МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ ПРИРОДООХРАННОГО И КУРОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

КАФЕДРА: МЕТАЛЛИЧЕСКИХ И ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

«Металлические конструкции»

Учебное пособие

по дисциплине: «Инженерные конструкции» для студентов дневной и заочной формы направление «Градостроительство» специализация 7.120.102.01 «Ландшафтная архитектура» и 7.120.102.02 «Архитектура рекреационных зданий и комплексов»

Утверждено

на заседании кафедры

Металлических и деревянных

конструкций

Протокол №__________

«____» ______________2009 г

Рекомендовано к печати

Ученым Советом АСФ НАПКС

Протокол №__________

«____» ______________2009 г

Симферополь,2009

Учебное пособие «Металлические конструкции» по дисциплине «Инженерные конструкции» для студентов дневной и заочной формы обучения направление «Градостроительство» специализация 7.120.102.01 «Ландшафтная архитектура» и 7.120.102.02 «Архитектура рекреационных зданий и комплексов» / сост. В.М. Сребняк, В.П. Синцов, Г.А. Ажермачев – Симферополь: НАПКС, 2009

Составители:

доцент кафедры «М и ДК», к.т.н. Виктор Моисеевич Сребняк

доцент кафедры «М и ДК», к.т.н. Владимир Петрович Синцов

профессор кафедры «М и ДК», к.т.н. Геннадий Арсентьевич Ажермачев

Рецензенты:

профессор кафедры МИСС», д.т.н. Владимир Трофимович Чемодуров

доцент кафедры «М и ДК», к.т.н. Владимир Алексеевич Митрофанов

ст. преподаватель кафедры «АЗИГМ», Юрий Егорович Булавинцев

Утверждено

на заседании кафедры

Металлических и деревянных

конструкций

Протокол №_________

«____» ______________2009 г

Рекомендовано к печати

Ученым Советом АСФ НАПКС

Протокол № _________

«____» ______________2009 г

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 5

1.1. Общие сведения об инженерных конструкциях 5

1.2. Историческая справка. Вклад отечественных инженеров и ученых в теорию и практику инженерных конструкций 7

2. Материалы, применяемые для изготовления инженерных конструкций 14

2.1. Строительные стали и алюминиевые сплавы, их классификация 14

2.2. Механические свойства металлов 16

2.3. Сортамент металла 17

Контрольные вопросы 20

3. Основные положения расчета инженерных конструкций 20

3.1. Суть метода расчета по предельным состояниям 20

3.2. Нагрузки и воздействия 21

3.3. Нормативные и расчетные сопротивления материалов 26

Контрольные вопросы 27

4. Расчет элементов металлических конструкций 27

4.1. Основные положения расчета 27

4.2. Расчет центрально-растянутых элементов 28

4.3. Расчет центрально-сжатых элементов 29

4.4.Расчет изгибаемых элементов 30

4.5. Расчет внецентренно - сжатых элементов 33

Контрольные вопросы 34

5. Соединения в металлических конструкциях 35

5.1.Сварные соединения 35

5.1.1. Сварка в строительстве 35

5.1.2. Виды сварки 37

5.1.3. Виды сварных швов и соединений 38

5.1.4. Расчет стыковых и угловых швов 39

5.2. Заклепочные и болтовые соединения 41

5.2.1. Общие сведения о заклепочных и болтовых соединениях 41

5.2.2. Расчет и конструирование болтовых и заклепочных соединений 43

Контрольные вопросы 45

6. Основы проектирования балок и балочных клеток 46

6.1.Назначение балок, их типы и область применения 46

6.2. Основы проектирования балочных клеток 47

6.3. Основные положения расчета балок 51

6.4. Расчет балок 53

7. Колонны и стойки 59

7.1. Типы колонн и стоек 59

7.2. Расчет колонн 60

7.3. Типы и конструкции оголовков и баз колонн 65

Контрольные вопросы. 66

8. Проектирование ферм гражданских и общественных зданий 69

8.1. Назначение и основные группы ферм 69

8.2. Стропильные фермы и их типы 71

8.3. Определение генеральных размеров ферм 74

8.4. Элементы кровельного покрытия по металлическим фермам 74

8.5. Основы расчета стропильных ферм 76

8.6. Общие принципы конструирования ферм 82

Контрольные вопросы 83

9. Стальные каркасы зданий средней и малой этажности 85

9.1. Область применения стальных каркасов 85

9.2. Каркасы производственных зданий 85

9.3. Легкие металлические конструкции зданий 90

Контрольные вопросы 90

10. Стальные каркасы высотных зданий 91

10.1. Назначение и системы стальных каркасов 91

10.2. Рамная, связевая и рамно-связевая системы 91

10.3. Каркасно - ствольная и коробчато-ствольная системы 95

10.4. Стальные каркасы сверхвысотных зданий 96

10.5. Основы компоновки, конструирования и расчета стальных каркасов 96

10.6. Противопожарная защита стальных каркасов 98

Контрольные вопросы 98

11. Конструкции большепролетных покрытий 101

11.1. Область применения и классификация большепролетных покрытий 101

11.2. Балочные конструкции покрытия 102

11.3. Рамные конструкции 104

11.4. Арочные покрытия 106

11.5. Купола 111

11.6. Структурные и перекрестно-балочные системы покрытий 113

Контрольные вопросы 118

12. Висячие покрытия 119

12.1. Общая характеристика висячих покрытий 119

12.2. Конструктивные элементы висячих покрытий 120

12.3. Основы расчета висячих покрытий и способы уменьшения их деформативности 124

12.4. Конструктивные решения висячих покрытий 127

12.4.1. Конструктивные решения однопоясных покрытий 127

12.4.2. Конструктивные решения двухпоясных покрытий 128

12.4.3. Конструктивные решения седловидных шатровых покрытий 135

12.4.4. Конструктивные решения вантовых и висячих комбинированных покрытий 135

Контрольные вопросы 142

Список литературы 143

Введение

1.1. Общие сведения об инженерных конструкциях

Инженерными конструкциями называют конструкции сооружений, размеры которых определены расчетом на прочность, устойчивость, выносливость, трещиностойкость и по деформациям. Они предназначены для восприятия разнообразных нагрузок и воздействий. Инженерные конструкции отличаются от архитектурных конструкций, размеры сечений которых назначены по архитектурным, технологическим и другим специальным требованиям. Инженерные конструкции изготавливают из металла: стали и алюминия, бетона, железобетона, дерева, пластмасс и тканей.

Дисциплина "Инженерные конструкции" главным образом базируются на выводах строительной механики, являясь ее прямым продолжением и конкретизации в определенных материалах - металле, древесине, бетоне, камне, пластмассах и соответствии с этим она традиционно разветвляется на три главных направления: металлические конструкции, конструкции из дерева и пластмасс, бетонные и железобетонные конструкции.

Инженерные конструкции могут различаться и по другим признакам:

• по назначению: на несущие, ограждающие и совмещенные;

• по форме: на плоские (балки, фермы, арки, рамы) и пространственные (купола, оболочки и др.), при этом они могут быть безраспорными или распорными, сплошными (сплошностенчатыми) или решетчатыми (сквозными, сетчатыми) (табл. 1.1.);

• по способу изготовления: на индустриальные (заводского изготовления) и построечного типа (изготовляемые непосредственно на стройплощадке).

Несущими называют конструкции, воспринимающие нагрузки и воздействия, обеспечивающие прочность, жесткость и устойчивость здания и сооружения. К ним относятся оконные и дверные перемычки в каменных зданиях, плиты перекрытий и покрытий, колонны, балки, рамы, арки, фермы и т.д.

Ограждающими называют конструкции, изолирующие внутренние объемы зданий внешней среды или разделяющие их между собой. К ним относят: перегородки, самонесущие внутренние и наружные стены, окна, двери, ворота. Некоторые конструкции совмещают одновременно несущие и ограждающие функции, например, простенки каменного заполнения несущих стен и др.

Плоские конструкции отличаются от пространственных тем, что основные несущие элементы лежат в одной плоскости и внешние силы приложены именно в этой плоскости.

В пространственных конструкциях усилия от внешних сил передаются в трехмерном пространстве.

Инженерные конструкции зданий и сооружений подвержены различным внешним воздействиям. К ним относят: нагрузки от собственной массы, нагрузки при транспортировке, изготовлении и монтаже, от ветра, снега, технологического оборудования людей и т.д. Кроме того, конструкции подвержены температурным, сейсмическим воздействиям, воздействиям от осадок фундаментов и др.

При воздействии всех перечисленных факторов конструкции должны обеспечить прочность, жесткость и устойчивость здания или сооружения в целом. В железобетонных конструкциях, кроме того, должна быть обеспечена соответствующая трещиностойкость.

Под прочностью понимают способность конструкций воспринимать нагрузки и воздействия, не разрушаясь.

Жесткость - это способность конструкций или сооружения в целом сопротивляться деформациям, т.е. изменению формы и размеров под действием нагрузок.

Трещиностойкость - способность железобетонных конструкций сопротивляться появлению или раскрытию в них трещин при действии нагрузок. Конструкции рассчитывают для того, чтобы обеспечить безопасные и нормальные условия их эксплуатации при наиболее экономичных размерах. Этого можно добиться только при соблюдении требований, предъявляемых к ним.

Требования, предъявляемые к конструкциям, могут быть сведены к пяти основным видам - технические, технологические, эксплуатационные, эстетические и экономические.

Технические требования характеризуются прочностью, жесткостью и устойчивостью конструкций за весь период их возведения и эксплуатации.

Технологические требования - простота изготовления.

Эксплуатационные требования - надежность, удобство и простота в эксплуатации конструкций.

Архитектурные и эстетические требования определяют сочетание внешнего вида здания или сооружения, его конструктивных элементов с функциональным назначением и с внешней средой.

Экономические требования определяют минимум затрат на возведение и эксплуатацию конструкций.

Выбор конструкций и материалов должен производиться на основе анализа, технико-экономической целесообразности применения проектных решений в конкретных условиях строительства.