
- •Введение
- •1.1. Общие сведения об инженерных конструкциях
- •1.2. Историческая справка. Вклад отечественных инженеров и ученых в теорию и практику инженерных конструкций
- •2. Материалы, применяемые для изготовления инженерных конструкций
- •2.1. Строительные стали и алюминиевые сплавы, их классификация
- •2.2. Механические свойства металлов
- •2.3. Сортамент металла
- •Контрольные вопросы
- •3. Основные положения расчета инженерных конструкций
- •3.1. Суть метода расчета по предельным состояниям
- •3.2. Нагрузки и воздействия
- •Сочетания нагрузок
- •3.3. Нормативные и расчетные сопротивления материалов
- •Контрольные вопросы
- •4. Расчет элементов металлических конструкций
- •4.1. Основные положения расчета
- •4.2. Расчет центрально-растянутых элементов
- •4.3. Расчет центрально-сжатых элементов
- •4.4.Расчет изгибаемых элементов
- •4.5. Расчет внецентренно - сжатых элементов
- •Контрольные вопросы
- •5. Соединения в металлических конструкциях
- •5.1.Сварные соединения
- •5.1.1. Сварка в строительстве
- •5.1.2. Виды сварки
- •5.1.3. Виды сварных швов и соединений
- •5.1.4. Расчет стыковых и угловых швов
- •5.2. Заклепочные и болтовые соединения
- •5.2.1. Общие сведения о заклепочных и болтовых соединениях
- •5.2.2. Расчет и конструирование болтовых и заклепочных соединений
- •Контрольные вопросы
- •6. Основы проектирования балок и балочных клеток
- •6.1.Назначение балок, их типы и область применения
- •6.2. Основы проектирования балочных клеток
- •6.3. Основные положения расчета балок
- •6.4. Расчет балок
- •Расчет поясных соединений
- •7. Колонны и стойки
- •7.1. Типы колонн и стоек
- •7.2. Расчет колонн
- •7.3. Типы и конструкции оголовков и баз колонн
- •Контрольные вопросы.
- •8. Проектирование ферм гражданских и общественных зданий
- •8.1. Назначение и основные группы ферм
- •8.2. Стропильные фермы и их типы
- •8.3. Определение генеральных размеров ферм
- •8.4. Элементы кровельного покрытия по металлическим фермам
- •8.5. Основы расчета стропильных ферм
- •8.6. Общие принципы конструирования ферм
- •Контрольные вопросы
- •9. Стальные каркасы зданий средней и малой этажности
- •9.1. Область применения стальных каркасов
- •9.2. Каркасы производственных зданий
- •9.3. Легкие металлические конструкции зданий
- •Контрольные вопросы
- •10. Стальные каркасы высотных зданий
- •10.1. Назначение и системы стальных каркасов
- •10.2. Рамная, связевая и рамно-связевая системы
- •10.3. Каркасно - ствольная и коробчато-ствольная системы
- •10.4. Стальные каркасы сверхвысотных зданий
- •10.5. Основы компоновки, конструирования и расчета стальных каркасов
- •10.6. Противопожарная защита стальных каркасов
- •Контрольные вопросы
- •11. Конструкции большепролетных покрытий
- •11.1. Область применения и классификация большепролетных покрытий
- •11.2. Балочные конструкции покрытия
- •11.3. Рамные конструкции
- •11.4. Арочные покрытия
- •11.5. Купола
- •11.6. Структурные и перекрестно-балочные системы покрытий
- •Контрольные вопросы
- •12. Висячие покрытия
- •12.1. Общая характеристика висячих покрытий
- •12.2. Конструктивные элементы висячих покрытий
- •12.3. Основы расчета висячих покрытий и способы уменьшения их деформативности
- •12.4. Конструктивные решения висячих покрытий
- •12.4.1. Конструктивные решения однопоясных покрытий
- •12.4.2. Конструктивные решения двухпоясных покрытий
- •12.4.3. Конструктивные решения седловидных шатровых покрытий
- •12.4.4. Конструктивные решения вантовых и висячих комбинированных покрытий
- •Контрольные вопросы
- •Список литературы
4.3. Расчет центрально-сжатых элементов
Короткие
сжатые стержни рассчитывают на прочность
по формуле
т.е. также, как и растянутые, только обязательно по пределу текучести.
Д
линные
элементы (длина в несколько раз больше
ширины) под нагрузкой исчерпывают
несущую способность от потери устойчивости.
Задача устойчивости прямолинейного
стержня впервые была решена Эйлером в
1744 г., который предложил, что форма
кривой продольного изгиба - синусоида. По Эйлеру:
Критическое напряжение зависит от гибкости стержня, материала, из которого он сделан, а также от начальных несовершенств, допущенных при изготовлении, и ряда других факторов, снижающих критическое напряжение. Поэтому для упрощения расчетов введено понятие коэффициента продольного изгиба, физический смысл которого представляет собой отношение критического напряжения к пределу текучести.
Гибкие сжатые стержни рассчитывают по формуле
где
-
коэффициент
продольного изгиба; Численные значения
приведены в табл. 72 СНиП II-23-81*.
Подбор сечения производят исходя из расчета на устойчивость:
A тр = N/( Rу с).
Поскольку в первом уравнении два неизвестных Aтр и , то для определения одного неизвестного ( ) предварительно задаемся гибкостью: для легких колонн = (70100); для колонн с большей нагрузкой (более 2500 кН) и большими длинами (более 6 м) = (50 70).
По принятому значению гибкости по таблице или формулам приведенным в СНиПе определяем значение коэффициента и определяем требуемое значение радиуса инерции iтр = lef / и требуемой площади.
По сортаменту прокатных профилей (широкополочные двутавры колонного типа) пытаемся подобрать нужное сечение. Если профилей с такими параметрами в сортаменте нет тогда переходим к подбору составного сечения колонн: выбираем тип сечения и определяем габаритные размеры сечения по требуемому радиусу инерции
hтр = iтр / 1, bтр = iтр / 2 . Коэффициенты 1 и 2 зависят от типа сечения. Далее распределяют требуемую площадь сечения по элементам сечения (поясам, стенке).
Для скомпонованного сечения колонны определяем фактические характеристики: A, iх, iy, x, y. По большей гибкости определяем и проверяем напряжения:
= N/( A) Ry c
При необходимости сечение корректируется. Обычно требуется две - три корректировки сечения.
4.4.Расчет изгибаемых элементов
Изгибаемые элементы рассчитывают по 1-ой группе предельных состояний, когда проверяют их прочность и устойчивость, и по 2й группе предельных состояний, когда проверяют их жесткость (прогиб).
Расчеты на прочность и устойчивость ведут по расчетным нагрузкам, а расчет на прогиб - по нормативным. Изгибу в основном подвергаются балки и элементы плит металлических покрытий и перекрытий.
Расчет на прочность элементов (кроме балок с гибкой стенкой, с перфорированной стенкой и подкрановых балок), изгибаемых в одной из главных плоскостей, следует выполнять по формуле
Значения
касательных напряжений
в сечениях изгибаемых элементов в
опорном сечении балок (при
0;
0
и
0)
следует выполнять по формуле
При
наличии ослабления стенки отверстиями
для болтов значения
в формуле следует умножать на коэффициент
определяемый по формуле
где
-
шаг отверстий;
-
диаметр отверстия.
Расчет на прочность элементов, изгибаемых в двух главных плоскостях, следует выполнять по формуле
где
-
моменты инерции сечения нетто;
-
момент, изгибающий момент;
-
моменты относительно осей соответственно
и
-
моменты сопротивления сечения нетто
относительно осей соответственно
и
-
поперечная сила, сила сдвига;
Расчет
на прочность разрезных балок сплошного
сечения из стали с пределом текучести
до 530 МПа (5400 кгс/кв.см), несущих статическую
нагрузку, следует выполнять с учетом
развития пластических деформаций по
формулам при изгибе в одной из главных
плоскостей при касательных напряжениях
0,9
(кроме
опорных сечений)
при
изгибе в двух главных плоскостях при
касательных напряжениях
0,5
(кроме
опорных сечений)
здесь
и
-
абсолютные значения изгибающих моментов;
-
коэффициент, определяемый по формулам
(42) и (43), а
и
-
коэффициенты, принимаемые по табл. 66.
СНиII-23-81*.
Для
расчета на прочность стенки балки в
местах приложения нагрузки к верхнему
поясу, а также в опорных сечениях балки,
не укрепленных ребрами жесткости,
следует определять местное напряжение
по формуле
где
-
расчетное значение нагрузки (силы);
-
условная длина распределения нагрузки
где
-
ширина
полки (пояса) верхней балки;
-
толщина верхнего пояса балки.
Учет развития пластических деформаций позволяет получить более экономичные сечения в разрезных и неразрезных балках.
Расчет на устойчивость балок двутаврового сечения, изгибаемых в плоскости стенки и удовлетворяющих требованиям пп. 5.12 и 5.14*, следует выполнять по формуле
где
-
следует определять для сжатого пояса;
-
коэффициент, определяемый по прил. 7*
СНиII-23-81*.
Явление потери общей устойчивости в балках (изгибаемых элементах) заключается в том, что при напряжениях в крайних волокнах, меньших предела текучести, происходит выпучивание в сторону из плоскости изгиба сжатого пояса (полки). В результате получается закручивание и потеря несущей способности балки.
Для предотвращения потери устойчивости сжатый пояс балки должен быть надлежащим образом закреплен.
Расчет деформаций изгибаемых элементов производится по формуле
где
- относительный прогиб конструкций,
определяемый в результате расчета;
-
предельно допустимый относительный
прогиб, определяемый нормами
;
-
пролет изгибаемой конструкции.