1
2
3
4
5
6
7
8 Нормативные документы по металлическим конструкциям
9 Стальные конструкции К достоинствам относятся: непроницаемость; индустриальность; высокая надежность; легкость; быстрота монтажа; возможность вторичного передела. Недостатки: слабая стойкость против коррозии; потеря несущей способности при нагреве (до 600 о С). Алюминиевые конструкции Достоинства: плотность Al сплавов в 3 раза меньше плотности стали; прочность некоторых Al сплавов больше прочности стали; высокая стойкость против коррозии; изделия из Al сплавов проще и дешевле соответствующих стальных изделий; при отрицательных температурах хрупкость Al сплавов понижается, а у сталей повышается; Антимагнитность. Недостатки: Модуль упругости Al сплавов меньше модуля упругости сталей; Стоимость Al конструкций больше стоимости стальных конструкций; Коэффициент линейного расширения в 2 раза больше, чем у сталей. Достоинства и недостатки металлических конструкций
10
11 Относительная легкость конструкции из различных материалов c = ρ/R y
12 Стальные конструкции: каркасы промышленных зданий (в металлургии, машиностроении, судостроении, авиастроении); каркасы зданий больших пролетов общественного назначения (спортивные сооружения, выставочные павильоны, крытые рынки, гаражи, ангары, эллинги); транспортные сооружения (мосты, путепроводы, виадуки, акведуки, эстакады); каркасы высотных зданий; высотные сооружения (башни, мачты, опоры высоковольтных линий электропередачи); листовые конструкции (резервуары, трубопроводы, бункеры, газгольдеры); крановые и другие подвижные конструкции (краны мостовые, козловые, портальные, башенные, краны-перегружатели, затворы, шлюзные ворота, судоподъемники); конструкции специального назначения (атомные и химические реакторы, конструкции ракетных пусковых комплексов, радиотелескопы, морские сооружения континентального шельфа и т.п.). Алюминиевые конструкции: витрины, витражи, архитектурные детали и т.п.; кровельные панели; конструкции, работающие в агрессивной среде; конструкции для строительства в отдаленных районах, т.к. за счет уменьшения веса снижается стоимость перевозок. Области применения металлических конструкций и их номенклатура
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50 СОЧЕТАНИЯ НАГРУЗОК: ОСНОВНЫЕ и ОСОБЫЕ
51 Сортамент это каталоги ассортимента, поставляемых металлургическими заводами листов и фасонных профилей с указанием их формы, размеров, геометрических характеристик, массы и оформленные в виде государственных стандартов
52 Сортамент Толстолистовая сталь толщиной 4-160мм, шириной от 600 до 3800мм и длиной до 12мм. Сталь тонколистовая толщиной 0,5-4мм прокатывается холодным и горячим способами. Сталь широкополосная универсальная толщиной 6-60 мм - не требует резки и выравнивания кромок при применении. Сталь полосовая толщиной 4-60 мм и шириной до 200 мм - для изготовления гнутых профилей. Рифленая сталь с ромбическими или чечевицеобразными выступами толщиной 2,5-8 мм и просечно-вытяжная стал ь толщиной 4,5-6 мм, получаемая холодной вытяжкой листа с предварительно нанесенными разрезами. Уголковые профили - равнополочные и неравнополочные) уголки. Швеллеры с уклонами внутренних граней полок и с параллельными гранями полок. Двутавры обыкновенные и широкополочные с параллельными гранями полок. Широкополочные двутавры прокатывают трех типов: нормальные двутавры (Б), широкополочные двутавры (Ш), колонные двутавры (К). Из широкополочных двутавров путем разрезки стенки в продольном направлении получаются тавровые профили. Тонкостенные сварные двутавры изготавливают из листового проката. Два вида профилей: открытые и закрытые (замкнутые, в т.ч трубы горячекатаные и электросварные). Гнутые профили изготовляют из листа или полосы толщиной от 1 до 8 мм. Одним из видов гнутых профилей - профилированный настил.
53 проектирование - 3%; материал - 50%; изготовление - 25%; транспортные расходы - 7%; монтаж - 15%. Основные пути снижения стоимости конструкций заключаются в упрощении конструктивной формы элементов и их узлов, в сокращении числа вспомогательных деталей и стержней, в повышении технологичности элементов при их изготовлении, в широком применении принципов унификации и типизации. Структура стоимости металлических конструкций
54 Строительные стали
55 Прочность - сопротивление материала внешним силовым воздействиям без разрушения. Упругость - свойство материала восстанавливать свою первоначальную форму после снятия внешних нагрузок. Пластичность - свойство материала получать остаточные деформации (не возвращаться в первоначальное состояние) после снятия внешних нагрузок. Хрупкость - склонность материала к разрушению при малых деформациях. Ползучесть - свойство материала непрерывно деформироваться во времени без увеличения нагрузки. Твердость - свойство поверхностного слоя металла сопротивляться деформации или разрушению. Коррозионная стойкость определяет долговечность стальных конструкций и зависит от химического состава. Свариваемость. Наклеп, старение, неравномерное распределение напряжений, усталость. Физико-механические свойства стали
56 Физико-механические свойства стали Первый закон Гука = Е· Для стали E = tg = 2,06·10 5 МПа = 2,06·10 4 кН/см 2 коэффициент пропорциональности - модуль продольной деформации или модуль Юнга Для алюминия Ea = 0,71·10 5 Мпа Второй закон Гука = G · G = 0,5E / (1+ ) = 0,3 коэффициент поперечной линейной деформации – коэффициент Пуассона Диаграмма Прандтля
57 Предельные состояния Главная особенность расчетов строительных конструкций – необходимость учета изменчивости внешних воздействий, разброса прочностных характеристик материала и особенностей работы металла в конкретных условиях. Расчет конструкций ведется по методике предельных состояний. Предельными состояниями называются такие состояния, при наступлении которых сооружение становится непригодным к эксплуатации ( первая группа предельных состояний ) или его нормальная эксплуатация становится невозможной ( вторая группа предельных состояний ). Методика расчета по предельным состояниям устанавливает соответствие между действующими нагрузками на сооружение и его несущей способностью.. Расчет конструкций должен гарантировать ненаступление предельного состояния. Расчет металлических конструкций
58 Предельные состояния В соответствии с основными положениями по расчету конструкций предельные состояния по степени возможных последствий разделены на две группы: I Группа: разрушение любого вида (вязкое, хрупкое, усталостное); потеря устойчивости (сжатие, изгибаемые элементы, локальные зоны элементов); превращение системы в механизм; опрокидывание, скольжение, отрыв; образование цепи пластических шарниров (более 2 шарниров на прямой одного элемента); возникновение трещин. II Группа: деформации (прогибы, углы поворота); колебание; прочие нарушения, требующие временного прекращения эксплуатации и проведения ремонта. Расчет металлических конструкций
59 Предельные состояния Первая группа предельных состояний определяется прочностью элементов, устойчивостью, вибрационной прочностью, неизменяемостью конструкций, возникновением аварийных трещин. Соблюдение условия: N ≤ Φ, где N - усилие в рассчитываемом элементе (функция нагрузки и воздействия); Φ - предельное усилие, которое может выдержать элемент (функция свойства материала и размеров элемента). Вторая группа предельных состояний определяется гарантией от появления недопустимых упругих деформаций и перемещений, затрудняющих эксплуатацию конструкций в нормальном режиме. Соблюдение условия: f ≤ [ f ], где f – перемещение конструкции (функция нагрузок); [ f ] - предельное перемещение, допустимое по условиям эксплуатации (функция конструкции и ее назначения). Расчет металлических конструкций
60 Предельные состояния . Расчет металлических конструкций Метод предельных состояний относится к полувероятностным методам. Значения расчетных внутренних напряжений от нагрузки определяются с обеспеченностью 0,999, т.е. допускается лишь 0,1% случаев превышения за весь период эксплуатации; значение расчетного сопротивления по пределу текучести устанавливается аналогично.
61 Нагрузки и воздействия Постоянные нагрузки и воздействия - собственный вес конструкций, давление грунта, усилия от предварительного напряжения, гидростатическое и фильтрационное давление на гидросооружение. Временные длительные нагрузки - вес стационарного оборудования, давление жидкостей и газов в емкостях и трубопроводах, а также температурные технологические воздействия. Кратковременные нагрузки - снег, ветер, климатические температурные воздействия, подъемно-транспортное оборудование, толпа, а также воздействия волн, льда и судов на гидросооружения. Особые нагрузки - аварийные, сейсмические, от воздействий взрыва и от изменения структуры грунтов. В расчетах по первой группе предельных состояний в нормативные значения нагрузок р n вводят коэффициенты надежности по нагрузке f >1,0. Например, для веса металлических конструкций f =1,05 (1,1 - когда усилия от собственного веса превышают 50% общих усилий). Расчетная нагрузка р = р n · f Расчет металлических конструкций
62 Нагрузки и воздействия Основные сочетания - постоянные, временные длительные и кратковременные нагрузки и воздействия. Особые сочетания - постоянные, временные длительные, кратковременные нагрузки и воздействия + одна из особых нагрузок. Малая вероятность одновременного воздействия нескольких нагрузок максимальной расчетной величины учитывается коэффициентом сочетания ψ ≤ 1,0. Для временных длительных нагрузок ψ 1 = 0,95, для кратковременных ψ 2 = 0,9. В особых сочетаниях ψ 1 = 0,95, а ψ 2 = 0,8, при этом особую нагрузку принимают без снижения. Для сейсмических районов значения коэффициентов сочетаний установлены в специальных нормах. Расчет металлических конструкций
63 Нагрузки и воздействия Для учета класса ответственности зданий и сооружений значения нагрузок и воздействий следует умножать на коэффициенты надежности по назначению (ответственности) n. Здания и сооружения по степени ответственности, которая определяется размером материального и социального ущерба при отказе, делят на три класса (уровня): Класс I. Основные здания и сооружения объектов, имеющих особо важное хозяйственное и (или) социальное назначение, - главные корпуса ТЭС, АЭС, центральные узлы доменных печей, дымовые трубы высотой более 200 м, телевизионные башни, резервуары для нефти и нефтепродуктов вместимостью свыше 10 тыс. м 3, крытые спортивные сооружения с трибунами, здания театров, кинотеатров, цирков, крытых рынков, учебных заведений, детских дошкольных учреждений, больниц, родильных домов, музеев, государственных архивов и т. п. - n = 1,0. Класс II. Здания и сооружения объектов, имеющих ограниченное хозяйственное и (или) социальное значение (объекты промышленного, сельскохозяйственного, жилищно-гражданского назначения и связи, не вошедшие в I и III классы) - n = 0,95. Класс III. Здания и сооружения объектов, имеющих ограниченное хозяйственное и (или) социальное значение, склады без процессов сортировки и упаковки для хранения сельскохозяйственных продуктов, удобрений, химикатов, угля, торфа и др., теплицы, парники, одноэтажные жилые дома, опоры проводной связи, опоры освещения населенных пунктов, временные здания и сооружения, ограды и т. п. - n = 0,9. Расчет металлических конструкций
64 Нагрузки и воздействия Коэффициент условий работы с учитывает самые различные факторы, сложно представляемые в аналитическом виде, как то: упрощение расчетной схемы, влияние коррозии, местные несовершенства, приближенный учет динамических воздействий и т.д. с < 1 - неблагоприятные условия эксплуатации; с > 1 - благоприятные условия эксплуатации. Диапазон изменения 0,7 < с < 0,2. Расчет металлических конструкций
65 Нормативные и расчетные сопротивления стали За предельное сопротивление материала для сталей, имеющих площадку текучести, принимается значение предела текучести. Значения предела текучести и временного сопротивления, установленные в нормах, называется соответственно нормативным сопротивлением по пределу текучести R yn и нормативным сопротивлением по временному сопротивлению R un. Основной расчетной характеристикой стали является расчетное сопротивление, определяемое делением нормативного сопротивления на коэффициент надежности по материалу R y = R yn / m; R u = R un / m При поставке сталей по ГОСТ 27772-88 для всех сталей кроме С590 и С590К m = 1,025. При поставке стали по ГОСТ 370-93 и ГОСТ 19281-89 (с изменениями), а также для сталей С590 и С590К по ГОСТ 27772-88 m =1,05. При расчете конструкций с использованием расчетного сопротивления, установленного по временному сопротивлению, учитывают повышенную опасность такого состояния путем введения дополнительного коэффициента надежности m =1,3. Расчет металлических конструкций
66 Нормативные и расчетные сопротивления стали Расчет металлических конструкций
67 Расчет по предельным состояниям Предельное неравенство расчета по I группе предельных состояний: Σ N i · F i · fi · ψ ≤ R yn · A · c / n · m, где: Σ N i - усилие в элементе от i -той единичной нагрузки; F i - значение i -той нагрузки; fi - коэффициент надежности для i -той нагрузки; ψ - коэффициент сочетания; R yn - нормативное сопротивление стали; A - условная характеристика сечения; c - коэффициент условий работы; n - коэффициент надежности по назначению; m - коэффициент надежности по материалу. Для II группы предельных состояний: Σ f i · F ni · ψ ≤ [ f ] / n, где: Σ f i - перемещение конструкции при единичной нагрузке; F ni - значение i -той нормативной нагрузки; [ f ] - предельное значение перемещений. Расчет металлических конструкций
Основные несущие элементы перекрытий зданий – стержни двутаврового сечения, работающие на изгиб (балки) Конструктивные решения балочных перекрытий. Перекрытие – система пересекающихся балок (балочная клетка).
1 – грузовая площадь вспомогательной балки; 2 – грузовая площадь главной балки; 3 – грузовая площадь колонны (рис. 1).
Нагрузка на перекрытие обычно принимается равномерно распределенной. В рассматриваемых примерах равномерно распределенная нагрузка на перекрытие, включая собственный вес конструкций, составляет q 0 = 5,0 кН/м 2, коэффициенты надежности по нагрузкам учтены.
