Левитский Валерий Евгеньевич
кафедра «Строительные конструкции, здания и сооружения» 7506
Модуль 1
Блок 1
Конструктивные элементы (конструкции) зданий и сооружений
Ограждающие
отделяют помещения друг от друга и от окружающей среды
(окна, двери, перегородки и т.д.)
В курсе «Строительные конструкции» рассматриваются вопросы проектирования несущих конструкций.
Проектирование включает две составляющие – расчёт и конструирование.
Несущие
воспринимают и передают действующие на них нагрузки
(колонны, балки, фермы и т.д.)
Каркасные
вертикальные элементы – колонны
Смешанные
колонны снаружи и ядро жёсткости внутри (ствольная система);
несущие стены снаружи и колонны внутри (неполный каркас).
Бескаркасные
вертикальные элементы – несущие стены
Взаимосвязанная совокупность несущих конструкций здания (сооружения) называется его несущей, или конструктивной, системой.
бетонные и железобетонные конструкции;
металлические конструкции (стальные и алюминиевые);
конструкции из дерева и пластмасс;
каменные и армокаменные конструкции.
Современные конструкции часто выполняются композиционными, то есть из двух и более материалов, что позволяет с наибольшей эффективностью использовать их свойства.
(4) Эстетические
Создание благоприятного впечатления о прочности конструкции, архитектурная выразительность
(1) Технические
Восприятие и передача конструкцией действующих нагрузок при сохранении прочности, жёсткости и устойчивости с необходимой надёжностью и долговечностью
Локальные разрушения отдельных конструкций не должны приводить к прогрессирующему разрушению всего сооружения
(5) Экологические
Непричинение вреда окружающей среде, возможность вторичного использования материалов по окончании срока службы конструкции
(2) Экономические
Обеспечение наименьшей стоимости, трудо- и энергоёмкости изготовления, монтажа и эксплуатации конструкции
Обеспечение экономичности конструктивных решений
Применение рациональных конструктивных форм, концентрация материала
Унификация и типизация
Совершенствование методов расчёта
Снижение веса конструкций
Наиболее лёгкими являются металлические конструкции; деревянные оказываются тяжелее примерно в 1,5…2 раза, железобетонные – в 4…10 раз; каменные – в 20…40 раз.
Повышение атмосферной и химической стойкости стальных конструкций
Устройство защитных лакокрасочных покрытий
Использование конструктивных решений с наименьшим количеством щелей и пазух, в которых могут скапливаться влага и пыль
Применение стали с повышенной коррозионной стойкостью
Огнезащита металлических конструкций
Нанесение вспучивающихся покрытий
Устройство подвесных потолков и экранов
Облицовка негорючими материалами
Во влажной среде сталь подвергается коррозии.
Стальные конструкции
[-] по сравнению со стальными
Повышенная деформативность (модуль упругости в 3 раза меньше)
Более низкая огнестойкость
Более высокая стоимость
[+] по сравнению со стальными
Более лёгкие
Более высокая коррозионная стойкость (в 10…20 раз выше)
Не создают искр при ударе
Алюминиевые конструкции
![Преимущества и недостатки металлических конструкций[-]Подверженность коррозии, необходимость антикоррозионной защитыНизкая огнестойкость, необходимость огнезащитыВысокая стоимость[+]Высокая прочность при небольшой собственной](/img/thumbs/40b0d0366c5014793ae15763e737eaca-800x.jpg "Металлические конструкции и сварка Преимущества и недостатки металлических конструкций[-]Подверженность коррозии, необходимость антикоррозионной защитыНизкая огнестойкость, необходимость")
Область применения стальных конструкций
В сооружениях
Мосты, эстакады
Башни и мачты
Листовые конструкции (резервуары, газгольдеры) – благодаря непроницаемости
Конструкции подъёмно-транспортного оборудования (краны)
Специальные конструкции (радиотелескопы и др.)
В зданиях
Каркасы одноэтажных промышленных зданий (ОПЗ), в том числе из быстровозводимых лёгких металлических конструкций (ЛМК)
Каркасы многоэтажных и высотных зданий
Большепролётные покрытия общественных и специальных промышленных зданий (спортивные сооружения, рынки, выставочные павильоны, ангары)
Проектирование
Изготовление
Транспортировку
Монтаж
Материал
В 1889 г. для Всемирной выставки в Париже возводится Эйфелева башня высотой 300 м
Балочный мост
Арочный мост
Висячий мост
Московские «высотки» - начало 50-х годов
Основные способы промышленного производства стали разработаны
Выберите правильный ответ
Во второй половине 17 века
Во второй половине 18 века
Во второй половине 19 века
В первой половине 20 века
Блок 2
(Б) Технологические
(В) Эксплуатационные
Достаточная пластичность
Пластическое разрушение происходит плавно, постепенно. Это исключительно важно для безопасности конструкции.
Стойкость к хрупкому разрушению
Хрупкое разрушение происходит резко, внезапно и при меньших деформациях. Очень опасно.
Свариваемость
Сварка является основным способом соединения элементов металлических конструкций.
Коррозионная стойкость
Повышает долговечность конструкций.
Отсутствие склонности к старению
Старение заключается в снижении пластичности и стойкости к хрупкому разрушению.
Все перечисленные свойства зависят от химического состава стали.
Диаграмма состояния сплавов «железо-углерод»
Конвертер в наклонном положении в момент заливки чугуна
Мартеновская печь
Разливка стали
Изложницы
Химический состав строительной стали
Прокатка стали
Расслоение поперечной диафрагмы в балке
Расслоение пояса колонны в месте примыкания консоли
0,05%
0,5%
5%
15%
25%
55%
Кремний
Марганец
Азот
Медь
Алюминий
Кислород
Верно только (А)
Верно только (Б)
Верно и (А) и (Б)
Оба суждения неверны
где С, Mn, Si, Cr, Ni, Cu, V, P – массовая доля углерода, марганца, кремния, хрома, никеля, меди, ванадия и фосфора, %.
Если Сэ ≤ 0,4, то сварка стали не вызывает затруднений.
Прочность металла при статическом нагружении, а также его упругие и пластические свойства определяются испытаниями стандартных образцов на растяжение с записью диаграммы «напряжения-деформации» σ-ε.
1 – алюминиевый сплав
2 – малоуглеродистая сталь
3 – чугун
4 – низколегированная термоупрочнённая сталь
Модуль упругости принимается постоянным для всех марок стали: Е = 2,06 ⋅ 105 МПа
Предел пропорциональности σр находится чуть ниже предела упругости
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
Для ужесточения условий испытаний
в образцах делают надрез, возникает концентрация напряжений;
понижают температуру среды (–40°С; –70°С);
образцы подвергают искусственному старению (создают остаточное удлинение 10% и нагревают в печи до 250 °С).
Образец с U-образным надрезом (образец Менаже)
Образец с V-образным надрезом (образец Шарпи)
Образец с трещиной
Схема испытаний
1 – сталь С235
2 – сталь С255
3 – сталь С375
1
2
3
Зависимость ударной вязкости от температуры
KCU, Дж/см2
100
80
60
40
30
20
порог хладноломкости
К хрупкому разрушению при пониженной температуре наиболее склонны кипящие стали.
t, °С
1
2
10 200 220 240 260 280 300 320 340 360
20
15
10
5
0
По результатам испытаний строят гистограмму (1), которую затем аппроксимируют одной из теоретических кривых плотности распределения (2).
Для прочностных характеристик материала наиболее подходящей является кривая Гаусса (нормальный закон распределения).
γ – показатель надёжности, гарантирующий заданную обеспеченность (табличное значение);
V – коэффициент вариации; характеризует качество технологии.
Нормативное сопротивление материала Rn – это значение его прочностной характеристики, принятое с обеспеченностью р = 0,95 на основании статистической обработки результатов стандартных испытаний образцов.
γm – коэффициент надёжности по материалу (γm > 1); учитывает
неблагоприятные отклонения сопротивления материала от его нормативного значения вследствие неоднородности свойств;
установленные допуски на размеры сечений проката.
1
2
Качество технологии (1) выше.
V1 < V2
С 345Д
Вариант хим. состава
С 345К
ГОСТ 27772-88 «Прокат для строительных конструкций. Общие технические условия»
Сталь «3»
Степень раскисления
сп – спокойная
пс – полуспокойная
кп – кипящая
Категория стали (1…6), указывает вид испытаний на ударную вязкость
09Г2С
содержание углерода 0,09%
марганец до 2%
кремний до 1%
ГОСТ 380-88 «Сталь углеродистая обыкновенного качества»
ГОСТ 19281-73 «Сталь низколегированная сортовая и фасонная»
Вст3Гпс5
Сталь с повышенным содержанием марганца
Стали, поставляемые по разным стандартам, взаимозаменяемы
Можно ли в одной конструкции применять разные марки стали. Да, это экономически целесообразно. Для более нагруженных элементов применяется более прочная сталь.
* При отсутствии сварных соединений группа понижается на одну ступень.
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)
Коэффициент надёжности по материалу учитывает
Выберите правильные ответы
Возможное неблагоприятное отклонение нагрузки от нормативной
Возможное благоприятное отклонение нагрузки от нормативной
Возможное отклонение сопротивления стали от нормативного в меньшую сторону
Возможное отклонение сопротивления стали от нормативного в большую сторону
Установленные допуски на размеры сечений
Работу стали на динамические нагрузки
Нормативное сопротивление стали
Двутавровая сталь
Фасонная сталь
Коррозионно-стойкая сталь с добавкой меди
Сталь, хорошо воспринимающая динамические нагрузки
Сталь высокой прочности
Кипящая сталь
В обозначении марки стали С345Д буква «Д» означает
Выберите правильный ответ
Для фасонок ферм нельзя применять сталь марки (при t до -40°С)
Выберите правильные ответы
С235
С345
С245
С345К
С255
С275
С245
С375
С390
С345
С235
Для балок перекрытий и покрытий можно применять сталь марки (при t до -40°С)
Выберите правильные ответы
Блок 3
Расчётная схема (РС)
является упрощённой (условной, идеализированной) и с необходимой степенью точности отражает работу элемента под действием нагрузок
(2) Формирование расчётной схемы
(3) Сбор нагрузок
(4) Статический расчёт
Определение внутренних усилий (M, Q, N) методами статики (строительной механики)
(5) Конструктивный расчёт
Подбор и проверка сечений
(6) Расчёт и конструирование узлов
(7) Выполнение рабочих чертежей
КС
РС
Международные
Обязательные для исполнения нормативные документы содержат только общие (как правило, словесные) требования.
Детальные указания по расчёту и конструированию являются рекомендуемыми.
Проектировщик сам выбирает применяемые расчётные модели и несёт полную ответственность за полученные результаты.
Государственные (национальные)
Региональные
ГОСТ, Технические регламенты,
СНиП, СП (Своды Правил)
МГСН – Московские городские строительные нормы
Eurocode-1; Eurocode-2
Корпоративные
Временные
Действуют в течение определённого времени
Кратковременные
Горизонтальные
Равномерно распределённые
Сосредоточенные (кН)
по площади (кН/м2)
поверхностные
по длине (кН/м)
линейные, погонные
Нормативные (эксплуатационные)
Расчётные (предельные)
Воздействия
Силовые (нагрузки)
Несиловые
Средовые (температурное, влажностное, коррозионно-агрессивное и др.);
Кинематические (смещение опор и др.)
Особые
Длительные
Вес стационарного оборудования;
Давление газов, жидкостей и сыпучих тел;
Вес складируемых материалов;
Нагрузки от людей и оборудования с пониженным значением;
Снеговая нагрузка с пониженным значением.
Постоянные
Вес несущих и ограждающих конструкций;
Вес и давление грунтов;
Усилия от предварительного напряжения.
СНиП 2.01.07-85* (п. 1.4 … 1.9)
γf – коэффициент надёжности по нагрузке (обычно γf > 1); учитывает возможные неблагоприятные отклонения нагрузки от нормативного значения (обычно в сторону увеличения) вследствие её статистической изменчивости.
Наибольшей изменчивостью обладают атмосферные нагрузки (снеговая, ветровая), для них γf = 1,4.
СНиП 2.01.07-85*
Для некоторых многоэтажных зданий (например, жилых) учитывается маловероятность одновременного действия максимальных значений временных равномерно распределённых нагрузок
на всей грузовой площади перекрытия: при расчёте элементов перекрытий временную нагрузку умножают на понижающий коэффициент ψА;
на всех этажах: при расчёте колонн, стен и фундаментов временную нагрузку умножают на понижающий коэффициент ψn.
Указания по определению ψА и ψn приводятся в п.3.8-3.9 СНиП 2.01.07-85*.
Сбор нагрузки на перекрытие жилого здания
длительная нагрузка
кратковременная нагрузка
длительная нагрузка
кратковременная нагрузка
Москва
табл. 4* СНиП 2.01.07-85*
μ
μ
1,25μ
0,75μ
α
учитывается при 20° ≤ α ≤ 30°
Вар. 1
Вар. 2
b = 2h
при h > sg /2
h – в м; sg – в кПа
μ
Учёт снеговых мешков
Длительной является снеговая нагрузка с пониженным расчётным значением, определяемым умножением полного значения на коэффициент 0,5.
длительная
кратковременная
Распределение снеговой нагрузки по месяцам
Наветренная сторона, активное давление ветра (са = 0,8)
Подветренная сторона, пассивное давление ветра (ср = 0,6)
ветер
сооружение
10 м
Расчётная воздействия статической составляющей ветровой нагрузки
статическая составляющая
динамическая составляющая
время
Москва
(по табл. 6 СНиП 2.01.07-85*)
Тип А – открытые побережья морей, озёр; пустыни, степи, лесостепи, тундра;
Тип В – городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м;
Тип С – городские районы с застройкой зданиями высотой более 25 м.
(по табл. 5 СНиП 2.01.07-85*)
Блок 4
Несущая способность конструкции
в качественном отношении – это способность конструкции воспринимать действующую нагрузку.
в количественном отношении – это максимальная величина нагрузки, которую может выдержать конструкция.
Нормальная эксплуатация – это эксплуатация, осуществляемая в соответствии с предусмотренными технологическими или бытовыми условиями.
р(F)
р(Ф)
Усилия от внешних нагрузок (F)
Несущая способность конструкции (Ф)
Резерв (запас) прочности
нормативное усилие
расчётное усилие
расчётная несущая способность
нормативная несущая способность
плотность распределения
Fn
Фn
Ф
F
Расчётная нагрузка больше, чем нормативная.
Расчётное сопротивление меньше, чем нормативное.
коэффициент надёжности по назначению
геометрия сечения
нормативное сопротивление
коэффициент надёжности по материалу
коэффициент условий работы
расчётная нагрузка
расчётное сопротивление
k – коэффициент запаса (k ≈ 1,5).
В методе предельных состояний единый коэффициент запаса был разделён на несколько коэффициентов:
По прил. 7* СНиП 2.01.07-85*
Для учёта условий работы конструкций, не отражённых непосредственно в расчётах, расчётные сопротивления материалов умножают на коэффициент(ы) условий работы γс.
По табл. 6* СНиП II-23-81*
Обобщённое условие расчёта по второму предельному состоянию
прогиб от нормативных нагрузок
жёсткость
предельно допустимый прогиб
Прогибы (или перемещения) конструкции f от нормативных нагрузок не должны превышать предельно допустимых значений fu:
Предельные прогибы балок
(по эстетико-психологичеким требованиям)
N
N
При τ = 0 (сечение с Mmax) :
При σ = 0 (сечение с Qmax) :
x
x
Wxn – момент сопротивления сечения нетто, см3;
Sx – статический момент полусечения, см3;
Jxn – момент инерции сечения нетто, см4;
tw – толщина стенки, см;
Rs – расчётное сопротивление стали срезу, кН/см2; Rs = 0,58 Ry
Эпюры нормальных напряжений
с – коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций (по табл. 66 СНиП); при отношении Af/Aw = 0,5 значение с = 1,12.
коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций
Af
Af
Aw
При расчёте на прочность разрезных балок из стали с пределом текучести до 530 МПа, несущих статическую нагрузку, допускается учитывать ограниченное развитие пластических деформаций (п. 5.18* СНиП II-23-81*):
Смятие торцевой поверхности
t
P
b
Площадь смятия
Срез
Условие прочности:
Условие прочности:
Срез
Смятие
рельс
колесо крана
σloc – местные напряжения
(local = местный)
Условие расчёта:
b
F – расчётное усилие, кН;
t – толщина стенки, см;
lef – условная длина распределения местных напряжений, см:
45°
lef
tf
tf
tf
tw
tw
A
A
A-A
A-A
сварная балка
прокатная балка
поперечное ребро жёсткости
площадка смятия
опорная планка
Способы снижения местных напряжений:
Установка поперечных рёбер жёсткости;
Увеличение ширины опорной планки;
Увеличение толщины стенки [-].
40
60
hw
bh
th
ширина парного ребра
ширина одностороннего ребра
толщина ребра
Скос ребра жёсткости для пропуска поясных швов
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
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.
lef
H
N
констр. сх.
расч. сх.
x
x
y
y
lef = μ · H
μ - коэффициент расчётной длины.
hw
tw
tf
bef
Общий вид условия обеспечения местной устойчивости стенки:
hw – высота стенки, см;
tw – толщина стенки, см;
λuw – предельная условная гибкость стенки по СНиП II-23-81*.
Способы обеспечения местной устойчивости полки:
1) Уменьшение bef
2) Увеличение tf
Способы обеспечения местной устойчивости стенки:
1) Установка поперечных и продольных рёбер жёсткости
2) [-] увеличение tw
Блок 5
Назначение обмазки электрода
При плавлении электрода обмазка создаёт шлаки и газы, защищающие шов от окисления и быстрого охлаждения, улучшающие механические свойства шва и стабилизирующие горение дуги.
свариваемые элементы
зажим
источник тока
эл. дуга
шов
обмазка
электрод
держатель
Полуавтоматическая
Подача сварочной проволоки осуществляется автоматически, а перемещение аппарата вдоль шва – вручную;
Применяется при малой длине шва, а также в местах, недоступных для автоматического сварочного аппарата.
Выполняются на строительной площадке
kf - катет шва;
βf, βz – коэффициенты глубины проплавления шва;
при ручной сварке βf = 0,7; βz = 1,0 (табл. 34* СНиП II-23-81*).
Нормативное сопротивление 490 МПа (50 кг/мм2)
Минимальная расчётная длина шва:
lw ≤ 4kf ; lw ≥ 40 мм
Максимальная расчётная длина фланговых швов:
lw ≤ 85βf kf
(так как усилия по длине фланговых швов распределены неравномерно)
Минимальный катет шва
определяется по табл. 38* СНиП
Минимальный катет шва kf,min
определяется по табл. 38* СНиП в зависимости от наибольшей толщины соединяемых элементов tmax
Максимальный катет шва:
kf,max = 1,2 tmin ,
tmin – наименьшая из толщин соединяемых элементов
kf
kf
tmin
kf
kf
tmin
kf ≤ 1,2 tmin
kf ≤ tmin
Расчёт стыковых швов
Условие расчёта:
lw – расчётная длина шва; при выводе концов шва на технологические планки lw = b, иначе lw = b – 2t .
Швы можно не рассчитывать, если
- осуществляется контроль их качества физическими методами (например, ультразвуковым) – для заводских швов;
- шов выполняется с уклоном не менее 2:1, что увеличивает его расчётную длину – для монтажных швов.
N
N
N
N
t
b
N
N
2
1
b/2
b
Обработка кромок
Блок 6
В зависимости от требований к точности диаметра отверстий различают «чистые» и «чёрные» болты:
5.8
В зависимости от прочностных характеристик болты делят на классы прочности:
(классы прочности записываются через точку)
Rbs – расчётное сопротивление болта срезу (по табл. 58* СНиП);
γb – коэффициент условий работы болтового соединения (по табл. 35* СНиП); неравномерность работы многоболтового соединения учитывается коэффициентом γb = 0,9;
Ab – площадь сечения болта (по табл. 62* СНиП);
ns – расчётное число срезов болта.
Rbp – расчётное сопротивление смятию соединяемых элементов (по табл. 59* СНиП);
db – диаметр болта;
Σtmin – наименьшая суммарная толщина элементов, сминаемых в одном направлении.
Необходимое число болтов в соединении :
где
Фланец
Необходимое число болтов в соединении :
Контролируемое усилие натяжения болта :
nf – количество поверхностей трения соединяемых элементов.
tmin
s2
s2
s1
tmin
db
s1 ≥ 2,5 db
s1 ≤ 8 db
s1 ≤ 12 tmin
s2 ≥ 2 db
s2 ≤ 4 db
s2 ≤ 8 tmin
Размещение болтов осуществляется в соответствии с конструктивными требованиями (табл. 39 СНиП).
Шаг
Дорожка
Риски
Дорожка
Шаг
Риски
Рядовое размещение
Шахматное размещение
Если не удалось найти и скачать доклад-презентацию, Вы можете заказать его на нашем сайте. Мы постараемся найти нужный Вам материал и отправим по электронной почте. Не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас возникли вопросы или пожелания:
Email: Нажмите что бы посмотреть
Это сайт презентации, докладов, проектов в PowerPoint. Здесь удобно хранить и делиться своими презентациями с другими пользователями.
