Голубь экзамен

Голубь экзамен

  1. Характеристика стали, как строительного материала 
    2. Основы проектирования МК, предельные состояния. Их общая характеристика 
    3. Характеристика нагрузок в соответствии с группами предельных состояний 
    4. Общая характеристика соединений МК – достоинства и недостатки, технологические особенности, область применения 
    5. Характеристика сварных соединений 
    6. Расчет стыковых сварных соединений  
    7. Расчет угловых сварных соединений  
    8. Конструктивные требования, предъявляемые к сварным соединениям  
    9. Характеристика болтовых соединений, включая материалы, размещение, особенности работы.  
    10. Расчет болтовых соединений.  
    11. Характеристика соединений на высокопрочных болтах, особенности их работы и расчёта.  
    12. Расчёт сварных швов составных балок - швы крепления поясов и  
    опорных рёбер.  
    13. Проверка предельных состояний изгибаемых элементов – общая работа в упругой стадии, общая устойчивость.  
    14. Проверка предельных состояний изгибаемых элементов – местная устойчивость поясов и стенок.  
    15. Проверка предельных состояний изгибаемых элементов - местная прочность стенки, местная прочность и устойчивость опорных частей.  
    16. Работа изгибаемых элементов в пластической стадии.  
    17. Варианты балочных клеток. Виды сопряжений  
    18. Особенности сбора нагрузок на балки.  
    19. Металлические настилы.  
    20. Проектирование настила  
    21. Подбор сечений прокатных балок  
    22. Подбор сечения прокатных балок при отсутствии профиля в сортаменте  
    23. Порядок подбора сечений сварных составных балок по пропорциям  
    24. Виды сопряжений балок, их конструктивное оформление и расчёт.  
    25. Физический смысл понятий " минимальная" и "оптимальная" высота балки  
    26. Проектирование изменений сечений балок  
    27. Напряженное состояние элементов сечений составной балки (стенки, полки)  
    28. Размещение ребер жесткости в балках и проверка местной устойчивости стенки балки  
    29 . Сварные стыки составных балок – конструктивные решения  
    30. Расчет стыков составных балок на высокопрочных болтах
    31. Конструирование опорных частей составных сварных балок 
    32. Расчет опорной части составной балки в зависимости от конструктивного решения
    33. Состав каркаса промздания. 
    34. Назначение вертикальных связей между колоннами 
    35. Назначение вертикальных связей между фермами 
    36. Связи по верхним поясам фермы
    37. Связи по нижним поясам ферм.
    38. Назначение расчетной схемы рамы 
    39. Виды нагрузок, сочетания нагрузок.
    40. Сбор нагрузок от собственного веса на раму 
    41. Снеговые нагрузки на раму 
    42. Особенности снеговой нагрузки на раму при наличии подстропильных конструкций
    43. Ветровые нагрузки на раму (фактические и эквивалентные)
    44. Расчетные длины участков колонны в (из) плоскости рамы. 
    45. Виды и компоновка сечений сплошных сжато-изогнутых стержней.
    46. Расчётные усилия в сечениях колонны.
    47. Проверка сечений сплошных сжато-изогнутых стержней (в) из плоскости рамы.
    48. Проверка местной устойчивости элементов сечения сплошного сжато-изогнутого стержня.
    49. Определение размеров опорных плит без сплошных колонн.
    50. Расчёт анкерных болтов баз сплошных колонн.
    51. Расчет оголовка колонны сплошного сечения
    52. Характеристика очертаний ферм
    53. Характеристика решёток ферм
  2. Типовые схемы ферм
  3. Габариты и отправочные марки ферм 
    56. Конструкции креплений прогонов и их расчет 
    57. Особенности работы прогонов в скатных кровлях.  
    58. Виды беспрогонных кровель. 
    59. Легкие и тяжелые фермы  
    60. Конструктивные особенности сечений стержней ферм (верхний, нижний пояс, опорный раскос, стойка, решетка)  
    61. Определение расчетных усилий в стержнях фермы  
    62. Зависимость усилий в элементах фермы от ее высоты
    63. Расчетные длины стержней фермы.  
    64. Сбор нагрузок на ферму  
    65. Порядок подбора сечений сжатых элементов ферм.  
    66. Порядок подбора растянутых стержней фермы  
    67. Предельные гибкости стержней фермы.  
    68. Общий порядок проектирования узлов ферм  
    69. Варианты сопряжения фермы с колонной.  
    70. Проектирование верхнего опорного узла (варианты).  
    71. Проектирование нижнего опорного узла фермы  
    72. Проектирование стыкового, монтажного узла, фермы.

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Характеристика стали, как строительного материала.

Сталь – сплав железа(Fe) с углеродом(C)

Для определения и классификации стали используется классическая диаграмма:

  1. Упругая работа стали
  2. Re – предел упругости – расчетное сопротивление стали R, Мпа
  3. Предел текучести Rуп
  4. Площадка текучести

Участок 3-4 – пластическая работа стали, появляется пластический шарнир.

  1. Временное сопротивление Run

I – Характерно для сталей обычной прочности Rуп ≤ 290 Мпа

II – Сталь повышенной прочности 290≤ Rуп ≤ 400 Мпа

III – Высокопрочная сталь Rуп > 400 Мпа

Основные свойства:

- Хрупкость

- Ползучесть

- Твердость

- Коррозионная стойкость

- Наклеп

Расчетные хар-ки стали.

R – расчетное сопротивление стали

- растяжение, сжатие и изгиб.

Ry=; Ru=

γm – коэф. условий работы конструкций

Срез Rs=0,58

Торцевое смятие (смятие торцевой пов-ти) Rp=

Физические хар-ки стали

-плотность (объемный вес) ρ=7850 кг/м3

-модуль упругости Е=2,06105 Мпа

(в старых учебниках Е=2,1106 кг/см2)

-коэф. Пуассона = 0,3

Сортамент

  1. Полосовая сталь (листовая) – стальной лист толщиной 10мм.

Все листы, которые толще 40мм получают отливкой и они в сортамент не входят.

2.     Прокатный профиль

3.Швеллер

 

 

 

 

 

4.Двутавр

 

 

 

 

5.Труба

 

Стали, независимо от их вида, марки, способа изготовления отличают от других строительных материалов как положительные, так и отрицательные конструкционные свойства.

       Выделим положительные:

       1) относительно малый вес, легкость (обратная характеристика – относительно высокая прочность) – параметр, равный отношению объемного веса, для всех сталей γ =  7850 кг/см3

       2) однородность структуры и состава – вне зависимости от завода – изготовителя – гарантирует надежность прочностных характеристик, высокую повторяемость;

       3) изотропность – обеспечивает одинаковость механических характеристик вне зависимости от направления воздействия;

       4) высокая плотность – влаго- и газонепроницаемость;

       5) индустриальность – изготовление только в заводских условиях;

       6) технологичность – как удобство обработки при изготовлении с применением резки, строжки, сверления, прокола (продавливания), сварки различных способов и в самых разнообразных пространственных положениях и т.д.

       Отрицательные свойства стали:

       1) подверженность коррозии – может быть снижена применением легирующих элементов при выплавке стали (связана с маркой стали); созданием более благоприятных условий эксплуатации – конструктивные решения и мероприятия, снижающие возможность застоя влаги, накопления пыли, грязи и т.п.; применением защитных лакокрасочных или иных (оцинковка) покрытий;

       2) относительно невысокая огнестойкость – при нагреве в 600оС и более начинают активно снижаться механические характеристики;

       повышение огнестойкости достигается принятием определенных эксплуатационных мероприятий; применением специальных защитных обмазок;

       3) склонность к усталости при постоянных динамических нагрузках – показатели прочности постепенно снижаются вплоть до уровней (0.5…0.6) R;

       4) горячеломкость, холодноломкость – из-за влияния серы, фосфора, кислорода и азота в стали возникает склонность к хрупкому разрушению как при интенсивном нагреве – включая сварку и резку, так и при естественном охлаждении и т.д.

 

 

 

 

 

 

 

2. Основы проектирования МК, предельные состояния. Их общая характеристика.

Цель расчета строительных конструкций - обеспечить заданные условия эксплуатации и необходимую прочность при минимальном рас­ходе материалов и минимальной затрате труда на изготовление и монтаж. Расчет стальных конструкций, как и любых строительных конструкций, выполняется в соответствии с понятиями предельных состояний конструкций. Предельными являются состояния конструкции, не отвечающие эксплуатационным требованиям. Иными словами это некоторое закритическое состояние, которое нельзя допустить во избежание неприятностей. При проектировании конструкций учитывается две группы предельных состояний. Первая группа предельных состояний (1гр.ПС) характеризует непригодность конструкции к дальнейшей эксплуатации. Признаки, по которым конструкции может оказаться непригодной к дальнейшей эксплуатации, следующие:

        исчерпание прочности материала;

        потеря местной или общей устойчивости конструкцией или ее элементами;

возникновение резонансных явлений;

наличие сдвигов в соединениях.

Как видно, все признаки отражают возникновение аварийных ситуаций, не позволяющих продолжать эксплуатацию конструкции. Аналитически условия предупреждения 1гр.ПС (предупреждение аварий) можно выразить через соотношение усилий N ≤[N]   или напряжений  

σ ≤ [σ]       а при динамических воздействиях через частоты колебаний        ώ ≠ ρ  

        Здесь:  N, σ – максимальные усилия или напряжения, возникающие в элементах конструкции под нагрузкой;  ώ – частоты собственных колебаний конструкций;

[N], [σ] – предельные усилия или напряжения, которые может выдержать конструкция, сохраняя прочность и устойчивость (нередко [N] трактуется как  несущая способность конструкции);ρ – частоты вынужденных колебаний с которыми нагрузка воздействует на конструкцию.Обобщенно можно назвать их условиями прочности (подразумевая в этом термине прочность и устойчивость), тогда под  N, σ следует понимать характеристики воздействия на конструкцию, а под [N], [σ] – возможности конструкции.

Вторая группа предельных состояний (2гр.ПС) характеризует непригодность конструкции к нормальной эксплуатации. Здесь, в отличии от 1гр.ПС, об аварии нет и речи, эксплуатация возможна, но она не будет нормальной из-за:больших  прогибов, перемещений конструкции;осадки фундаментов, ощутимой вибрации и т. п., т.е. из-за недостаточной жесткости конструкции (или излишне большой ее податливости). Аналитически условия предупреждения 2гр.ПС (обеспечение достаточной жесткости конструкции) можно выразить через перемещения 

f ≤ [ f ] или относительные перемещения ƒ⁄ l ≤ [ ƒ⁄ l ] = [ 1⁄n ]

     Ограничиваясь статическими задачами, здесь имеем:

     ƒ, ƒ⁄ l – наибольшие перемещения или относительные перемещения, возникающие в конструкции при ее нормальной (в обычных условиях) эксплуатации; l – линейный размер (пролет, высота…);

     [ƒ], [ƒ⁄ l] – перемещения или относительные перемещения определяемые нормами [1 и др.] и называемые нормативными. Если f и f/l зависят от воздействий, то [f] и [1/n] назначаются волевым порядком на основании опыта, специальных исследований и т.п.

 

3. Характеристика нагрузок в соответствии с группами предельных состояний.         

При проверке 1гр.ПС нас интересуют максимальные усилия (напряжения), поэтому и возможные нагрузки учитываются в их максимальных, мы говорим, расчетных значениях – Н. При проверке 2грПС нас интересует перемещение не в экстремальных (max – min), а в нормальных условиях, поэтому и нагрузки здесь принимаются нормальные, обычные, нормативные – Hn. Связь Н и Нn  осуществляется посредством коэффициента надежности по нагрузке - γf   

в формуле: Н = Нn γf    

        

При этом Нn – задается заказчиком или СНиПом; γf – указана в СНиПе.

Усилия и напряжения, а также перемещения или относительные перемещения зависят от нагрузки, размеров конструкции, геометрических характеристик сечений элементов конструкции и т.п.

Несущие способности зависят от прочностных характеристик материалов – П, геометрических характеристик сечений – Г, и условий работы конструкций – У.

В общем виде имеем: [N] = ПГУ                        

      

Прочностные характеристики стали зависят от вида напряженного состояния, характера напряжений: Ry – изгиб, сжатие и растяжение; Rs – срез; Rp – смятие плотно подогнанных поверхностей и т.п. Геометрические характеристики сечений – площадь – А; момент инерции – I и момент сопротивления (чаще минимальный, для наиболее напряженных волокон) – W для простых и составных сечений вычисляются самостоятельно, для прокатных сечений в сортаментах.

       Условия работы конструкции и ее элементов учитываются коэффициентами (порознь и совместно):

       γс – коэффициент условий работы;

       φ – коэффициент продольного изгиба центрально – сжатых элементов;

       φс – то же внецентренно сжатых элементов;

       с – коэффициент пластичности;

       φb – коэффициент, отражающий способность балки к потере общей устойчивости. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.  Общая характеристика соединений МК – достоинства и недостатки, технологические особенности, область применения.

  • Сварные соединения

Сварка – процесс получения неразрезного соединения, путем установления межатомных связей, между соединяемыми элементами при нагревании или пластической деформации.

   «+»  - меньшая металлоемкость; - технологичность (упрощает конструктивную форму соед-я; позволяет примен. механизир-е способы, тем самым сниж. трудоемкость); - достаточно высока прочность; - газо- и водонепроницаемость.

   «-» - малая скорость при производстве работ; - наличие дефектов в сварных швах(пустоты); - остаточные напряжения в соед-ях после сварки;  - не рекомендуется в конструкциях, испытывающих динамические нагрузки; - коррозия; - температурные деформации во время сварки (динам.нагр.+низк.темп.=способствуют хрупкому разруш-ю)

Схема электродуговой сварки                  Схема полуавтомат. сварки под флюсом

 

1 – соединяемый матер-л;  2 – застывший металл;  3 – застывший шлак; 4 – расплавленный шлак; 5 – сварочная ванна; 6 – дуга; 7 – электродная проволока; 8 –флюс; 9 – защитная атмосфера                

Сварочный флюс — материал, используемый при сварке для защиты зоны сварки от атмосферного воздуха обеспечения устойчивости горения дуги, формирования поверхности сварного шва и т.д.

  • Болтовые и клепаные соединения

Болтовые:      «+»  - простота соединения;   - надежность в работе

«-» - более металлоемки, чем сварка;  - ослабляют сеч-я элем. отверстиями для болтов.

Бывают грубой, нормальной, и повышенной точности, высокопрочные, самонарезающие и фундаментные( анкерные). 

 

а – болт с шайбой(1) и гайкой(2);  б –самонарезающий болт;   в – фундаментные болты: тип 1 при d≤36мм, тип 2 при d>30мм.

Заклепочные: в прошлом – основной метод соед-я.  Вытеснены из-за сложн. технологич.

процесса клепки (необх-ть нагрева закл. до темп. 800оС) и перерасхода мет. на соед-е. Сейчас примен. только в тяж-ых констр-ях, подверж-ых возд-ю динамич.  и вибрац. нагр-ок. и при исп-ии трудносвар-ых матер-ов.

 а) – заклепка с полукругл. Головкой  б) – заклеп-е соед-е

5. Характеристика сварных соединений.

Сварка – процесс получения неразрезного соединения, путем установления межатомных связей, между соединяемыми элементами при нагревании или пластической деформации.

«+»  - меньшая металлоемкость; - технологичность (упрощает конструктивную форму соед-я; позволяет примен. механизир-е способы, тем самым сниж. трудоемкость); - достаточно высока прочность; - газо- и водонепроницаемость.

«-» - малая скорость при производстве работ; - наличие дефектов в сварных швах(пустоты); - остаточные напряжения в соед-ях после сварки;  - не рекомендуется в конструкциях, испытывающих динамические нагрузки; - коррозия; - температурные деформации во время сварки (динам.нагр.+низк.темп.=способствуют хрупкому разруш-ю)

По ГОСТ, классы:

  • Термический А – соединения с помощью плавления (электродуговая, электрошлаковая сварки, в среде защитных газов, газовая сварка)
  • Термомеханический Б – тепловая энергия+давление (кузнечная ковка, контактная (точечная) сварка)
  • Механическая

Виды сварки различают по способу ее осуществления:

  • Ручная («+»примен. в труднодоступн. местах;«-» малая глубина плавл-я основного металла и меньшая произв-ть из-за пониженной силы тока, меньшая стабильность ручн. Процесса по сравн-ю с автоматич. св.)
  • Автоматическая /полуавтомат-я св. под флюсом (Сварочный флюс— материал, используемый при сварке для защиты зоны сварки от атмосферного воздуха обеспечения устойчивости горения дуги, формирования поверхности сварного шва и т.д.) – дуга перемещается и электродная проволока подается механически/дуга перемещ-ся вручную, а подача проволоки осущ-ся механически;
  • Электрошлаковая - специальная, для сварки особо толстых деталей.

Виды сварных швов различают в связи с взаимным положением соед-ых деталей :

а) – стыковые;

б) –внахлестку (1-лобовые; 2-фланговые);

 в) –комбинир-ые;

 г)- угловое;

д) – тавровое

 

Угловые швы выполняются без обработки кромок, но различаются по сечению – равнобокие (обычно), неравнобокие (иногда), а также по пространственному положению в момент производства сварных работ – нижние, горизонтальные (боковые), вертикальные, потолочные. Последние два вида швов наименее удобны в производстве.

       Выбор электродов, их тип, производится в зависимости от группы конструкций, климатического района строительства и марки стали. Если в конструкции применяются разные марки стали, то тип электрода назначается по более прочной.

       Все соединения рассчитываются только по прочности, т.е. только по первой группе предельных состояний.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Расчет стыковых сварных соединений

1) Расчетная длина зависит от способа сварки

Дефекты вначале и в конце, следовательно в расчет их не берем     lw = lr(2tmin)

      

Если t2>t1, то у более толстой детали снимают фаску  по схеме:

 

 

2) С выводом на подкладку

 

 

 

При растяжении в сварном соединении:

 - нормальное растягивающее напряжение

,       - коэф. условной работы конструкции

 

 

При сложном напряженном состоянии (приведенные напряжения)

 

 ;   ;  ;    

Если расчетн. сопр. сварки в стыковом соед-ии Rwу меньше расчетн. сопр-я основного металла и в стыкуемом элементе действующие напряжения превышают Rwу, то для увеличения длины шва его делают косым (рис.2)     Rу >  Rwу

Rу –сопротивление для основного металла;   

Rwу –расчетн. сопр-е сварки     

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Расчет угловых сварных соединений

Классификация:

  • По положению в пространстве: -горизонтальные; - вертикальные; - потолочные
  • По характеру работы:

- Фланцевый шов,  - Лобовой шов,

расположен вдоль передает усилия 

усилия                  равномерно по ширине 

                                                                           элемента

- Комбинированное соединение

 

 

 

Расчет (на срез)

1 – сечение по металлу шва

2 – сечение по металлу границы сплавления

, где n-кол-во швов; Rw – расчетное сопротивление;  ɣw – коэф. работы сварного соединения

 – максимальный из них – это расчетный случай

В качестве площади

lr – геометрическая длина завода одной пластины на другую

lw – расчетная длина

lw = lr-20    (20=2*10)

kwкатет сварного углового шва (мм)

kw min =4мм          kw max =1,2tmin

 ;   ;    
            
    Приведенные напряжения

 

 

 

 

 

 

 

 

8. Конструктивные требования, предъявляемые к сварным соединениям

- Качество сварки определяетсяся шаблоном.

При ручной сварке за один проход может быть выполнен шов толщиной до 8мм; более толст. швы (20-25мм) получают путем многократн. провар-я  соед-ых элементов стыка. Применение таких швов нежелательны.

  • При механизир-ом способе сварки предусм. такое располож-е сварн. швов, при котором максимально сокращ-ся необходимость кантовки конструкции при ее изготовлении и обеспеч-ся свободн. доступ к местам наложения швов.
  • Чтобы уменьшить сварочн. напр-я и деформ., стремятся к наименьш. объему сварки в констр., применяя швы наименьш. толщины.
  • Необходимо избегать пересечений швов, близкое их располож-е друг к другу, образование швами замкнутых контуров и швов, ориентированных поперек направл-я, действующих в стержне растягивающих напряжений.
  • Сварн. стыки балок, колонн и т.п. следует выполнять без накладок, встык , с двусторонней сваркой и полным проплавлением или односторонней св. с подваркой корня шва или на подкладках.
  • Толщина стыковых швов принимается равной меньшей из толщин, стыкуемых элементов. В завис-ти от толщ. сав-ых элементов кате угловых швов рекоменд-ся принимать не менее, чем указано в табл.

Наибольший катет углового шва, в завис-ти от толщины соед-ых элементов может быть принят kш≤1,2t (где t – наименьш. из толщин свариваемых элементов); наибольший катет углового шва вдоль «обушка» уголка также может быть доведен до 1,2t (где t-толщина полки уголка)

 Соотношение размеров катетов угловых швов чаще всего 1: 1. При разных толщинах свариваемых элементов допускается принимать швы с неравными катетами, при этом катет, примыкающий к более тонкому элементу, должен быть не более 1,2t, t – толщина этого элемента.

Размер нахлестки должен быть не менее 5 толщин наиболее тонкого из свариваемых элементов.

Наибольшая длина шва во фланцевом соединении ограничена:

 lWmax = 85βkш, т.к. фактические напряжения по длине шва распределены неравномерно и при длинных швах его крайние участки испытывают перенапряж-е, недонапряж-е против расчетного значения.

 

- эпюра напряжений сварного шва по его длине (во фланцевом соед-ии)

 

Напуск листов в соед-ях внахлестку для уменьш-я влияния сварочных напряжений должен быть не менее пяти толщин наиболее тонкого из соединяемых элементов.



 

 

9. Характеристика болтовых соединений, включая материалы, размещение, особенности работы.

Болтовые соединения более металлоемки, чем сварные т.к. имеют стыковые накладки и ослабляют сечения элементов отверстиями для болтов.

В строительных конструкциях применяют:

 

- болты грубой точности (штамповка) (класс А)

- болты нормальной точности (класс B)

- болты повышенной точности (класс С)

- высокопрочные болты

- самонарезающие болты

- анкерные болты (Ø 12-140 мм)

 

Классы А, В, С имеют Ø16-48 мм

 

 площадь тела стержня болта, см2

 площадь за вычетом резьбы, см2

 

Для классов А и B:

Для класса С:

 

В зависимости от процесса изготовления различают классы прочности болтов: 4.6 – 8.8. Первое число, умноженное на 10 обозначает временное сопротивление, а произведение первого на второе предел текучести материала.

Болт имеет головку, гладкую часть стержня длиной на 2-3 мм меньше толщины соединяемого пакета и нарезную часть стержня, на которую надевается шайба и навинчивается гайка.

Болты нормальной точности изготавливают из углеродистой стали Ст2, Ст3, 09Г2. Болты повышенной точности так же изготавливают из углеродистой стали, и они имеют те же классы прочности, что и нормальной точности. Высокопрочные делают из легированной стали, готовые болты термически обрабатывают.

Различают две схемы соединения:

- стык

- прикрепление элементов друг к другу

 

 

   Для усилия влево: (нарисовать стрелочку влево от всего чертежа)

 

 

10. Расчет болтовых соединений.

Усилие , которое может воспринять 1 болт находится из условий среза, сжатия и смятия.

·        Расчет на срез (тела болта)

 

 

 – расчетное сопротивление на срез

 – площадь сечения стержня болта

 – коэффициент условий работы соединения

 – число расчетных срезов одного болта (если соединяют 2 детали, то 1 срез)

·        Расчет на смятие (разрушение металла соединяемых деталей)

 

 

 – расчетное сопротивление смятию

 – наружный диаметр стержня болта

 – номинальная суммарная толщина деталей, сминаемых в одном направлении

 

·        Расчет на растяжение (отрыв головки)

 

 – расчетное сопротивление растяжению

 – площадь резьбовой части

 

·        Требуемое количество болтов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11. Характеристика  соединений  на  высокопрочных  болтах,  особенности их  работы  и  расчёта.

Изготовлены из легированной стали. Это болты нормальной точности, их ставят в отверстия большего, чем болт, диаметра но их гайки затягивают тарировочным ключом, который позволяет контролировать силу натяжения болтов. Эта сила плотно стягивает соединяемые элементы и обеспечивает монолитность соединения, при этом возникают силы трения, которые препятствуют сдвигу этих элементов относительно друг друга. Высокопрочный болт, работая на осевое растяжение, обеспечивает передачу сил сдвига трением между соединяемыми элементами. Чтобы соединение с накладками с двух сторон работало надёжно, необходима одинаковая толщина элементов. Иногда между поверхностями вставляют тонкую стальную прокладку. Это позволяет выравнивать перепад плоскостей стыкуемых деталей и даёт высокий коэффициент трения. 

Ещё есть соединение с несущими высокопрочными болтами, отличающееся передачей сдвигающих усилий совместной работой сил трения, смятия и среза болта. Они могут иметь остаточные перемещения, но они не рекомендуются в конструкциях при вибрационных нагрузках.

Для улучшения работы иногда поверхности склеивают клеем а затем соединяют высокопрочными болтами.

Преимущества:

- Простота устройства соединения

- По качеству работы не уступают сварным соединениям.

Применяются в монтажных соединениях, имеющих большие сдвигающие силы и при действии динамических и вибрационных нагрузок.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1. Расчёт сварных швов  составных  балок -  швы  крепления  поясов  и

опорных  рёбер.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13. Проверка предельных состояний изгибаемых элементов – общая работа в упругой стадии, общая устойчивость.

Условия расчета по первому предельному состоянию для МК.

  1. Центральное растяжение

Ϭ=≤Ryγc ; N ≤[N]  

  1. Центральное сжатие

Ϭ=≤Ryγcφ ; N ≤[N]

φ – коэф. продольного изгиба центр. сжатия стержня

  1. Изгиб

Ϭ=≤Ryγc ; M ≤[M]  

  1. Общая устойчивость

Ϭ=≤Ryγcφb ; M ≤[M]  

  1. Срез на опоре

τ =≤Rsγc ; Q ≤[Q]  

 

      Для изгибаемых  элементов  (балок),  у  которых  пролет  превышает высоту поперечного  сечения   (в  5  и  более  раз)   изменение  деформаций   по  высотесечения происходит по линейному закону, напряжения распределяются только до  предела  текучести  ƠT   

     Напряжения в точках, находящихся на расстоянии y от нейтральной оси, определяются по формуле  Ơ = М y / Ix ,

где - изгибающий момент в рассматриваемом  сечении  балки;  

        Ix -  момент  инерции  сечения.

Максимальное напряжение возникает когда : Ơmax. = М(h/2)/Ix.

Отношение момента инерции  Ix   к  расстоянию от нейтральной оси до крайней точки сечения    называется  моментом  сопротивления  Wx = Ix(2/h)  , тогда   ƠmaxM/Wx.

     Для проверки прочности изгибаемых элементов, работающих в пределах упругих деформаций, необходимо, чтобы максимальные нормальные и касательные напряжения в балке от расчетной нагрузки не превосходили соответствующих  расчетных  сопротивлений.

;        τ = Q S /I tRs c.                                                   

где  и  - максимальный момент и поперечная сила в балке от расчетной нагрузки;

        - момент сопротивления нетто поперечного сечения балки, в случае несимметричного сечения балки выбирается  Wnmin = Ix / y max

 - статический момент сдвигающейся части сечения относительно нейтральной оси;

 I - момент инерции сечения балки;

- толщина стенки.

     По второму предельному состоянию наибольший прогиб балки от нагрузки при  эксплуатации  сравнивается  с  предельной величиной указанной в нормах, либо  в  задании  на  проектирование.

     Величина прогиба зависит от расчетной схемы балки, а предельный прогиб – от назначения. Например, для главной балки рабочей площадки промздания, имеющей один пролет и шарнирные опоры, загруженной равномерно распределенной  нагрузкой,  проверка  прогиба  производится  по  формуле:                                     

                                               5

                                   fmax = ----- (qn  l4 / E I)                                           

                                             384

где - максимальный прогиб балки;

       - нормативная нагрузка на балку;

       - прогиб балки;

     E I- изгибная жесткость балки.

         Потеря балкой общей устойчивости проявляется в ее самопроизвольном выходе из вертикальной плоскости (плоскости изгиба или, иначе, плоскости действия нагрузки), сопровождающемся боковым кручением сечения.

В наибольшей степени, возможность таких деформаций свойственна однопролетным, не раскрепленным (свободно стоящим) балкам, встречающихся на практике достаточно редко. Их предупреждение достигается соблюдением условия

σ = ≤ Ry φbγc

где φb – определяется по [1, прил. 7].

 В случае его невыполнения необходимо либо раскреплять балку, вводить горизонтальные связи, накладываемые на сжатый пояс, либо увеличивать его ширину, либо использовать оба приема одновременно.

Если балка входит в состав балочной клетки, то роль раскрепляющих связей играют примыкающие к ней балки. Они уменьшают соответствующую расчетную длину и повышают ее общую устойчивость, а при непрерывном опирании (и креплении) сплошного настила, проблема общей устойчивости вообще снимается.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14. Проверка предельных состояний изгибаемых элементов – местная устойчивость поясов и стенок.

Местное выпучивание отдельных элементов конструкций под действием сжимающих нормальных или касательных напряжений называют потерей ме­стной устойчивости. В балках потерять устойчивость могут сжатый пояс от действия нормальных напряжений (рисунок 1) и стенка от действия касатель­ных или нормальных напряжений, а также и от их совместного действия (рису­нок 2). Потеря устойчивости одним из элементов балки полностью или частич­но выводит его из работы, рабочее сечение уменьшается, часто становится несимметричным, центр изгиба смещается, что приводит к преждевременной по­тере несущей способности всей балки. Сжатый пояс представляет собой длинную пластинку, прикрепленную к стенке балки и нагруженную равномерно распределенным нормальным напряжением σ, действующим вдоль длинной стороны пластинки. Потеря устойчивости такой пластинки выражается волнообразным вы­пучиванием ее свободных краев. Устойчивость сжатого пояса обычно обеспечивается при подборе сечения составной балки. Местная устойчивость полки    ≤ 0,5∙ ,      

 

 

 

Рисунок 1.    Потеря местной устой­чивости поясом балки

Рисунок 2 - Потеря местной устойчивости стенкой балки от действия нормальных и касательных напряжений:

 

а - действие касательных напряжений;

 б - места определения на­пряжений для проверки устойчивости стенки;

 в - траектории действия главных напряжений (------растягивающих, - сжимающих);

 г-сечение составной балки с ребрами

Стенка балки представляет собой пластинку, подверженную воздействию нормальных и касательных напряжений.

Стенки балок для обеспечения их устойчивости укрепляют специальными ребрами жесткости:           поперечными основными ребрами, поставленными на всю высоту стенки;

поперечными основ­ными и продольными ребрами:

поперечными основными и короткими промежуточными ребрами и продольным ребром (при этом короткие промежуточные ребра располагают между сжатым поясом и продольным ребром).

 

Стенки балок укрепляются поперечными ребрами жесткости, если значе­ния условной гибкости стенки балки  превышают 3.2 при отсутствии подвижной нагрузки и 2.2 - при наличии подвижной нагрузки на поясе балки. При этом расстояние между основными поперечными ребрами не должно превышать 2hef при  >3.2 и 2.5 hef при < 3.2.

Поперечные ребра следует устанавливать в местах приложения больших неподвижных сосредоточенных грузов и на опорах.

Ширина выступающей части ребра bh которое выполняется из полосовой стали, должна быть для парного симметричного ребра не менее hef/30 + 40 мм, для одностороннего ребра - не менее hef/24+ 50 мм. На обоих концах внутренние углы ребра, примыкающие к стенке, срезают для пропуска поясных швов, размеры катетов среза 40...50 мм.

Вблизи от опоры стенка балки подвергается преимущественно воздействию касательных напряжений, под влиянием которых она перекашивается, в результате чего по линиям укороченных диагоналей стенка сжимается, а по ли­ниям удлиненных - вытягивается. Под влиянием диагонального сжатия стенка может выпучиваться (терять устойчивость), образуя волны, наклоненные к оси балки под углом - 45°. Напряжения, при которых происходит потеря устойчивости, называют критическими.

Установка ребер жесткости разделяет стенку балки на отдельные отсеки  пластинки. Укрепление стенки балки поперечными ребрами жесткости, пересекающими возможные волны выпучивания, увеличивает критическое касательное напряжение

Местное напряжение в местах приложения нагрузки к верхнему поясу, а также в опорных сечениях балки, не укрепленных ребрами жесткости

 

 

 

Проверку местной устойчивости производят по отсекам, которые образуются между поясами балки и ребрами жесткости. При этом учитывается со­вместное влияние всех напряжений, действующих в стенке (нормальных, касательных и местных). Вначале намечаются предварительная расстановка ребер с максимально возможными расстояниями между ними.

 Расчет нa устойчивость стенок балок симметричного сечения, укрепленных только попе­речными основными ребрами жесткости, при отсутствии местного напряжения (σloc = 0) и условной гибкости стенки   < 6 выполняется по формуле                                                    

Сжимающее напряжение c y расчетной границы стенки, принимаемое со знаком "плюс", и среднее касательное напряжение σ вычисляются по формулам:

где hef-- полная высота стенки;

М и Q - средние значения соответственно момента и поперечной силы в пределах отсека.

 

Расчет на устойчивость стенок балок симметричного сечения, укреплен­ных только поперечными основными ребрами жесткости, при наличии местного напряжения (σloc≠0) следует выполнять по формуле

 Значения σcr и σloc,cr определяются в зависимости от расстояния между ребрами и их жесткости.

15. Проверка  предельных  состояний  изгибаемых  элементов  -  местная    прочность  стенки,    местная  прочность  и  устойчивость  опорных    частей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Местная прочность стенки проверяется по формуле:

 

 

 

Местная прочность опорных частей

Площадь сечения опорных ребер выступающих за нижнюю кромку не более чем на 1,5 толщины опорного ребра и для балок опирающихся на опору непосредственно нижним поясом определяется из условия работы ребра на смятие

 

 

 

 

Площадь опорных ребер приваренных к торцу балки и выступающих за нижнюю кромку на величину более чем 1,5 толщины опорного ребра определяется из условия работы ребра на смятие по формуле

 

 

 

 

 

Устойчивость опорных частей

Участок стенки балки над опорой при укреплении его ребрами жесткости рассчитывается на продольный изгиб из плоскости как стойка нагруженная опорной реакцией, при этом в расчетное сечение этой стойки включается сечение ребра жесткости  и полосы стенки

шириной                                                         , с каждой стороны ребра

 

 

 

Расчетная длина стойки принимается равной высоте стенки

Напряжения в условной стойке определяются по формуле,

 

 

 

Afic= расчетная площадь сечения условной стойки

ϕ – коэффициент продольного изгиба ,определяющийся в зависимости от гибкости условной опорной стойки λ относительно оси 2-2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16. Работа  изгибаемых  элементов  в  пластической  стадии.

      Формула для проверки прочности изгибаемых элементов при наличии пластических деформаций (пластический шарнир) получается путем замены    на  ,  т.е.  

                               M / (c Wn) ≤ Ry γc   или   M / Wn cRy γc                             

Формально учет пластических деформаций сводится к повышению расчетного сопротивления умножением на величину c, коэффициент, характеризующий резерв несущей способности изгибаемого элемента, обусловленный пластической работой металла.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

17. Варианты  балочных  клеток. Виды   сопряжений

Компоновочные  схемы балочных клеток весьма разнообразны. Наиболее распространенные из них можно классифицировать следующим образом: упрощенная, рис.13,а – используются только балки настила (б.н.); нормальная, рис.13,б – балки настила опираются на главные балки (г.б.); усложненная, рис.13,в – балки настила опираются на главные через посредство второстепенных  (в,б).

       В последней схеме используются второстепенные балки с шагом меньшим их длины. Это – дополнительные затраты, но облегчение балок настила, имеющих в сравнении с предыдущей схемой уменьшенные пролет и шаг, и самого настила, а это двойной положительный эффект, нередко делают усложненную схему в целом экономичней нормальной. Можно сказать, что они конкурентно сопоставимы, и для выбора лучшего решения по расходу стали или приведенным затратам полезен анализ вариантов.

Сопряжение балок.

       В нормальной схеме сопряжение балок настила с главными может быть выполнено как этажно, по рис.14,а, так и в уровне, по рис.14,б.

 

       В первом случае балка настила опирается на главную сверху, и конструктивная высота клетки - hk  оказывается достаточно большой.

       Во втором – балка настила примыкает к главной сбоку  и в сравнении с первым hk  оказывается  меньше, перекрытие компактней, хотя сечение обеих балок прежнее.

       В усложненной схеме сопряжение балок можно выполнить как в уровне, по рис.14,в, так и комбинированно, по рис.14,г:  второстепенная  с главной – понижено, балка настила с второстепенной – этажно, при этом верхние пояса балок настила и главной располагаются в (одном) уровне.

       Выбор вида сопряжения балок зависит от компоновочной схемы клетки. Если схема нормальная, этажное сопряжение. Если задана строительная высота - hстр , необходимо убедиться, что hк  <  hстр,

Основные размеры балочной клетки в плане и по высоте обусловливают­ся технологическими требованиями или архитектурными соображениями.

 

18. Особенности  сбора  нагрузок  на  балки.

Исходными параметрами являются: qn – нормативная постоянная нагрузка от собственного веса конструкций; рn – нормативная временная нагрузка; γfg ≈ 1,05…1,1; γfр ≈ 1,2…1,3 – коэффициенты надежности по нагрузке (нормируются СНиП «Нагрузки и воздействия»). Основное правило, учитываемое при определении нагрузки (говорят, при сборе нагрузок) – нагрузка, действующая по площади перекрытия, распределяется между подкрепляющими настил балками пропорционально расстоянием между ними. Практически это правило реализуется с помощью разграничительных срединных линий, позволяющих найти грузовые площади – участок плана, нагрузка с которого воспринимается данной балкой.

qn = ( qn + pn ) ,                            

q = (qnγfg +  pnγfp)                   

соответственно нормативная и расчетная погонные нагрузки.

Пример 1. На рис.15,а показан фрагмент нормальной компоновки клетки при этажном сопряжении.

         Настил подкреплен, опирается только на балки настила, поэтому, введя разграничительные срединные линии (пунктиры между соседними балками), найдем форму грузовой площади для средней балки – выделена штриховкой. Ее площадь Агр=Вlн – прямоугольная, следовательно нагрузка на балку будет равномерна по всему пролету.

 

 

 

 

 

 

 

19. Металлические  настилы.

Простейшая конструкция настила состоит из стального листа, уложенного на балки и приваренного к ним.

Различаются по конструкции: плоские – профилированные, сплошные – сквозные, простые – сложные. Плоские сплошные настилы (обычно из рифленой листовой стали) условно подразделяются в зависимости от их гибкости  на толстые, жесткие - , средние - 50, тонкие, гибкие - . Отвечающие этим настилам расчетные схемы и расчетные усилия приведены в таблице

Расчетные схемы и расчетные усилия настилов в зависимости от их гибкости.

Гибкость настила

Тип расчетной схемы

Расчетные усилия

Балка

;

Моментная оболочка

(изгибно-жесткая нить)

;

Безмоментная оболочка (гибкая нить)

;

 

Наиболее широко применяются настилы средней гибкости, которые наиболее сложные в работе. Поэтому для их расчета отработана достаточно удобная, хотя и упрощенная методика, ориентированная на обеспечение требуемой жесткости (при этом проблема прочности решается как бы автоматически и с запасом), параметр жесткости для стального настила рабочих площадок n=150.

         Для настилов следует использовать листы толщиной 6-8 мм при нагрузке q≤10 кН/м2; 8-10 мм при 11≤q≤20 кН/м2; 10-12 мм при 21≤q≤30 кН/м2; 12-14 мм при q>30 кН/м2. Приварка настила к балкам делает невозможным сближение опор настила при его прогибе под нагрузкой, что вызывает в нем растягивающие цепные усилия , улучшающие работу настила в пролете. Кроме того, приварка защемляет настил, создавая опорные моменты, и снижает момент в пролете настила под нагрузкой. Однако в запас жесткости защемление обычно не учитывается и принимают опирание настила шарнирно-неподвижным, считая, что в опорном сечении может образоваться пластический шарнир.

 

 

 

                                                

 

 

 

 

 

20. Проектирование  настила

Предварительно определяется предельная гибкость настила по формуле:

;  где

 - модуль упругости стали при цилиндрическом прогибе настила; =0,3 – коэффициент Пуассона;  - полезная временная нормативная нагрузка на единицу площади перекрытия (обычно задана). Пролет настила , он же шаг балок настила (его подкрепляющих)

       

       С последующим округлением до целых миллиметров в большую сторону. Если мм., то расчет закончен, если  выходит за рекомендуемые пределы, нужно скорректировать  и уточнить .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

21. Подбор  сечений  прокатных  балок

Балки настила и второстепенные балки составляют конструктивную основу заполнения балочной клетки. Как правило, они проектируются прокатными с использованием имеющегося сортамента. В перекрытиях чаще используется так называемый балочный прокат – швеллеры, двутавры.

       Общий порядок подбора прокатных балок укладывается в четкую последовательность: уточнение расчетной схемы балкистатический расчетопределение требуемых геометрических характеристикподбор сечения по сортаменту. Рассмотрим эти подпункты подробнее:

       Уточнение расчетной схемы включает: выбор характера опор – шарнирные (чаще) или жесткие; назначение пролета – расстояние между осями опор; определение нагрузки. Последнее не только важно, но и достаточно специфично, многовариантно, т.к. зависит от вида компоновочной схемы клетки и принятых сопряжений. Исходными параметрами также являются: qn – нормативная постоянная нагрузка от собственного веса конструкций; рn – нормативная временная нагрузка; γfg ≈ 1,05…1,1; γfр ≈ 1,2…1,3 – коэффициенты надежности по нагрузке (нормируются СНиП «Нагрузки и воздействия»).

       Статический расчет балки выполняется обычным образом, всегда и только от расчетных нагрузок, с построением эпюр М и Q и дополнительным определением максимальных изгибающего момента Мmax и поперечной силы Qmax (опорной реакции).

       Определение требуемых геометрических характеристик сечения балки:

       К ним относятся требуемые момент сопротивления Wтр и момент инерции Iтр.

       Для определения Wтр используем запись условия обеспечения прочности балки, как изгибаемого элемента σ =  ≤ RyγcС         Wтр 

       Для определения Iтр используем условия обеспечения жесткости балки при равномерно распределенной нагрузке:

= ≤             

       при нагрузке, отличающейся от равномерно распределенной, и отсутствии (или сложности получения) точной формулы относительного прогиба

 ≈  ≤                     

Imp ≥        Или             Imp ≥                       

       Подбор сечения по сортаменту производится простым выбором возможных профилей, фактические геометрические характеристики сечений которых Wф, Iф не меньше требуемых, т.е. удовлетворяют условиям Wф ≥ Wтр, Iф ≥ Iтр. Для балок настила швеллеры и двутавры равноприменимы, поэтому предпочтение следует отдавать более легким сечениям, а при равенстве погонных масс – имеющим большие геометрические характеристики. Так как балки настила подходят к второстепенным с двух сторон, последние удобнее иметь двутавровыми, что и является определяющим при подборе их сечений.

 

 

 

 

22. Подбор сечения прокатных балок при отсутствии профиля в сортаменте

Балки составного сечения применяют в случаях, когда прокатные балки не удовлетворяют условиям прочности, жесткости, общей устой­чивости, т. е. при больших пролетах и больших изгибающих моментах, а также если они экономичнее.

Составные балки применяют, как правило, сварными. Сварные бал­ки экономичнее клепаных.

Для экономии материала в составных балках изменяют сечения по длине в соответствии с эпюрой изгибающих моментов. Упругопластиче-ская работа материала в таких балках допускается с теми же ограничениями, что и для прокатных балок.

Высота балки определяется экономическими соображениями, мак­симально допустимым прогибом балки и в ряде случаев строительной высотой конструкции перекрытия, т. е. разностью отметок верха на­стила и верха помещения под перекрытием. Обычно строительная вы­сота задается технологами или архитекторами. Наибольшая высота hoпт в большинстве случаев диктуется экономи­ческими соображениями.

Масса балки состоит из массы ее поясов, стенки и некоторых конст­руктивных элементов, учитываемых конструктивным коэффициентом, причем с увеличением высоты балки масса поясов уменьшается, а мас­са стенки увеличивается

Полная масса 1 м длины балки рав­на массе поясов и стенки                                                                                                                                                           

где с — доля момента, воспринимаемого поясами балки; М — расчетный момент, дей­ствующий на балку; R — расчетное сопротивление материала балки; h — высота бал­ки; tст — толщина стенки балки; ψп — конструктивный коэффициент поясов (коэффи­циент перехода от теоретической площади пояса к действительной); ψст — конструк­тивный коэффициент стенки;ρ — плотность металла.

Наименьшая рекомендуемая высота балки hmin определяется жест­костью балки - ее предельным прогибом (второе предельное состоя­ние).

Минимальную высоту балки можно получить из формулы прогиба. Для равномерно распределенной по длине балки нагрузки

Где ρн и gн— временная (с учетом в необходимых случаях динамического коэффи­циента) и постоянная нормативные нагрузки на единицу длины балки (без коэффи­циента перегрузки); l— пролет балки; ЕI — жесткость балки на изгиб.

Для определения наименьшей толщины стенки из условия ее ра­боты на касательные напряжения можно воспользоваться формулой Н. Г. Журавског,

где Q — максимальная поперечная сила; S — статический момент полусечения балки относительно нейтральной оси; I — момент инерции сечения балки; tст — толщина стенки; Rср— расчетное сопротивление материала стенки на срез.

В балке оптимального сечения с площадью поясов, равной площади стенки, плечо внутренней пары составит I/S≈0,85 h. 
Толщина стенки должна быть согласована с имеющимися толщинами проката листовой стали. Обычно минимальную толщину стенки принимают не менее 8 мм (очень редко 6 мм) и назначают при толщине до 12 мм кратной 1 мм, а более 12 мм кратной 2 мм. Ширину горизонтальных листов обычно принимают равной 1/2 — 1/5 высоты балки из условия обеспечения ее общей устойчивости. 
По конструктивным соображениям ширину пояса не следует принимать меньше 180 мм или h/10.

23. Порядок  подбора  сечений  сварных  составных  балок по пропорциям

Составные сечения обычно используются в главных балках. Необходимость их применения связана с ограниченностью сечений балочного проката и относительной большепролетностью главных балок (L > 6 м). Их сечение обычно состоит из трех листов: вертикального – стенки (индекс – w)  и двух горизонтальных – полок или поясов(индекс – f)., которые сваривают на заводе автоматической сваркой.

Порядок подбора сечений составных балок в общем аналогичен подбору сечений прокатных балок и включает: уточнение расчетной схемы балокстатический расчет балки → определение требуемых геометрических характеристик → компоновка(подбор) сечения (в прокатных балках здесь следует подбор сечения по сортаменту).

Уточнение расчетной схемы главной балки выполняется с учетом компоновочной схемы клетки и вида принятых сопряжений балок друг с другом и включает: выбор характера опор – шарнирные (в обычных клетках) или жесткие (у сплошных ригелей рам); назначение пролета – обычно расстояние между осями опор (колонн, к которым они крепятся); сбор нагрузки – на основе прежних исходных параметров, общих для данной балочной клетки, (qno, pno, γfg, γfp).

       Статический расчет главной балки выполняется традиционно с построением эпюр М и Q и выделением  Mmax и Qmax. Но поскольку схемы нагрузок здесь нередко достаточно сложные, полезно иметь четкое представление (достаточно уверенное умение) об определении значений M и Q в любом сечении по длине балки.

       Определение требуемых геометрических характеристик сечения балки:

Для определения Wтр используем запись условия обеспечения прочности балки, как изгибаемого элемента σ =  ≤ RyγcС , но проектируются в упругой стадии работы стали, без учета развития пластических деформаций, т.е. при коэффициентах пластичности с = 1.

Wтр ≥                                 

       Для определения Iтр используем условия обеспечения жесткости балки при равномерно распределенной нагрузке, но по нормам  n = 400:

= ≤             

 

Imp ≥        

       Подбор сечения составной балки. В общем случае сечение балки можно составить, скомпоновать из разных прокатных элементов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

24. Виды сопряжений  балок,  их  конструктивное  оформление  и  расчёт.

Виды сопряжений балок – этажное, в уровне, пониженное.

  1. Конструкции этажных сопряжений самые простые

 

Крепёж болтами в данном случае не расчётными, назначаемыми конструктивно, не защемляет балку на опоре и не стесняет её возможных поворотов в плоскости изгиба (шарнир).

  1. Сопряжение в уровне и пониженное сопряжение

Вариант а реализуется аналогично и при креплении примыкающей балки к ребру жёсткости. Основная особенность этого решения в ограничении числа крепёжных болтов 3-мя с целью обеспечения определённой свободы повороту балки в опорном сечении ( за счёт сближения болтов  и наличия зазоров в отверстиях). В данном случае балки односрезные, но при необходимости их легко сделать двусрезными с помощью вспомогательных дюбелей.

Суть расчёта заключается в следующем:

  • Назначают диаметр болта из ходовых размеров и его класс (сначала наименьший)
  • Определяют несущие способности одноболтового, односрезного соединения срезу и смятию
  • Используя меньшую из найденных в п.2 способностей, несущих способностей, находят требуемое количество болтов при коэф-те надёжности узла 1,2

то необходимо повысить  за счёт увеличения диаметра болта, его класса, числа срезов толщин соединяемых деталей

Если  то необходимо проверить опорное сечение примыкающей балки Аn, ослабленное отверстиями и различными местными нагрузками на прочность срезу

я удобно применять при больших опорных реакциях и малой высоте примыкающей балки в сравнении с опорной. Расчёт как примыкание балки к колонне сбоку. Листовой ( иногда уголковый ) опорный столик конструируется по ширине и толщине конструктивно, а его высота уточняется расчётом вертикальных угловых фланговых швов с коэффициентом надёжности 1,3-1,5.

Решение удобно применять, когда высота примыкающей балки составляет примерно половину высоты опорной балки. Длч обеспечения его прочности достаточно проверить местное напряжение в стенке, примыкающей балки и подкрепляющем ребре от  а так же уточнить расчётом катеты горизонтальных швов крепления ребра к столику. Одновременно уточняется длина столика, его ширина и крепёжные болты (1,2) назначаются конструктивно.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

25. Физический  смысл  понятий " минимальная"  и  "оптимальная"  высота   балки

  • Минимальная высота балки hmin определяется жесткостью балки – ее предельным прогибом.

 hmin

Минимальная высота балки обеспечивает необходимую жесткость при полном использовании несущей способности материала.

  • Оптимальная высота hопт в большинстве случаев диктуется экономическими соображениями.

Масса балки состоит из массы ее поясов, стенки и некоторых конструктивных элементов, учитываемых конструктивным коэффициентом, причем с увеличением высоты балки масса поясов уменьшается, а масса стенки увеличивается.

Так как функции массы поясов и стенки с изменением высоты балки изменяются неодинаково – одна убывает, а другая возрастает, то должно быть наименьшее значение суммы обеих функций, т.е. должна быть высота, при которой суммарный вес поясов и стенки будет наименьшим. Высота эта называется оптимальной hопт, так как она определяет наименьший расход материала на балку.

hопт = k , где k=1,15..1,2 – для сварных балок.

Сопоставляя hопт и hmin можно заметить, что они по разному зависят от Ry – с его ростом hопт снижается, hmin увеличивается. Их большое отличие указывает на целесообразность более внимательного отношения  к  назначению марки стали. В общем же, за искомую высоту балки следует принимать большую, но конечно в пределах hстр

       если hопт > hmin, то h = hопт;

       если hопт < hmin, то h = hmin

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

26. Проектирование изменений сечений балок

 

 

 

 

 

 

 

 

27. Напряженное состояние элементов сечений составной балки (стенки, полки)

Напряженным состоянием в точке тела называют совокупность нормальных и касательных напряжений, возникающих на всевозможных площадках, проходящих через данную точку.

Устойчивость стенки при совестных действиях нормальных и касательных напряжений.

При условной гибкости стенки  и отсутствии местных напряжений  проверка устойчивости выполняется по формуле:

где: Напряжение  у расчетной границы стенки принимается со знаком «+» и среднее касательное напряжение  определяются по формулам:

 

Напряжения в сжатом поясе

 

 

 

 

 

 

 

 

28. Размещение ребер жесткости в балках и проверка местной устойчивости стенки балки

1) Проверяю условия гибкости стенки

 

- при отсутствии подвижных нагрузок

2) принимаем шаг ребер проверив местную устойчивость стенки балки.

3) Определяю ширину и толщину ребер:

-ширина

- толщина

4) Подбираю требуемое сечение опорного ребра из условий его работы на смятие:

Определяем площадь смятия опорного ребра. Ширину ребра назначаем в пределах ширины пояса полки на опоре:      

Проверяем устойчивость опорной части балки относительно оси z

-катет шва

-длина рабочей части шва

Устойчивость стенки

Устойчивость в середине пролета:

 

         Вычисляем нормальное критическое напряжение:

             

          Коэффициент определяем в зависимости от коэффициента δ

              

 

2) Устойчивость в месте изменения сечения

 

Локальные напряжения остались те же

 

         Определим критические касательные напряжения:

   ;

             

     ;  ;   ;

          ;

          Нахожу τ и σ в месте изменения сечения:

            ;

         

 

 

 

 

 

 

 

 

 

29 . Сварные стыки составных балок – конструктивные решения

При стыковке элементов балки особое внимание следует уделять равнопрочности стыка основному сечения и сохранению положения центра тяжести в стыке, его совпадению с центром тяжести основного сечения. Момент Мст и поперечная сила Qст определяются статическим расчётом, если задано место стыка. Толщины, полученные по расчёту или по конструктивным соображениям; необходимо избегать близкого расположения швов друг к другу, образование швами замкнутых контуров и ориентации швов поперёк направления действующих в стержне растягивающих напряжений в случае, когда концы стержня закреплены от смещения при сварке.

 Наибольший катет углового шва в зависимости от толщины соединяемых элементов  (t- наименьшая из толщин соединяемых элементов); наибольший катет шва вдоль обушка уголка так же может быть доведён до

толщина полки уголка).

омки прокатных профилей имеют закругления и наибольшую толщину углового шва вдоль этой кромки рекомендуется 0,9t , где t – толщина полки.

За 1 проход м.б. выполнен шов до 8 мм.

Швы различной толщины сваривают током разной величины, поэтому для упрощения сварных работ в одной отправочной марке желательно иметь не более 2-3 –х различных толщин швов.

Наименьшая длина углового шва из-за большой концентрации напряжений и наличия деффектов в начале и в конце шва д.б. не менее 4t или 40 мм.

Наибольшая длина фланговых швов, вводимых в расчёт, ограничена величиной 85, т.к. фактические напряжения по длине шва распределены неравномерно и при длинных швах крайние участки испытывают перенапряжения, а средние – недонапряжение ( не относится к швам, в которых усилие возникает на всём протяжение –например поясные швы).

Напуск листов при соединении  нахлёст не менее 5 толщин наиболее тонкого из соединяемых элементов.

При соединении листов различной ширины или толщины рекомендуется делать односторонний или двусторонний скос кромок с уклоном не более 1:5.

 

  1. Расчет стыков составных балок на высокопрочных болтах

Изготовлены из легированной стали. Это болты нормальной точности, их ставят в отверстия большего, чем болт, диаметра но их гайки затягивают тарировочным ключом, который позволяет контролировать силу натяжения болтов. Эта сила плотно стягивает соединяемые элементы и обеспечивает монолитность соединения, при этом возникают силы трения, которые препятствуют сдвигу этих элементов относительно друг друга. Высокопрочный болт, работая на осевое растяжение, обеспечивает передачу сил сдвига трением между соединяемыми элементами. Чтобы соединение с накладками с двух сторон работало надёжно, необходима одинаковая толщина элементов. Иногда между поверхностями вставляют тонкую стальную прокладку. Это позволяет выравнивать перепад плоскостей стыкуемых деталей и даёт высокий коэффициент трения. 

 

 

 

 

 

 

 

  1. Конструирование опорных частей составных сварных балок

Стенки опорной части балок при нагрузке от 6 до 10 тонн проверяются на устойчивость:

Гибкость стенки 

Проектирование опорных частей включает подбор сечений ребер, назначение швов их креплений к стенке и проверку общей устойчивости.

площадь сечения опорного ребра Ао.р. определяется из:

- условия смятия торцевой поверхности ребра при а ≤ 1,5th Ars,h=Fb / Rp;
- из условия сжатия при а > 1,5th Ars,h=Fb / Ry. По конструктивным соображениям th ≥ 16 мм, bh ≥ 180 мм, а Ah = bh th ≥ Ars,h.

 Ширину ребра можно назначить достаточно произвольно 180 ≤ bh ≤ 400, но лучше увязать с шириной поясов, например, при измененном сечении логично принять bh = bf. Тогда 

. Ребро испытывает продольное сжатие, поэтому для обеспечения местной устойчивости его гибкость ограничивается

 

Швы крепления опорных ребер – угловые фланговые, (выполняемые вручную или полуавтоматом), поэтому их расчетная длина ограничена. Загружены они просто, испытывая только продольный срез, и условие их прочности, записываемое для предварительно выявленного более слабого сечения очевидно:

Общая устойчивость опорной части балки проверяется по аналогии с расчетом некоторой условной центрально сжатой стойки (рис. 52, в) на продольный изгиб (СНиП, п.7.12). Расчетная длина стойки принимается равной высоте стенки, т.е. lef = lo = hw (чему отвечают шарнирные закрепления стойки по концам), а ее расчетное сечение Ао.ч.

проверка общей устойчивости) относительно оси z, т.е. из плоскости стенки, производится по формуле

Площадь опирания балки

Сами же промежуточные элементы работают на изгиб:

  1. Расчет опорной части составной балки в зависимости от конструктивного решения

Стенки опорной части балок при нагрузке от 6 до 10 тонн проверяются на устойчивость:

Гибкость стенки 

Проектирование опорных частей включает подбор сечений ребер, назначение швов их креплений к стенке и проверку общей устойчивости.

площадь сечения опорного ребра Ао.р. определяется из:

- условия смятия торцевой поверхности ребра при а ≤ 1,5th Ars,h=Fb / Rp;
- из условия сжатия при а > 1,5th Ars,h=Fb / Ry. По конструктивным соображениям th ≥ 16 мм, bh ≥ 180 мм, а Ah = bh th ≥ Ars,h.

 Ширину ребра можно назначить достаточно произвольно 180 ≤ bh ≤ 400, но лучше увязать с шириной поясов, например, при измененном сечении логично принять bh = bf. Тогда 

. Ребро испытывает продольное сжатие, поэтому для обеспечения местной устойчивости его гибкость ограничивается

 

Швы крепления опорных ребер – угловые фланговые, (выполняемые вручную или полуавтоматом), поэтому их расчетная длина ограничена. Загружены они просто, испытывая только продольный срез, и условие их прочности, записываемое для предварительно выявленного более слабого сечения очевидно:

Общая устойчивость опорной части балки проверяется по аналогии с расчетом некоторой условной центрально сжатой стойки (рис. 52, в) на продольный изгиб (СНиП, п.7.12). Расчетная длина стойки принимается равной высоте стенки, т.е. lef = lo = hw (чему отвечают шарнирные закрепления стойки по концам), а ее расчетное сечение Ао.ч.

проверка общей устойчивости) относительно оси z, т.е. из плоскости стенки, производится по формуле

Площадь опирания балки

Сами же промежуточные элементы работают на изгиб:

33. Состав  каркаса  промздания.

Конструктивной основой ПЗ является его каркас. Он включает: в качестве сновных частей –покрытие со своей системой связей; межрамные несущие элементы ограждений в покрытии ( прогоны, подстропильные и дополниельные стропильные конструкции) и стенах(фахферк) и т.д.

В качестве доп. частей фонари со своей системой связи, элементы торцевого ограждения, различные вспомогательные внутрицеховые площадки, лестницы.

Назначение каркаса – обеспечить возможность создания нормальных условий для осуществления технологического процесса, а именно: снабдить процесс необходимыми грузоподъемными механизмами с помощью соответствующих подкрановых устройств, включающих подкрановые балки, пути и тормозные устройства.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

34. Назначение вертикальных связей между колоннами

Система связей между колоннами обеспечивает во время эксплуатации и монтажа геометрическую неизменяемость каркаса, его несущую способность и жёсткость в продольном направлении.

Для выполнения этих функций необходим хотя бы один связевой блок по длине температурного блока. Связевой блок состоит из двух колонн, подкрановой балки, горизонтальной распорки и решётки. При размещении связевых блоков вдоль здания необходимо учитывать возможность перемещения колонн при температурных деформациях продольных элементов.

По торцам здания крайние колонны соединяют между собой верхними связями. Верхние вертикальные связи следует размещать не только в торцах здания, но и по колоннам, примыкающим к температурным швам.

При монтаже с торца используются временные нижние связи ( с обязательным демонтажем ). Для уменьшения расчётных длин подкрановых частей колонн из плоскости рам,  применяются дополнительные горизонтальные распорки.

Связи по колоннам воспринимают нагрузки, действующие вдоль блока – от торцевого ветра, торможения кранов и т.д.

 

 

 

 

 

 

 

35. Назначение вертикальных связей между фермами

Вертикальные связи ферм необходимы в процессе возведения здания или сооружения. Их как раз и называют зачастую монтажными связями. Вертикальные связи способствуют сохранению устойчивости ферм из-за смещения их центра тяжести выше опор. Вместе с промежуточными фермами они образуют пространственно-жесткий блок с торцов здания. Конструктивно вертикальные связи ферм представляют собой диски, состоящие из распорок и ферм, которые располагаются между стойками стропильных ферм по всей длине здания.

Вертикальные связи между фермами устанавливают в тех же осях, в которых размещают горизонтальные поперечные связи. Вертикальные связи располагают в плоскости стоек стропильных ферм в пролете и на опорах. В пролете устанавливают 1 - 2 вертикальных связей по ширине пролета. Они придают неизменяемость пространственному блоку, состоящему из 2-х стропильных ферм и горизонтальных поперечных связей по верхнему и нижнему поясам ферм. В зданиях с подвесным транспортом вертикальные связи в середине пролета устанавливают по всей длине здания.

С – 1 – вертикальные связи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1. Связи по верхним поясам фермы

1 – распорка в коньке

2 – поперечные связевые фермы

Элементы верхнего пояса стропильных ферм сжаты, поэтому необходимо обеспечить их устойчивость из плоскости ферм.

Рёбра кровельных плит и прогоны могут рассматриваться как опоры, препятствующие смещению верхних узлов из плоскости фермы при условии, что они закреплены от продольных перемещений связями.

Для закрепления плит и прогонов от продольных перемещений устраиваются поперечные связи по верхним поясам ферм, которые располагают в торцах цеха, чтобы они обеспечивали пространственную жёсткость цеха. При большей длине здания или температурного блока (более 144 м) устанавливают дополнительные поперечные связевые фермы.

Распорки прикрепляются к торцевым связям в плоскости верхних поясов ферм. В процессе монтажа гибкость верхнего пояса из плоскости фермы не должна быть более 220. Если коньковая распорка не обеспечивает этого условия, между ней и распоркой в плоскости колонн ставится дополнительная распорка.

 

 

 

 

 

37. Связи по нижним поясам ферм.

 

Связи шатра объединяют три совместно работающие подсистемы – связи нижних поясов, верхних поясов и вертикальные.

Фрагмент связей нижних поясов:

5 – поперечные связи, размещаются над верхними связями колонн;

6 – продольные связи, в крайних панелях поясов ферм вдоль всего блока;

7 – распорки.

 

Назначение связей шатра:

5 – воспринимают ветровые нагрузки на торец блока (от стоек фахверка);

6 – способствуют перераспределению местных нагрузок между соседними поперечными рамами;

5+6 – образуют весьма жесткий замкнутый контур вместе со связями колонн препятствующих крутильным перемещениям шатра в его плоскости

7, 8 – раскрепляют промежуточные колонны и ригели

10 – объединяют 5 и 9 для совместного восприятия ветровых нагрузок, вместе с 7 и 8 обеспечивают общую устойчивость ригелей на монтаже и неизменяемость шатра по длине блока.

 

 

 

 

 

38. Назначение расчетной схемы рамы

При расчете рам используются упрощенные расчетные схемы, которые в зависимости от конструкции сопряжения ригеля с колонной могут быть с жесткими или шарнирными узлами. Различие этих схем в том, что при шарнирном узле в нем возникает момент. Небольшим уклоном стропильной конструкции, как правило пренебрегают, и представляют ее как горизонтальный стержень.

                           

На поперечную раму действуют постоянные нагрузки – от веса ограждающих и несущих конструкций здания, временные – технологические (от мостовых кранов, подвесного транспорта и т.д.), ветровые и снеговые.

Ветровая нагрузка заменяется на эквивалентную.

    Итоговая расчетная схема рамы         

      

Расчетная схема колонны

 

Собственный вес:

Снеговая нагрузка (упрощено для КП):

 – коэф. перехода от снеговой нагрузки к весу на покрытие.

Ветровая нагрузка:

с – аэродинамический коэффициент;

к – коэффициент учитывающий изменение ветрового давления по высоте в зависимости  от типа местности:  

до 5 м – k = 0,5

       от 5 до 10 м – k =0,65

  Такая рама является трижды статически неопределимой, неизвестными являются:

- Для метода сил: усилия М, N, Q

- Для метода перемещений: горизонтальное смещение ригеля и углы поворота узлов

Определив в раме изгибающие моменты и нормальны силы от каждой из расчетных нагрузок, находятся их невыгодные сочетания.

 

 

39. Виды нагрузок, сочетания нагрузок.

Нагрузки

Постоянные                   Временные

                                                     Длительные        Кратковременные

                                                                                                          Снеговые

                                                                                                        Ветровые

                                                                                                    Технологические

На поперечную раму действуют постоянные нагрузки – от веса ограждающих и несущих конструкций здания, временные – технологические (от мостовых кранов, подвесного транспорта и т.д.), ветровые и снеговые.

В некоторых случаях при расчете рамы приходится учитывать и другие нагрузки, связанные со спецификой условий эксплуатации объекта. Сюда относятся прежде всего различные нагрузки от веса конструкций и рабочих площадок, нагрузки от консольных и подвесных кранов, иногда специальные нагрузки, возникающие при ремонте или ревизии технологического оборудования. Для ПЗ, строящихся в районах, подверженных землетрясениям, необходимо учитывать сейсмические воздействия.

Все нагрузки не могут проявляться одновременно и по максимуму, поэтому СНиП вводит понятие о сочетаниях нагрузок.

Основное сочетание возможно в двух комбинациях:

Основная: постоянная + одна временная в полном значении

Дополнительная: постоянная + две и более временных, но в пониженных значениях

(с коэффициентом 0,9).

Так как заранее неизвестно, при каких комбинациях нагрузок напряжения в расчетных сечениях колонны будут иметь наибольшую величину, то по данным статического расчета составляют несколько комбинаций расчетных усилий. По составленным комбинациям усилий в каждом сечении определяется наивыгоднейшая.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

40. Сбор нагрузок от собственного веса на раму

   

 

 

 

 

 

41. Снеговые нагрузки на раму

 

 

 

 

 

 

42. Особенности снеговой нагрузки на раму при наличии подстропильных конструкций

Воздействие снеговой нагрузки на поперечную раму аналогично действию постоянной нагрузки от веса покрытия, поэтому в схемах с подстропильными конструкциями снеговая нагрузка определяется по формулам: ,  

 – Расчетное значение веса снегового покрова на 1м2 горизонтальной поверхности земли, принимаемый по нормам.  

 - коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие      

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

43.  Ветровые  нагрузки на раму (фактические и эквивалентные)

Так как скорость ветра резко меняется, эта нагрузка воздействует динамически, но в низких и широких зданиях не проявляются колебания от ветра и для них рассматривается только статическая соответствующая.

Давление ветра (Wn, на карт.Fb) зависит от географического расположения и высоты над поверхностью земли, нормативное давление W определено для высоты 10м в открытой местности. Изменение нормативной ветровой нагрузки в зависимости от высоты и защищенности от ветра проектируемого здания, учитывается коэф. k.

За зданием возникает зона пониженного давления, в результате чего появляется поверхностная нагрузка Wn/(на карт. Fb/)/

Условия обтекания ветром учитываются аэродинамическим коэф. с: ,

γw- -коэф. надежности =1,4;ω0-нормативное давление ветра, В-ширина расчетного блока. Для удобства расчета фактическую линейную нагрузку можно заменить эквивалентной нагрузкой , равномерно распределенная по высоте: , (для верт. стен с=0,8 с наветренной стороны, и с=0,6 для отсоса) -расч. ветров. нагруз, при k=1,

, k0-коэф. у поверхности земли; kн-коэф.на отметке Н;

Н-высота колонны.

Ветровая нагрузка, дейтв. на участке от низа ригеля до наиболее высокой точки здания, заменяется сосредоточенной силой:

От активного давления: ; От отсоса :

В многопролетных зданиях одинаковой высоты активное давление и отсос на наружные стойки определяется так же.

 

 

44. Расчетные длины участков колонны в (из) плоскости рамы.

Расчетная длина колонны (или её участка с постоянным моментом инерции) в плоскости рамы lx  зависит от формы потери устойчивости и определяется как произведение геометрической длины l на коэффициент μ:

lx=μl. Расчетная длина может рассматриваться как эквивалентная из условия устойчивости длины шарнирно опертого стержня той же жесткости.

В плоскости рамы для коэффициента расчетной длины μ (нижний участок одноступенчатой колонны) следует:

1.Вычислить отношение погонных жесткостей участков колонны

 

 

В соответствии со схемой (а) вспомогательная величина: , где

2.Определиться со схемой закрепления колонн  в соответствии с возможными вариантами рис.б (1,2) –однопролетные здания,(3,4)-многопролетные, коэффициент расчетной длины μ2 для верхнего участка колонны во всех случаях определяется:

Из плоскости рамы

Расчетную длину верхнего и нижнего участков колонны принимают равной наибольшему расстоянию между точками закрепления колонны от смещения вдоль здания. Нижний участок колонны закреплен от смещения на уровне верха фундамента и нижнего пояса подкрановой балки. Иногда для сокращения расчетной длины вдоль здания устанавливают промежуточные распорки. Верхний участок  колонн закреплен от смещения тормозными балками (или фермами).

 

 

 

 

45. Виды и компоновка сечений сплошных сжато-изогнутых стержней.

 

Сплошные колонны обычно проектируют двутаврового сечения. Для колонн с постоянным по высоте сечением и надкрановых частей ступенчатых колонн применяются симметричные двутавры. Если момент одного знака значительно отличается по абсолютному значению от момента другого знака, целесообразно применение несимметричного сечения.

Составные сечения компонуют из трех листов, а также прокатных двутавров.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

46. Расчётные  усилия  в  сечениях  колонны.

Нагрузки на колонну:

1)постоянные

2) кратковременные – снег, ветер, кран (Д ±Т)

                                  Д- вертикальное давление

                                  Т- горизонтальное торможение

Расчётные усилия в сечениях колонны определяются на основании статического расчёта рамы.

Возможные комбинации рассматриваются на основе теории сочетаний.

Первое основное сочетание: постоянная нагрузка и одна самая невыгодная кратковременная; постоянная нагрузка всегда с одним знаком, а из кратковременных необходимо выбрать.

Второе сочетание: постоянная нагрузка и две и более невыгодных кратковременных с коэффициентом сочетания 0,9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

47. Проверка  сечений  сплошных  сжато-изогнутых  стержней  (в)  из  плоскости  рамы.

Сплошные колонны обычно проектируют двутаврового сечения. Для колонн с постоянным по высоте сечением и надкрановых частей ступенчатых колонн применяются, симметричные двутавры. Если момент одного знака значительно отличается по абсолютному значению от момента другого знака, целесообразно применение несимметричного сечения.

Стержень внецентренно сжатой колонны (или ее участок) должен быть проверен на прочность и устойчивость как в плоскости, так и из плоскости рамы. Поскольку колонна не подвергается непосредственному воздействию динамических нагрузок, ее прочность проверяют с учетом развития пластических деформаций по формуле:

Проверку прочности необходимо делать только для колонн, имеющих ослабленные сечения, а также при значениях приведенного эксцентриситета m1 > 20. В большинстве случаев несущая способность колонны определяется ее устойчивостью.

Проверку устойчивости сплошной внецентренно сжатой колонны в плоскости действия момента МХ (в плоскости рамы) выполняют по формуле:

, где ɸe  - коэф-т снижения расчётного сопротивления при внецентренном сжатии

В плоскости действия момента МХ колонны имеют обычно более развитое сечение, поэтому, если IX>IX, возможна потеря устойчивости из плоскости действия момента (изгибно-крутильная форма потери устойчивости).

Проверку устойчивости из плоскости действия момента выполняют по формуле:

, где ɸy - коэф-т продольного изгиба

 

 

 

48.  Проверка  местной  устойчивости  элементов  сечения  сплошного  сжато-изогнутого  стержня.

Местная устойчивость стенки 

Толщина стенки из условия местной устойчивости получается достаточно большой, что не экономично.

В ряде случаев целесообразно уменьшить толщину стенки, приняв  и обеспечить её устойчивость постановкой продольных рёбер. Местная устойчивость полки 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

49. Определение  размеров  опорных  плит  без  сплошных  колонн.

Участок 1 – консольный

Участок 2 – жестко закреплен по трем сторонам

 

 

Участок 3 – жестко закреплен по 4 сторонам

Выбираем из моментов максимальный.

L длина плиты

 

 

 

 

 

 

50. Расчёт  анкерных  болтов  баз  сплошных  колонн.

Анкерные болты рассчитываются на возможное усилие  растяжения в подкрановой ветви, определяемое в сечении 4-4 от комбинации M,N, найденные ранее для анкерных болтов,

Если , то в подкрановой ветви растяжения нет, и анкерные болты следует принимать конструктивно диаметром 30мм.

Если , то принимаем на ветвь 2 болта, на один получим

Требуемая площадь сечения болта определяется при обычном растяжении, т.е. , где рассчетное сопротивление анкерного болта принимаемое по .

Если диаметр требуется свыше 80мм, необходимо изменить конструкцию базы, приняв на ветвь 4 болта.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

51. Расчет оголовка колонны сплошного сечения

При опирании на колонну сверху узел сопряжения является шарнирным. Суммарная опорная реакция ригелей является вертикальной силой передаваемой на колонну, через опорную плиту. Далее с помощью ребер эта сила передается равномерно на стенку колонны. Толщину опорной плиты назначают конструктивно 20-30 мм. Размеры в плане примерно на 15 мм. больше сечения колонн. Длину опорных ребер назначают из условия размещения сварных швов, обеспечивающих передачу силы N на стенку колонн, но не более . Толщина ребра tr = 14…20 мм. и не менее  от его ширины br и определяется расчетом на смятие . Так же на силу N необходимо проверить стенку от ее среза по граням крепления опорных ребер .

Примыкание конструкций колонн сбоку. Для восприятия опорной реакции ригеля к колонне приваривают опорный стоик – пластину t= 25…40 мм. Столик обваривают по 3-м сторонам, швы столика рассчитывают по формуле:

Изгибающий момент при жестком сопряжении заменяется парой сил. На силу N рассчитывают болты крепления и поясной шов колонны. Если центр узла смещен по вертикали относительно центра фасонки на величину е (экцентириситет), то прочность поясных швов проверяют по формуле. В противном случае второе слагаемое не учитывают.

Прочность стенки  определяют по формуле : . Болтовое соединение рассчитывают для растянутого узла N при неблагоприятной комбинации нагрузок. Стенки колонны работают в сложном напряженном состоянии, поэтому ее требуется проверить на прочность по приведенным напряжениям.

 

 

 

 

 

52. Характеристика очертаний ферм

Очертание ферм весьма разнообразно. Оно в первую очередь зависит от назначения сооружения и должно отвечать принятой конструкции сопряжений с примыкающими элементами. Так, очертание стропильной фермы производственного здания зависит от назначения цеха, типа кровли, типа и размера фонаря, от типа соединения ферм с колоннами (шарнирное или жесткое) и т.д.

Практический выбор ферм должен быть и экономическим и целесообразным, поэтому при анализе нужно учитывать следующие критерии:

1) соответствие параболической эпюре изгибающих моментов;

2) возможность организации жесткого сопряжения в опорном узле;

3) технологичность изготовления, унификации элементов способствуют снижению стоимости и трудозатрат при изготовлении.

Фермы треугольного очертания применяют, как правило, при значительном уклоне кровли, вызываемом или условиями эксплуатации здания, или типом кровельного материала. Является самым нерациональным очертанием, не соответствует ни одному из трех критериев.

Фермы трапецеидального очертания. Лучше соответствует эпюре изгибающих моментов и имеет конструктивные преимущества. В сопряжении с колоннами позволяет устраивать жесткие узлы, что повышает жесткость здания. Такие очертания являются типовыми в ПЗ.

 

Фермы полигонального очертания наиболее приемлемы для конструирования тяжелых ферм больших пролетов, так как ее очертания соответствуют эпюре изгибающих моментов, что дает значительную экономию стали.

 

 

Фермы с параллельными поясами имеют существенные конструктивные преимущества. Равные длины стержней поясов и решетки, одинаковая схема узлов обеспечивают в таких фермах наибольшую повторяемость деталей и возможность унификации элементов.

 

 

53. Характеристика  решёток  ферм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а – треугольная; б – треугольная с дополнительными стойками; в – раскосная с восходящими раскосами; г – раскосная с нисходящими раскосами; д – шпренгельная; е – крестовая; ж – перекрестная; и – ромбическая; к - полу раскосная

Решетка ферм работает на поперечную силу, выполняя функции стенки сплошной балки. От системы решетки зависит вес фермы, трудоемкость ее изготовления, внешний вид. Поскольку нагрузка на ферму передается в узлах, то решетка должна соответствовать схеме приложения нагрузки.

Треугольная система решетки. В фермах трапецеидального очертания или с параллельными поясами рациональной является треугольная система решетки (см. рис.9.6,а), дающая наименьшую суммарную длину решетки и наименьшее число узлов при кратчайшем пути усилия от места приложения нагрузки до опоры. В фермах, поддерживающих прогоны кровли или балки настила, к треугольной решетке часто добавляют дополнительные стойки (рис.9.6,б), а иногда и подвески, позволяющие уменьшить расстояние между узлами фермы. Дополнительные стойки уменьшают также расчетную длину сжатого пояса. Работают дополнительные стойки только на местную нагрузку и не участвуют в передаче на опору поперечной силы.

Недостатком треугольной системы – наличие длинных сжатых раскосов

(восходящих в фермах с параллельными поясами и нисходящих в треугольных фермах).

Раскосная система решеток, применяется при малой высоте ферм, а также тогда, когда по стойкам передаются большие усилия (при большой узловой

нагрузке). Раскосная решетка более трудоемка, чем треугольная, требует большого расхода металла, так как при равном числе панелей в ферме общая длина раскосной решетки больше, и в ней больше узлов. Путь усилия от узла до опоры в раскосной решетке длиннее; он идет через все стержни решетки и

узлы.

 

Специальные системы решеток, применяют при большой высоте ферм

(примерно 4 – 5м). Чтобы уменьшить размер панели, сохранив нормальный

угол наклона раскосов, применяют шпренгельную решетку (см.рис.9.6,д).

Устройство шпренгельной решетки более трудоемко и требует дополнительного расхода металла; однако такая решетка позволяет получить

рациональное расстояние между элементами поперечной конструкции при

рациональном угле наклона раскосов и уменьшить расчетную длину сжатых

стержней.

Шпренгельная решетка применяется при крутых кровлях и сравнительно

больших пролетах (l = 20 – 24м) для треугольной фермы (см.рис.9.5,е).

В фермах, работающих на двустороннюю нагрузку устраивают крестовую

решетку (см.рис.9.6,е). К таким фермам относятся горизонтальные связевые

фермы покрытий производственных зданий, мостов и других конструкций,

вертикальные фермы башен, мачт и высоких зданий.

Ромбическая и полу раскосная решетки (см.рис.9.6,и,к) благодаря двум

системам раскосов обладают большой жесткостью; эти системы применяются в мостах, башнях, мачтах, связях для уменьшения расчетной длины стержней и особенно рациональны при работе конструкций на большие поперечные силы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

54. Типовые  схемы  ферм

При рулонных кровлях применяют трепециевидные и с параллельными поясами

 При устройстве холодных кровель, когда требуется большой уклон применяются треугольные или двускатные фермы с параллельными поясами

В многопролетных зданиях с наружным отводом воды используют односкатные фермы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

55. Габариты и отправочные марки ферм

Пролеты ферм устанавливают кратными 6.

Для ферм принят единый размер панели – 3 м (для железобетонных плит покрытия шириной 1,5 м используются шпренгельные фермы).

Высота трапецеидальной фермы при уклоне верхнего пояса 1:12-1:8 на опоре принята в типовых фермах hо = 2,2 м (между обушками уголков). Высота в середине пролета назначается в пределах (1:7-1:9)l, но не более 3,8 м для легких ферм пролетом до 36 м.

В фермах с параллельными поясами с уклоном кровли i = 1,5 % высота на опоре hо = 3,15 м (для ферм пролетом 18 м)

Фермы бывают трапецевидные и с параллельными поясами.

  • Трапецевидные фермы:

hоп= 2200 мм.

Высота в коньке hк=1200+2200=3400 мм.

  • С параллельными поясами:

При конструировании фермы разбивают на отправочные марки. Длина отправочной марки определяется условием транспортировки. Обычно при пролёте до 18 м фермы транспортируют целиком,  а при большем пролёте разбивают на два или три отправочных элемента.

 

 

 

56. Конструкции креплений прогонов и их расчет

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1. Особенности работы прогонов в скатных кровлях.

ГЛАВНОЕ РИСУНОК С РАЗЛОЖЕНИЕМ СИЛ!

Прогоны устанавливают на верхний пояс стропильных ферм в их узлах. В качестве прогонов применяют прокатные балки, гнутые профили, либо легкие сквозные конструкции. Прогоны воспринимают нагрузку от кровли и передают ее на стропильные конструкции.

При кровле с большим уклоном прогоны, расположенные на скате, работают на изгиб в двух плоскостях (косой изгиб, двойной изгиб). Вертикальная нагрузка Р может быть разложена на действующую в плоскости большей жесткости Рн и скатную составляющую Рск.

Хотя при применяемых уклонах кровли скатная составляющая невелика, напряжение от нее вследствие малой жесткости прогона относительно оси y-y получаются большими. Чтобы уменьшить изгибающий момент от скатной составляющей, прогоны раскрепляют тяжами из круглой стали диаметром 18-22 мм, уменьшающими расчетный пролет прогона в плоскости ската. Тяжи ставят между прогонами, за исключением конькового.

Если настил крепится к прогонам жестко (например, плоский стальной лист, приваренный к прогонам, профнастил, прикрепленный к прогонам саморезами и соединенный между собой заклепками), то скатная составляющая будет восприниматься самой кровлей. В этом случае необходимость в тяжах отпадает и прогоны можно рассчитывать только на нагрузку Рн.

Напряжение в прогоне:  ,

где Хмах – расстояние от оси до наиболее удаленной точки сечения

 

                                                          1 – фермы; 2 – прогоны; 3 – тяжи

 

58. Виды  беспрогонных  кровель.

По сравнению с кровлей по прогонам металлические панели более индустриальны , что позволяет значительную часть работ по устройству кровли перенести на заводы металлических конструкций или в специализированную мастерскую. Однако расход стали на них по сравнению с прогонными кровлями несколько больше за счёт дополнительных элементов, необходимых для обеспечения жёсткости панелей при транспортировке и монтаже.

Панели с использованием алюминиевых сплавов отличаются малой массой и коррозионной стойкостью. Однако из-за высокой стоимости алюминия их применение требует дополнительного технико-экономического обоснования.

Целесообразно использование таких панелей в производстве с сильноагрессивными средами и в отдалённых районах, где высока стоимость транспортных расходов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

59. Легкие и тяжелые фермы

Легкие – в покрытии сельскохозяйственных, гражданских и промышленных зданий

Тяжелые – в большепролетных покрытиях и мостовых конструкциях

Типы сечений стержней ферм:

1)  Легких ферм

 

2) Тяжелых ферм

60. Конструктивные особенности сечений стержней ферм (верхний, нижний пояс, опорный раскос, стойка, решетка)

 

По расходу стали наиболее эффективным является трубчатое сечение. Труба обладает хорошей обтекаемостью, поэтому ветровое давление меньше, что важно для высоких сооружений (башен, мачт, кранов). На трубах мало задерживается иней и влага, поэтому они стойки к коррозии; их легко очищать и окрашивать. Однако определенные конструктивные трудности сопряжения трубчатых элементов и высокая стоимость труб ограничивают их применение. 

Типы сечений стержней легких ферм.
Прямоугольные гнуто замкнутые сечения обладают почти теми же преимуществами, что и трубчатые, позволяют упростить узлы сопряжения элементов и нашли широкое применение. Однако фермы из гнуто замкнутых профилей с бесфасоночными узлами требуют высокой точности изготовления. Кроме того, большие пластические деформации в углах сгиба снижают хрупкую прочность стали. 

Часто сечения элементов ферм принимаются из разного вида профилей: пояса из двутавров, решетка из гнутозамкнутых профилей или пояса из тавров, решетка из парных или одиночных уголков. Такое решение оказывается более рациональным. 

В четырехгранных фермах при небольших усилиях, простейшим типом сечения пояса является одиночный уголок или крестовое сечение из двух уголков. При больших усилиях применяются также двутавры. 

Стержни тяжелых ферм отличаются от легких более мощными и развитыми сечениями, составленными из нескольких элементов. Сечения таких стержней обычно проектируют двухстенчатыми, а узловые сопряжения выполняются с помощью фасонок, расположенных в двух плоскостях. Стержни тяжелых ферм (раскосы, стойки и пояса) имеют разные сечения, но для удобства сопряжения в узлах ширина элементов должна быть одинаковой. 


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1. Определение расчетных усилий в стержнях фермы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

62. Зависимость усилий в элементах фермы от ее высоты

С увеличением высоты фермы или отношения высоты к пролету усилия в ее элементах будут снижаться (в поясах –за счет снижения угла их наклона и вертикали),но длины раскосов и стоек будут увеличиваться.

 

 

 

 

 

 

63. Расчетные длины стержней фермы.

Перед подбором сечений элементов фермы важно, помимо выбора материала, уяснить 3 вспомогательных момента – расчетные длины элементов, их предельные гибкости, коэффициенты их условий работы.

Расчетные длины находятся в соответствии с рекомендациями в плоскости и из плоскости фермы. В обоих направлениях под длиной (геометрической длиной) элемента понимается расстояние между центрами соседних узлов его крепления или раскрепления в эксплуатационном состоянии.

По СНиП

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

64. Сбор нагрузок на ферму

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1. Порядок подбора сечений  сжатых  элементов  ферм.

 

Подбор сечений сжатых стержней начинается с определения требуемой площади по формуле

 – коэффициент условия работы, требуемая площадь, коэффициент продольного изгиба

расчетная длина стержня, - радиус инерции сечения

Эти параметры обычно задаются гибкостью стержня, учитывая степень загружения и характер его работы. По заданной гибкости находят соответствующую величину  .

При предварительном подборе для поясов и опорных раскосов легких ферм можно применять  и для решетки .

Задавшись гибкостью , можно также найти требуемые радиусы инерции сечения по формулам

В соответствии с требуемыми радиусами инерции и площадью сечения по сортаменту подбирается подходящий калибр профиля. Несогласованность табличных значений i и А с требуемыми показывает, насколько неправильно была задана гибкость. Принимая после этого профиль с промежуточным значением площади и соответствующим радиусом инерции определяют во втором приближении гибкость, коэффициент  и напряжение. Обычно второе приближение достигает цели.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

66. Порядок подбора растянутых стержней фермы

 

По сортаменту подбирают сечение и проверяют условие гибкости . Предельная гибкость для растянутых элементов, не воспринимающих динамические нагрузки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

67. Предельные гибкости стержней фермы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

68. Общий порядок проектирования узлов ферм

Расчет узлов сводится к определению размеров фасонок и стыковых накладок, исходя из условия прочности сварных швов. Усилия, приходящиеся на сварной шов по обушку и перу уголка, разные. Они зависят от  положения шва относительно центра тяжести сечения и учитываются коэффициентом распределения α.

Nоб = α х N  – часть усилия, приходящаяся на обушок уголка;

Nn = (1 - α) х N  - часть усилия, приходящаяся на перо.

Для равнополочных уголков α = 0,7; для неравнополочных, составленных узкими полками вместе α = 0,75; составленными широкими полками α = 0,65.

Необходимая длина крепления каждого уголка к фасонке по обушку и перу:

При проектировании узлов можно использовать стандартную последовательность действий:

1) прочерчивание оси (геометрической оси) всех элементов, сходящихся в узле при строгом сохранении их геометрии;

2) выполняется раскладка подобранных профилей в соответствии с привязками их центров тяжестей (линии последних должны совпадать с геометрическими осями;

3) уточняется толщина промежуточных узловых фасонок расчетом по прочности;

4) определяется минимально допустимое сближение соседних сварных швов (в КП мы принимали 50), но не более 80 мм;

5) намечаются положения торцов элементов решетки, примыкающих к поясу;

6) проектируются швы крепления элементов решетки к фасонке и уточняется ее конфигурация;

7) проектируются швы крепления фасонки к поясу.

 

Изменение сечения пояса фермы производится только при пролете свыше 24 м. Конструкция заводского стыка представлена на рис. 3. Стык перекрывается двумя листовыми или уголковыми накладками. Ширина накладки принимается конструктивно по размеру стыкуемого уголка. Поперечное сечение накладки должно быть равнопрочным стыкуемому стержню. Длина накладки определяется размерами 4 сварных швов  воспринимающих усилие в поясе (в сторону смещения стыка), приходящееся на обушки уголков

 

При этом усилия в поясе принимается для того стержня, куда сместился стык.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

69. Варианты сопряжения фермы с колонной.

Жёсткое сопряжение для однопролётных каркасов большой высоты, при наличии мостовых кранов.

 

 

Шарнирное сопряжение

В многопролётных цехах с пролётами разной высоты возможны решения, при которых часть узлов проектируется жёсткими, а часть шарнирными.

 

 

 Сопряжение стальной фермы с колонной 

а - шарнирное; б - жесткое; 1 - болты; 2 - опорный лис колонны; 8 - тор­цовая фасовка; 4 - фасовка; 5 -опорная планка фермы; 6 - монтажный столик

При шар­нирном соединении фермы на стальные ко­лонны опирают выступающим краем торцовой фасонки, тем самым, обеспечивая центрированную передачу на­грузки. Опорный узел фермы соединяют с колонной бол­тами.

При жестком сопряжении фермы со стальной ко­лонной надколенники делают на 2200 мм вы­ше. Нижний опорный узел фермы устанавливают на монтажный столик из приваренного к колонне уголка и крепят к колонне болтами. Верхний узел соединяют с колонной болтами и сваркой.

 

 

 

 

 

70. Проектирование  верхнего  опорного  узла  (варианты).

 

Момент при изгибе определяется как в защемленной балке пролетом b, равным расстоянию между болтами:

Напряжение во фланце:

а,  – длина и толщина фланца.

Необходимое количество болтов

 – несущая способность одного болта на растяжение.

Шов крепления фланца к фасонке:

 

 

 

 

 

 

71. Проектирование нижнего опорного узла фермы

 

 

Расчет прочности опорной плиты. Опорная плита рассчитывается на опорную реакцию фермы, то есть определяются, таким образом, ее габариты.

 

Швы крепления фасонки и стойки к опорной плите также рассчитывают на опорное давление

 

 

 

  1. Проектирование стыкового, монтажного узла, фермы.

Ферма состоит из отправочных марок, которые соединяются между собой монтажными узлами. Данный стык может быть на сварке или на высокопрочных болтах.

ИЗ ЛЕКЦИЙ: Болты  монтажные.

ИЗ УЧЕБНИКА: На сварке:

 

 

На болтах: