Міністерство освіти і науки України
Національний університет водного господарства та природокористування
Кафедра промислового, цивільного будівництва
та інженерних споруд
Конспект лекцій
з дисципліни „Будівельні конструкції”
(розділ „Металеві конструкції”)
I. |
Будівельні конструкції у промисловому, цивільному та громадському будівництві. |
II. |
Матеріали для металевих конструкцій. |
III. |
Основні положення розрахунку МК. |
IV. |
Розрахунок елементів МК на основні види опору. |
V. |
З’єднання в МК. |
VI. |
Балки та балкові конструкції. |
Рівне – 2013р.
Конспект лекцій з дисципліни „Будівельні конструкції” (розділ „Металеві конструкції”) для студентів напряму підготовки 6.060101 „Будівництво” денної форми навчання. I. Будівельні конструкції у промисловому, цивільному та громадському будівництві. II. Матеріали для металевих конструкцій. III. Основні положення розрахунку МК. IV. Розрахунок елементів МК на основні види опору. V. З’єднання в МК. VI. Балки та балкові конструкції. /Налепа О.І. – Рівне: НУВГП, 2013. – 112с./
Упорядник: Налепа О. І., к.т.н., доцент.
Відповідальний за випуск: Є.М.Бабич, д.т.н., професор, завідувач кафедри промислового, цивільного будівництва та інженерних споруд.
О.І.Налепа, 2013
НУВГП, 2013
Зміст |
стор. |
1. Будівельні конструкції у промисловому, цивільному та громадському будівництві ….……………………………………… 1.1. Металеві конструкції та їх використання в будівництві …. 1.2. Історія розвитку МК ………………………………………… 1.3. Структура вартості МК ……………………………………... 1.4. Основні принципи проектування МК ……………………… 1.5. Організація проектування МК ……………………………… 2. Матеріали для МК ……………………………………………….. 2.1. Сталі. Склад сталей …………………………………………. 2.2. Класифікація сталей ………………………………………… 2.3. Марки сталей ………………………………………………… 2.4. Вибір сталей для МК ………………………………………... 2.5. Основні фізико-механічні властивості будівельних сталей ………………………………………………………… 2.6. Алюмінієві сплави …………………………………………... 2.7. Робота сталі на розтяг. Діаграма розтягу сталі ……………. 2.8. Крихкість сталі ………………………………………………. 2.8.1. Наклеп ………………………………………………….. 2.8.2. Старіння ………………………………………………... 2.8.3. Концентрація напружень ……………………………... 2.8.4. Стомленість металу …………………………………… 2.8.5. Вплив температури ……………………………………. 2.9. Корозія металевих конструкцій та методи боротьби з нею ………………………………………………………….. 2.10. Сортамент сталі ……………………………………………... 2.10.1. Листова сталь ……………………………………….. 2.10.2. Профільна сталь …………………………………….. А. Гарячокатані профілі …………………………… Б. Гнуті профілі …………………………………….. 3. Основні положення розрахунку МК ……………………………. 3.1. Загальні відомості про метод розрахунку конструкцій за допустимими напруженнями ………………………………………. 3.2. Метод розрахунку конструкцій за граничними станами …. 3.3. Навантаження на МК ………………………………………... 3.3.1. Класифікація навантажень залежно від змінюваності у часі …………………………………… 3.3.2. Характеристичні та розрахункові навантаження. Коефіцієнти надійності за навантаженнями ……………………… 3.3.3. Сполучення навантажень. Коефіцієнти сполучень … 3.4. Нормативні та розрахункові опори сталі …………………... 3.5. Суть розрахунку конструкцій за граничними станами …… 4. Розрахунок елементів МК на основні види опору …………… 4.1. Розрахунок центрально розтягнутих елементів …………… 4.2. Розрахунок центрально стиснутих …………………………. 4.3. Розрахунок згинальних елементів ………………………….. 4.3.1. Розрахунок згинальних елементів в одній площині (прямий згин) в пружній стадії роботи сталі ……………………... 4.3.2. Розрахунок згинальних елементів в двох площинах (косий згин) в пружній стадії роботи сталі ……………………….. 4.3.3. Розрахунок згинальних елементів з врахуванням розвитку обмежених пластичних деформацій ……………………. 4.3.4. Перевірка загальної стійкості згинальних елементів ... 4.3.5. Перевірка пружних деформацій, які порушують нормальні умови експлуатації ……………………………………... 4.4. Розрахунок позацентрово навантажених елементів ……….. 4.4.1. Розрахунок на міцність позацентрово розтягнутих і коротких позацентрово стиснутих елементів …………………….. А. В пружній стадії роботи сталі ……………………… Б. З врахуванням розвитку пластичних деформацій ... 4.4.2. Розрахунок довгих гнучких позацентрово стиснутих елементів на стійкість ………………………………………………. А. Перевірка стійкості в площині дії моменту ……….. Б. Перевірка стійкості з площини дії моменту ………. 5. З’єднання в МК …………………………………………………... 5.1. Переваги та недоліки зварювання. Види зварювання в будівництві ………………………………………………………….. 5.2. Класифікація зварних швів …………………………………. 5.3. Типи зварних з”єднань ……………………………………… 5.4. Розрахунок стикових швів за різних напружених станів з’єднань …………………………………………………………..….. 5.4.1. Геометричні характеристики стикових швів ………... 5.4.2. Розрахунок стикових швів на дію осьової сили …….. 5.4.3. Розрахунок стикових швів на згин …………………… 5.4.4. Розрахунок стикових швів на спільну дію Nта М …... 5.4.5. Розрахунок стикових швів на спільну дію М та Q ….. 5.5. Розрахунок кутових швів …………………………………… 5.5.1. Геометричні характеристики кутових швів …………. 5.5.2. Розрахунок кутових швів на дію осьової сили ……… 5.5.3. Розрахунок кутових швів на чистий згин ……………. 5.5.4. Розрахунок кутових швів на одночасну дію згину та зрізу ………………………………………………………………….. 5.5.5. Конструктивні вимоги до кутових швів ……………... 5.6. Болтові з”єднання. Загальна характеристика ……………… 5.7. Розрахунок болтових з”єднань ……………………………... 5.7.1. Розрахунок болтових з”єднань на звичайних болтах …………………………………………….………………….. 5.7.2. Розрахунок болтових з”єднань на високоміцних болтах ……………………………………………………………...… 5.8. Позначення та розміщення болтів в з”єднанні …………..... 6. Балки та балкові конструкції ……………………………………. 6.1. Загальна характеристика балок …………………………….. 6.2. Типи балок …………………………………………………… 6.3. Компоновка балкових кліток ……………………………….. 6.4. Розрахунок плоского стального настилу …………………... 6.5. Загальні положення розрахунку балок …………………….. 6.6. Розрахунок прокатних балок ……………………………….. 6.6.1. Підбір перерізу ………………………………………… 6.6.2. Перевірка міцності …………………………………….. 6.6.3. Перевірка загальної стійкості ………………………… 6.6.4. Перевірка жорсткості (прогинів) ……………………... 6.7. Розрахунок складених балок ……………………………….. 6.7.1. Компоновка поперечного перерізу …………………... 6.7.2. Зміна перерізу по довжині балки балки ……………... 6.7.3. Перевірка та забезпечення місцевої стійкості елементів складеної зварної балки ………………………………… А. Стиснутий пояс …………………………………….. Б. Стінка ……………………………………………….. 6.7.4. З”єднання поясів зі стінкою в зварних складених балках ………………………………………………………………... 6.8. Опорні частини балок ……………………………………….. 6.9. Стики балок ………………………………………………….. 6.9.1. Стики прокатних балок ………………………………. 6.9.2. Стики зварних складених балок ……………………... А. Заводські стики …………………………………… Б. Монтажні стики …………………………………… 6.9.3. Монтажні стики складених балок за допомогою болтів ………………………………………………………………… Література до вивчення дисципліни ………………………………. |
6 6 8 9 9 10 11 11 12 14 15
15 16 17 19 20 21 22 22 24
25 25 26 26 26 28 29
29 29 30
30
31 32 33 34 36 36 38 43
44
47
48 51
54 54
55 55 55
56 56 58 59
59 60 61
62 63 64 65 65 65 66 66 67 69
70 71 72 73
73
75 75 77 77 78 79 82 84 86 86 86 88 88 89 90 96
98 98 99
102 104 106 107 107 107 108
110 112 |
I. Будівельні конструкції у промисловому, цивільному та громадському будівництві
1.1. Металеві конструкції та їх використання в будівництві
Будівельні конструкції – це елементи будівель або споруд, які виконують несучі, огороджувальні чи суміщені (несучі та огороджувальні) функції.
Будівельні конструкції повинні відповідати таким основним вимогам:
1) забезпечення функціонального призначення будівель і споруд, нормальних умов їх експлуатації. Умови експлуатації в основному визначають вид конструкцій та матеріали для їх виготовлення;
2) надійність і довговічність, забезпечення необхідної несучої здатності. Ці вимоги забезпечуються використанням відповідних будівельних матеріалів з урахуванням дії навантажувальних факторів і несприятливого впливу навколишнього середовища;
3) економічність і мінімальна матеріаломісткість. Їх досягають за рахунок раціональних конструктивних рішень, вибираючи відповідні сучасні матеріали та максимально використовуючи їх міцність, при цьому скорочуючи трудові затрати та тривалість будівництва;
4) технологічність. Вона передбачає розвиток індустріальних методів виробництва конструкцій та здійснення швидкісного їх монтажу або спорудження;
5) транспортабельність. Індустріальні конструкції в цілому або їх частини повинні відповідати умовам перевезення на існуючих транспортних засобах.
За призначенням будівельні конструкції поділяються на три основні групи:
несучі конструкції, які утворюють основний каркас будівлі чи споруди. Вони сприймають навантаження та впливи і забезпечують міцність, жорсткість та стійкість будівель або споруд;
огороджувальні конструкції, які призначені для ізоляції внутрішніх об’ємів у будівлях і спорудах від зовнішнього середовища або між собою, виконують тепло-, гідро- та звукоізоляційні функції, забезпечують в разі потреби повітронепроникність, а також сприймають атмосферні навантаження та передають їх на несучі конструкції;
допоміжні конструкції – сходи та площадки, призначені для обслуговування технологічного устаткування або несучих конструкцій.
Металеві конструкції використовують в різноманітних будівлях і спорудах, до яких відносяться:
1) покриття будівель великих прольотів громадського та виробничого призначення – спортивні та видовищні споруди, ринки, вокзали, ангари, суднобудівні цехи та ін.;
2) каркаси громадських будівель – палаци спорту, театри, виставочні павільйони;
3) каркаси висотних будинків;
4) промислові одноповерхові та багатоповерхові будинки;
5) мости різного призначення;
6) башти та щогли, які виконують функції опор різного призначення, - антенні пристрої радіо та телебачення, водонапірні споруди, димові та вентиляційні труби тощо;
7) листові конструкції для зберігання, переробки або транспортування рідких, газоподібних та сипких матеріалів – резервуари, газгольдери, бункери, силоси, трубопроводи великого діаметру;
8) конструкції гідротехнічних споруд – сегментні та плоскі затвори, сміттєстримуючі решітки, трубопроводи та ін.
Всі ці конструкції являють собою набір конструктивних елементів, об’єднаних в системи, форма яких визначається функціональним призначенням та умовами економічності.
Широке застосування металевих конструкцій в будівництві пояснюється їх істотними позитивними властивостями, а саме:
1) надійність металоконструкцій. Цьому сприяє висока однорідність матеріалу та подібність реальної роботи конструкцій з розрахунковою схемою;
2) значно більша відносна міцність, ніж у інших будівельних матеріалів (відносна міцність – відношення міцності до густини матеріалу). В зв’язку з цим маса металоконструкцій виявляється невеликою. Металеві конструкції легші аналогічних залізобетонних в 7-10 разів. Це дозволяє проектувати споруди з більшими прольотами та висотою;
3) висока індустріальність виготовлення і монтажу завдяки простоті обробки металу, технологічності монтажних з’єднань, зручності транспортування, можливості монтажу великими блоками. Більшість конструкцій виготовляється на спеціалізованих заводах, що дозволяє налагоджувати поточні лінії для автоматизованого виробництва конструкцій масового призначення;
4) завдяки великій густині металоконструкції непроникливі для газів і рідин;
5) простота реконструкції та демонтажу будівель. При експлуатації будівель та споруд може виникнути необхідність часткового або повного демонтажу після завершення строку служби або підсилення при реконструкції. При використанні металоконструкцій такі заходи здійснюються відносно легко.
Металевим конструкціям притаманні наступні недоліки:
1) схильність до корозії в умовах вологого або агресивного середовища. Для запобігання корозійних утрат металу необхідно періодично здійснювати захист конструкцій, що робить їх експлуатацію дорощою;
2) невелика вогнестійкість. При температурі t600°С сталь переходить в пластичний стан і конструкція втрачає несучу здатність. Тому протипожежному захисту металоконструкцій надається особливе значення.