Металлические конструкции

и недостатки стальных конструкций
1.3. Область применения стальных конструкций
1.4. Структура стоимости

стальных конструкций
1.5. Сортамент

сталь и значительно реже – алюминиевые сплавы.
1.1.

стали;
Высокая прочность при относительно небольшой собственной массе;
Высокая индустриальность, удобство изготовления

и усиления;
Непроницаемость для жидкостей и газов.

[−] ___________________________________________________
Подверженность коррозии;
Низкая огнестойкость, необходимость устройства огнезащиты;
Высокая стоимость.

1.2.

многоэтажных (МПЗ);
Каркасы многоэтажных и высотных гражданских зданий;
Большепролётные покрытия зданий и

сооружений (рынки, ангары);
Мосты, эстакады;
Башни и мачты;
Резервуары;
Конструкции подъёмно-транспортного оборудования (краны).

Эффективность применения стальных конструкций повышается с увеличением пролётов, высоты сооружений и возрастанием нагрузок на них.

1.3.

стоимость материала:
1.4.

характеристик и массы единицы длины.
Фасонные
Прокатные
Стальные профили
Гнутые
Сварные
Листовые
Круглые и прямоугольные трубы
Стальной профилированный

настил (профнастил) толщ. 0,6…1,0 мм /¯\_/¯\_/¯\_/¯\_/¯\

Уголки, швеллеры

- Сталь толстолистовая (толщ. 4…160 мм)
- Сталь тонколистовая (толщ. 0,5…4 мм)
- Сталь универсальная (толщ. 6…60 мм)

I Двутавры (обыкновенные, балочные, широкополочные, колонные)
[ Швеллеры
L Уголки (равнополочные, неравнополочные)

1.5.

Нормирование механических характеристик стали
2.4. Маркировка строительных сталей
2.5. Классификация строительных сталей

по прочности

железа с углеродом и некоторыми добавками.
Железо обеспечивает пластичность. Пластическое разрушение

происходит постепенно, ему предшествуют значительные деформации, поэтому развитые пластические свойства имеют существенное значение для безопасной работы конструкции.
Углерод обеспечивает прочность, но снижает пластичность и свариваемость, поэтому содержание углерода ограничивается (не более 0,22 %).
Легирующие добавки (кремний, марганец, медь, хром, никель, ванадий, молибден, алюминий) повышают прочность и пластичность стали. В основном применяются низколегированные стали с суммарным содержанием легирующих добавок не более 5 %.
Вредные примеси (сера, фосфор, кислород, водород, несвязанный азот) повышают хрупкость стали; их содержание ограничивается (не более 0,04…0,05 %). Во избежание попадания вредных примесей при сварке расплавленный металл необходимо защищать от воздействия атмосферы.

Способы повышения прочности стали:
легирование;
термическое упрочнение (нагрев и последующее охлаждение по заданному режиму).

2.1.

происходит рост пластических деформаций без увеличения внешней нагрузки;
Условный предел текучести

(σ0,2) – напряжение, при котором остаточные деформации составляют 0,2%;
Временное сопротивление (σu) – напряжение, которое соответствует наибольшей нагрузке, предшествующей разрушению образца.

2.2.

Стали обычной прочности

Стали высокой прочности

σ, МПа

ε, %

0,2 %

0 8 12 16 20 24

800

600

400

200

σu

σ0,2

σu

σy

Стадия упругой работы

Площадка текучести

Стадия самоупрочнения

Разрыв образца

Физический предел текучести

Временное сопротивление

Условный предел текучести

Временное сопротивление

α

tg α = E

прочностной характеристики, принятое с обеспеченностью 0,95 на основании статистической обработки

результатов стандартных испытаний образцов;
Расчётное сопротивление определяется делением нормативного на коэффициент надёжности по материалу γm;
для стали γm = 1,025…1,15 (в зависимости от марки); для бетона γm = 1,15…1,50.

Условные обозначения

2.3.

Модуль упругости принимается постоянным для всех марок стали: Е = 2,06 ⋅ 105 МПа

и расчётные сопротивления проката, МПа

в районах с низкими климатическими температурами (ниже -40°С).
2.5.

на прочность при растяжении
3.3. Расчёт на прочность при плоском изгибе
3.4.

Расчёт на прочность при срезе и смятии
3.5. Расчёт на общую устойчивость
3.6. Расчёт на местную устойчивость

(мосты, подкрановые балки), дополнительно проводят расчёт на выносливость (1-я группа

предельных состояний).

3.1.

кН/см2;
N – расчётное продольное усилие, кН;
An – площадь сечения нетто

(с учётом ослаблений), см2;
Ry – расчётное сопротивление стали по пределу текучести, кН/см2;
γc – коэффициент условий работы (по табл. 6* СНиП II-23-81*); учитывает неблагоприятные условия работы элементов, обычно равен 1,00.

N

N

3.2.

момент, кН⋅см;
Wx – момент сопротивления сечения, см3;
τ – касательные напряжения;

кН/см2;
Q – расчётное поперечное усилие, кН;
Sx – статический момент полусечения, см3;
Jx – момент инерции сечения, см4;
tw – толщина стенки, см;
Rs – расчётное сопротивление стали срезу, кН/см2; Rs = 0,58 Ry ;
1,15 – коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций.

M

M

Q

Q

x

x

по нормальным напряжениям:

по касательным напряжениям:

по приведённым напряжениям:

(reduced = приведённый)

3.3.

усилие, кН;
ht – площадь среза, см2.
Q
t
Q
h
Площадь среза

P – расчётное усилие,

кН;
bt – площадь смятия, см2;
Rp – расчётное сопротивление смятию; Rp = Ru.

Смятие торцевой поверхности

t

P

b

Площадь смятия

Срез

Условие прочности:

Условие прочности:

Срез

Смятие

3.4.

под действием сжимающей нагрузки.
Расчёт на общую устойчивость

Условие устойчивости при осевом

сжатии:

N – расчётное продольное усилие, кН;
ϕ – коэффициент продольного изгиба; определяется по табл. 72* СНиП II-23-81* (или по графику ?) в зависимости от максимальной гибкости стержня λ:

N

lef

3.5.

N

x

x

y

y

lef – расчётная длина стержня, см;
i – радиус инерции сечения, см.

Потеря устойчивости происходит относительно оси с наибольшей гибкостью, при этом стержень искривляется в направлении, перпендикулярном этой оси.

условная гибкость

констр. сх.

расч. сх.

конструкции называется потерей местной устойчивости.
Расчёт на местную устойчивость

Общий вид условия

обеспечения местной устойчивости полки:

bef – ширина свеса полки, см;
tf – толщина полки, см;
k – коэффициент, определяемый по СНиП II-23-81*.

N

3.6.

hw

tw

tf

bef

Общий вид условия обеспечения местной устойчивости стенки:

hw – высота стенки, см;
tw – толщина стенки, см;
k – коэффициент, определяемый по СНиП II-23-81*.