Шпаргалка по металлическим конструкциям (60 вопросов) - файл n1.docx

приобрести
Шпаргалка по металлическим конструкциям (60 вопросов)
скачать (3383.6 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.docx3384kb.18.09.2012 08:50скачать

n1.docx

31.Фермы применяемые в строительных конструкциях. Очертания ферм.

Наибольшее распространение имеют разрезные балочные фермы (рис. 9.1, а) как самые простые в изготовлении и монтаже. Неразрезные (рис. 9.1,6) и консольные (рис. 9.1, в) системы ферм рациональны при большой собственной массе конструкции, так как в этом случае они могут дать значительную экономию металла. Кроме того, неразрезные фермы можно применять исходя из требований эксплуатации, так как они обладают большей жесткостью и могут иметь меньшую высоту.

Башни и мачты представляют собой вертикальные консольные -си*, стемы ферм (рис. 9.1, е). Соответствующие эксплуатационные или архитектурные требования могут обусловить применение арочных (рис. 9.1, г) или рамных (рис. 9.1,(д) ферм .Промежуточными между фермой и сплошной балкой являются комбинированные системы, состоящие из балки, усиленной либо снизу подвешенной цепью (шпренгельная балка) или сквозной фермой, либо сверху аркой или фермой (рис. 9.1, ж).



Выбор очертания ферм является первым этапом их проектирования. Очертание ферм в первую очередь зависит от назначения сооружения.

Фермы треугольного очертания. Треугольное очертание придается стропильным фермам (рис. 9.2, а, г), консольным навесам (рис. 9.2, б), а также мачтам и башням (рис. 9.2, в).* Стропильные фермы треугольного очертания применяют, как правило, при значительном уклоне кровли, вызываемом или условиями эксплуатации здания, или типом кровельного материала. Фермы трапецеидального очертания со слабо вспарушенным верхним поясом (рис. 9.3, а) пришли на смену треугольным фермам благодаря появлению кровельных материалов, не требующих больших уклонов кровли. Трапецеидальное очертание балочных ферм лучше соответствует эпюре изгибающих моментов и имеет конструктивные преимущества. Фермы полигонального очертания (рис. 9.3,6 и е) наиболее приемлемы для конструирования тяжелых ферм больших пролетов, так как чертания фермы соответствуют эпюре изгибающих моментов, что да-г значительную экономию стали. Фермы с параллельными поясами (рис. 9.3, г. д) имеют существенные конструктивные преимущества.
32.Генеральные размеры ферм.

Определение пролета ферм. Пролет или длина ферм в большинстве случаев определяются эксплуатационными требованиями и общеко*мпо-новочным решением сооружения и не могут быть рекомендованы по усмотрению конструктора. Определение высоты треугольных ферм. В треугольных фермах (см. рис. 9.2, а) высота является функцией пролета и уклона кровли, которые зависят от материала кровли. Обычно треугольные фермы проектируют под кровли, требующие значительных уклонов (25—45°), что дает высоту ферм h« (1/4-=-1/2)/. Высота треугольных ферм, как правило, бывает выше требуемой из условия наименьшей массы фермы, поэтому по расходу стали треугольные фермы неэкономичны. Определение оптимальной высоты трапецеидальных ферм и ферм с параллельными поясами. Если нет конструктивных ограничений, высота ферм может быть принята из условия наименьшего веса фермы, т. е. по экономическим соображениям.

При раскосной решетке в расчет формулы (9.5) должна быть включена еще масса стоек. В этом случае оптимальное по весу соотношение будет равно: При треугольной решетке с дополнительными стойками они работают только на местную нагрузку. Тогда Таким образом, оптимальная высота ферм по весу в значительной мере зависит от системы решетки; при раскосной решетке она примерно на 40 % меньше, чем при треугольной решетке без стоек, и на 20 % меньше оптимальной высоты ферм с треугольной решеткой с дополнительными стойками.
33.Система решеток ферм. Решетка ферм работает на поперечную силу, выполняя функции стенки сплошной балки.

От системы решетки зависят вес фермы, трудоемкость ее изготовления, внешний вид. Решетка должна соответствовать схеме приложения нагрузок, поскольку нагрузки во избежание местного изгиба пояса передаются, как правило, на ферму в узлах. треугольная система решетки. В фермах трапецеидального Очертания или с параллельными поясами весьма эффективной является треугольная система решетки (рис. 9.4, а) .дающая наименьшую суммарную длину решетки «наименьшее число узлов при -кратчайшем пути усилия от места приложения нагрузки до опоры» В фермах, поддерживающих прогоны кровли или балки настила, к треугольной рёшетке^час-то добавляются дополнительные стойки (рис. 9.4, б), а иногда-И подвески (рис.-9.4, в), позволяющие уменьшать, когда это необходимо; расстояния. между узлами фермы. Общим недостатком треугольных систем решетки является наличие сжатых длинных раскосов. Раскосная система решётки: При ее проектировании нужно стремиться, чтобы наиболее длинные элементы раскосы были растянутыми, а стойки сжатыми. Это требование удовлетворяется при нисходящих раскосах в' фермах с параллельными поясами (рис. Ј1.5, а) и восходящих в треугольных, фермах. Однако в треугольных фермах восходящие раскоси Образуют : неудобные для конструирования узлы „и имеют большую длину, так как идут по б^Йшей'диагонали- (рис. 9.5,е). Поэтому в треугольных'фер-мах более приемлемы нисходящие раскосы (рис. 9.5,6); хотя они получаются сжатыми, но зато их длина меньше и узлы фермы более компактны.

узлы. Специальные системы решеток. При большой высоте ферм (пример 4—5 м) применяют шпренгельную решетку Ромбическая и полу раскосная решетки (рис. 9.6, д и е)
34-36 Система связей. Сквозная плоская система (ферма) легко теряет свою устойчивость из плоскости. Чтобы придать ферме устойчивость, ее необходимо присоединить к какой-либо жесткой конструкции или соединить связями с другой фермой, в результате чего образуется пространственный устойчивый брус (рис. 9.7, а). В покрытиях зданий решение усложняется вследствие большого количества поставленных рядом плоских стропильных ферм. Такие фермы, связанные между собой только одними прогонами, не образуют неизменяемой устойчивой системы, так как они имеют свободную длину из своей плоскости, равную пролету, и легко могут потерять устойчивость (рис. 9.8, а). В этом случае устойчивость как в целом, так и отдельных элементов плоских ферм обеспечивается тем, что в конструкции покрытия создается несколько пространственных устойчивых блоков из двух соседних ферм, скрепленных как связями в плоскости верхнего, а иногда и нижнего пояса, так и вертикальнгми поперечными связями между стойками ферм, которые могут заменить связи по нижнему или верхнему поясу (рис. 9.8, б). К этим жестким блокам прочие фермы прикрепляются горизонтальными элементами, препятствующими горизонтальному перемещению поясов ферм и обеспечивающими их устойчивость (обычно прогонами, расположенными в узлах ферм). Чтобы прогон мог закрепить узел фермы в горизонтальном направлении, он сам должен быть прикреплен к неподвижной точке — узлу горизонтальных связей.


37 Строительный подом ферм. Назначение. Практическое выполнение. В фермах больших пролетов (более 36 м), а также в фермах из алюминиевых сплавов или высокопрочных сталей возникают большие прогибы, Провисание ферм предотвращается устройством строительного подъема, т. е. изготовлением ферм с обратным выгибом, который под действием нагрузки погашается, в результате чего фермы принимают проектное положение. Строительный подъем принимают равным прогибу от постоянных нагрузок. Теоретическую линию строительного подъема можно получить, если при изготовлении фермы длину каждого стержня / брать с учетом его упругих деформаций, т. е. В растянутых стержнях величину Д/ надо выч тать, в сжатых прибавлять. Под нагрузкой растянутые стержни удлиняются, сжатые укорачиваются, и расчет метрическая схема гермы восстанавливается. На практике строительный подъем задается обычно по какой-либо упрощенной кривой, причем перегибы устрани только в монтажных узлах. Так. в стропильных фермах, имеющих один монтажный стык посередине пролета, строительный подъе задаётся по треугольнику (рис. 9.10, а). В тяжелых фермах больших пролётов с монтажиыми стыками в каждом узле строительный подъем: задаётся по многоугольнику, вписанному в окружность (рис. 9.1С.
38,39,42. Определение усилий в стержнях фермы. Подбор сечен я. В зависимости от вида кровли, условий прикрепления, пролета применяются фермы различного очертания: треугольного, трапецеидального, с параллельными поясами и полигональные. Нагрузка, действующая на ферму, принимается приложенной к узлам формы. Подбор сечения сжатых стержней начинается с определения требуемой площади Гибкость стержня определяется по формуле где 1ес — расчетная длина стержня, let = fi/. Здесь и. — коэффициент приведения расчетной длины, зависящей от вида закрепления концов стержня. . В фермах из уголков и тавров для поясов и опорного раскоса ц принимается равным единице, для элементов решетки в плоскости фермы — 0,8, а из плоскости — единице; в фермах из труб и гнутых профилей замкнутого сечения с бесфасоночными узлами для элементов решетки — 0,9 как в плоскости, так и из плоскости фермы; Задавшись гибкостью Я, = 100...80 для поясов и Я= 120...100 для решетки (в легких фермах), можно найти величину <р, площадь по формуле (5.1) и радиусы инерции сечения: стойчивость сжатого стержня проверяется в соответствии с формулой Сечения растянутых стержней фермы подбирают по формуле где а — коэффициент ослабления стержня болтовыми отверстиями, принимаемый равным 0,85; для сварных ферм а = 1.

Скомпоновав по требуемой площади сечения из профилей, имеющихся в сортаментах, проверяют принятое сечение с учетом фактического ослабления сечения отверстиями для болтов.

Подбор сечения стержней, работающих на местный изгиб или внецент-ренное сжатие, выполняется по формуле Коэффициент снижения расчетных сопротивлений при внецентренном сжатии фе зависит от условной гибкости в плоскости изгиба и приведенного относительного эксцентриситета.
40 Стержни лёгких ферм. Дать характеристику.

Развитие сортамента — пуск прокатного стана широкополочных двутавров, производство электросварных труб и замкнутых гнутосварных профилей, а также возможность получения из широкополочных двутавров путем разрезки тавров с широкой пса:-:: а создали условия для проектирования ферм со стержнями из одиночного профиля вместо сечения, составленного из двух уголков. В фермах пространственной формы (башнях, мачтах, стрелах кранов и т. п.), где пояс является общим для двух перпендикулярных ферм, простейшим типом сечения пояса является одиночный уголок (рис. 9.13, а). Крестовое сечение из двух уголков (рис. 9.13, е) применяется в поясах решетчатых башен и мачт, когда площади одного уголка оказывается недостаточно. Разработаны также конструкции ферм с поясами из тавров, получаемых путем продольной разрезки широкополочных двутавров (рис. 4.1, д) или сваркой из двух стальных полос (рис. 9.13, з).

Тавровое сечение поясов позволяет очень просто конструировать узлы, особенно при решетке из одиночных уголков. Находят применение в стержнях легких ферм сечения из двух уголков с расставленными вертикальными полками (рис. 9. 13, и, к), из уголков замкнутого сечения (рис. 9.13, м), из швеллеров (рис. 9.13, о) и др. В каждом отдельном случае применение стержней с такими сечениями определяется условиями работы конструкции, ее изготовления, наличием сортамента и т.- п.


41.Стержни тяжелых ферм. Дать характеристику.

Стержни тяжелых стальных ферм отличаются от легких более мощными сечениями, составленными из нескольких элементов, что обусловлено их большими расчетными длинами и действующими в них значительными усилиями. Сечения их обычно проектируют двухстенчатыми (рис. 9.14), а узловые сопряжения их между собой осуществляются в двух плоскостях. Стержни тяжелых ферм (как раскосы и стойки, так и пояса) в разных панелях имеют разные по размерам, но одного вида сечения.

Тяжелые фермы, воспринимающие динамические нагрузки (железнодорожные мосты, краны и т. п.), Применяются следующие типы сечений стержней тяжелых стальных ферм:Н-образные сечения из двух вертикальных листов связанных горизонтальным листом (рис. 9. 14, а), из четырех неравнобоких уголков, также связанных горизонтальным листом (рис. 9.14,6). Развитие этих сечений в смежных панелях происходит в сварных сечениях посредством добавления вертикальных листов (рис. 9.14, в). Сечения эти удобно прикреплять к фасонкам, так как они имеют гладкую наружную поверхность и симметричны. швеллерное сечение — из двух швеллеров, поставленных полками внутрь (рис. 9.14, г). При этом используются как прокатные швеллеры (рис. 9.14, г), так и составленные из листов и уголков. Подобного типа сечения чаще всего применяются в клепаных конструкциях. Сечения в смежных стержнях изменяют наклепкой или приваркой к швеллерам листов (рис. 9.1, д—е). коробчатое сечение — из двух вертикальных элементов, соединенных горизонтальным листом сверху (рис. 9.14, ж, з,и), применяется главным образом для верхних поясов тяжелых мостовых ферм. Жесткость сечения значительно повышается, если снизу вертикальные ветви соединить решеткой (рис. 9.14, з); одностенчатое двутавровое сечение — из широкополочного сварного или прокатного двутавра, поставленного вертикально (рис. 9. 14, к).


43.Конструирование узлов легких ферм.

Чтобы избежать дополнительных напряжений от расцентровки осей стержней в узлах, необходимо стремиться центрировать стержни в уз. лах по осям, проходящим через их центры тяжести с округлением до 5 мм (рис. 9.17). В легких сварных фермах из одиночных уголков узлы можно проектировать без фасонок и стержни решетки приваривать непосредственно к полке п ясного уголка угловыми швами (см. рис. 9.17).

В фермах со стержнями из двух уголков, составленных тавром, узлы проектируют на фасовках, которые заводят между уголками. Стержни решетки прикрепляют к фасонке фланговыми швами. Швы, прикрепляющие фасонку к поясу, рассчитывают на разность усилий в смежных панелях пояса (рис. 9.18, в): Чтобы прикрепить прогоны, к верхнему поясу ферм приваривают уголок с отверстиями для болтов (рис. 9.18, в),
44,49.Конструирование узлов тяжелых ферм.

В тяжелых фермах необходимо более строго выдерживать центрирование стержней в узлах по осям, проходящим через центры тяжести, так как даже при небольших эксцентриситетах большие усилия в стержнях вызывают значительные моменты, которые необходимо учитывать при расчете ферм. Монтажные соединения в сварных фермах, особенно при работе ферм на динамические нагрузки, часто конструируются на высокопрочных болтах (рис. 9.30, а), что значительно упрощает монтажные работы и обеспечивает высокую надежность конструкции. Из-за наличия в центре узла повышенных напряжений полезно иметь утолщение пояса в пределах узла. Это утолщение получается в узлах на заклепках или болтах благодаря узловым фасонкам и накладкам (см. рис. 9.30);
45.Узлы ферм из парных уголков Конструирование и расчёт. Опорный узел.

В фермах со стержнями из двух уголков, составленных тавром, узлы проектируют на фасовках, которые заводят между уголками. Стержни решетки прикрепляют к фасонке фланговыми швами. Швы, прикрепляющие фасонку к поясу, рассчитывают на разность усилий в смежных панелях пояса (рис. 9.18, в): Чтобы прикрепить прогоны, к верхнему поясу ферм приваривают уголок с отверстиями для болтов (рис. 9.18, в),


46.Узлы ферм из парных уголков Конструирование и расчёт. Коньковый узел.

В фермах со стержнями из двух уголков, составленных тавром, узлы проектируют на фасовках, которые заводят между уголками. Стержни решетки прикрепляют к фасонке фланговыми швами. Швы, прикрепляющие фасонку к поясу, рассчитывают на разность усилий в смежных панелях пояса (рис. 9.18, в): Чтобы прикрепить прогоны, к верхнему поясу ферм приваривают уголок с отверстиями для болтов (рис. 9.18, в),


47.Узлы ферм из тавра. Конструирование и расчёт. Узел изменения сечения пояса. Тавры с параллельными гранями полок получают путем продольного роспуска широкополочных двутавров. Тавры применяются в поясах ферм, решетка выполняется из спаренных или одиночных горячекатаных или холодногнутых уголков. По сравнению с фермами со стержнями из парных уголков фермы с поясами из тавров экономичнее по массе металла на 10—12 °/о, по трудоемкости на 15—20 % и по стоимости на 10—15 %. Экономия достигается за счет уменьшения числа деталей, размеров фасонок и длины сварных швов. При стержнях решетки из парных уголков и при типовой схеме решетки ферм, как правило, нужно иметь узловые ушире-ния, чтобы получить необходимую длину сварных швов (рис. 9.22, а).
48. Конструирование узлов ферм из гнутых профилей. Фермы из гнутосварных замкнутых профилей проектируют с бесфассночньши узлами и с беспрогонным опирание-м кровли (рис. 9.27)-. Для упрощения конструкции узлов схемы ферм следует принимать с разреженной решеткой, при которой в узлах к поясам примыкает не более двух элементов решетки.

Для включения в расчет сжатого стержня его полного сечения необходимо для обеспечения устойчивости стенки выполнение условия Толщину стенок стержней ферм рекомендуется принимать не менее 3 мм. В одной ферме не должны применяться профили одинаковых размеров сечения, отличающиеся толщиной стенок менее чем на 2 мм. Для обеспечения плотности участков сварного шва со стороны острого угла углы примыкания раскосов к поясу должны быть не менее 30°. Во избежание двойной резки концов стержней следует избежать пересечения стержней решетки в узлах.
50.Каркас одноэтажного производственного здания. Компоновка колон в плане. Каркас, т. е. комплекс несущих конструкций, воспринимающий и передающий на фундаменты нагрузки от веса ограждающих конструкций, технологического оборудования, атмосферные нагрузки и воздействия, нагрузки от внутрицехового транспорта (мостовые, подвесные, консольные краны), температурные технологические воздействия и т.п., может выполняться из железобетона, смешанным (т.е. часть конструкций,— железобетонные, часть — стальные) и стальным. Выбор материала каркаса является важной технико-экономической задачей. Конструктивные схемы каркасов достаточно многообразны. В каркасах с одинаковыми шагами колонн по всем рядам наиболее простая конструктивная схема это поперечные рамы, на которые опираются подкрановые конструкции, а также панели покрытия или прогоны (рис.. 10.2,а, б)


51Вертикальные связи в каркасе промышленного здания. Основные схемы места установки. Система связей между колоннами обеспечивает во время эксплуатации и монтажа геометрическую неизменяемость каркаса и его несущую способность в продольном направлении (воспринимая при этом некоторые нагрузки), а также устойчивость колонн из плоскости поперечных рам. Верхние вертикальные связи следует размещать не только в торцовых панелях здания, но и в панелях, примыкающих к температурным швам, так как это повышает продольную жесткость верхней части каркаса; кроме того, в процессе возведения цеха каждый температурный блок может в течение некоторого времени представлять собой самостоятельный конструктивный комплекс.



_Вертикальные__связи__м_ежду колоннами ставят по всем рядам колонн здания; располаг1птГ~их следует~~между~ одними и теми же осями.
52. Связи по шатру одноэтажного промышленного здания. Схемы установки. Конструктивные формы. Элементы связей шатра рассчитываются, как правило, по гибкости. Предельная гибкость для сжатых элементов этих связей — 200, для растянутых—400 (при кранах с.числом циклов 2Х106 и более—300). Определить, растянут элемент связей или сжат, можно, если учесть, что связи воспринимают условные поперечные силы Qyca (как при эксплуатации, так и при монтаже), ветровые воздействия на торец здания FBT, продольные и поперечные воздействия мостовых кранов и что все эти силы могут быть направлены в одну или другую сторону (см. рис. 11.12).
53,54. Конструкции покрытия. Покрытия по прогонам. Сечения сплошных прогонов. Конструирование и расчёт. Покрытие производственного здания решается с применением прогонов или без них. В первом случае между стропильными фермами через 1,5—3 м устанавливают прогоны, на которые укладывают мелкоразмерные кровельные плиты, листы, настилы. Во втором случае непосредственно на стропильные фермы укладывают крупноразмерные плиты или панели шириной 1,5—3 м и длиной 6 или 12 м, совмещающие функции несущих и ограждающих конструкций | Кровля по прогонам получается легче вследствие небольшого пролета ограждающих элементов, но требует большего расхода металла (на прогоны) и более трудоемка в монтаже. Прогоны устанавливают на верхний пояс стропильных ферм в их узлах. В качестве прогонов применяют прокатные балки, гнутые про-: фили либо легкие сквозные конструкции (при шаге ферм больше 6 м). Кровельные покрытия бывают теплыми (с утеплителем) в отапливаемых производственных зданиях и холодными без утеплителя (для неотапливаемых зданий)
55.Подкрановые конструкции. Состав. Основные конструктивные формы. Подкрановые конструкции воспринимают воздействия от различного подъемно-транспортного оборудования. Основным видом такого оборудования являются мостовые опорные и подвесные краны. Подкрановые конструкции под мостовые опорные краны (рис. 15.1) состоят из подкрановых балок или ферм 1, воспринимающих вертикальные нагрузки от кранов; тормозных балок (ферм) 2, воспринимающих поперечные горизонтальные воздействия; связей 3, обеспечивающих жесткость и неизменяемость подкрановых конструкций; узлов крепления подкрановых конструкций, передающих крановые воздействия на колонны; крановых рельсов 4 с элементами их крепления и упоров. Основные несущие элементы подкрановых конструкций подкрановые балки могут иметь различную конструктивную форму. Наиболее часто применяются сплошные подкрановые балки как разрезные (рис. 15.2, а), так и неразрезные (рис. 15.2, б). .
56.Сбор нагрузки, определение усилий в сплошной подкрановой балке. Нагрузки от крана передаются на подкрановую конструкцию через Колеса (катки) крана, расположенные на концевой балке кранового моста. В зависимости от грузоподъемности крана с каждой стороны моста могут быть два, четыре катка и более (рис. 15.6, а, б).

Подкрановые конструкции рассчитывают, как правило, на нагрузки от двух сближенных кранов наибольшей грузоподъемности (рис. 15.6, е) с тележками, приближенными к одному из рядов колонн, т, е. в положении, при котором на подкрановые конструкции действуют наибольшие вертикальные силы. Одновременно к балке прикладываются и максимальные поперечные горизонтальные усилия.

Расчетные значения вертикальных и горизонтальных сил определяют по формулам:

При расчете подкрановых конструкций под краны тяжелого и весьма тяжелого режимов работы учитывается горизонтальная нагрузка, вызываемая перекосом крана, поэтому силу Г" определяют по формуле
57. Система проверок сплошной подкрановой балки. Проверка прочности подкрановых балок. Под действием вертикальных и горизонтальных крановых нагрузок подкрановая балка и тормозная конструкция работают как единый тонкостенный стержень на косой изгиб с кручением (рис. 1.5.11, а), верхний пояс балки работает как ва вертикальную, так и на горизонтальную нагрузку, и максимальные напряжения в точке А (рис. 15.11,6) можно определить по формуле

Проверка прогиба подкрановых балок производится по правилам строительной механики или приближенным способом. С достаточной точностью прогиб разрезных подкрановых балок может быть определен по формуле где М— изгибающий момент в балке от нагрузки одного крана с и=1,0; в неразрезных балках где Мл, Мер, МПр — соответственно моменты на левой опоре, в середине пролета и на правой опоре. Местная устойчивость элементов подкрановой балки проверяется так же, как и обычных балок.
58. Колонны промышленных зданий. Колонны постоянного сечения. Конструирование и расчёт. В колоннах постоянного по высоте сечения (рис. 14.1, а) нагрузка от мостовых кранов передается на стержень колонны через консоли, на которые опираются подкрановые балки. Стержень колонны может быть сплошного или сквозного сечения. Большое достоинство колонн постоянного сечения (особенно сплошных) — их конструктивная простота, обеспечивающая небольшую трудоемкость изготовления. Эти колонны применяют при сравнительно небольшой грузоподъемности кранов (Q до 15—20 т) и незначительной высоте цеха (Н до 8—10 м).

Колонны производственных зданий работают на внецентренное сжатие. Значения расчетных усилий: продольной силы N, изгибающего момента в плоскости рамы Мх (в некоторых случаях изгибающего момента, действующего в другой плоскости, — Му) и поперечной силы Qx определяют по результатам статического расчета рамы (см. гл. 12). При расчете колонны необходимо проверить ее прочность, общую и местную устойчивость элементов. Для обеспечения нормальных условий эксплуатации колонны должны обладать также необходимой жесткостью.
59Ступенчатые колонны. Расчёт и констррование.

При кранах большой грузоподъемности выгоднее переходить на ступенчатые колонны (рис. 14.1, б, в, г), которые для одноэтажных производственных зданий являются основным типом колонн. Подкрановая балка в этом случае опирается на уступ нижнего участка колонны и располагается по оси подкрановой ветви. В зданиях с кранами, расположенными в два яруса, колонны могут иметь три участка с разными сечениями по высоте (двухступенчатые колонны), дополнительные консоли и т. д.

Колонны производственных зданий работают на внецентренное сжатие. Значения расчетных усилий: продольной силы N, изгибающего момента в плоскости рамы Мх (в некоторых случаях изгибающего момента, действующего в другой плоскости, — Му) и поперечной силы Qx определяют по результатам статического расчета рамы (см. гл. 12). При расчете колонны необходимо проверить ее прочность, общую и местную устойчивость элементов. Для обеспечения нормальных условий эксплуатации колонны должны обладать также необходимой жесткостью.
60.Колонны раздельного типа. Расчёт и конструирование. В раздельных колоннах (рис. 14.2) подкрановая стойка и шатровая ветвь связаны гибкими в вертикальной плоскости горизонтальными планками. Благодаря этому подкрановая стойка воспринимает только вертикальное усилие от кранов, а шатровая работает в системе поперечной рамы и воспринимает все прочие нагрузки, в том числе горизонтальную поперечную силу от кранов.

Колонны раздельного типа рациональны при низком расположении кранов большой грузоподъемности и при реконструкции цехов (например, при расширении).
1. Балочные конструкции. Класификация балок.

Балки являются основным и простейшим конструктивным элементом, работающим на изгиб. Широкое распространение балок определяется простотой конструкции изготовления и надежностью в работе.В конструкциях небольших пролетов длиной до 15—20 м наиболее рационально применять сплошные балки. При увеличении нагрузки длина пролетов увеличивается, известны примеры применения сплошние пролеты меньше средних для сохранения постоянства сечения, то их конструкции являются немассовыми (индивидуальными), а применение их — сравнительно редким.
2. Типы балочных клеток. Компоновка балочных конструкций. Балочные клетки подразделяют на три основных типа: упрощенный, нормальный и усложненный (рис. 7.3). В^упрощенной балочной клетке (см. рис. 7.3, а) нагрузка на перекрытие передается через настил на балки настила, располагаемые обыч но параллельно меньшей стороне перекрытия на расстояниях а (шаг балок) и через них на стены или другие несущие конструкции, ограничивающие площадку. Из-за небольшой несущей способности настила поддерживающие его балки приходится ставить часто, что рационально лишь при небольших пролетах их. в нормального же типа балочной клетке (см. рис. 7.3,6) нагрузка с настила передается на балки настила, которые в свою очередь передают ее на главные балки, опирающиеся на колонны, стены или другие несущие конструкции, ограничивающие площадку. Балки настила обычно принимают прокатными. В усложненной балочной клетке (см. рис. 7.3, е) вводятся еще дополнительные, вспомогательные балки, располагаемые между балками настила и главными балками, передающими нагрузку на колонны. В этом типе балочной клетки нагрузка передается на опоры наиболее длинно. Чтобы снизить трудоемкость перекрытия, балки настила и вспомогательные балки обычно принимаются прокатными.
3. Расчёт и конструирование узлов сопряжения балок (поэтажное в одном уровне). Сопряжение балок может быть этажное, в одном уровне и пониженное.



При этажном сопряжении (рис. 7.4, а) балки, непосредственно поддерживающие настил, укладываются на главные или вспомогательные. Это наиболее простой и удобный в монтажном отношении способ сопряжения балок, но он требует наибольшей строительной высоты. При сопряжении в одном уровне (см. рис. 7.4,6) верхние полки балок настила и главных балок располагаются в одном уровне, а на них опирается настил. Этот способ позволяет увеличить высоту главной балки при заданной строительной высоте перекрытия, но существенно усложняет конструкцию опирания балок.

Пониженное сопряжение (см. рис. 7.4, в) применяется в балочных клетках усложненного типа. В нем вспомогательные балки примыкают к главной ниже уровня верхнего пояса главной, й-а них поэтажно укладывают балки с настилом, которые располагаются над главной балкой. Этот тип сопряжения, так же как и сопряжение в одном уровне, позволяет иметь наибольшую высоту главной балки при заданной строительной высоте перекрытия.
4.Настилы балочных клеток. Расчёт и конструирование. Настилы балочных клеток бывают весьма разнообразными в зависимости от назначения и конструктивного решения перекрытия. Очень часто поверх несущего настила устраивают защитный настил, который может быть из дерева, асфальта, кирпича и других материалов.

В качестве несущего настила чаще всего применяют плоские стальные листы или настил из сборных железобетонных плит. из условия заданного предельного прогиба

Силу Н, на действие которой надо проверить сварные швы, прикрепляющие настил и поддерживающую его конструкцию, можно определять по приближенной формуле
5. Подбор сечения при упругой и упругопластической работе прокатных балок.

Расчет на прочность прокатных балок, изгибаемых в одной из главных плоскостей, производится по изгибающему моменту по формуле Поэтому требуемый момент сопротивления балки «нетто» можно определить по формуле Выбрав тип профиля балки по требуемому моменту сопротивления, по сортаменту подбирают ближайший больший номер балки. Для разрезных балок сплошного сечения из стали с пределом текучести до 580 МПа, находящихся под воздействием статической нагрузки, обеспеченных от потери общей устойчивости и ограниченной величине касательных напряжений в одном сечении с наиболее неблагоприятным сочетанием М и Q, следует использовать упругопластическую работу материала и проверять их прочность по формулам: Для случая учета упругопластической работы при изгибе балки в одной из главных плоскостей подбор сечений можно производить по требуемому моменту сопротивления нетто по формуле
6.Прверка прокатных балок по первой и второй группам предельных состояний.

первой группы — по потере несущей способности и (или) полной непригодности к эксплуатации конструкций; второй группы — по затруднению нормальной эксплуатации сооружений. Подобранное сечение проверяют на прочность от действия касательных напряжений по формуле Проверка второго предельного состояния (обеспечение условий для нормальной эксплуатации сооружения) ведется путем определения прогиба балки от действия нормативных нагрузок при допущении упругой работы материала. Полученный относительный прогиб является мерой жесткости балки и не должен превышать нормативного, зависящего от назначения балки. Для однопролетной балки, нагруженной равномерно распределенной нагрузкой, проверка деформативности производится по формуле
7.Составные балки. Оптимальная высота составной балки.

Балки составного сечения применяют в случаях, когда прокатные балки не удовлетворяют условиям прочности, жесткости, общей устойчивости, т. е. при больших пролетах и больших изгибающих моментах, а также если они экономичнее. Основные типы сечений составных балок показаны на рис. 7.2, в, г.

Составные балки применяют, как правило, сварными. Сварные балки экономичнее клепаных. Их сечение обычно состоит из трех листов: вертикального — стенки и двух горизонтальных — полок, которые сваривают на заводе автоматической сваркой. Клепаные балки тяжелее сварных и более трудоемки в изготовлении, но их применение оправдывают благоприятная работа под большими динамическими и вибрационными нагрузками, а также относительная легкость образования мощных поясов.

Высота балки определяется экономическими соображениями, максимально допустимым прогибом. Наибольшая высота honT в большинстве случаев диктуется экономическими соображениями.


8.Составные балки. Минимальная высоты составной балки.

Балки составного сечения применяют в случаях, когда прокатные балки не удовлетворяют условиям прочности, жесткости, общей устойчивости, т. е. при больших пролетах и больших изгибающих моментах, а также если они экономичнее. Основные типы сечений составных балок показаны на рис. 7.2, в, г.

Составные балки применяют, как правило, сварными. Сварные балки экономичнее клепаных. Их сечение обычно состоит из трех листов: вертикального — стенки и двух горизонтальных — полок, которые сваривают на заводе автоматической сваркой. Клепаные балки тяжелее сварных и более трудоемки в изготовлении, но их применение оправдывают благоприятная работа под большими динамическими и вибрационными нагрузками, а также относительная легкость образования мощных поясов.

Наименьшая рекомендуемая высота балки hmin определяется жесткостью балки — ее предельным прогибом (второе предельное состояние).

Отношение прогиба балок к их пролету [///] регламентируется нормами в зависимости от назначения балки. Используя это, получаем для балки, равномерно нагруженной по длине, Для балок, использующих упругопластическую работу материала, минимальная высота будет
9. Назначение толщины стенки составной балки.

После высоты балки толщина стенки является вторым основным параметром сечения, так как она сильно влияет на экономичность сечения составной балки. Для балок высотой 1—2 м рациональное значение толщины стенки можно определить по эмпирической формуле Толщина стенки должна быть согласована с имеющимися толщинами проката листовой стали. Обычно минимальную толщину стенки принимают не менее 8 мм (очень редко 6 мм) и назначают при толщине до 12 мм кратной 1 мм, а более 12 мм кратной 2 мм.

10 Подбор сечения составной балки. Подбор сечения состоит в определении размеров поясов и стенки балки, исходя из заданных технологических заданием условий , экономичности и прочности, устойчивости и технологичности изготовления.
11.Изменение сечения составной балки по длине. Сечение составной балки, подобранное по максимальному изгибающему моменту, можно уменьшить в местах снижения моментов Изменить сечение балки можно, уменьшив ее высоту или сечение поясов (рис. 7.13). Изменение сечения уменьшением высоты стенки балки (см. рис. 7.13, а) более сложно, может потребовать увеличения толщины стенки для восприятия касательных напряжений, а потому применяется редко.

Сечение балки можно изменить уменьшением ширины или толщины пояса. В сварных балках распространено изменение ширины пояса (см. рис. 7.13, б), высота балки при этом сохраняется постоянной (верхний пояс гладкий и возможны как поэтажное опирание балок, поддерживающих настил, так и укладка рельса подкрановой балки); менее удобно изменять толщину пояса, так как балка оказывается неодинаковой высоты (см. рис. 7.13,0), при этом усложняется и заказ стали. При равномерной нагрузке наивыгоднейшее по расходу стали место изменения сечения поясов однопролетной сварной балки находится на расстоянии примерно 1/6 пролета балки от опоры. По моменту Mj (x) определяют необходимый момент сопротивления сечения балки исходя из упругой работы материала и подбирают новое сечение поясов. Ширина поясов при этом должна отвечать следующим условиям:
12.Система проверок составной балки. Проверка прочности сводится к проверке наибольших нормальных, касательных напряжений, их совместного действия. Однако по всей длине балки (за исключением особых сечений, в5которых М или Q равны нулю) изгибающие моменты и поперечная сила действуют совместно. Поэтому в дополнение к раздельным проверкам о и т необходима проверка совместного действия нормальных и касательных напряжений, при которой определяются приведенные напряжения. Эту проверку делают в сечениях наиболее неблагоприятного сочетания изгибающих моментов и поперечных сил: на опоре неразрезной балки, в месте изменения сечения разрезной составной балки и т. п., ; Приведенные напряжения определяют по формуле Прогиб балок определяют от действия нормативной нагрузки; прогиб не должен превышать значений, указанных в СНиП. Прогиб составных балок можно не проверять, если фактическая высота балки больше минимальной.
13. Проверка стенки составной балки на местную устойчивость. Местное выпучивание отдельных элементов конструкций под действием сжимающих нормальных или касательных напряжений называется потерей местной устойчивости.

В балках потерять устойчивость могут сжатый пояс от действия нормальных напряжений и стенка от действия касательных или нормальных напряжений, а также и от их совместного действия. Потеря устойчивости одним из элементов балки полностью или частично выводит его из работы, рабочее сечение балки уменьшается, часто становится несимметричным, центр изгиба смещается, и это может привести к преждевременной потере несущей способности всей балки.






14. Назначение, установка и размеры вертикальных ребер жесткости составной балки.
15. Расчёт поясных швов составной балки.
16. Стыки балок. Монтажный стык на сварке.

Различают два типа стыков балок: заводские и монтажные (укруп-нительные). Монтажные стыки выполняются при монтаже, они необходимы тогда, когда масса или размеры балки не позволяют перевезти и смонтировать ее целиком. Расположение их должно предусматривать членение балки на отдельные отправочные элементы, по возможности одинаковые (в разрезной балке стык располагают в середине пролета или симметрично относительно середины балки), удовлетворяющие требованиям транспортирования и монтажа наиболее распространенными средствами. Наиболее просто и удобно непосредственное соединение балок встык (рис. 7.24,а). Угловые швы, прикрепляющие накладку к балке, должны быть рассчитаны на усилие в накладке. Чтобы уменьшить сварочные напряжения, эти швы не доводят до оси стыка на 25 мм с каждой стороны. Накладки на стенку конструктивно принимают шириной 100—150 мм, толщиной, приблизительно равной толщине стенки, и высотой, равной высоте прямолинейного участка стенки (до закруглений около полок). Угловые швы, прикрепляющие накладки к стенке, следует проверять на действие поперечной силы
17. Стыки балок. Монтажный стык на высопрочных болтах.

Различают два типа стыков балок: заводские и монтажные (укруп-нительные). Монтажные стыки выполняются при монтаже, они необходимы тогда, когда масса или размеры балки не позволяют перевезти и смонтировать ее целиком. Расположение их должно предусматривать членение балки на отдельные отправочные элементы, по возможности одинаковые (в разрезной балке стык располагают в середине пролета или симметрично относительно середины балки), удовлетворяющие требованиям транспортирования и монтажа наиболее распространенными средствами.

Стыки составных балок на высокопрочных or:.rax. \ последнее время монтажные стыки, сварных балок, чтобы избе п :зарки при монтаже, иногда выполняют на высокопрочных божты рис 7.26). В таких стыках каждый пояс балки желательно перекрывать тремя накладками_ с двух сторон, а стенку — двумя вертикальными накладками, площадь сечения которых должна быть не меньше площади сечения перекрываемого ими элемента.

Болты в стыке ставят на минимальных расстояниях друг от друга: (2,5—3)d болта (при rf = 24 мм удобно иметь шаг 80 мм), чтобы уменьшить размеры и массу стыковых накладок.
18.Опорные узлы балок. Расчёт и конструирование.

Сопряжение балок со стальными колоннами осуществляется путем их опирания сверху или примыканием сбоку к колонне. Такое соединение может быть или шарнирным, передающим только опорную реакцию балки, или жестким, передающим на колонну кроме опорной реакции еще и момент защемления балки в колонне. Шарнирное соединение широко применяется в большинстве балочных конструкций, жесткое — в каркасах многоэтажных зданий. Размер опорных ребер жесткости определяют обычно из расчета на смятие торца ребра Прикрепление опорных ребер к стенке балки сварными швами должно быть рассчитано на полную опорную реакцию балки с учетом максимальной рабочей длины сварного шва.
19. Перспективные направления развития балочных систем. Одним из источников экономии металла в строительных конструкциях является применение вместо обычной малоуглеродистой сталей повышенной прочности. Однако в балках, изготовленных целиком из стали повышенной прочности, нельзя полностью использовать все преимущества этой стали, так как в стенке балки и в сечениях вблизи опор напряжения значительно меньше расчетных сопротивлений. Кроме того, местная .устойчивость элементов балки из высокопрочной стали относительно менее благоприятна по сравнению с устойчивостью этих же элементов, выполненных из обычной малоуглеродистой стали. Поэтому часто целесообразно использовать балки из двух марок стали различной прочности — бистальные, в которых сталь повышенной прочности применяется только в наиболее напряженных участках поясов балок, а вся стенка и пояса — вблизи опор балки, т.е. участки балки, испытывающие меньшие нормальные напряжения, выполняются из стали малоуглеродистой.

Работа такой балки отличается от работы обычных балок тем, что при действии расчетной нагрузки в крайних участках стенки, примыкающих к поясам из высокопрочной стали, может возникнуть текучесть материала стенки. Однако эти участки стенки работают в условиях ограниченной деформации, так как находятся между упругоработаю-щими поясами и остальной частью стенки и текучесть в них не может быть опасной для всей балки.


20. Колонны и стойки работающие на центральное сжатие. Сплошные колонны. Центрально-сжатые колонны (рис. 8.1, а) применяются для поддержания междуэтажных перекрытий и покрытий зданий, в рабочих площадках, путепроводах, эстакадах и т. п.

Обычно сечение сплошной колонны проектиру г широкополочного двутавра, прокатного или сварного, наибе: 'ного в изготовлении с помощью автоматической сварки и позволяющего просто осуществлять примыкание поддерживаемых kohct



Чтобы колонна была равноустойчивой, гибкость г: '- ил :кости оси х должна быть равна гибкости в плоскости оси у. т.е. У прокатного широкополочного двутавра (рис. 8.2, а) может быть b = h, что не удовлетворяет условию равноустойчивости, но все же дает сечение, вполне пригодное для колонн. Сварные колонны, состоящие из трех листов (рис. 8.2, б), достаточно экономичны по затрате материала, так как могут иметь развитое сечение, обеспечивающее колонне необходимую жесткость. Сварной двутавр является основным типом сечения сжатых колонн.

При одинаковых габаритах крестовое сечение колонн обладает большей жесткостью, чем двутавровое, так как его радиусы инерции ixiy — = 0,29b больше, чем у двутавра гу = 0,24Ь. Весьма экономичное сечение легкой колонны может быть получено из тонкостенных гнуто-сварных профилей (рис. 8.3, д).

Преимуществами колонн замкнутого сечения являются равноустой-чивость, компактность и хороший внешний вид; к недостаткам относится недоступность внутренней полости для окраски. Чтобы избежать коррозии, такие колонны должны быть защищены от проникания внутрь влаги. При заполнении стальной трубы бетоном.
21. Сквозные колонны, работающие на центральное сжатие. Решетки, применяемые для соединения ветвей.

Стержень сквозной центрально-сжатой колонны обычно состоит из двух ветвей (швеллеров или двутавров), связанных между собой решетками. Ось, пересекающая ветви, называется материальной; ось, параллельная ветвям, называется свободной. Расстояние между ветвями устанавливается из условия равноустойчивости стержня.

В сквозных колоннах из двух ветвей необходимо обеспечивать зазор между полками ветвей (100—150 мм) для возможности окраски внутренних поверхностей.

При трубчатом сечении ветвей возможны трехгранные стержни (рис. 8.4,б), достаточно жесткие и экономичные по затрате металла.

Решетки обеспечивают совместную работу ветвей стержня колонны и существенно влияют на устойчивость колонны в целом и ее ветвей» Применяются решетки разнообразных систем: из раскосов (рис. 8.5, а), из раскосов и распорок (рис. 8.5, б) и безраскосного типа в виде планок (рис. 8.5,в). В случае расположения решеток в четырех плоскостях (рис. 8.4, г) возможны обычная схема (рис. 8.6, а) и более экономичная треугольная схема «в елку» (рис. 8.6,6). В колоннах, нагруженных центральной силой, возможен изгиб от случайных эксцентриситетов. От изгиба возникают поперечные силы, воспринимаемые решетками, которые препятствуют сдвигам ветвей колонны относительно ее продольной оси. Треугольные решетки, состоящие из одних раскосов (рис. 8.5, а), или треугольные с дополнительными распорками (рис. 8.5, б) являются более жесткими, чем безраскосные, так как образуют в плоскости грани колонны ферму, все элементы которой при изгибе работают на осевые усилия, однако они более трудоемки в изготовлении.
22-23. Подбор сечения сплошной колонны.

Подбор сечения сплошной колонны. Задавшись типом сечения колонны, определяем требуемую площадь сечения по формуле Чтобы предварительно определить коэффициент ср (см. прил. 7), задаемся гибкостью колонны

Для сплошных колонн с расчетной нагрузкой до 1500—2500 кН и длиной 5—6 м можно задаться гибкостью 1=100—70, для более мощных колонн с нагрузкой 2500—4000 кН гибкость можно принять X= 70—50. Задавшись гибкостью % и найдя соответствующий коэффициент ф, определяем в первом приближении требуемую площадь по формуле (8.21) и требуемый радиус инерции, соответствующий заданной гибкости:

Установив генеральные размеры сечения Ъ и h, подбирают толщину поясных листов (полок) и стенки исходя из требуемой площади колонны Атр и условий местной устойчивости. Откорректировав значения А, b и h, производят проверку сечения и напряжения
24. Подбор сечения сквозной колонны. Так же как и при подборе сечения сплошных колонн, надо задаться гибкостью, чтобы получить из таблицы коэффициент продольного изгиба ср.

Благодаря более рациональному распределению материала в сечении сквозных колонн расчетная гибкость у них бывает несколько меньше, чем у сплошных (при равных условиях). Для сквозных колонн с расчетной нагрузкой до 1500 кН, длиной 5—7 м можно задаться гибкостью Я,=90—60, для более мощных колонн с нагрузкой 2500—3000 кН гибкость можно принять равной Л = 60—40.

Задавшись гибкостью % и определив по ней коэффициент ф, по формуле получаем требуемую площадь и требуемый радиус инерции относительно материальной оси учитывая, что гибкость относительно материальной оси равна расчетной гибкости.

Определив требуемую площадь и требуемый радиус инерции, подбираем по сортаменту соответствующий им профиль. Приняв сечение стержня, проверяем его устойчивость по формуле


25, 26. Расчёт планок сквозной колонны.

Расчет безраскосной решетки (планок). Расстояние между планками определяется принятой гибкостью ветви и радиусом инерции ветви. Расчет планок состоит в проверке их сечения и расчете прикрепления их к ветвям. Планки работают на изгиб от действия перерезывающей силы Qna, величина которой определяется из условия равновесия вырезанного узла колонны. В месте прикрепления планок действуют поперечная сила f пл и изгибающий момент МпЯ, равный

Высоту планки ha обычно определяют из условия ее прикрепления. Учитывая, что вывод формулы приведенной гибкости основан на наличии жестких планок, ширину планок не следует принимать слишком малой, обычно эта ширина устанавливается в пределах (0,5-f-0,75) b, где Ь — ширина колонны.

Толщина планок берется конструктивно от б до 10 мм в пределах



В сварных колоннах планки прикрепляют к ветвям внахлестку и приваривают угловыми швами, причем планки обычно заводят на ветви на 20—30 мм
27,28. Расчёт и конструирование базы.

Конструкция базы должна отвечать принятому в расчетной схеме колонны способу сопряжения ее с основанием. При шарнирном сопряжении база при действии случайных моментов должна иметь возможность некоторого поворота относительно фундамента, при жестком сопряжении необходимо обеспечить сопряжение базы с фундаментом, не допускающее поворота. По конструктивному решению базы могут быть с траверсой (рис. 8.17, а), с фрезерованным торцом (рис. 8.17, б) и с шарнирным устройством в виде центрирующей плиты (рис. 8.17, в). При сравнительно небольших расчетных усилиях в колоннах (до 4000—5000 кН) чаще применяются базы с траверсами. Траверса воспринимает нагрузку от стержня колонны и передает ее на опорную плиту. Чтобы увеличить равномерную передачу давления с плиты на фундамент, жесткость плиты увеличивают дополнительными ребрами между ветвями траверсы (рис. 8.18, а). В легких колоннах роль траверсы могут выполнять консольные ребра, приваренные к стержню колонны и опорной плите (рис. 8.18, б). В колоннах с большими расчетными усилиями (6000—10 000 кН и более) целесообразно фрезеровать торец базы. В этом случае траверса и ребра отсутствуют и плита, чтобы равномерно передать нагрузку на фундамент, должна иметь значительную толщину 20-40мм.


28-29. Расчёт и конструирование оголовка колонны.

Сопряжение балок с колоннами может быть свободное (шарнирное) и жесткое. Свободное сопряжение передает только вертикальные нагрузки. Колонны в этом случае должны быть закреплены во время эксплуатации и монтажа от горизонтальных смешений защемлением в фундаменте или системами вертикальных связей. Жесткое сопряжение балок с колоннами образует рамную систему, способную воспринимать горизонтальные воздействия. В этом случае балки примыкают к колонне сбоку.

Толщину ребра оголовка определяют из условия сопротивления на смятие пол полным опорным давлением При малых толщинах стенок швеллеров сквозной колонны и стенки сплошной колонны их надо также проверить на срез в месте прикрепления к ним ребер. Можно в пределах высоты оголовка сделать стенку более толстой. Опорная плита оголовка передает давление от вышележащей конструкции на ребра оголовка и служит для скрепления балок с колоннами монтажными болтами, фиксирующими проектное положение балок. Толщина опорной плиты принимается конструктивно в пределах 20-25 мм.

Если балка крепится к колонне сбоку (рис. 8.23), вертикальная реакции передается через опорное ребро балки на столик, приваренный к полкам колонны. Торец опорного ребра балки и верхняя кройка столика пристраиваются. Толщину столика принимают на 20—40 им больше толщины опорного ребра балки.

31.Фермы применяемые в строительных конструкциях. Очертания ферм
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации