WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ А.А. Кользеев, К.А. Шафрай ОСНОВЫ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ НОВОСИБИРСК 2001 УДК 624.014 ББК 38.54 К 622 Кользеев А.А., Шафрай К.А.

Основы металлических конструкций: Учеб. пособие. Новосибирск: НГАСУ, 2001. - 80 с.

ISBN-5-7795-0109-2 В учебном пособии изложены общие положения и основы проектирования строительных металлических конструкций (МК).

Рассмотрены критерии экономичности, примеры эффектив-ных конструкций производственных и большепролетных зданий. В приложении сделана постановка задачи по выбору экономич-ного варианта несущих МК на основе критериев массы МК и стоимости "в деле".

Пособие предназначено для студентов специальности 060800 "Экономика и управление в строительстве" всех форм обучения при изучении курса "Строительные конструкции "(раздел "Металлические конструкции") и выполнении индивидуальных и контрольных работ по курсу МК.

Печатается по решению издательско-библиотечного совета НГАСУ Рецензенты:

— Б.Н. Васюта, к.т.н., доцент, генеральный директор НИПСП "РЕКОН";

— B.C. Казарновский, д.т.н., профессор, завкафедрой строительных конструкций (СГУПС) ISBN-5-7795-0109-2 © Кользеев А.А., Шафрай К.А.,2001 Оглавление Введение...................................................................................................................................... 4 Условные обозначения................................................................................................................5 Глава 1. Основы металлических конструкций......................................................................6 1.1. Понятие о металлоконструкциях.......................................................................................6 1.2. Область применения МК...............................*..................................................................1.3. Материалы для МК.............................................................................................................1.4. Выбор стали для МК........................................................................................................1.5. Сортамент.......................................................................................................................... 1.6. Соединения МК.................................................................................................................1.6.1. Сварные соединения...............................................................................................1.6.2. Болтовые соединения............................................................................................1.7. Критерии экономичности. Факторы, влияющие на экономичность МК... 1.7.1. Критерий металлоемкости..................................................................................1.7.2. Критерий стоимости...........................................................................................Глава 2. Элементы металлических конструкций............................................................... 2.1. Балки...................................................................................................................................2.1.1. Классификация балок...........................................................................................2.1.2. Особенности расчета прокатных балок............................................................ 2 1.3. Особенности расчета составных сварных балок.............................................. 2.2. Колонны...........................................................................................................................2.2.1. Классификация колонн........................................................................................ 2.2.2. Особенности расчета колонн............................................................................. 2.3. Фермы................................................................................................................................. 2.3.1. Классификация ферм............................................................................................. 2.3.2. Особенности расчета ферм................................................................................. Глава 3. Каркасы зданий......................................................................................................... 3.1. Состав каркаса. Типы поперечных рам..........................................................................3.2. Конструктивные особенности каркасов........................................................................3.3. Пути повышения экономичности каркасов...................................................................Глава 4. Конструкции большепролетных покрытий....................................................4.1. Область применения и особенности.............................................................................. 4.2. Основные типы несущих конструкций.......................................................................... 4.2.1. Балочные большепролетные покрытия..............................................................4.2.2. Рамные большепролетные покрытия.................................................................4.2.3. Консольные большепролетные покрытия..........................................................4.2.4. Арочные покрытия................................................................................................4.2.5. Висячие системы...............................................;.................................................. 4.2.6 Купольные покрытия.............................................................................................. Рекомендуемая литература......................................................................................................Приложение.................................................................................................................................Один из основных принципов проектирования строительных конст-рукций - экономическая целесообразность принимаемых решений. Строительные металлические конструкции должны быть экономичны-ми по расходу и стоимости материала, а также трудоемкости изготовле-ния и монтажа. В тоже время металлоконструкции должны быть проч-ными и долговечными. Примирить эти противоречивые требования -задача проектировщика конструктора. Такая задача достаточно точно решается путем сравнения вариантов и выбора наиболее оптимального по заданному экономическому критерию.



На 2, 3 курсах студенты специальности 060800 "Экономика и управление в строительстве" изучают курс "Строительные конструкции", в том числе раздел "Металлические конструкции".

В процессе изучения курса приобретаются определенные базовые знания о металлических конструкциях, критериях экономичности МК, факторах, влияющих на экономичность металлоконструкций, в основном на стадии проектирования. В пособии рассмотрены МК как в виде отдельных элементов (балок, колонн, ферм), так и в составе каркасов зданий (одноэтажные производственные и большепролетные каркасы). Изучение данного материала предполагает наличие у студента знаний по курсу "Строительная механика". В приложении сделана постановка задач, возникающих при выполнении индивидуальных работ по МК, для студентов специальности 060800 дневной формы обучения. Пособие может быть использовано при выполнении контрольной работы по МК студентами специальности 060800 заочной формы обучения.

Текст учебного пособия написан к.т.н., доцентом А.А. Кользеевым, графическая часть выполнена к.т.н., и.о. доцента К.А. Шафраем. Авторы выражают глубокую благодарность д.т.н., профессору B.C. Казарновскому и к.т.н., доценту Б.Н. Васюте, принявшим участие в рецензировании учебного пособия, а также к.т.н., доценту В.М. Добрачеву за ряд полезных советов.

Условные обозначения А - площадь поперечного сечения элемента конструкции;

Jx, Jy Wx, - моменты инерции сечения относительно главных осей;

Wy - моменты сопротивления сечения;

ix, iy - радиусы инерции;

h - высота сечения;

b - ширина сечения;

t - толщина элемента;

М,N - изгибающий момент и продольная сила;

Q - поперечная сила;

Ry - расчетное сопротивление стали растяжению, сжатию и изгибу по пределу текучести;

Rs - расчетное сопротивление стали срезу ( Rs = 0.58 • R );

y a - нормальное напряжение;

т - касательное напряжение;

E - модуль упругости (для стали Е=2,06105 МПа);

- длина, пролет элемента (стержня, балки);

e Ф - расчетная длина стержня (расчетный пролет балки);

Ус - коэффициент продольного изгиба; - л коэффициент условий работы;

- гибкость стержня ( X = e /i);

e f - объемная масса (плотность) материала.

Глава 1. Основы металлических конструкций 1.1. Понятие о металлоконструкциях Строительная конструкция - это инженерная система, существующая самостоятельно или входящая в состав сооружения и предназначенная для восприятия нагрузок, действующих на неё. Примерами конструкций являются колонны, балки, связи, стеновые панели.

В современном строительстве применяются различные материалы для конструкций:

камень природный (гранит, мрамор) и искусственный (кирпич, бетон, сибит), дерево, пластмассы, железобетон и металлы (сталь, сплавы алюминия). Возможно использование комбинированных конструкций: деревометаллических, сталебетонных и других.

Строительные конструкции в зависимости от вида материала имеют свои рациональные области применения с учетом их достоинств и недостатков. Выбор наиболее эффективной, экономичной конструкции осуществляется на основе принятого критерия экономичности (оптимальности) путем сравнения вариантов.

Под термином "металлические конструкции" (МК) будем подразумевать конструкции (балки, фермы, колонны и др.), из которых состоят каркасы зданий и сооружений. Среди этих конструкций можно выделить несущие, которые воспринимают нагрузки, действующие на каркас. Сечения их элементов определяются расчетом методами строительной механики (раздел "Сопротивление материалов"). Кроме несущих, есть ограждающие металлические конструкции (стеновые панели, кровельные плиты), изолирующие внутренние помещения каркаса от атмосферных воздействий (снег, ветер, низкие температуры). Существуют металлоконструкции, совмещающие функции несущих и ограждающих.

7.2. Область применения МК Область применения строительных МК разнообразна. Наибольшая доля металлоконструкций (более 50% [1, 3]) приходится на каркасы зданий: производственных (заводы, фабрики), многоэтажных, в том числе общественных и жилых, большепролетных (ангары для самолетов, доки для кораблей) и, наконец, уникальных (дворцы спорта, велотреки, выставочные павильоны). Около 14 % МК используется в листовых конструкциях - резервуарах для хранения горючего (бензин, нефть), бункерах и силосах для хранения сыпучих материалов (цемент, зерно), трубопроводах большого диаметра для транспортировки жидких и газообразных веществ (нефти, газа). До 15 % строительных МК при меняется в высотных сооружениях (телевизионные башни, радиомачты, опоры линий электропередач).





Ограждающие конструкции (плиты покрытия, стеновые панели, настилы) составляют до 1 4 % [3]. Оставшиеся проценты приходятся на специальные сооружения:

радиотелескопы, морские платформы для добычи нефти и газа со дна моря или океана и др.

1.3. Материалы для МК В настоящее время для строительных металлоконструкций используются стали и сплавы алюминия. Перспективными являются сплавы титана. Каковы достоинства и недостатки конструкций из этих материалов Основные достоинства:

1. Высокая надежность в работе вследствие однородной структуры металла.

Металлические конструкции хорошо работают не только на статические, но и динамические, в том числе сейсмические нагрузки.

2. Высокая и одинаковая прочность при работе на растяжение, сжатие и изгиб. Для сравнения - стальные МК имеют прочность R = 230...330 МПа, из сплавов y алюминия - 180 МПа, бетон марки 400 - 25 МПа (при сжатии; на растяжение бетон не работает), кирпич марки 100 - 2,5 МПа (при сжатии).

3. Относительная легкость по показателю с = y / R. Для стальных y - конструкций с = (2...3)-10-41/м, бетонных - с - 9- 10 1/ м, - кирпичных - с = 52 • 10- 4 1/м, деревянных - с = 410 1/ м.

4. Непроницаемость для жидкостей и газов вследствие высокой 3 плотности (для стали у = 7, 85т / м, для сплавов алюминия у = 2,75 т / м ). Это достоинство особенно важно для листовых конструкций.

5. Высокая индустриальность. Металлоконструкции изготавливают на специализированных заводах, а на площадке выполняется только монтаж. Это повышает качество и сокращает сроки введения конструкций в эксплуатацию.

6. Эстетичность (красота) объектов с применением металлоконструкций.

В качестве примеров можно привести большепролетные конструкции спортивных сооружений для Олимпиады-80 в Москве: крытый велотрек в Крылатском, крытый стадион и плавательный бассейн на про спекте Мира. В Новосибирске красивые здания с применением МК -Цирк, Ледовый дворец спорта "Сибирь".

7. Сплавы алюминия и титана являются легкими и обладают большой долговечностью.

Недостатков у металлоконструкций значительно меньше:

1. Низкая коррозионная стойкость стали, особенно в агрессивной среде.

В настоящее время этот недостаток устраняется нанесением защитного лакокрасочного покрытия. Конструкции из сплавов алюминия обладают высокой коррозийной стойкостью благодаря защитной окисной пленке.

2. Малая огнестойкость. Сталь при температуре 600°С (при пожа- ре), а сплавы алюминия уже при 300°С полностью теряют проч- ность, и конструкции разрушаются. Этот недостаток, при необ- ходимости, устраняется путем создания защитного покрытия МК из огнеупорных материалов.

В современных условиях более 90 % строительных металлоконструкций изготавливают из стали. Сплавы алюминия являются очень дорогими, а сплавы титана - стратегический материал, используемый в космической и военной технике. Поэтому в данном пособии внимание будет уделено стальным конструкциям, а под термином "металлические конструкции" будут подразумеваться стальные.

Какие стали используются для строительных МК Во-первых, сталь - это сплав железа с углеродом и некоторыми добавками. В строительных сталях содержание углерода не должно превышать 0,2 %. При большем содержании углерода хотя и повышается прочность, но снижается пластичность, и сталь становится хрупкой как стекло (это опасно для МК, работающих при низких температурах и на динамические нагрузки). Кроме того, ухудшается свариваемость стали, в то время как сварка - это основной вид соединений для МК. Все стали для строительных МК делятся на 3 группы: малоуглеродистые стали обычной прочности; стали повышенной прочности; высокопрочные стали. Стали обычной прочности в зависимости от степени раскисления могут быть спокойными, полуспокойными и кипящими. Термин "раскисление" связан со способом изготовления стали. Известно, что при выплавке сталь засорена различными газами: азотом, кислородом, водородом. Если эти газы химически не связать в трудно растворимые соединения, то полученная сталь будет плохого качества: неоднородной по структуре, склонной к опасному хрупкому разрушению при низких температурах. Такая сталь при разливке в специальные металлургические формы "кипит" (бурлит) из-за выделения газов и называется "кипящей".

Если в сталь при выплавке ввести "раскисляющие " добавки - кремний, марганец или алюминий, которые связывают газы, то сталь получается однородной, хорошего качества.

При разливке в формы она не бурлит и ее называют "спокойной". Бывают и "полуспокойные" стали, если раскислителя ввести половину нормы. Понятно, что спокойная сталь является более дорогой, чем кипящая, за счет стоимости добавок.

В действующих нормах (ГОСТ 27772-88) кипящая сталь обозначается С235, где буква "С" - строительная сталь, а 235 - это предел текучести стали (понятие, вводимое в курсе "Строительная механика") в МПа. Полуспокойная сталь - С245, спокойные стали - С255, С275 и С285.

Спокойные стали рекомендуется использовать в несущих конструкциях, работающих как на статические, так и на динамические нагрузки в определенных температурноклиматических условиях [6], кипящие -для второстепенных, малонагруженных МК.

Экономисту важно помнить, что более прочная спокойная сталь обеспечивает экономию материала, и в тоже время она является и более дорогой. Окончательный выбор стали - с учетом требований норм [6] и на основе сравнения вариантов.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.