Главная » Литература » Стальные конструкции » Тришевский - Металлические облегченные конструкции (справочное пособие)
Тришевский - Металлические облегченные конструкции (справочное пособие)
ВВЕДЕНИЕ
Одним из главных направлений в решении поставленных XXV съездом КПСС задач по экономии металла, снижению удельной металлоемкости металлоконструкций, трудоемкости изготовления и повышения эффективности при их монтаже и эксплуатации является всемерное и широкое использование высокоэкономичных гнутых профилей во всех отраслях строительства.
В «Основных направлениях развития народного хозяйства СССР на 1976—1980 годы» предусмотрено шире применять в строительстве новые виды материалов и изделий, экономичные профили металлопроката, расширить практику полносборного строительства и монтажа зданий и сооружений из прогрессивных конструкций
Этим обеспечивается экономное расходование металла, что является одним из основных направлений снижении материалоемкости общественного производства.
Рациональное использование облегченных гнутых профилей, как правило, наряду с обеспечением снижения норм расхода металла, сокращает или полностью устраняет трудовые затраты на сварку сборку и монтаж, а также позволяет принципиально по-новому решать и создавать конструкции на уровне лучших мировых образцов, отвечающих требованиям современной эстетики.
Гнутые профили являются новым прогрессивным видом металлопродукции. В силу особенностей их изготовления они приобретают ряд важных качеств. В частности, в этих профилях проката прочностные свойства значительно выше по сравнению с обычным металлом. Проектные институты при расчете строительных конструкций, изготовленных из гнутых профилей, в настоящее время не учитывают той доли упрочнения от наклепа, которая возникает при профилировании. Все расчеты ведутся по свойствам исходного металла.
В книге на практическом материале показано широкое применение гнутых профилей в различных областях строительства в нашей стране и за рубежом. При этом рассмотрено применение в металлических облегченных конструкциях гнутых профилей общего и специального назначения (гофрированных, замкнутых сварных, перфорированных и др.) при изготовлении перекрытий, кровельных покрытий, несущих балок, стен, перегородок, оконных переплетов и др. строительных конструкций.
Рассмотрен также сортамент экономичных гнутых профилей, дана его характеристика, области применения в строительстве, пути получения экономической эффективности от использования различных типов профилей. Приведены материалы по применению замкнутых сварных профилей в облегченных конструкциях при изготовлении прогонов, ферм, даны справочные характеристики этих профилей. Они помогут проектировщикам значительно сократить количество расчетов, а также использовать положительный зарубежный опыт.
Освещено применение гофрированных профилей при изготовлении облегченных кровель, перегородок, стек и др. строительных конструкций
Рассмотрены оригинальные материалы по применению облегченных, новых для нашей промышленности, перфорированных профилей в металлических конструкциях различного назначения.
Дана классификация этих профилей, рассмотрены с подробным анализом и рекомендациями формы, размеры и расположение отверстий на профилях. Показаны эксплуатационные качества перфорированных профилей, даны рекомендации по конструированию элементов сооружений.
Представлены материалы по применению гнутых профилей при изготовлении облегченных панельных переплетов и ограждающих конструкций, которым в настоящее время уделяется большое внимание, так как от этого зависит внешний вид зданий и сооружений.
Перечисленные выше основные преимущества гнутых профилей с одновременным снижением расхода металла и трудовых затрат при использовании строителями предопределяли широкое развитие их производства и применения.
Нормативные материалы даны по состоянию на
Глава I. ГНУТЫЕ ПРОФИЛИ — НОВЫЙ ВИД ВЫСОКОЭКОНОМИЧНОГО МЕТАЛЛОПРОКАТА ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА И ПРЕИМУЩЕСТВА
Неуклонный технический прогресс приводит к созданию все более мощных машин и механизмов, все более прочных изделий и сооружений, что неизменно влечет за собой увеличение их кассы. В этих условиях задачей первоочередной важности становится борьба за повышение надежности и снижение массы машин, механизмов, изделий и сооружений. Создаются новые материалы и сплавы, легче, прочнее и надежнее существующих, разрабатываются и осваиваются новые технологические процессы получения готовых деталей из них.
Борьба за снижение массы металлоконструкций, за повышение их прочности, надежности и долговечности привела к созданию нового вида проката — гнутых профилей. Гнутые профили — это различной конфигурации гофрированные листы: зетобразные, корытообразные, замкнутого и другого сечения детали практически неограниченной длины и постоянной толщины во всех элементах по поперечному сечению (рис. 1).
Существует несколько способов получения гнутых профилей, а именно: штамповка, гибка на прессах и протяжка. Однако, использование этих способов изготовления гнутых профилей не дает возможности получать профили большой длины, ширины и толщины. Кроме того, эти способы малопроизводительны, приводят к большим потерям металла, процесс получения профилей со сложной конфигурацией поперечного сечения весьма затруднителен. Узкий диапазон по длине, ширине и толщине исходных заготовок и высокая себестоимость гнутых профилей, полученных штамповкой, гибкой на прессах или протяжкой, резко ограничивают область их применения.
Устранить перечисленные недостатки гнутых профилей стало возможным при изготовлении их по принципиально новому методу и на конструктивно новом оборудовании. Таким оборудованием оказались подобные прокатным специальные профилегибочные агрегаты. Гнутые профили, полученные на этих станах, называются гнутыми профилями проката.
Принципиальным, с точки зрения технологии изготовления, отличием гнутых профилей проката от горячекатаных является получение их из исходной заготовки в холодном состоянии и неизменность площади поперечного сечения во время процесса формовки. Оборудование для изготовления гнутых профит ей проката менее сложно, чем прокатное или прессовое, его изготовление дешевле, а обслуживание — легче и проще. Капиталовложения и эксплуатационные расходы при организации производства гнутых профилей проката значительно меньше, чем при других видах обработки металлов давлением, и первоначальные затраты окупаются в короткий срок.
Гнутые профили проката изготовляют методом непрерывного профилирования листов, полос и ленты на профилегибочных агрегатах различных типов. Процесс профилирования заключается в последовательном (рис. 2) изменении формы поперечного сечения исходной заготовки (полосы, листа, ленты) при прохождении ее через ряд вращающихся навстречу друг другу пар приводных горизонтальных и вертикальных (холостых) валков (роликов). Проектными организациями, конструкторскими бюро системы Госстроя СССР проводится большая работа по пересмотру конструкций изделий и сооружений. Ставится задача снижения массы металлоконструкций, расхода металла и трудоемкости их изготовления за счет широкого применения высокоэкономичных гнутых профилей проката Выявлена сортаментная потребность в этих профилях и на ее основе разрабатываются предложения по дальнейшему развитию производства и более рациональному применению гнутых профилей проката. Эти профили, являясь по существу новым видом металлопродукции, производство которой в СССР получило развитие сравнительно недавно, к настоящему времени уже нашли эффективное применение буквально во всех отраслях народного хозяйства. Применение этих профилей в металлических конструкциях дает ряд преимуществ по сравнению с применением горячекатаные, штампованных и др. Это — меньшая {за счет наиболее рационального распределения металла по сечению) масса при одинаковой несущей способности, сочетание любой требуемой формы поперечного сечения профилей с практически любой их длиной, возможность замены одним профилем нескольких горячекатаных (рис 3) соединенных сваркой, клепкой или болтами, высокая стойкость при работе с переменными нагружениями, высокая надежность при работе в условиях низких температур.
Следует отметить, что методы проектирования и расчета конструкций из гнутых профилей имеют некоторые специфические особенности, отличающие их от горячекатаных профилей.
Гнутые профили любой формы состоят из плоских элементов с переходами в виде закруглений, концы которых соединены со смежными элементами. По несущей способности элементы гнутого профиля подразделяют на жесткие и нежесткие. К нежестким относятся те, которые сопряжены или имеют смежный элемент только с одной стороны. Элементы с переходами или смежные элементы с двух сторон являются жесткими. Эту особенность гнутых профилей необходимо учитывать при конструировании из них узлов, рам, ферм и других сооружений.
При выборе и расчете узлов и конструкций из гнутых профилей проката одного выбора размеров профилей в соответствии с имеющимися методами расчета по допускаемым напряжениям, которые возникают при приложении основных нагрузок, недостаточно. При передаче нагрузок на тонкостенные профили в местах стыка стержней и в узлах конструкций возможны концентрации напряжений, следствием которых будут либо наличие ослабленных мест, либо чрезмерное увеличение площади поперечного сечения, а следовательно, и массы элементов конструкций.
Устранение концентраций напряжении особо важно в облегченных конструкциях, поскольку в тяжелых конструкциях с сечениями элементов, выбранными с большим запасом, концентрация напряжений остается в большинстве случаев незаметной и величины напряжений достаточно малы по сравнению с пределом текучести.
Поэтому при расчете облегченных конструкций из тонкостенных гнутых профилей следует пользоваться методами, приведенными в работах [1—3]. Экономическая эффективность применения 1 т гнутых профилей проката в среднем 22,1 руб, в том числе !4,3 руб. благодаря экономии
По данным ЦНИИ промышленного строительства, около 12,6% потребляемого в строительстве металла могут составить гнутые профили. Это обеспечит экономию около 38,4% металла.
ЗАМКНУТЫЕ ГНУТЫЕ ПРОФИЛИ
Среди новых видов металлопроката, позволяющих успешно экономить металл, повышать надежность и прочность конструкций, особое место занимают гнутые замкнутые профили. Они могут иметь различную конфигурацию поперечного сечения. В основном применяются профили прямоугольного и квадратного сечений.
На профилегибочных станах в настоящее время изготовляются замкнутые профили с толщиной до
а) себестоимость производства 64,5 руб/т) значительно ниже, чем при сварке горячекатаных профилей 74—76 руб/т, горячей формовке 78 руб/т и волочении 117,8 руб/т
6} себестоимость 1 т профилей, изготовленных формовкой из сварных труб и профилированием, различается незначительно.
Однако профилированием можно получить в несколько раз большие размеры поперечного сечения и толщину, чем при формовке из сварных труб.
Например, в строительных металлоконструкциях наибольший экономический эффект дает применение замкнутых сварных гнутых профилей большего поперечного сечения (ширина большей стенки у прямоугольных профилей до
Такие профили можно изготовить только на профилегибочном стане и с необходимыми механическими свойствами.
Кроме технологических и экономических преимуществ при изготовлении, замкнутые сварные гнутые профили проката имеют ряд преимуществ при применении в различных конструкциях по сравнению с замкнутыми профилями, изготовленными другими способами. Эти профили особо рационально по расходу стали, применение их очень выгодно в сжатых, сжато-изогнутых и скручиваемых элементах конструкций. Замкнутые гнутые профили в большей степени приспособлены для работы на поперечный изгиб по сравнению с круглыми трубчатыми профилями. Прочностные характеристики замкнутых гнутых профилей при одинаковой площади поперечного сечения выше, чем у горячекатаных.
Конструкции с применением замкнутых гнутых профилей более надежны при работе в условиях низких температур и более долговечны при работе с переменными нагружениями, чем аналогичные с применением горячекатаных профилей.
Применение замкнутых гнутых профилей взамен профилей, изготовляемых другими способами, позволяет снизить массу конструкций при сохранении несущей способности. Возможности и области применения этих профилей проката гораздо шире, чем у замкнутых профилей других видов, за счет многочисленного и разнообразного сортамента.
Широкое применение получили замкнутые гнутые профили в строительстве и за рубежом. В Англии они используются при строительстве многоэтажных зданий, школ, крупных магазинов, фабрик, промышленных зданий, в сельскохозяйственном машиностроении, а также при изготовлении кранов и конвейеров.
Практикуется изготовление несущих металлических конструкций (колони и элементов перекрытий) из замкнутых гнутых профилей квадратного и прямоугольного сечения [4].
В ФРГ замкнутые прямоугольные профили были использованы для несущих конструкций крыш над стадионом, при строительстве больниц, школ со спортзалами, складских помещений и др.
Замена профилей открытого типа замкнутыми гнутыми прямоугольными и квадратными снизила массу каркаса построенного в ФРГ здания на 37% и обусловила общую экономию затрат на 26% [6].
Замкнутые сварные гнутые профили прямоугольного сечения находят применение при строительстве металлургических и других заводов, при изготовлении причальных эстакад и тумб, башен радиостанций, прожекторных вышек, строительных лесов, рам и машинного оборудования сцен, оборудования шахт, рам для опалубочных щитов при бетонировании, этажных опор, балок перекрытий, стальных каркасов для жилых домов, ворот цехов, рам для окон промышленных зданий, переходов и лестничных перил, шлагбаумов, стеллажей выставочных стендов, киосков, каркасов шаблонов при изготовлении приспособлений оборудования больниц и лабораторий, при строительстве понтонов, монтажных шин для торговых автоматов, шлюзных камер и шпунтовых перемычек в гидростроительстве.
Работы, выполненные УкрНИИМЕТом по определению потребности народного хозяйства в гнутых профилях проката, позволили установить, что первоочередная годовая потребность в замкнутых сварных гнутых профилях 13,3% от общей потребности народного хозяйства СССР в этом виде металлопроката. Также установлено, что основным потребителем является строительство.
Целесообразно применять замкнутые гнутые профили в конструкциях расстрелов вертикальных стволов шахт. По данным института «Кривбасспроект», замена такими профилями двутавровых балок дает ряд существенных преимуществ. Момент сопротивления их в горизонтальной плоскости в 3,6—4,7 раза больше. Это обусловливает резкое увеличение скорости движения подъемников. Момент сопротивления в вертикальной плоскости на 20% меньше, однако, благодаря снижению крутящего момента, такой коробчатый профиль может выдерживать большую вертикальную нагрузку, чем двутавровые балки и следовательно, может быть использован также в стволах шахт, оборудованных подъемными сосудами с парашютами, захватывающимися за проводник.
Кроме того, высокие прочностные характеристики в вертикальной плоскости будут способствовать повышению надежности работы подъема, так как уменьшится вероятность аварий от случайных нагрузок, возникающих при уменьшении расстояния между проводниками, ударах на стыках и др.
Аэродинамическое сопротивление стволов шахт при применении замкнутых гнутых профилей проката уменьшается в 2,2—2,4 раза. Это имеет особенно важное значение для проветривания глубоких шахт.
Расход металла на армировку глубоких стволов шахт, где скорость движения подъемных сосудов высока, практически такой же, как для расстрелов из двутавровых балок. В стволах неглубоких шахт с пониженной скоростью движении подъемников расход металла на расстрелы даже уменьшается на 25%.
Двутавровые балки подвергаются коррозии по всему периметру сечения, в том числе с обеих сторон стенки. Между тем как на герметичные (вследствие приварки планок в торцах) замкнутые сварные гнутые профили коррозия действует только по наружному периметру. Поэтому срок службы расстрелов из гнутых профилей в 1,2—2 раза больше.
Особо перспективно применять замкнутые гнутые профили в строительных конструкциях. Применение этих профилей вместо горячекатаных позволяет снизить массу конструкций на 15—30% (с сохранением несущей способности) и сокращать эксплуатационные затраты, повышать надежность, долговечность и коррозионную стойкость конструкций, снижать массу фундаментов под опоры, а заполнение полости замкнутых профилей бетоном может удвоить несущую способность строительных конструкции.
Замкнутые гнутые профили можно применять в ряде строительных конструкций: колони, сжатых элементов решеток стропильных и подстропильных ферм, башен, мачт, опор линий электропередачи. Особенно целесообразно применять эти профили в большепролетных промышленных и общественных зданиях, например: в сборочных цехах, ангарах, гаражах, складских, выставочных павильонах, спортивных залах, крытых рынках и т. п.
Институт «Укрпроектствлькоиструкция» (УкрПСК) совместно с институтом электросварки им. Патона и УкрНИИМЕТом разработал конструкции ферм покрытия с применением замкнутых гнутых профилей проката. Покрытия с фермами из таких профилей применены на Николаевском судостроительном заводе. Сварка замыкающих швов профилей и сборка ферм осуществлены Николаевским заводом металлоконструкций. Экспериментальное строительство показало, что покрытии с фермами из замкнутых гнутых сварных профилей на 15% дешевле железобетонных. При этом масса израсходованного металла превышала массу арматуры железобетона всего на 11 % [4].
На Кадиевском заводе сварных конструкций применены замкнутые гнутые профили в конструкциях покрытий, разработанных институтом УкрПСК при участии института электросварки им. Патона и УкрНИИМЕТа, Конструкции из замкнутых сварных гнутых профилей оказались простыми в изготовлении и монтаже. Применение этих профилей позволило снизить общую массу строительных ферм на 25% и трудоемкость их изготовления на 16% по сравнению с фермами из горячекатаных профилей. Сварка замыкающих швов гнутых профилей производилась на Донецком заводе металлоконструкций, там же изготовлялись и фермы.
Институтом УкрПСК разработаны конструкции панельных переплетов из замкнутых гнутых профилей. Сортамент профилей для них разрабатывался совместно с УкрНИИМЕТом, применительно к производственным мощностям Макеевского завода металлоконструкций, изготовляющего переплеты промышленных зданий. Соединение замыкающих швов осуществлялось точечной сваркой. Панельные переплеты применены при строительстве Кадиевского завода сварных конструкций. Эксплуатационные испытания, проведенные с участием УкрНИИМЕТа, показали, что панельные переплеты полностью отвечают предъявленным требованиям и обладают достаточной жесткостью и прочностью. Опытные партии замкнутых гнутых профилей применены также при строительстве завода в г. Херсоне, цеха гнутых профилей на заводе «Запорожсталь», колхозного рынка в г. Мукачево и других объектов. При этом, во всех случаях была подтверждена целесообразность и экономическая выгода применения конструкций из замкнутых гнутых профилей взамен существующих железобетонных, из горячекатаных профилей и т. п.
В настоящее время на Череповецком металлургическом заводе в потоке профилегибочного агрегата 2—8X80—60G пущена сварочная установка для изготовлении сварных замкнутых, профилей, где можно производить профили толщиной 2—8 мм шириной развертки 80—600 мм при скорости сварки до 60 м/мин.
По данным потребителей, экономическая эффективность внедрения 1 т замкнутых сварных гнутых профилей проката составляет в среднем 32 руб. Применение этих профилей позволит создавать новые конструкции сооружений, машин и изделий, отличающихся облегченной массой, прочностью, надежностью, долговечностью, эстетическим видом и отвечающих современным требованиям строительства.
...