Министерство образования Российской Федерации

Кубанский Государственный Технологический

Университет

Кафедра: строительных конструкций и гидротехнических сооружений

Кандидат технических наук, доцент Островерхов В.И.

Лекции

по курсу «Металлические конструкции»

для студентов, обучающихся по специальности 270102 – «Промышленное и гражданское строительство»

Часть I

Краснодар 2003

Содержание

Министерство образования Российской Федерации 1

Кубанский Государственный Технологический 1

Кафедра: строительных конструкций и гидротехнических сооружений 1

Кандидат технических наук, доцент Островерхов В.И. 1

Лекции 1

Краснодар 2003 2

Содержание 3

1 Введение 6

1.1 Исторический очерк развития металлических конструкций 6

1.2 Номенклатура и область применения металлических конструкций 6

1.3 Основные особенности металлических конструкций 7

1/м 7

1.4 Принципы проектирования металлических конструкций 8

1.4.1 Организация проектирования 8

2 Материалы металлических конструкций. Стали для строительных конструкций 9

2.1 Группы стали 9

2.2 Механические свойства стали 9

Диаграмма работы малоуглеродистой стали при растяжении. 11

2.3 Влияние химического состава на механические свойства стали 11

2.4 Улучшение механических свойств стали 12

2.5 Виды производства стали, применяемой в металлических конструкциях 12

1)полуспокойной — 6-й категории (ВСтЗпс6) – 2-я группа прочности 14

3)кипящей — 2-й категории (ВСтЗкп2-1)- 1,2 группа прочности 14

2.6 Сортамент для стальных конструкций 14

2.7 Алюминиевые сплавы, и их состав, свойства и особенности работы 14

3 Основы расчета металлических конструкций 17

3.1 Группы предельных состояний 17

3.2 Нагрузки, действующие на сооружение 17

3.3 Предельное сопротивление материала 18

3.4 Расчет конструкций по предельным состояниям и сопоставление его с расчетом по допускаемым напряжениям 19

4 Работа материалов и элементов металлических конструкций и основы норм расчета элементов. Виды напряжений и их учет при расчете элементов конструкций 19

Диаграмма работы малоуглеродистой стали при растяжении. 21

4.1 Работа стали на растяжение 21

4.2 Работа стали при сложном напряженном состоянии 22

4.3 Работа стали на сжатие 22

4.4 Работа стали при неравномерном распределении напряжения. 22

4.5 Работа стали при повторных нагрузках. Усталостная и вибрационная прочность 23

4.6 Работа стали при различных температурах. 24

4.7 Старение стали 24

4.8 Коррозия стали 25

4.9 Упруго пластическая работа стали при изгибе. Шарнир пластичности 25

При этом должно быть . 27

4.10 Работа стержней при кручении 27

4.11 Устойчивость элементов металлических конструкций 28

4.12 Потеря устойчивости центрально сжатых стержней 28

4.13 Потеря устойчивости внецентренно сжатых стержней 29

4.14 Потеря устойчивости изгибаемых элементов 31

4.15 Потеря местной устойчивости элементов металлических конструкций 31

5 Сварные соединения металлических конструкций. 32

5.1 Типы сварных соединений и швов 33

5.2 Расчет стыковых сварных швов. 34

Если сварное соединение встык работает только на срез, то 35

5.3 Расчет угловых сварных швов 35

5.3.1 Фланговые угловые швы 35

Под воздействием продольного усилия работают на срез. Поверхность среза располагается примерно по биссектрисе углового шва, имея высоту . 35

Расчетная площадь среза швов 35

5.3.2 Лобовые угловые швы 36

Это обстоятельство не надо путать с приведенными напряжениями в стыковых швах. 36

5.4 Расчет комбинированных сварных соединений. 36

На это усилие проверяют угловые фланговые швы, прикрепляющие накладку. 37

5.5 Особенности расчета сварных соединений в конструкциях из алюминиевых сплавов. 37

5.6 Конструктивные требования к сварным соединениям. 37

1 Болтовые и заклепочные соединения. 38

1.1 Болтовые соединения 39

1.1.1 Болты грубой, нормальной точности 39

1.1.2 Болты повышенной точности 39

1.1.3 Высокопрочные болты 39

1.1.4 Анкерные болты 39

1.2 Заклепочные соединения 39

1.3 Расчет болтовых и заклепочных соединений 40

1.3.1 Расчет болтов и заклепок на срез. 41

1.3.2 Расчет болтового и заклепочного соединения на смятие. 41

1.3.3 Расчет болтов и заклепок на растяжение 41

1.3.4 Расчет высокопрочных болтов. 42

Необходимое количество высокопрочных болтов в соединении с расчетным усилием N 42

1.4 Конструирование болтовых и заклепочных соединений 42

2 Колонны 43

2.1 Центрально-сжатые колонны 44

2.1.1 Сплошные колонны 44

2.1.1.1 Типы сечений стержня 44

2.1.1.2 Расчет стержня колонны 44

2.1.1.3 Конструирование базы центрально сжатой колонны 46

2.1.1.4 Расчет базы центрально-сжатой колонны 48

Изгибающий момент в плите на участке (2) 48

2.1.1.5 Конструирование и расчет оголовка колонны 49

2.1.2 Сквозные колонны 54

2.1.2.1 Типы сечений и соединений ветвей сквозных колонн. 54

2.1.2.2 Стержень сквозной колонны с планками в двух плоскостях. 55

2.1.2.3 Стержень сквозной колонны с раскосами в двух плоскостях. 56

Расчет оголовка базы сквозных колонн такой же, как и в сплошных. 56

3 Балки и балочные конструкции 56

3.1 Балочные клетки 57

3.2 Плоский стальной настил балочных клеток 57

Для настилов используют листы t = 614мм: 58

t = 6мм при нагрузке до 10 кн/м²; 58

t = 810мм при нагрузке до 20 кн/м²; 58

3.2.1 Расчет жесткого настила /t <50 58

3.2.2 Расчет настила при 50</t <300 (изгиб с растяжением) 58

3.2.3 Расчет прокатной балки 59

Проверка устойчивости балок не требуется, если: 59

3.2.4 Расчет разрезных составных балок 59

3.2.4.1 Предварительный подбор сечения балки. 60

3.2.4.2 Компоновка сечения балки 61

3.2.4.3 Проверка прочности балки 62

3.2.4.4 Проверка жесткости балки 62

3.2.4.5 Изменение сечения по длине балки 63

3.2.4.6 Проверка общей устойчивости балки 63

Эта проверка производится так же, как и для прокатных балок. 63

3.2.4.7 Проверка местной устойчивости сжатого пояса балки 64

3.2.4.8 Проверка местной устойчивости стенки балки 64

3.2.4.9 Расчет поясных швов. 65

3.2.4.10 Расчет опорного ребра 66

3.2.4.11 Расчет монтажного стыка на высокопрочных болтах 67

3.2.4.12 Конструкция сварного стыка 69

4 Фермы 69

4.1 Классификация ферм 69

Решетки специальных типов: 70

4.2 Компоновка ферм 71

4.3 Расчет ферм 72

Расчет ферм выполняют в такой последовательности: 72

4.3.1 Основные нагрузки на фермы 72

4.3.2 Определение усилий в стержнях фермы. 73

4.3.3 Расчетные длины стержней ферм 73

4.3.4 Обеспечение обшей устойчивости ферм в системе покрытия 74

4.3.5 Выбор типа сечения 74

Легкие фермы пролетом до 36-42 м с небольшими продольными усилиями в стержнях (до 5000 кН) чаще всего делают с сечениями элементов из парных уголков и тавров. Комбинируя состав сечения из равнобоких уголков или из неравнобоких, соединенных малыми или большими полками, получают равноустойчивое в обеих плоскостях сечение, хорошо работающее на продольную силу. 74

4.3.6 Подбор сечения сжатых стержней 75

4.3.7 Подбор сечения растянутых стержней 75

4.3.8 Подбор сечения стержней по предельной гибкости 76

4.3.9 Конструирование и расчет узлов ферм 76

При примыкании стойки к поясу фасонки проверяют по линии a-b. 77