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 Рн (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 Rн, 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 σт = 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); Fнт — площадь сечения нетто (за вычетом отверстий); Wнт — момент сопротивления сечения нетто (за вычетом, отверстий);
- при проверке конструкции на устойчивость
где Fбр и Wбр — площадь и момент сопротивления сечения брутто (без вычета отверстий); φ и φб — 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 φб 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.
