Кафедра строительного производства

 

 

Реферат

по дисциплине «Металлические конструкции»

 

Группа:
Студент:	Гудкова Е.А.
Преподаватель:	Шафрай С.Д.

Новосибирск 2016

Содержание
1. Иллюстрации.
2. Назначение и расстановка связей в шатре промышленного здания.
3. Общие положения по расчету стальных конструкций по предельному состоянию.
4. Коэффициенты надежности по материалу, по нагрузке и условия работы конструкций.
5. Расчетные длины колонн.

 

 

Иллюстрации

Назначение и расстановка связей в шатре промышленного здания.

Компоновка конструктивной схемы каркаса включает постановку системы связей по шатру здания и по колоннам. По шатру покрытия ставят горизонт. связи по верхним и нижним поясам и вертикальные связи между фермами. Горизонт. связи по верхним поясам устанавливают в поперечном направлении и обеспечивают устойчивость в сжатых элементах верхнего пояса ферм от вертикальных нагрузок. Горизонт. связи по нижним поясам устанавливают как в поперечном. так и в продольном направлениях. Поперечные связи по нижним поясам устраивают, как правило, в торцах здания и температурного отсека и служат ветровыми фермами от воздействия горизонтальных ветровых нагрузок. Продольные связи по нижним поясам служат для вовлечения в пространственную работу всего покрытия при действии нагрузок. Их устраивают в зданиях с тяжелым режимом работы. Вертикальные связи между фермами жестко – неизменяемый пространственный блок, состоящий из двух ферм и поперечных связей по верхними и нижним поясам. В зданиях с легким режимом используют одиночные уголки и трубы. Чтобы избежать возникновения в связевых элементах сжимающих усилий, проектируют крестовые связи.

Кроме связей по шатру устраивают вертикальные связи между колоннами, которые обеспечивают жесткость и неизменяемость каркаса. Для крепления стенового ограждения (ворот, окон) служит фахверк, который состоит из стоек, ригелей и распорок. Торцевой фахверк воспринимает горизонт. ветровые нагрузки и передает их на торцевую раму каркаса.

Общие положения по расчету стальных конструкций по предельному состоянию.

При расчете по этому методу конструкция рассматривается в своем расчетном предельном состоянии. За расчетное предельное состояние принимается такое состояние конструкции, при котором она перестает удовлетворять предъявляемым к ней эксплуатационным требованиям, т. е. либо теряет способность сопротивляться внешним воздействиям, либо получает недопустимую деформацию или местное повреждение.

Для стальных конструкций установлено два расчетных предельных состояния:

1. первое расчетное предельное состояние, определяемое несущей способностью (прочностью, устойчивостью или выносливостью); этому предельному состоянию должны удовлетворять все стальные конструкции;

2. второе расчетное предельное состояние, определяемое развитием чрезмерных деформаций (прогибов и перемещений); этому предельному состоянию должны удовлетворять конструкции, в которых величина деформаций может ограничить возможность их эксплуатации.

Первое расчетное предельное состояние выражается неравенством

где N — расчетное усилие в конструкции от суммы воздействий расчетных нагрузок Р в наиболее невыгодной комбинации;

Ф — несущая способность конструкции, являющаяся функцией геометрических размеров конструкции, расчетного сопротивления материала R и коэффициента условий работы m.

Установленные нормами (СНиП) наибольшие величины нагрузок, допускаемые при нормальной эксплуатации конструкций, называются нормативными нагрузками Р^н (смотрите приложение I, Нагрузки и коэффициенты прегрузки).

Расчетные нагрузки Р, на которые рассчитывается конструкция (по предельному состоянию), принимаются несколько больше нормативные. Расчетная нагрузка определяется, как произведение нормативной нагрузки на коэффициент перегрузки n (больший единицы), учитывающий опасность превышения нагрузки по сравнению с ее нормативным значением вследствие возможной изменчивости нагрузки:

Значения коэффициентов п приведены в таблице Нормативные и расчетные нагрузки, коэффициенты перегрузки.

Таким образом, конструкции рассматривают под воздействием не эксплуатационных (нормативных), а расчетных нагрузок. От воздействия расчетных нагрузок в конструкции определяют расчетные усилия (осевое усилие N или момент М), которые находят по общим правилам сопротивления материалов и строительной механики.

Правая часть основного уравнения (1.I) — несущая способность конструкции Ф — зависит от предельного сопротивления материала силовым воздействиям, характеризуемого механическими свойствами материала и называемого нормативным сопротивлением R^н, а также от геометрических характеристик сечения (площади сечения F, момента сопротивления W и т. п.).

Для строительной стали нормативное сопротивление принято равным пределу текучести,

(для наиболее распространенной строительной стали марки Ст. 3 σ_т = 2 400 кг/см²).

За расчетное сопротивление стали R принимают напряжение, равное нормативному сопротивлению, умноженному на коэффициент однородности k (меньший единицы), учитывающий опасность снижения сопротивления материала по сравнению с нормативным его значением вследствие изменчивости механических свойств материала

Для обычных малоуглеродистых сталей k = 0,9, а для сталей повышенного качества (низколегированные) k = 0,85.

Таким образом, расчетное сопротивление R — это напряжение, равное наименьшему возможному значению предела текучести материала, которое и принимается для конструкции как предельное.

Кроме того, для безопасности сооружения должны быть учтены все возможные отклонения от нормальных условий, вызванные особенностями работы конструкции (например, условия, способствующие появлению повышенной коррозии и т. п.). Для этого вводится коэффициент условий работы m, который для большинства конструкций и соединений принимается равным единице (смотрите Коэффициенты условий работы m приложение).

Таким образом, основное расчетное уравнение (1.I) будет иметь следующий вид:

• при проверке конструкции на прочность при действии осевых сил или моментов

где N и M — расчетные осевые силы или моменты от расчетных нагрузок (с учетом коэффициентов перегрузки); F_нт — площадь сечения нетто (за вычетом отверстий); W_нт — момент сопротивления сечения нетто (за вычетом, отверстий);

• при проверке конструкции на устойчивость

где F_бр и W_бр — площадь и момент сопротивления сечения брутто (без вычета отверстий); φ и φ_б — коэффициенты, уменьшающие расчетное сопротивление до значений, обеспечивающих устойчивое равновесие.

Обычно при расчете намеченной конструкции сначала подбирают сечение элемента и потом проверяют напряжение от расчетных усилий, которое не должно превышать расчетного сопротивления, умноженного на кoэффициeнт условий работы.

Поэтому наряду с формулами вида (4.I) и (5.I) будем записывать эти формулы в рабочем виде через расчетные напряжения, например:

• при проверке на прочность

или

• при проверке на устойчивость

или

где σ — расчетное напряжение в конструкции (от расчетных нагрузок).

Коэффициенты φ и φ_б в формулах (8.I) и (9.I) правильнее записывать в правой части неравенства, как коэффициенты, снижающие расчетные сопротивления до критических напряжений. И только в целях удобства ведения расчета и сравнения результатов они записываются в знаменателе левой части этих формул.

^* Значения нормативных сопротивлений и коэффициентов однородности приведены в «Строительных нормах и правилах» (СНиП), а также в «Нормах и технических условиях проектирования стальных конструкций» (НиТУ 121-55).

 

Коэффициенты надежности по материалу, по нагрузке и условия работы конструкций.

Действующая сейчас система коэффициентов надежности (см. СНиП 2.01.07-85 "Нагрузки и воздействия” и соответствующие СНиП по видам конструкций) в проектирование несущих конструкций зданий и сооружений сложилась еще в советское время. На тот период данная система являлась прогрессивной, так как обеспечивала (по крайней мере в теории) равную надежность всех строительных элементов здания (сооружения) при минимальной весе конструкций здания (сооружения). При массовом (на всей территории страны) строительстве в то время такой подход был оправдан.

 

При этом существовала, пусть и не идеально, многоступенчатая служба контроля качества, как за производством строительных материалов и изделий, так и за проведением строительных работ.

 

Система коэффициентов надежности, в общем случае, состоит из трех независимых друг от друга составляющих:

 

Коэффициент надежности по нагрузке (коэффициент перегрузки) - учитывает возможные отклонения фактической нагрузки от нагрузки предусмотренной нормами - нормативной.

Коэффициент надежности по материалу (коэффициент однородности материала) - учитывает возможные отклонение механических свойств и прочности материала от таких же предназначенных нормами - нормативных.

Коэффициент условий работы - учитывает возможные неблагоприятные (или благоприятные) факторы, влияющие на несущую способность конструкции: неполное соответствие расчетной схемы действителным условиям работы конструкции, влияние условий изготовления конструкций, положения арматуры в бетоне или кладке и др.

 

На современном, так называемом "капиталистическом” этапе развития страны цель и характер строительного процесса изменились: с одной стороны, строительство стало индивидуальным, а с другой стороны, в строительный процесс вовлечено большое количество неквалифицированной рабочей силы при недостаточном контроле качества со стороны административно-управленческого аппарата.

 

Кроме того, система коэффициентов надежности (условий работы) не учитывает в полной мере "степень ответственности” элементов конструкции по отношению к работе всего здания (сооружения) в целом, по другому говоря, влияния надежности одного элемента на общую надежность здания.

 

Следует отметить, что до конца 50-хх гг. ХХ века в СССР при расчете конструкций использовался единый интегральный коэффициент запаса [k], который впоследствии был преобразован в "триаду” коэффициентов надежности: по нагрузке, по материалу и условий работы. Так например: коэффициент запаса для расчета железобетонных конструкций варьировался в пределах 1,3-2,2. В то время отличался и методологический подход к расчету конструкций: применялся так называемый расчет по разрущающим нагрузкам. В настоящее время - расчет по предельным состояниям.

 

К сожалению, идея введения в строительные нормы расчета по предельным состояниям (начало 80-хх гг. XX века), а именно использование вероятностного подхода (в полной мере) к расчету строительных конструкций, не успела реализоваться.

 

На основании выше изложенного, а так же исходя из опыта проектирования зданий (сооружений) в новейший период, автором предложено при расчете строительных конструкций принять систему коэффициентов ответственности элемента за переход здания в предельное состояние (по другому говоря: коэффициентов запаса) дополнительно к требуемым по действующим СНиП. Данная методика была применена в проектно-конструкторской деятельности ООО "СпецПроект” в 2002-2009гг.

 

Дополнительные коэффициенты запаса представлены в таблице ниже. На указанные коэффициенты необходимо умножать полученные при анализе конструкций расчетные значения усилий (I-ой группы предельных состояний) перед использованием указанных значений для подбора параметров сечения (армирования) соответствующих конструктивных элементов.

 

Вид конструктивного элемента	Коэффициент
Колонны
1.1. Колонны определяющие прочность всего здания (колонны подвала)	2,0
1.2. Колонны при расчете на продольную силу	1,4
1.3. Колонны при расчете на совместное действие продольной силы и изгибающего момента	1,25
Балки (Фермы)
2.1. Балки поддерживающие кирпичные ("висячие”) стены	1,6
2.2. Главные (и аналогичные им) балки (подстропильные фермы)	1,4
2.3. Второстепенные балки (стропильные фермы)	1,25
2.4. Прогоны	1,1
Плиты
3.1. Плиты работающие в одном направлении	1,25
3.2. Плиты работающие в двух направлениях	1,15
3.3. Консольные участки плит (балконы)	1,6

 

Расчетные длины колонн.

Расчетная длинна колонны в плоскости рамы lef зависит от формы потери устойчивости, и определяется как произведение расчетной длинны на коэф μ: lef= μl, где μ – коэф. приведения расчетной длины. Для колонн с постоянным по высоте сечением коэффициенты расчетной длины мю принимают в зависимости от способа закрепления колонн в фундаменте и соотношения погонных жесткостей ригеля и колонны (учитывая упругое защемление верхнего конца).

1) μ = 2

2) μ = 1

3) μ = 0,7

4) μ = 0,5

 

 

При жестком закреплении ригеля к колонне и при нагружении верхних узлов:

при шаринрном закреп колонн в фундамент:

μ= 2√(1+0,38/n) () - все под корнем при жестком:

μ= √((n+0,56)/(n+0,14)) () – все под корнем.

Расчетная длина колонны из плоскости рамы. Расчетную длину верхних и нижних участков колонны из плоскости рамы принимают равной наибольшему расстоянию м/у точками закрепления колонны от смещения вдоль здания. Нижний участок колонны закреплен от смещения на уровне фундамента и нижнего пояса подкрановой балки, а верхний - тормозными балками или фермами, распорками по колоннам в уровни поясов стропильных ферм.