Металлические конструкции

1. МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ

2.

53. Выбор марок сталей по прочности для конструкций с учетом
их назначения. Физико-механические характеристики стали.
Марку стали для строительных конструкций выбирают на
основании сравнения технико-экономических показателей
(расхода стали, стоимость конструкций) с учетом заказа металла
и технологических возможностей завода-изготовителя. При
заказе металла стремятся к сокращению количества марок.
Экономически целесообразно применение двух марок стали в
составных конструкциях (например, составных балках, фермах и
т.п.): более высокой прочности для сильно нагруженных
элементов (пояса балок и ферм) и меньшей прочности для
слабо нагруженных элементов (стенки балок, элементы решеток
ферм).
Выбор марки стали для строительных конструкций зависит от
следующих параметров, влияющих на работу материала:
- температуры среды при монтаже и эксплуатации
конструкции (при пониженных температурах следует учитывать
опасность хрупкого разрушения);

3.

- характера нагружения (следует учитывать наличие
динамической, вибрационной, переменной нагрузок);
- вида напряженного состояния (одноосное сжатие или
растяжение, плоское или объемное напряженное состояние) и
уровня возникающих напряжений (сильно или слабо
нагруженные элементы);
- способа соединения элементов (учитывают свойства
материала в зоне соединения, степень концентрации
напряжений);
- толщины проката (с увеличением толщины прочности стали
снижается).
В зависимости от степени ответственности конструкций
зданий и сооружений, а также от условий их эксплуатации все
конструкции разделяются на четыре группы. Стали для стальных
конструкций зданий и сооружений следует принимать по табл.
50* СНиП II-23-81*.

4.

5.

6.

7.

8.

Из малоуглеродистых сталей обыкновенного качества для
строительных конструкций применяется сталь марок Ст3 и Ст3Г по
ГОСТ 380-71**, что соответствует стали С235…С285 по ГОСТ 277722015. По степени раскисления стали, в основном, полуспокойные
и спокойные. Кипящая сталь марки Ст3кп соответствует стали
С235, применяемой для групп конструкций 3 и 4.
Стали повышенной прочности получают путем термической
обработки малоуглеродистой стали (ВСтТпс соответствует стали
С345) или легированием (например, стали марок 09Г2, 09Г2С,
соответствуют сталям С345…С390.
Стали высокой прочности получают путем легирования и
термической обработки (стали С440, С590).
Применение сталей повышенной и высокой прочности
приводит к экономии металла по сравнению с конструкциями из
малоуглеродистых сталей, целесообразно в большепролетных и
тяжело нагруженных конструкциях. Однако следует учитывать
разупрочнение стали в околошовной зоне при проектировании
сварных конструкций из термообработанных сталей.

9.

Механические свойства стали характеризуются
следующими основными показателями (СНиП II-23-81*):
-Ry — предел текучести;
-Ru — временное сопротивление.
Физические свойства стали:
- E=2.06·105 МПа – модуль упругости прокатной стали и
стальных отливок;
- G=0.78·105 МПа – модуль сдвига прокатной стали и
стальных отливок;
- ν=0.3 – коэффициент поперечной деформации
(Пуассона);
- α=0.12·10-4 °C-1 – коэффициент линейного расширения.

10.

Диаграмма деформирования малоуглеродистой стали
(слева) и стали повышенной и высокой прочности (справа): σy
соответствует пределу текучести (Ryn), σy – условному пределу
текучести (Ryn), σu – временному сопротивлению (Run).

11.

54. Соединения элементов стальных конструкций: сварные,
болтовые и заклепочные.
Типы сварных соединений:
• Стыковые
• Угловые
• Тавровые
• Нахлёсточные
• Торцовые

12.

Швы сварных соединений по конструктивному признаку:
• Стыковые (сварной шов стыкового соединения)
• Угловые (сварной шов углового, нахлесточного или таврового
соединений).
Швы сварных соединений по технологическому исполнению:
• Односторонние и двусторонние
• С полным и неполным проваром (проплавлением металла).

13.

Швы сварных соединений по технологическому исполнению:
а) односторонний;
б) двусторонний

14.

Швы сварных
соединений по
технологическому
исполнению:
а) с полным
проваром;
б) с неполным
проваром

15.

Швы сварных соединений по расположению
относительно действующих усилий:
Фланговые (швы, расположенные параллельно
действующему осевому усилию)
Лобовые (швы, расположенные перпендикулярно
действующему осевому усилию)
Нахлёсточные соединения:
а) фланговые швы; б) лобовой шов

16.

Сварные швы по
положению в
пространстве:
а) расположение:
1 – нижнее,
2 – вертикальное, 3
- потолочное;
4 – горизонтальное
на вертикальной
плоскости;
4
б)
б) положение
элементов при
сварке «в лодочку»

17.

Основные элементы швов:
а — углового: 1 — корень шва, 2 — провар, 3 — граница наружной
поверхности шва, 4 — лицевая поверхность; К — катет шва; h —
теоретическая толщина шва, Н — фактическая толщина шва;
б — стыкового: 1 — граница наружной поверхности шва, 2 — лицевая
поверхность шва, 3 — усиление шва, 4 — провар, 5 — корень шва,
6 — провар корня шва

18.

19.

20.

21.

22.

23.

Стыковые соединения
С угловыми швами

24.

25. Виды болтов, применяемых в строительных конструкциях:

Болты грубой точности (класс точности С – ГОСТ
15589-70 с изм.)
Болты нормальной точности (класс точности В –
ГОСТ 7798-70 с изм.)
Болты повышенной точности (класс точности А –
ГОСТ 7805-70 с изм.)
Высокопрочные болты (ГОСТ 22353-77 и ГОСТ 2235677, класс точности В)
Самонарезающие болты (ТУ 34-5815-70)
Фундаментные (анкерные) болты (ГОСТ 24379.1-80)

26.

27.

Болтовые соединения по механизмам передачи
внешних усилий:
Фрикционные (сдвигоустойчивые)
Срезные
Фрикционно-срезные

28.

Фрикционные (сдвигоустойчивые) соединения –
соединения, в которых внешние усилия воспринимаются вследствие
сопротивления сил трения, возникающих по контактным плоскостям
соединяемых элементов от предварительного натяжения болтов. Эти
соединения наиболее трудоемки по сравнению с другими типами
болтовых соединений. Поэтому область применения фрикционных
соединений должна быть строго ограничена условиями, при которых
наиболее полно реализуются их положительные свойства - высокая
надежность при восприятии различного рода вибрационных,
циклических, знакопеременных нагрузок.

29.

Срезные соединения – соединения, в которых внешние усилия
воспринимаются вследствие сопротивления болтов срезу и
соединяемых элементов смятию. Отличительное свойство
срезных соединений - достаточно высокая деформативность,
определяемая главным образом деформациями смятия
соединяемых элементов болтами. Поэтому основная область их
применения - соединения элементов, подвергающиеся
воздействию статических нагрузок. При этом деформативность
соединений не должна препятствовать нормальной эксплуатации
конструкции.

30.

Срезные соединения

31.

Фрикционно-срезные соединения – соединения, в которых
внешние усилия воспринимаются в результате совместного
сопротивления сил трения, болтов срезу и соединяемых
элементов смятию. Эти соединения весьма эффективны, когда
соединяемые элементы подвергнуты воздействию как
статических, так и циклических нагрузок, в том числе
знакопеременных. Тогда последние виды нагрузок
целесообразно воспринимать за счет фрикционного эффекта.

32.

33.

34.

Заклепки работают на срез и растяжение (как болты).

35.

55. Сжатые металлические конструкции: область применения,
расчет и конструирование.
На сжатие работают колонны, стержни ферм (ферм покрытий и
перекрытий, мостов, башен, мачт и др.), элементы связей,
элементы решетки сжатых составных стержней.
Для сжатых элементов выполняется расчет на прочность и на
устойчивость.

36.

λ = lef / i

37.

Для составных сжатых стержней при расчете их устойчивости
относительно свободной оси проверяют не по гибкости λ, а по
приведенной гибкости λef, которая вследствие деформативности
решетки всегда больше.
СНиП II-23-81*

38.

39.

Для отдельных элементов сжатой конструкции (полки, стенки) выполняются
расчеты на местную устойчивость. Проверка местной устойчивости заключается
в сравнении отношений свеса полки к ее толщине и высоты стенки к ее
толщине с предельными значениями. При невыполнении условий, а также по
конструктивным требованиям устанавливаются ребра жесткости.

40.

Вопросы конструирования:
Металлические конструкции. Общий курс / Под ред. Беленя Е.И.
Глава 8, §1, §2, §3, п.1 – колонны.
Глава 9, §5 – фермы.

41.

56. Балки и балочные стальные конструкции: область
применения,
типы,
последовательность
расчета
и
конструирование.
Балка – это конструктивный элемент, работающий на изгиб.
Область применения балок:
Междуэтажные перекрытия и покрытия жилых, общественных и
промышленных зданий
Балочные площадки
Мосты
Эстакады
Подкрановые конструкции промышленных зданий
Сооружения специального назначения
Балки классифицируются:
По расчетной схеме
По типу сечения

42.

а)
б)
в)
Типы балок по расчетной схеме:
а) разрезные; б) неразрезные; в) консольные

43.

в)
Типы балок по
расчетной
схеме:
а) разрезные;
б) неразрезные;
в) консольные

44.

Балки по типу сечения:
Прокатные (двутавр, швеллер) или прессованные (для
алюминиевых конструкций)
Составные (по способу соединения элементов –
сварные, болтовые, клепаные)
Типы балок:
а) прокатные; б) прессованные; в) составные

45.

46.

В строительстве нашли применение тонкостенные балки, балки
из гнутых профилей, прессованные и составные из
алюминиевых сплавов, бистальные балки.
Бистальные балки – это составные балки, скомпонованные из
элементов с разными марками стали (например, стенка – из
углеродистой стали, пояса – из низколегированной стали).
Применяются и металлические предварительно напряженные
балки из высокопрочной стали.

47.

Последовательность расчета:
1. Расчет балки по прочности на действие изгибающего момента.
2. Расчет балки по прочности на действие поперечной силы
(касательных напряжений).

48.

3. При действии сосредоточенной нагрузки расчет стенки балки в
местах ее приложения.

49.

4. Расчет балки на устойчивость.

50.

5. Расчет на местную устойчивость стенки и полок балки.
Расчет на местную устойчивость стенки балки заключается в
определении нормальных и касательных напряжений, в т. ч. нормальных
напряжений в местах действия сосредоточенной нагрузки и сопоставлении их с напряжениями, соответствующими потери устойчивости.
Проверка местной устойчивости пояса балки заключается в сравнении
отношения свеса пояса к его толщине с предельным значением.
6. Расчет прогиба балки.

51.

Кроме того, расчет и конструирование балки включает:
• Решение конструктивных вопросов при подборе сечения
составной балки (например, при назначении толщины и
ширины пояса).
• Расчет и конструирование соединения пояса балки со стенкой
(составной балки).
• Расчет и конструирование стыка балок (по длине, при его
наличии).
• Изменение сечение балки по длине (при необходимости).
• Конструирование поперечных и продольных ребер жесткости.
• Расчет и конструирование узлов сопряжения балки с колонной
или узлов опирания балки на стену, а также узлов сопряжения
главных и второстепенных балок.
См. Беленя, глава 7, §3, §5.

52.

57.
Основные
положения
производственного здания.
расчета
стального
каркаса
1. Разработка расчетной схемы каркаса. Как правило, пространственная
конструкция каркаса разбивается на отдельные плоские системы:
поперечные рамы и продольные конструкции (кон-ции покрытия,
подкрановые балки).
2. Разработка расчетной схемы поперечной рамы. В каркасах произв.
зданий колонна, как правило, имеет жесткое сопряжение с фундаментом,
жесткое или шарнирное сопряжение с фермой. При небольших (до 1/8)
уклонах верхнего пояса фермы конструкция покрытия заменяется в
расчетной схеме прямолинейным стержнем, который располагается в уровне
нижнего пояса фермы.
3. Сбор нагрузок на элементы поперечной рамы.
Постоянные нагрузки: от собственного веса конструкций рамы, от веса
конструкций покрытия и стенового ограждения, от веса подкрановых балок.
Временные нагрузки: снеговая, ветровая, крановая (вертикальная и
горизонтальная).
4. Составление основных сочетаний нагрузок.
5. Определение расчетных усилий в элементах рамы.

53.

58. Основные положения расчета и конструирования
внецентренно сжатых стальных колонн сплошного и сквозного
сечений.
Составные сечения компонуют из трех листов (рис. 14.4, б), а также из
листов и сварных или прокатных двутавров (рис. 14.4, в). В колоннах
крайних рядов для удобства крепления стенового ограждения
используются сечения, показанные на рис. 14.4, г.

54.

55.

Стержень внецентренно сжатой колонны (или ее участка) должен быть рассчитан
(проверен) на прочность и устойчивость в плоскости и из плоскости рамы.

56.

57.

58.

59.

60.

61.

62.

Выполняется проверка местной устойчивости стенки и полок
колонны.
27
Однако постановка продольных ребер значительно увеличивает
трудоемкость изготовления колонны и экономически целесообразна
только при ширине колонны свыше 1000 мм.

63.

64.

65.

66.

67.

7.10.
38*.

68.

69.

Рис. 14.7. Типы сечений решетчатых колонн

70.

71.

72.

73.

Колонну или ее участок как единый стержень рассчитывают на
устойчивость в плоскости действия момента как внецентренно сжатый
элемент.
a=y1

74.

Устойчивость сквозной колонны как единого стержня из плоскости
действия момента проверять не нужно, так как она обеспечивается
проверкой устойчивости в этом направлении каждой из ветвей.
Чтобы увеличить сопротивление колонны скручиванию, ветви колонны
соединяют жесткими поперечными диафрагмами, расположенными у концов
отправочных элементов.
Элементы решетки сквозной внецентренно сжатой колонны рассчитывают
на поперечную силу, равную большей из величин: определенной при
статическом расчете или условной Qinf.
Сечения элементов решетки рассчитывают так же, как в центрально
сжатых колоннах: раскосы – как центрально сжатые стержни на
устойчивость, планки – на действие поперечной силы и изгибающего
момента.
Если раскосы центрировать на ось ветви, то при малой ширине ветви
приходится устраивать в узлах фасонки для крепления раскосов. Для
упрощения узлов допускается центрировать раскосы на грань ветви, что
приводит к появлению в узлах местных изгибающих моментов и более
раннему развитию пластичности.

75.

76.

59. Особенности расчета и конструирования стальных ферм из
прокатных профилей.
Наиболее часто применяемые сечения стержней ферм:
парные уголки (реже одиночные уголки, как правило для
слабонагруженных элементов решетки ферм);
трубы;
замкнутые гнутосварные профили;
пояса из тавров (швеллеров, двутавров) с решеткой из
одиночных уголков.

77.

78.

СНиП II-23-81*

79.

Расчет элементов ферм выполняется как центрально сжатых (на
прочность и устойчивость) и центрально растянутых (на прочность).
При действии на элемент пояса фермы местной внеузловой нагрузки
элемент рассчитывается как внецентренно сжатый на прочность и
устойчивость или как внецентренно растянутый на прочность.

80.

СНиП II-23-81*

81.

СНиП II-23-81*

82.

Общие требования к конструированию
узлов легких ферм
1. Центрирование стержней в узлах.
СНиП II-23-81*

83.

2.

84.

3. С целью уменьшения сварочных напряжений в фасонках (накладках)
соблюдают следующие требования:
СНиП II-23-81*

85.

5.
СНиП II-23-81*
13.9*
6.

86.

7. Необходимо стремиться к простейшим очертаниям фасонок
(прямоугольник, прямоугольная трапеция), чтобы упростить их изготовление
и уменьшить количество обрезков.

87.

60. Листовые металлические конструкции: классификация, общая
характеристика, особенности напряженного состояния и расчета.