок с колонной: примыкание сбоку Жёсткое Болты, рассчитанные на растяжение А Шарнирное А-А Рёбра жёсткости Монтажные болты Усилия в болтах М Опорный фланец из толстого листа, рассчитанный на изгиб 10 -20 мм Опорный столик 30 -40 мм Диаметр отверстия на 3… 4 мм больше диаметра болта, чтобы болты не могли воспринимать опорную реакцию и работать на срез в случае неплотного опирания фланца на опорный столик Торцы строгать 30 -40 мм А 20 -30 мм 10 -16 мм Сварные швы, рассчитанные на восприятие опорной реакции Опорный фланец из гибкого листа, рассчитан только на смятие торцевой поверхности

Сопряжение балок с колонной: примыкание сбоку Жёсткое F = M/h h Монтажные болты М F Ребро жёсткости Торцы строгать Опорный столик толщ. 20 -30 мм Сварные швы, рассчитанные на действие усилия F «Рыбка» min 50 мм

Сопряжение балок с колонной: примыкание сбоку Жёсткое Шарнирное А-А А Сварные швы, рассчитанные на действие усилия F 10 -15 мм F = M/h h М F Монтажный болт Сварные швы, рассчитанные на восприятие вертикальной опорной реакции Верхняя «рыбка» Нижняя «рыбка» А Монтажный болт, диаметр отверстия на 3… 4 мм больше диаметра болта Опорный столик Работа металла на растяжение в направлении толщины проката может привести к его расслоению

«Полужёсткое» сопряжение балок с колонной Жёсткое [+] Предотвращение поворота балки закреплением стенок М [+] Сварные швы, рассчитанные на восприятие только вертикальной опорной реакции [+] Монтажные болты, удерживающие балку в проектном положении при выполнении сварных швов «Полужёсткое» [-] Предотвращение поворота балки только закреплением стенки М [-] Образование трещин в швах [-] Отсутствие монтажных болтов

Сопряжение ригеля с колонной Жёсткое Шарнирное P M P=M/h В чём здесь ошибка? «Рыбка» Монтажный болт

Сопряжение балок между собой Этажное В одном уровне Пониженное Зачем эта скоба? Используется в балочной клетке усложнённого типа

Стыки балок Почему в монтажном стыке последовательность сварки листов составной балки имеет значение, а в заводском – нет? Почему шов в верхнем поясе прямой, а в нижнем - наклонный? Конструкции перевозят по отдельным частям, которые называются отправочными элементами (отправочными марками). Желательно, чтобы их число было минимальным. Стыки балок Заводские Монтажные Причины устройства Ограниченная длина проката (не более 12 м); изменение сечения элемента по длине Невозможность перевезти элемент в готовом виде (при длине свыше 18 м) Особенности размещения Вразбежку В одном сечении

Лекция 6 (часть 2) БАЗЫ КОЛОНН • Жёсткие и шарнирные сопряжения балок с колонными • Опирание балок сверху • Примыкание балок сбоку • Сопряжение балок между собой • Стыки балок • Базы колонн

Общие соображения Назначение базы колонны: 1 – Распределение нагрузки от колонны по площади фундамента; 2 – Закрепление нижнего конца колонны в соответствии с принятой расчётной схемой (шарнирное или жёсткое). Наиболее простая конструкция базы получается, когда колонна опирается непосредственно на опорную плиту. Однако в этом случае плиту приходится выполнять достаточно большой толщины, иначе она будет отгибаться. База без рёбер Для равномерности передачи давления торец колонны фрезеруют реактивный отпор фундамента База с консольными рёбрами База с траверсами Чтобы уменьшить толщину плиты, предусматривают передачу нагрузки от колонны на плиту через консольные рёбра или траверсы. траверса

Безвыверочный метод монтажа колонн База с фрезерованным торцом колонны Сначала на фундамент устанавливают опорную плиту, которую приводят в проектное монтажные швы положение с помощью установочных болтов. Между плитой и фундаментом оставляют зазор 50… 70 мм, который затем заполняют цементно -песчаным раствором. Окончательно плиту закрепляют анкерными болтами. На плиту по рискам устанавливают колонну с слой цем. - песч. раствора 5 -7 см опорная плита фрезерованным торцом. Благодаря высокой точности фрезеровки колонна сразу, без выверки занимает своё проектное положение, в котором её закрепляют монтажными швами. Катет монтажных швов назначается минимальным, а усилия передаются непосредственным контактом поверхностей. анкерные болты установочные болты

Установка колонны на опорные детали База с консольными рёбрами Колонна устанавливается в собранном виде на заранее выверенные опорные детали с последующей подливкой цементным раствором. В проектном положении колонну закрепляют анкерными болтами. Для возможности перемещения колонны в процессе установки диаметр отверстий под анкерные болты принимают в 1, 5. . . 2 раза больше диаметра анкеров. На анкерные болты надевают шайбы с отверстием, которое на 3 мм больше диаметра болта, а после натяжения болта шайбу привают к опорной плите.

База с консольными рёбрами База внецентренно-сжатой колонны сможет воспринимать изгибающий момент, если увеличить толщину опорной плиты до 30… 40 мм, надёжно укрепить её от изгиба консольными рёбрами или траверсами, и затянуть анкерные болты (не менее 4 -х болтов) контролируемым усилием. 50… 70 База с консольными рёбрами

Базы с траверсами В центральносжатой колонне Во внецентренно сжатой колонне При действии значительных моментов анкерные болты N N M крепятся к выносным консолям траверс и затягиваются с Fa = M / h напряжением, близким к расчётному сопротивлению. Диаметр анкерных болтов в базах центрально -сжатых колонн назначается конструктивно (d = 20… 30 мм), а в базах, воспринимающих изгибающие моменты – из расчёта на действие растягивающих усилий, стремящихся оторвать колонну от фундамента. реактивный отпор фундамента h центр тяжести эпюры давления

Определение размеров опорной плиты в плане Площадь опорной плиты назначается из условия сопротивления бетона фундамента местному сжатию: Rb – расчётное сопротивление бетона фундамента осевому сжатию; b – коэффициент, учитывающий повышение прочности бетона за счёт включения в работу ненагруженной части фундамента ( b > 1). Размеры опорной плиты в плане назначаются исходя из её требуемой площади, а также обеспечения необходимой величины её свесов, 50… 200 мм которые должны составлять не менее 50 мм (не менее 150 мм при креплении к ним анкерных болтов). Окончательно размеры опорной плиты принимаются кратными 50 мм. кратно 50 мм

Определение толщины опорной плиты Толщина опорной плиты назначается из условия её работы на изгиб под действием реактивного отпора фундамента. Изгибающие моменты определяются для отдельных участков плиты, окончательно для расчёта принимается наибольшее значение: M = max {M 1; M 2; M 3}. Требуемая толщина плиты определяется для полоски шириной 1 см: W 0 – момент сопротивления плиты толщиной t 0 и шириной 1 см. Окончательно толщина плиты принимается на 2… 3 мм больше требуемой по расчёту (для последующей фрезеровки). расчётная полоса шириной 1 см (1) – консольный свес (2) – опирание по трём сторонам (3) – опирание по контуру

Расчёт траверсы и анкерных болтов Размеры траверсы назначается конструктивно (толщина ttr = 10… 14 мм; высота htr = 40… 60 мм). Требуемая площадь сечения анкерных болтов: Требуемая величина катета сварных швов крепления траверсы к колонне: Fa – растягивающее усилие в анкерных болтах; где 4 – число швов; расчётная длина шва lw = htr – 10 мм; (Rw w)min = min {Rwf wf ; Rwz wz}. Rba – расчётное сопротивление анкерных болтов; n – число анкерных болтов с одной стороны колонны (1 или 2).

Лекция 7 СТРОПИЛЬНЫЕ ФЕРМЫ

Как отличить ферму от балки? Ферма, как и балка, служит для перекрытия пролётов и воспринимает поперечные нагрузки. Однако балка – конструкция сплошностенчатая, а ферма – сквозная, решётчатая. Рекомендуемая высота балки в зависимости от нагрузки составляет 1/8… 1/12 пролёта. Пролёт до 12 м можно перекрыть прокатной балкой – это позволяет высота балок в сортаменте (не более 1 м): 12/8 = 1, 5 м; 12/12 = 1, 0 м. Пролёты до 18… 24 м можно перекрыть составной балкой (изготовить балку самостоятельно, не обращаясь к сортаменту). Высота балок составит: 18/8 = 2, 25 м; 18/12 = 1, 5 м. Более высокие балки строить нецелесообразно – слишком много материала уйдёт на стенку. Более рационально сконцентрировать функцию сплошной стенки на отдельных стержневых элементах, и перейти к сквозной конструкции. Так появилась идея фермы. Эффективность ферм возрастает с увеличением пролёта и снижением нагрузки.

Как направлены раскосы в поддерживающей конструкции контактной сети? Вариант А Вариант Б

Как направлены раскосы в поддерживающей конструкции контактной сети?

Как направлены раскосы в поддерживающей конструкции контактной сети?

Как направлены раскосы в поддерживающей конструкции контактной сети?

Аналогия в работе балки и фермы прямоугольного очертания В балке – полки и сплошная стенка; в ферме – пояса и решётка. Полки (пояса) воспринимают изгибающий момент. Наибольшие усилия в полках (поясах) в середине пролёта. Верхний пояс сжат, нижний – растянут. Стенка и решётка воспринимают поперечную силу. Наибольшее усилие в стенке (решётке) возникает возле опоры. Восходящий раскос сжат, нисходящий – растянут.

Типы очертаний ферм Треугольные фермы используются при стальной и асбоцементной кровле, требующей уклона не менее 12, 5. Трапецеидальные фермы и фермы с параллельными поясами используются при рулонной кровле. Уклон в ферме с параллельными поясами создаётся за счёт строительного подъёма, т. е. обратного выгиба фермы. Параболическое (сегментное) очертание является наиболее рациональным, но трудно реализуемым. В большепролётной ферме его заменяют полигональным очертанием – ставят прямые стержни на участках между узлами. 1: 3, 5 ( 16º) (1/5… 1/7)L 450 L Треугольное 1: 12 ( 5º) или 1: 8 ( 7º) (1/6… 1/10)L 2200 L Трапецеидальное 1, 5% 2250; 3150 (1/8… 1/12)L L L/133 Прямоугольное (1/7… 1/8)L L 48 м Полигональное

Рациональное очертание фермы повторяет вид эп. изг. момента. В ферме рационального очертания усилия в поясах не меняются по длине пролёта, а в решётке – равны нулю. Рациональным для балочной фермы является параболическое очертание, а для консольной – треугольное. Наиболее высокая ферма треугольная Наиболее нагруженные участки поясов Наиболее технологичны в изготовлении фермы с параллельными поясами. Снижение расхода материала в них достигается за счёт изменения сечений элементов.

Выбор высоты и уклона ферм Как и для балки, высота фермы устанавливается исходя из: • Архитектурных требований (строительная высота); • Требований минимального расхода материала (оптимальная высота); • Требований жёсткости, т. е. отсутствия недопустимого прогиба (минимальная высота). Наименьшая масса фермы получается при равенстве массы поясов и элементов решётки (с фасонками), что достигается при отношении высоты к пролёту h/L 1/5. Минимальная высота фермы получается на 25… 35% больше, чем у балки, вследствие более высокой деформативности решётки по сравнению со сплошной стенкой. Уклон верхнего пояса фермы определяется видом кровельного покрытия* * СП 17. 13330. 2011. Кровли (актуализированная редакция СНи. П II-26 -76).

Типы решёток ферм Треугольная решётка – раскосы направлены попеременно в разные стороны. Шпренгельная и крестовая opt = 45± 5º Ферма Полонсо Раскосная решётка – раскосы одной половины фермы направлены в одну сторону. opt = 35± 5º Ферма Гау (1840) – Журавского (1856) Ромбическая и полураскосная (устаревшие типы) История развития типов решёток ферм: http: //dic. academic. ru/dic. nsf/brokgauz_efron/142694/%D 0%A 4%D 0%B 5%D 1%80%D 0%BC%D 1%8 B

Типы решёток ферм h = (1/8… 1/12)L d = 3000 opt = 45± 5º Треугольная 1500 L = 12… 18 м = 45º Раскосная 2140 opt = 35± 5º L = 18… 24 м d /1, 4 = 35º Треугольная со стойками L = 24… 36 м 3000 = 45º Треугольная со шпренгелями 6000 = 45º 6 000 L = 48… 72 м 6 000 6 000

Унификация геометрических размеров стропильных ферм

Типы сечений стержней лёгких ферм Наиболее распространённым является сечение ферм из парных уголков (как равнополочных, так и неравнополочных). [-] • Для совместности работы уголки необходимо соединять прокладками (не менее двух). • Узловые соединения выполняются только на фасонках (20% расхода металла, 30% трудозатрат). • Зазор между уголками создаёт условия для коррозии.

Фермы из уголков – традиционное решение

Фермы из парных уголков ГОСТ 23119 -78. Фермы стропильные стальные сварные с элементами из парных уголков для производственных зданий. Технические условия Высота ферм: 3150 (для пролётов 18 и 24 м допускается 2250) Деление на отправочные элементы:

Фермы из поясов в виде тавров – сложное решение [-] Требуются не фасонки, а полуфасонки. Пересечение сварных швов является крайне нежелательным.

Фермы из поясов в виде тавров – сложное решение [-] Требуются не фасонки, а полуфасонки. Пересечение сварных швов является крайне нежелательным.

Фермы из круглых труб – сложное решение

Фермы из прямоугольных труб – перспективное решение [-] Ширина раскосов и поясов должна быть примерно одинаковой – чтобы избежать продавливания. Требуется повышенная точность изготовления – изменение длины раскоса препятствует сборке.

Фермы из прямоугольных труб Марки стали: ВП, НП, Р 1, Р 2 – 09 Г 2 С Р 3 -Р 10, С – Ст3 пс Фланцы нижнего пояса – 14 Г 2 АФ Фланцы верхнего пояса – 09 Г 2 С ГОСТ 27579 -88. Фермы стальные стропильные из гнутосварных профилей прямоугольного сечения. Технические условия

ЛМК системы «Молодечно»

Фермы из прямоугольных труб (система «Молодечно» )

Нагрузки на ферму На стропильную ферму воздействуют: • Вертикальные нагрузки (постоянная и снеговая); • Горизонтальные нагрузки (от распора рамы и рамных моментов). Нагрузка от рамных моментов возникает только при жёстком сопряжении ригеля с колонной.

Определение усилий в стержнях (статический расчёт) Стык монтажный Способы статического расчёта ферм: • Аналитический • Численный • Графический Диаграмма Кремоны

Расчётные длины стержней в плоскости фермы Расчётная длина стержней в плоскости фермы, как правило, равна их геометрической длине. Исключение составляют сжатые раскосы и стойки, расчётная длина которых составляет 0, 8 от геометрической. При установке шпренгеля расчётная длина опорного раскоса уменьшается вдвое. Расчётная длина стержня соответствует полуволне синусоиды (расстоянию между точками перегиба оси) = 1, 0 = 0, 8 Шпренгель для сокращения расчётной длины опорного раскоса = 0, 5 Стойка для … (? ) Подвеска для восприятия сосредоточенной силы

Расчётные длины стержней из плоскости фермы ly равны расстояниям между точками, закреплёнными от смещения в горизонтальном направлении Распорки (прогоны или рёбра кровельных панелей) Расчётные длины элементов верхнего пояса фермы определяются в зависимости от конструктивного решения поперечных связей Расчётная длина верхнего пояса фермы из плоскости фермы Поперечные связи отсутствуют Прогон не закреплён в узле Крепление прогона в узле

Выбор расположения уголков в сечении элементов ферм по условию равноустойчивости Условие равноустойчивости: lx = l 1) Расчётные длины в плоскости и из плоскости фермы равны lx = l ; ly = l Сечение из двух неравнополочных уголков, соединённых большими полками вместе (ix = iy) l lx = 0, 5 l 2) Расчётная длина в плоскости фермы в два раза меньше, чем из плоскости фермы Сечение из двух неравнополочных уголков, соединённых малыми полками вместе l lx = 0, 5 l ; ly = l lx = 0, 5 l 3) Расчётная длина в плоскости фермы несколько меньше, чем из плоскости фермы lx = 0, 8 l ; ly = l l Сечение из двух равнополочных уголков

Подбор сечений ферм Сечение растянутых стержней ферм подбирается по условию прочности, сжатых – по условию устойчивости. Проверка прочности Прверка устойчивости Все стержни, в том числе ненагруженные, проверяются по предельной гибкости. В одном отправочном элементе обычно используется не более 5. . 7 калибров профилей. Предпочтительнее применять уголки с более широкой полкой, чем с более толстой, поскольку при одинаковой площади сечения уголки с меньшей шириной полки имеют более высокие значения радиусов инерции. Толщина фасонки tf назначается в зависимости от величины усилия N в опорном раскосе: N = 400… 600 к. Н tf = 12 мм N = 600… 1000 к. Н tf = 14 мм Проверка по предельной гибкости у1 у1 у0 у у у1 у1 К определению iy

Предельные гибкости и коэффициенты условий работы стержней ферм Гибкость стержней не должна превышать предельно допустимые значения u. Здесь – коэффициент, характеризующий уровень нагружения элемента: Элементы Предельная гибкость u Сжатые пояса, опорные раскосы 180 – 60 (120… 150) Сжатые элементы решетки 210 – 60 (150… 180) Растянутые элементы 400 Ненагруженные элементы 200 Элементы верхнего пояса, незакреплённые в процессе монтажа 220 Если получается < 0, 5, то принимается = 0, 5. Элементы Коэффициенты условий работы с Сжатые раскосы (кроме опорных) и стойки при гибкости 60 0, 80 Сжатые элементы (за исключением замкнутых трубчатых сечений) при расчётах на устойчивость 0, 95 Для поясов opt = 60… 80; Растянутые элементы 0, 95 Для раскосов opt = 100… 120. Прочие элементы 1, 00 Коэффициент изменяется в пределах = 0, 5. . . 1, 0. Оптимальные значения гибкости сжатых элементов:

Расчёт сварных швов Передача усилий на швы происходит неравномерно, так как продольная сила приложена в центре тяжести сечения уголка. Катеты kf всех швов для снижения трудоёмкости обычно назначают одинаковыми. Катет шва у пера назначается не более, чем толщина полки уголка. Шов у пера Шов у обушка воспринимает 30% продольного усилия воспринимает 70% продольного усилия = 0, 3 = 0, 7 70% 30% 100% Требуемая длина сварных швов:

Конструктивное решение покрытия производственного здания Профнастил обычно опирается на прогоны, расположенные с шагом 3 м. Прогоны пролётом 12 м выполняются решётчатыми.

Конструктивное решение покрытия тяжи (d = 16… 18 мм) для восприятия скатной составляющей q·sin прогоны

Узел опирания элементов покрытия Чтобы уголки верхнего пояса не отгибались в местах опирания плит или прогонов, устраивают опорные планки. В местах размещения опорных планок предусматривают либо вырез фасонки, либо втопленный шов.

Узел опирания элементов покрытия Швы, прикрепляющие фасонку к поясу, рассчитываются на усилие, равное разности усилий в смежных панелях пояса: NФ = N 1 – N 2.

Конструирование узлов а = 40… 60 мм Основные этапы: 1 – Центрирование осей 2 – Нанесение контуров 3 – Обрезка стержней 4 – Разметка швов 5 – Конструирование фасонок

Конструирование фасонок Необходимо использовать наиболее простые формы фасонок – прямоугольник и трапецию. Правильно Фасонка должна быть симметричной относительно действующего усилия. Неправильно Правильно Неправильно

Изменение сечения поясов Стыкуемые пояса обязательно должны быть перекрыты накладками

Опорный узел Шарнирный узел Жёсткий узел Торец строгать Узел можно считать шарнирным при b 0 > 160… 200 мм t h < 8… 10 мм К расчёту сварных швов

Опирание сверху надколонник Опирание сверху может быть только шарнирным

Примыкание сбоку

Конструктивные требования к соединительным планкам Для обеспечения совместной работы элементов составных сечений их соединяют между собой с помощью соединительных планок. Расстояния между планками l не должны превышать: l 40 iу1 – для сжатых стальных элементов; l 30 iу1 – для сжатых элементов из алюминиевых сплавов; l 80 iу1 – для растянутых элементов; где iу1 – радиус инерции уголка относительно оси y 1, параллельной плоскости расположения планок. y 1 60… 100 мм 10… 25 мм kf = 4… 6 мм l l l В сжатом элементе должно быть не менее двух планок.

Установка соединительных планок В тавровом сечении l В крестовом сечении l

Монтажные стыки ферм Стык на сварке Стык на высокопрочных болтах

Монтажные стыки и крепление связей Вырез для увеличения длины сварных швов Вертикальные связи между фермами

Крепление связей из трубчатых элементов

Дефекты ферм