Главная » Литература » Стальные конструкции » Михайлов - Металлические конструкции в примерах

Михайлов - Металлические конструкции в примерах


Михайлов А. М. Металлические конструкции в примерах.

Учеб. пособие для техникумов. М., Стройиздат, 1976, 320 с.

В начале каждого раздела книги приведены краткие  теоретические сведения, конструктивные требования и  практические рекомендации по расчету конструкций рассматриваемого типа. Примеры охватывают расчет соединений элементов металлических конструкций, расчет и конструирование  балок и центрально-сжатых колонн. Большое внимание уделено проектированию и расчету конструкций стального каркаса одноэтажного производственного здания: подкрановых  балок, внецентренно-сжатых колонн и стропильных ферм. 

Приведен также необходимый нормативный и справочный  материал.

Книга предназначена для учащихся техникумов при  изучении курса «Металлические конструкции», а также при  курсовом и дипломном проектировании.

 

ПРЕДИСЛОВИЕ

В книгу включены примеры двух типов: 1) примеры, иллюстрирующие расчеты металлических конструкций и их  элементов, наиболее часто встречающиеся при курсовом и дипломном проектировании; 2) примеры, которые служат связующим  звеном между теорией сопротивления материалов и теорией  расчета металлических конструкций.

Разбор примеров проведен по возможности подробно,  чтобы учащиеся могли самостоятельно проследить за ходом  решения. Кроме примеров книга содержит краткие теоретические сведения по рассматриваемым вопросам и подробные  методические указания по расчету и конструированию на стадии КМ, поэтому пособие может быть полезно в равной степени  учащимся дневной, вечерней и заочной форм обучения.

По вопросам, не нашедшим отражения в пособии, но  непосредственно примыкающим к рассматриваемым, в тексте  имеются ссылки на литературные источники, список которых  приведен в конце книги.

Приложения к пособию содержат нормативный и  справочный материал, необходимый учащимся при курсовом и  дипломном проектировании.

В книге принята двойная нумерация формул и таблиц.  Первая цифра указывает номер главы, вторая — порядковый  номер формулы или таблицы в данной главе. Нумерация  параграфов, примеров и рисунков — сквозная. В пособии применена «Международная система единица (СИ) согласно проекту государственного стандарта «Единицы физических величин». При использовании нормативных  документов, которые базируются на метрической системе измерений, следует руководствоваться следующими соотношениями  между единицами физических величин: 1 кН=1000 Н=100 кгс ; 1 кН/см2=10 МПа=100 кгс/см2=1 кгс/мм2.

 

Глава I. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ РАСЧЕТА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ

§ 1. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ПРОЕКТИРОВАНИЮ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ

До ввода в эксплуатацию конструкции проходят три взаимно связанных между собой этапа: проектирование, изготовление и монтаж.

Проектирование — основной этап по созданию конструкции. От качества разработанного проекта в большой степени зависит трудоемкость изготовления, скорость монтажа и соответствие конструкции эксплуатационным требованиям, поэтому при проектировании должны учитываться следующие требования:

1) в течение всего срока службы конструкция должна  полностью отвечать своему эксплуатационному назначению в  соответствии с требованиями протекающего в сооружении функционального процесса при минимальных затратах на текущее содержание и ремонт;

2) необходимо соблюдать требования Строительных норм и правил (СНиП), предъявляемые к прочности, устойчивости, выносливости и жесткости несущих конструкций. При  проектировании металлических конструкций следует  руководствоваться положениями глав СНиП '[18, 21, 22]. Прочность и  устойчивость должны обеспечиваться не только при эксплуатации, но и при транспортировании и монтаже конструкций;

3) металлические конструкции следует проектировать с учетом требований экономики, стремясь к максимальному использованию прочностных свойств металла и разработке  рациональных -конструктивных решений. При соответствующем технико-экономическом обосновании металлические конструкции следует проектировать с применением эффективных материалов (высокопрочной стали, алюминиевых сплавов и др.) и  конструктивных решений (предварительно-напряженные конструкции, конструкции из гнутых профилей и др.);

4) при проектировании сооружений следует предусматривать максимально возможную унификацию габаритных схем, рациональную типизацию применяемых конструкций, наиболее совершенную технологию их изготовления и прогрессивные  методы монтажа с использованием современных средств  комплексной механизации строительного производства;

5) стальные конструкции должны проектироваться преимущественно сварными с широким применением механизированной сварки, конструкции из алюминиевых сплавов можно проектировать как сварными, так и клепаными;

6) необходимо предусматривать противокоррозионные мероприятия (создание условий для проветривания, очистки и окраски конструкций и наблюдения за ними);

7) следует предусматривать меры по уменьшению возможности отрицательного влияния дополнительных местных и  внутренних напряжений (сварочных, усадочных и температурных напряжений, концентрации напряжений в местах резкого изменения геометрии сечения и т. д.), вызывающих склонность к хрупкому разрушению.

При проектировании необходимо хорошо знать технологию изготовления и монтажа конструкций проектируемого  сооружения, учитывая оснащенность и производственные возможности заводов-изготовителей и монтажных организаций. Надо иметь представление о наличии и характере механического  оборудования, о возможности переноса трудоемких операций сборки и сварки с монтажной площадки в условия  высокомеханизированного завода, применения крупноблочного монтажа. Следует учитывать необходимость создания условий для получения  качественных сварных и болтовых соединений при изготовлении и монтаже, предусматривать рациональную разбивку конструкций на транспортабельные отправочные элементы и т.п .

Конструкции, удовлетворяющие всем перечисленным  требованиям, могут быть названы технологичными. Практика,  однако, показывает, что одновременное удовлетворение всех требований не всегда возможно из-за их противоречивости  (например, мероприятия по обеспечению устойчивости увеличивают трудоемкость изготовления и поэтому находятся в некотором противоречии с принципом наименьшей трудоемкости). Перед проектировщиком стоит задача добиться оптимального удовлетворения этих требований. Так как стоимость проектирования сравнительно невелика 3—5% стоимости возведения  сооружения), дополнительные затраты на внесение поправок,  повышающих технологичность конструктивного решения, в  дальнейшем многократно окупаются.

 

§ 2. СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ОФОРМЛЕНИЕ ПРОЕКТОВ

Итак, прежде чем начать строительство, составляют проект будущего сооружения. Проектирование включает комплекс  изыскательских, расчетных и конструкторских работ,  направленных на разработку оптимального объемно-планировочного и конструктивного решения сооружения. Исходным документом для проектирования любого предприятия, здания или  сооружения является задание на проектирование, составленное  организацией-заказчиком при непосредственном участии проектной организации, разрабатывающей проект. В этом задании  указывают: наименование предприятия, здания или сооружения;  основание для проектирования (ссылка на соответствующее  постановление правительства, министерства или ведомства); район, пункт и площадку строительства; производственную  характеристику и режим работы предприятия; основные требования, которые должны быть заложены в проект; намечаемые  сроки и очередность строительства; стадийность проектирования и т. п.

В соответствии с заданием на проектирование проектная  организация разрабатывает проект предприятия, здания или  сооружения в две стадия — технический проект и рабочие  чертежи или в одну стадию — технорабочий проект (технический проект, совмещенный с рабочими чертежами).

На стадии технического проекта путем сравнения  вариантов выявляют наиболее рациональные объемно-планировочное, архитектурное и конструктивное решения предприятия, здания или сооружения; устанавливают номенклатуру строительных материалов, конструкций и изделий (в частности,  целесообразность применения металлических конструкций); намечают  источники снабжения проектируемого объекта сырьем, энергией, водой и другими ресурсами; производят технико-экономический анализ предполагаемого строительства и т. п.

Графическая часть технического проекта носит эскизный  характер (принципиальное решение конструктивных схем с  нанесением генеральных размеров), выполняется на основе  ориентировочных расчетов и сопровождается пояснительной  запиской с кратким изложением содержания проекта, сопоставлением вариантов, на основе которого приняты проектные решения и очередность строительства, перечнем объемов работ, сметной документацией и основными технико-экономическими  показателями (стоимость 1 м2, 1 м3 или 1 м конструкции, трудоемкость, масса конструкции и др.)

После утверждения технического проекта в соответствии со сводной сметой открывается финансирование строительства и начинается вторая стадия проектирования — разработка  рабочих чертежей и проектной документации, необходимых для изготовления конструкций.

Рабочие чертежи металлических конструкций делятся на две группы: а) чертежи КМ (конструкции металлические),  составляемые на основе материалов технического проекта и более точных расчетов в проектных организациях для последующей разработки деталировочных чертежей; б) чертежи КМД  (конструкции металлические, деталировка), служащие для  изготовления отдельных элементов конструкций, а также частично для монтажа и выполняемые на основе проекта КМ, как  правило, в конструкторских бюро заводов-изготовителей с учетом  технологических возможностей последних и наличия металла.

Проект КМ состоит из общих схематических чертежей  конструкций сооружения (планы, продольные и поперечные  разрезы) с указанием размеров сечений, конструктивных решений элементов, их сопряжений и спецификации металла на все  сооружение. На этой стадии производят увязку конструкций с архитектурно-строительной, технологической, транспортной, энергетической, санитарно-технической и другими частями  проекта. Окончательный расчет конструкций оформляют в виде расчетно-пояснительной записки или расчетных листов,  входящих в состав рабочих чертежей. Рабочие чертежи КМ  утверждению не подлежат, и ответственность за качество их  выполнения возлагается на проектную организацию.

Проект КМД состоит из чертежей всех металлических конструкций в виде отдельных элементов, отправляемых после изготовления с заводов на стройку (так называемые  отправочные элементы, или марки), а также монтажных схем  отправочных элементов. Рабочие чертежи отправочных элементов должны содержать все необходимые для их изготовления на  заводе размеры и указания, спецификации деталей на каждый отправочный элемент, ведомости отправочных элементов, заводских сварных швов и заклепок.

Монтажные схемы предназначены для сборки конструкций на монтаже и поэтому должны содержать сведения о взаимном расположении отправочных элементов с размерами и отметками, необходимыми для выверки конструкций, сводной таблицей отправочных элементов, монтажных сварных швов, болтов и заклепок.

Следует иметь в виду, что отмеченная сравнительно  невысокая стоимость проектирования металлических конструкций  охватывает только технический проект и чертежи КМ. Стоимость же чертежей КМД входит в стоимость изготовления  конструкций и может достигать 15—20%, т.е. является значительной.

Поэтому проект КМ должен быть разработан так, чтобы в  дальнейшем максимально облегчить составление деталировочных чертежей. В то же время в заводских конструкторских бюро необходимо не только проверять проекты КМ на  технологичность, но и повышать ее, поскольку ошибки, допущенные при разработке чертежей КМД, трудноисправимы и отрицательно скажутся на изготовлении конструкций и их монтаже.

 

§ 3. РЕАЛЬНОЕ СООРУЖЕНИЕ И ЕГО РАСЧЕТНЫЕ СХЕМЫ

Проектирование любого сооружения начинают с  компоновки, т. е. выбора рациональной конструктивной формы.  Компоновка— основная и наиболее творческая часть проектирования. Она непосредственно зависит от условий функционального процесса, обеспечить который призвано проектируемое  сооружение. Так, условия производственного процесса требуют  определенных технологических габаритов для размещения  станочного оборудования и пропуска грузовых потоков, что в свою очередь диктует генеральные размеры всего сооружения и его отдельных конструкций, которые должны располагаться вне этих габаритов. Выявление рациональной компоновки и  решение отдельных конструкций производят в техническом проекте на основании сравнения возможных вариантов.

После выбора конструктивной формы сооружения  приступают к его расчету. Расчет сооружения с учетом всех его свойств, точных геометрических размеров, строгого  взаимодействия элементов является или теоретически невозможным, или практически неприемлемым по своей сложности. Поэтому  необходимо произвести схематизацию сооружения и отбросить второстепенные факторы, которые не влияют сколько-нибудь заметным образом на достоверность и требуемую точность расчета.

Расчетной схемой сооружения (конструкции)  называется упрощенная, идеализированная схема, которая отражает наиболее существенные особенности реального сооружения (конструкции), определяющие его поведение под нагрузкой.

Так, например, при расчете поперечной рамы производственного здания (рис. 1а) на ветровую и крановые нагрузки учет упругих деформаций ригеля мало влияет на расчетные усилия в стойках. Это позволяет во многих случаях считать ригель бесконечно жестким (рис. 1,6). Подобное допущение  значительно упрощает расчет рамы на указанные нагрузки методом перемещений: при бесконечно жестком ригеле углы поворота в узлах его сопряжения со стойками равны нулю и, таким  образом, неизвестным является только горизонтальное смещение ригеля. В расчетной схеме стержневой конструкции стержни заменяют их продольными осями, реальные опорные  устройства— идеальными опорными связями, а нагрузки с поверхности стержней переносят на оси.

Выбор расчетной схемы является сложной и ответственной частью расчета. От него в первую очередь зависит качество расчета. Расчет по неправильно выбранной расчетной схеме не может быть достоверным даже при использовании самых  точных методов. Так, расчет упомянутой поперечной рамы на вертикальные нагрузки, приложенные к ригелю, по той же схеме, что и на горизонтальные нагрузки, привел бы к ошибке: бесконечно жесткий ригель передавал бы на стойки только осевую сжимающую нагрузку, что для их работы более  благоприятно, поскольку в действительности стойки работают на сжатие с изгибом. В этом случае должна учитываться  конечная, т. е. фактическая, жесткость ригеля, что приводит к иной расчетной схеме (рис. 1в).

Таким образом, в зависимости от поставленной задачи  расчетная схема может видоизменяться. Отказываясь от того или иного упрощения или заменяя его менее грубым, можно  получить более точную расчетную схему. Например, ферму (рис. 2,а) обычно рассчитывают как шарнирно-стержневую систему, все элементы которой работают на осевое растяжение-сжатие (рис. 2,6). Такое допущение, при котором все узлы  принимаются шарнирными, противоречит действительной конструкции фермы, но довольно точно отражает действительную работу ее элементов. Можно отказаться от гипотезы идеальной шарнирности узлов и считать взаимное соединение концов стержней абсолютно жестким (рис. 2в). Это предположение также не соответствует действительности, хотя значительно меньше, чем гипотеза шарнирности, однако оно значительно усложняет расчет.

Сравнивая результаты, полученные при использовании обеих расчетных схем, можно установить предел допустимости более простой схемы. Точные расчеты показывают, что  расчетная схема фермы как шарнирно-стержневой системы становится тем менее приемлемой, чем больше жесткость стержней EI/l где I— осевой момент инерции поперечного сечения стержня, а l — его длина. При некотором значении этого отношения, когда ферма состоит из сравнительно коротких стержней мощного сечения, гипотеза шарнирности узлов становится чересчур грубой. Следовательно, для каждой расчетной схемы  существует граница, за которой она становится неприемлемой. Так как и сами рассчитываемые сооружения, и условия их работы разнообразны, определенных рецептов в области  составления расчетных схем не существует. Конструктор  принимает схему, соответствующую требованиям расчета, по своему усмотрению, и на его ответственности лежит решение вопроса о том, какие условия важны для проводимого расчета, а какие могут быть оставлены без внимания.

 

§ 4. МЕТОДИКА РАСЧЕТА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ

После выбора расчетной схемы переходят непосредственно к расчету сооружения и его конструктивных элементов  методами статики сооружений и сопротивления материалов.  Назначение расчета — проверка прочности, жесткости и устойчивости сооружения по принятой расчетной схеме, позволяющая  подобрать размеры поперечных сечений элементов сооружения и обеспечить надежность эксплуатации в сочетании с  экономичностью.

В нашей стране с 1955 г. внедрена в практику методика расчета строительных конструкций по предельным состояниям, разработанная под руководством проф. И. С. Стрелецкого. Предельное состояние не является состоянием разрушения конструкции. Оно характеризуется развитием таких напряжений или деформаций, которые препятствуют возведению или  дальнейшей эксплуатации, и может наступить раньше разрушения. Таким образом, предельное состояние является предельным не с точки зрения исчерпания несущей способности конструкции, а с точки зрения потери ее эксплуатационной способности. Если принять наибольшую нагрузку, которую может  выдержать конструкция, не разрушаясь, за предел несущей способности, a нагрузку, при превышении которой прекращается  эксплуатация, за предел эксплуатационной способности, то можно сказать, что пределом несущей способности конструкции  является наивысший предел ее эксплуатационной способности.

...


Архивариус Бизнес-планы Типовые серии Норм. документы Литература Технол. карты Программы Серии в DWG, XLS