Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
-------------------------------------------------------------------------------------------------
Институт открытого дистанционного образования
О.Б. Иванова
Металлические
конструкции
Общий курс
Утверждено редакционно-издательским
советом университета в качестве
учебного пособия
Нижний Новгород - 2006
ББК 38.54
И 18
Иванова О.Б. Металлические конструкции. Общая часть: Учебное пособие. – Н.Новгород: Нижегород. гос. архит.-строит. ун-т, 2006. – 108 с.
ISBN 5-87941-403-5
В учебном пособии рассмотрены основные вопросы расчета и конструирования металлических конструкций.
ББК 38.54
ISBN 5-87941-403-5
© Иванова О.Б., 2006
© ННГАСУ, 2006
1. Область применения металлических конструкций
Металлические конструкции применяются во всех видах зданий и инженерных сооружений, особенно при значительных пролетах и нагрузках.
С точки зрения конструктивной формы металлические конструкции делятся на:
а) конструкции из отдельных стержней (балки, стойки, колонны) или в виде комбинаций этих стержневых элементов (фермы);
б) листовые конструкции типа оболочек, представляющих непрерывную поверхность (трубопроводы, резервуары).
В зависимости от конструктивной формы и назначения металлические конструкции можно разделить на восемь видов:
Конструкции каркасов промышленных зданий (50 % всего металла в строительных конструкциях). Полностью стальные каркасы используют в промышленных зданиях с большими пролетами, большими высотами, с мостовыми кранами большой грузоподъемности, а также в производственных зданиях из легких несущих и ограждающих конструкций.
Конструкции большепролетных сооружений (от 40 м и больше): здания общественного (спортивные сооружения, рынки, театры, выставочные павильоны (рис. 1) и специального назначения (ангары, авиасборочные цеха (рис. 2).
Каркасы многоэтажных жилых и общественных зданий (рис. 3) (например, в Чикаго имеется многоэтажный дом высотой 461 м ). Многоэтажные здания используют в основном в гражданском строительстве, в условиях плотной застройки городов. Их обычно проектируют с четким разделением конструкций на несущие и ограждающие. Функции несущих выполняет стальной каркас, а ограждающих – легкие трехслойные стеновые панели с применением эффективных теплоизоляционных материалов внутри и с обшивками из стали или алюминиевых сплавов снаружи.
Мосты и эстакады (рис. 4). Мостовые металлоконструкции на железнодорожных и автомобильных магистралях применяются при больших и средних пролетах, а также при сжатых сроках возведения. Мосты имеют разнообразные системы: балочную, арочную, висячую и комбинированную.
Башни и мачты (рис. 5) применяются для радио и телевидения, в опорах ЛЭП, в геодезической службе.
Листовые конструкции: резервуары для хранения жидкостей (рис. 6), газгольдеры, бункеры для сыпучих материалов, трубопроводы. Они являются тонкостенными оболочками различной формы и должны быть не только прочными, но и плотными.
Конструкции подвижных транспортных механизмов: мостовые, башенные и козловые краны, краны-перегружатели (рис. 7), ворота гидротехнических сооружений.
Прочие конструкции: радиотелескопы, конструкции атомной энергетики, стационарные платформы для разведки и добычи газа и нефти, спортивные сооружения (трамплины).
Основные технико-экономические задачи в области металлических конструкций:
уменьшение массы расходуемого металла;
повышение производительности труда при изготовлении и монтаже конструкций;
снижение стоимости стальных конструкций;
повышение скорости возведения зданий и сооружений.
Для решения этих задач необходимо:
расширять применение сталей повышенной и высокой прочности;
применять экономичные виды профилей и прогрессивные конструктивные формы (тонкостенные, преднапряженные, вантовые и другие);
применять поточно-блочный метод монтажа;
применять ЭВМ на всех стадиях проектирования.
Исследования эффективности применения конструкций из стали и железобетона показали, что общая масса кровли и каркаса здания из металла составляет 12,6–15,7 % от общей массы кровли и каркаса здания из железобетона. Расход стали на металлический каркас на 17–49 % превышает расход стали на каркас из железобетона. Применение легких конструкций из высокопрочных сталей и эффективных профилей проката позволяет создавать металлические каркасы зданий, на которые требуется металла не больше чем для железобетонных каркасов.
Стоимость стальных конструкций складывается из:
стоимости профилей металла ( 65 %);
стоимости изготовления на заводе металлоконструкций (16–22 %);
стоимости монтажа (5–20 %);
транспортных расходов (3–7 %);
стоимости проектирования (2–3 %);
стоимости эксплуатации (2 %).
Самое эффективное средство снижения стоимости металлических конструкций – это уменьшение затрат металла. Основные способы экономии металла – искусное проектирование, использование прогрессивных строительных материалов, повышение физической и моральной долговечности сооружений.
Рис. 1. Павильон СССР на Международной выставке в Монреале (1967 г.)
Рис. 2. Поперечный разрез производственного здания пролетом 120 м
Рис. 3. Каркас высотного здания в Москве
Рис. 4. Конструкции мостов: балочного и арочного
Рис. 5. Телевизионные опоры:
а – в Киеве; б – в Тбилиси; в – в Ереване; г – в Алма-Ате; д – в Ташкенте
а
б
Рис. 6. Резервуары для жидкостей:
а – фасад и разрез резервуара вместимостью 5000 м3; б – сферический резервуар
Рис. 7. Кран-перегружатель пролетом 76,2 м