Металлические конструкции специальный курс
Обновлено: 18.05.2024
Проектирование металлических конструкций, Часть 2, Металлические конструкции, Специальный курс, Туснин А.Р., Рыбаков В.А., Назмеева Т.В., 2020.
Учебник «Проектирование металлических конструкций» состоит из 1-й части «Металлические конструкции. Материалы и основы проектирования» и 2-й части «Металлические конструкции. Специальный курс».
Во 2-й части учебника «Металлические конструкции» рассматриваются вопросы расчета и проектирования многоэтажных, высотных и большепролетных зданий. Приведены основы компоновки каркасов многоэтажных зданий, дана классификация стальных каркасов многоэтажных и высотных зданий. Описаны конструктивные решения элементов и узлов несущих каркасов, стен и перекрытий многоэтажных и высотных зданий. Даны рекомендации по разработке расчетных схем каркасов многоэтажных зданий, сбору нагрузки и выполнению статических и динамических расчетов. Рассматривается классификация большепролетных зданий, конструкция элементов и узлов таких сооружений. Приведены особенности определения нагрузок и расчетов большепролетных зданий.
Учебник предназначен для обучения по направлениям подготовки 08.03.01 Строительство (уровень подготовки — бакалавриат), 08.04.01 Строительство (уровень образования — магистратура), по специальности 08.05.01 Строительство уникальных зданий и сооружений.
Компоновка стального каркаса многоэтажного здания.
Основой для разработки проекта несущего стального каркаса многоэтажного здания служит объемно-планировочное решение здания. При разработке объемно-планировочного решения на плане здания размещаются жилые и офисные помещения, коридоры, лестничные клетки, лифтовые шахты, холлы, технические помещения, выполняется разбивка здания на этажи в вертикальном направлении. Расположение конструктивных элементов каркаса осуществляют с учетом единой модульной системы, используемой в строительстве 1111. Основные размеры здания пролет, шаг и высоту этажа следует назначать кратно основному строительному модулю М, равному в нашей стране 100 мм. Кроме основного модуля используются укрупненные модули (мультимодули) 60М, 30М, 15М, 6М, ЗМ, а также дробные модули (субмодули) 1/2М, 1/4М. I/5M. Для многоэтажных зданий с примерно равными размерами помещений рекомендуются следующие группы укрупненных модулей ЗМ-6М-12М. При разработке объемно-планировочного решения на плане здания архитекторами размещаются разбивочные оси, на разрезах даются отметки пола каждого этажа.
Компоновку каркаса многоэтажного здания начинают с изучения объемно-планировочного решения, которое разрабатывается архитекторами. Отмечаются входные узлы, лестничные клетки, лифты, холлы, коридоры, жилые, офисные помещения, технические этажи. Анализ объемно-планировочного решения позволяет установить возможные места размещения несущих конструкций каркаса, определить нагрузку, учесть (в зависимости от места расположения) требования к огнестойкости и коррозионной стойкости конструкций.
СОДЕРЖАНИЕ.
Предисловие.
Введение.
1. Многоэтажные здания на стальном каркасе.
1.1. Общие сведения о стальных каркасах многоэтажных зданий. Компоновка каркаса многоэтажного здания.
1.2. Вертикальные наружные ограждающие конструкции многоэтажных зданий.
1.2.1. Наружные вертикальные ограждающие конструкции многоэтажных зданий из мелкоразмерных элементов.
1.2.2. Наружные вертикальные ограждающие конструкции многоэтажных зданий из трехслойных металлических панелей.
1.2.3. Каркасно-обшивные стены многоэтажных зданий.
1.3. Перекрытия многоэтажных зданий.
1.3.1. Монолитные перекрытия многоэтажных зданий.
1.3.2. Перекрытия со сборными железобетонными плитами.
1.3.3. Облегченные перекрытия.
1.4. Несущие стальные конструкции многоэтажных зданий.
1.4.1. Рамные каркасы.
1.4.2. Связевые каркасы.
1.4.3. Рамно-связевые каркасы.
1.5. Нагрузки на каркас многоэтажного здания.
1.5.1. Классификация нагрузок.
1.5.2. Постоянная нагрузка.
1.5.3. Полезная нагрузка.
1.5.4. Ветровая нагрузка.
1.5.5. Снеговая нагрузка.
1.5.6. Температурные воздействия.
1.5.7. Сейсмические воздействия.
1.6. Разработка расчетной схемы многоэтажного здания.
1.7. Определение перемещений и усилий в элементах каркаса многоэтажного здания.
1.8. Конструирование элементов каркаса многоэтажного здания.
1.8.1. Колонны каркаса многоэтажного здания.
1.8.2. Балки каркаса многоэтажного здания.
1.9. Узлы каркасов многоэтажных зданий.
1.10. Пример расчета каркаса многоэтажного здания. Исходные данные для курсовой работы
«Расчет и проектирование стального каркаса многоэтажного здания».
Темы для самостоятельной работы.
Литература к разделу 1.
2. Стальные конструкции в высотном строительстве
2.1. Понятие высотного здания как уникального в различных нормативных документах.
2.1.1. Анализ общих нормативных документов.
2.1.2. Специальные технические условия (СТУ).
Контрольные вопросы к разделу 2.1.
2.2. Виды конструктивных схем высотных зданий.
Контрольные вопросы к разделу 2.2.
2.3. Применение металлических несущих конструкций в высотном строительстве.
2.3.1. Металлические конструкции в несущем каркасе высотных зданий.
2.3.2. Проектирование аутригерных систем в высотных зданиях.
2.3.3. Оболочковые системы металлического каркаса.
2.3.4. Стальные сквозные высотные сооружения.
Контрольные вопросы к разделу 2.3.
2.4. Нагрузки и воздействия на высотные здания и сооружения.
2.4.1. Статические нагрузки и воздействия на высотные здания и сооружения, в т. ч. гололедная.
2.4.2. Модальный анализ высотных сквозных сооружений.
2.4.3. Модальный анализ высотных зданий.
2.4.4. Учет ветрового воздействия.
2.4.5. Учет сейсмического воздействия и конструктивные мероприятия по обеспечению сейсмостойкости зданий.
2.4.6. Учет возможного прогрессирующего обрушения.
2.4.7. Основные и особые сочетания нагрузок и воздействий. Аварийные нагрузки.
Контрольные вопросы к разделу 2.4.
2.5. Конструктивные особенности отдельных частей, узлов и элементов высотных зданий.
2.5.1. Особенности узловых соединений высотных зданий.
2.5.2. Конструктивные узлы диагонально-сетчатых оболочек (ДСО).
2.5.3. Узлы сопряжения в аутригерных системах.
Контрольные вопросы к разделу 2.5.
2.6. Проектирование площадок для спасательных кабин и вертолетов.
Контрольные вопросы к разделу 2.6.
2.7. Особенности проектирования конструкций вертикального транспорта многоэтажных и высотных зданий.
Контрольные вопросы к разделу 2.7.
2.8. Научно-техническое сопровождение и эксплуатация высотных зданий.
Контрольные вопросы к разделу 2.8.
2.9. Устойчивость высотных зданий и сооружений.
2.9.1. Общие сведения о теории устойчивости стержней.
2.9.2. Особенности явления потери устойчивости в объектах высотного строительства.
Типовые задания на курсовую работу (раздел «Конструктивные решения»).
Литература к разделу 2.
3. Большепролетные здания и сооружения со стальным каркасом
3.1. Особенности проектирования большепролетных зданий и сооружений.
3.1.1. Основные положения.
3.1.2. Этапы проектирования.
3.1.3. Нагрузки и воздействия.
3.1.4. Требования к расчетам и проектированию.
3.1.5. Научно-техническое сопровождение.
Контрольные вопросы к разделу 3.1.
3.2. Конструкции большепролетных балочных покрытий.
3.2.1. Общая характеристика и классификация балочных покрытий.
3.2.2. Компоновка.
3.2.3. Конструктивные решения и расчет.
3.2.4. Примеры балочных покрытий.
Контрольные вопросы к разделу 3.2.
Темы практических занятий к разделу 3.2.
3.3. Рамные большепролетные системы.
3.3.1. Общая характеристика и классификация рам.
3.3.2. Материалы для рам.
3.3.3. Особенности выполнения расчетов рамных конструкций.
Контрольные вопросы к разделу 3.3.
Темы практических занятий к разделу 3.3.
3.4. Арочные покрытия.
3.4.1. Общая характеристика и классификация арок.
3.4.2. Нагрузки на большепролетные арочные покрытия.
3.4.3. Расчет арок.
3.4.4. Компоновка и конструктивные решения арок.
3.4.5. Примеры арочных покрытий.
Контрольные вопросы к разделу 3.4.
Темы практических занятий к разделу 3.4.
3.5. Пространственные большепролетные конструкции.
3.5.1. Общая характеристика и классификация пространственных конструкций.
3.5.2. Методы расчета.
Контрольные вопросы к разделу 3.5.
Темы для практических занятий к разделу 3.5.
3.6. Конструкции висячих покрытий.
3.6.1. Характеристика и основные технические решения висячих покрытий.
3.6.2. Основы расчета вантовых и мембранных покрытий.
Контрольные вопросы к разделу 3.6.
Темы практических занятий к разделу 3.6.
3.7. Некоторые особенности узловых сопряжений элементов большепролетных конструкций.
3.7.1. Опорные части несущих конструкций.
3.7.2. Узловые болты-шарниры.
Контрольные вопросы к разделу 3.7.
Тема практических занятий к разделу 3.7.
3.8. Примеры расчетов большепролетных зданий и сооружений.
3.8.1.Приближенный расчет болтового соединения карнизного и конькового узлов рампой конструкции.
3.8.2.Расчет структурной плиты.
3.8.3. Расчет сетчатого свода.
3.8.4. Расчет сетчатой пологой оболочки.
3.8.5. Расчет сетчатого четырехлепесткового гипара.
Литература к разделу 3.
Приложения.
Ссылки на сортаменты металлургических предприятий для строительства.
Металлические конструкции. Специальный курс. Беленя Е.И. (ред.). 1991
Пособие является дополнением к основному учебнику «Металлические конструкции» (Стройиздат, 1986). Специальный курс содержит углубленное изложение основных направлений развития металлических конструкций и необходимый студентам материал для дипломного проектирования. Изд. 2-е вышло в 1982 г. Изд. 3-е дополнено новыми примерами расчета и нормативными документами. Для студентов строительных вузов.
Раздел I. Предварительно напряженные металлические конструкции
Глава 1. Цели и основные идеи предварительного напряжения металлических конструкций
Глава 2. Стержни, предварительно напряженные затяжками, работающие на растяжение, центральное и внецентренное сжатие
Конструктивные решения стержней, работающих на растяжение
Материалы и конструкции затяжек
Работа и расчет стержней, работающих на растяжение
Учет падения усилия в ветвях затяжек от релаксации и последовательного их напряжения
Конструкция и расчет центрально сжатых стержней
Внецентренно сжатые стержни
Глава 3. Балки и балочные системы
Балки, предварительно напряженные затяжками
Составные балки, предварительно напрягаемые упругими деформациями отдельных элементов
Глава 4. Фермы, предварительно напряженные затяжками
Конструктивные решения
Статический расчет и подбор сечения ферм
Фермы с многоступенчатым предварительным напряжением
Примеры ферменных конструкций
Глава 5. Панельные и блочно-балочные конструкции с тонколистовыми предварительно напряженными обшивками
Особенности работы
Панели покрытия зданий
Блочно-балочные конструкции покрытий с предварительно напряженными обшивками
Глава 6. Предварительно напряженные статически неопределимые конструкции
Общие положения
Неразрезные балки, предварительно напряженные затяжками
Неразрезные балки и фермы, предварительно напряженные смещением опор
Предварительное напряжение перекрестных балок и структурных систем
Рамные конструкции
Арочные конструкции
Глава 7. Предварительно напряженные листовые конструкции
Конструктивные решения и область применения
Работа и расчет предварительно напряженных цилиндрических оболочек
Проверка устойчивости оболочки
Оптимальные параметры предварительно напряженного вертикального цилиндрического резервуара
Опытное проектирование
Список литературы
Раздел II. Строительные конструкции из алюминиевых сплавов
Глава 8. Общая характеристика алюминиевых конструкций
Особенности конструкций из алюминиевых сплавов
Области применения
Глава 9. Материалы алюминиевых конструкций
Общие сведения об алюминии и сплавах на его основе
Классификация, состав и маркировка алюминиевых сплавов
Влияние обработки на показатели механических свойств
Влияние температуры на физико-механические свойства
Основные сведения о полуфабрикатах. Сортамент
Глава 10. Особенности конструирования и расчета элементов алюминиевых конструкций
Нормы проектирования
Расчет элементов конструкций
Обеспечение местной устойчивости стенок и полок стержней
Глава 11. Соединения алюминиевых конструкций
Сварные соединения
Заклепочные и болтовые соединения
Прочие виды соединений
Глава 12. Особенности проектирования алюминиевых конструкций
Общие указания
Несущие конструкции
Конструкции, совмещающие несущие и ограждающие функции
Ограждающие конструкции
Защита конструкций от коррозии
Список литературы
Раздел III. Висячие покрытия
Глава 13. Основные положения проектирования висячих покрытий
Характеристика висячих покрытий
Особенности нагрузок на висячие покрытия
Особенности материалов, применяемых для несущих конструкций висячих покрытий
Особенности работы пролетных несущих систем висячих покрытий
Особенности расчетов элементов несущих систем висячих покрытий
Особенности опорных конструкций висячих покрытий
Глава 14. Однопоясные висячие покрытия и мембраны
Однопоясные покрытия с железобетонными плитами
Металлические висячие оболочки-мембраны
Глава 15. Покрытия растянутыми изгибно-жесткими элементами
Примеры покрытий
Компоновка покрытий
Работа растянутых изгибно-жестких элементов
Расчет изгибно-жестких нитей
Конструктивные решения
Глава 16. Покрытия двухпоясными системами, тросовыми фер¬мами и комбинированными системами
Двухпоясные предварительно напряженные системы
Тросовые предварительно напряженные фермы
Комбинированные системы
Глава 17. Покрытия седловидными напряженными сетками
Примеры покрытий
Компоновка и работа несущих систем
Основы расчета
Конструктивные решения
Список литературы
Раздел IV. Металлические конструкции многоэтажных зданий
Глава 18. Общие вопросы проектирования многоэтажных зданий
Предпосылки строительства и область применения многоэтажных зданий
Краткий обзор строительства многоэтажных зданий
Требования к многоэтажным зданиям и их учет при проектировании
Глава 19. Основные положения проектирования стальных конструкций многоэтажных зданий
Последовательность проектирования, учет требований экономичности, технологичности изготовления и монтажа
Выбор материала несущих конструкций
Нагрузки и воздействия
Особенности расчета конструкций многоэтажных зданий по предельным состояниям
Учет требований к огнестойкости и коррозионной стойкости стальных конструкций
Глава 20. Классификация и компоновка конструктивных систем многоэтажных зданий
Классификация конструктивных систем и особенности их работы
Содержание и принципы компоновки конструктивных систем
Компоновка конструктивной системы в плане
Компоновка конструкций по высоте здания
Глава 21. Особенности конструирования элементов и узлов стальных каркасов многоэтажных зданий
Конструктивные элементы каркаса
Основные узлы каркаса
Глава 22. Особенности расчета несущих конструкций многоэтажных зданий
Особенности расчета рамных систем
Особенности расчета связевых и рамно-связевых систем
Учет условий возведения зданий при расчете конструкций
Список литературы
Раздел V. Пролетные строения мостов
Глава 23. Особенности металлических мостов и их место в металлостроительстве и мостостроении
Основные этапы развития металлических мостов
Виды современных металлических мостов
Части пролетных строений и виды мостового полотна
Место металлических мостов в мостостроении и металлостроительстве
Основные понятия о мостовом переходе и опорах металлических мостов
Глава 24. Особенности норм проектирования и общих методов расчета металлических пролетных строений
Нагрузки и габариты
Стали, применяемые в металлических мостах
Расчетные модели и особенности определения усилий и напряжений
Особенности норм проверок конструкций по предельным состояниям
Конструктивные особенности и соединения
Глава 25. Сплошностенчатые сталежелезобетонные пролетные строения
Принципы работы и общая компоновка сталежелезобетонных пролетных строений
Расчеты сталежелезобетонных мостовых конструкций
Объединение железобетонных и стальных частей для совместной работы
Конструкции автодорожных и городских пролетных строений
Конструкции железнодорожных пролетных строений
Глава 26. Сплошностенчатые цельностальные пролетные строения
Принципы работы, общая компоновка и условия применения пролетных строений с ортотропными плитами
Конструкции стальных ортотропных плит
Расчеты ортотропных плит и пролетных строений с ортотропными плитами
Конструкции автодорожных и городских пролетных строений
Железнодорожные пролетные строения
Глава 27. Сквозные и комбинированные балочные пролетные строения
Принципы работы, компоновка и конструкции элементов
Расчеты пролетных строений и их элементов
Конструкции железнодорожных пролетных строений
Конструкции автодорожных и городских пролетных строений
Глава 28. Распорные арочные мосты
Принципы работы, условия применения, компоновка, особенности расчетов
Конструкции мостов с гибкими арками
Конструкции мостов с жесткими арками
Глава 29. Висячие и вантовые мосты
Принципиальные положения и условия применения
Схемы и компоновка висячих мостов
Схемы и компоновка вантовых мостов
Особенности расчетов висячих и вантовых мостов
Конструкции висячих и вантовых мостов
Список литературы
Металлические конструкции. Специальный курс. Стрелецкий Н.С. и др. 1965
В книге содержатся описание и характеристики металлических конструкций, наиболее важных на современном этапе развития: предварительно напряжённых, конструкций из алюминиевых сплавов, висячих, листовых (доменных), пролетных строений мостов. По каждому из этих разделов даются основные положения, компоновочные решения и расчёт, приводятся сведения о материалах. Принципы конструирования и нормативы излагаются в соответствии с новыми строительными нормами и правилами. Книга является учебным пособием для студентов и аспирантов строительных вузов и факультетов, а также может быть полезна инженерам – строителям и проектировщикам.
Глава I. Основные идеи и способы осуществления предварительного напряжения и регулирования усилий
§ 1. Основы применения предварительного напряжения в конструкциях
§ 2. Основы расчета и работы предварительно напряженных конструкций
§ 3. Области применения предварительно напряженных конструкций
Глава II. Предварительно напряженные элементы, работающие на осевую силу — растяжение и сжатие
§ 1. Элементы, работающие на растяжение
§ 2. Элементы, работающие на сжатие
Глава III. Балки, предварительно напряженные затяжками
§ 1. Особенности работы предварительно напряженных балок под нагрузкой
§ 2. Конструирование балок
§ 3. Расчет предварительно напряженных балок
Глава IV. Фермы, предварительно напряженные затяжками
§ 1. Общая характеристика работы конструкций ферм
§ 2. Основы расчета ферм
§ 3. Многоступенчатое предварительное напряжение ферм
Глава V. Предварительно напряженные рамы и арки
§ 1. Конструктивные схемы
§ 2. Особенности расчета
§ 3. Конструирование узлов
Литература
Глава VI. Общая характеристика конструкций из алюминиевых сплавов и перспективы их развития
Глава VII. Материалы конструкций из алюминиевых сплавов
§ 1. Общие сведения
§ 2, Классификация, маркировка, химический состав и основные свойства алюминиевых сплавов
§ 3. Сортамент полуфабрикатов из алюминиевых сплавов
$ 4. Особенности изготовления алюминиевых конструкций
§ 5, Защита алюминиевых конструкций от коррозии
Глава VIII. Соединения алюминиевых конструкций
§ 1. Заклепочные и болтовые соединения
§ 2. Сварные соединения
Глава IX. Особенности проектирования элементов из алюминиевых сплавов
§ 1. Основные указания по проектированию профилей из алюминиевых сплавов для строительных конструкций
§ 2. Общие положения по проектированию элементов конструкций и сооружений
§ 3. Особенности расчета элементов алюминиевых конструкций
§ 4. Проверка устойчивости стенок и полок балок, сжатых и сжато-изогнутых стержней
§ 5. Особенности расчета соединений алюминиевых конструкций
Глава X. Особенности проектирования конструкций и сооружений из алюминиевых сплавов
§ 1. Общие указания по проектированию алюминиевых конструкций
§ 2. Особенности конструкций кровельных и стеновых панелей из алюминиевых сплавов, совмещающих функции ограждающих и несущих конструкций
§ 3. Особенности несущих конструкций из алюминиевых сплавов
§ 4. Особенности ограждающих конструкций из алюминиевых сплавов
Глава XI. Основы экономики алюминиевых конструкций
§ 1. Уменьшение веса конструкций
§ 2. Структура стоимости алюминиевых конструкций
§ 3. Мероприятия по снижению стоимости алюминиевых конструкций
Литература
Глава XII. Общее конструктивное решение висячих покрытий и их особенности
§ 1. Характеристика висячих конструкций
§ 2. Виды и главные конструктивные особенности висячих покрытий
§ 3. Особенности действующих нагрузок, применяемых материалов и методы расчета висячих покрытий
Глава XIII. Однослойные висячие покрытия — оболочки и мембраны
§ 1. Общая характеристика и методы стабилизации однослойных покрытий
§ 2. Тросовые системы с железобетонным покрытием
§ 3. Сплошные металлические оболочки и мембраны
Глава XIV. Покрытия двухпоясными предварительно напряженными системами
§ 1. Общая характеристика двухпоясных систем
§ 2. Двухпоясные предварительно напряженные системы
§ 3. Вантовые предварительно напряженные фермы
Глава XV. Седловидные перекрестные предварительно напряженные системы
§ 1. Выбор поверхности сетки покрытия и расположение в ней нитей
§ 2. Выбор опорного контура, конструктивное решение и способ натяжения нитей покрытия
§ 3. Основы расчета седловидных покрытий
Глава XVI. Комбинированные системы
§ 1. Общая характеристика комбинированных систем
§ 2. Консольные висячие системы с жестким несущим элементом
Литература
Раздел IV. Доменные стальные конструкции
Глава XVII. Основы доменного производства
§ 1. Технологический процесс получения чугуна и соответствующая ему схема сооружений доменного комплекса
§ 2. Организация доменного производства и конструкции технологических агрегатов
Глава XVIII. Конструкции доменного цеха
§ 1. Развитие стальных конструкций доменных печей
§ 2. Конструкция доменной печи и условия ее работы
§ 3. Вспомогательные стальные конструкции доменного цеха
Глава XIX. Прикладная теория расчета листовых конструкций — оболочек
§ 1. Основные положения
§ 2. Область применения безмоментной теории расчета оболочек
§ 3. Основы прикладной теории расчета моментного состояния осесимметричных оболочек. Краевой эффект
Глава XX. Основные положения по проектированию стальных конструкций доменного цеха
§ 1. Общие положения
§ 2. Нагрузки и расчетные коэффициенты
§ 3. Расчет кожуха доменной печи
Литература
Раздел V. Конструкции пролетных строений мостов
Глава XXI. Предпосылки проектирования пролетных строений мостов
§ 1. Элементы моста. Выбор системы. Области применения
§ 2. Основы компоновки мостового перехода
§ 3. Типы опор балочных и арочных мостов
§ 4. Особенности расчета металлических пролетных строений мостов
Глава XXII. Балочные пролетные строения
§ 1. Пролетные строения со сплошной стенкой и ездой поверху
§ 2. Неразрезные балки мостов со сплошной стенкой
§ 3. Пролетные строения балочных разрезных мостов с ездой понизу
§ 4. Пролетные строения со сквозными неразрезными фермами
§ 5. Общая характеристика консольных мостов
Глава XXIII. Арочные и висячие пролетные строения мостов
§ 1. Арочные пролетные строения со сплошной стенкой
§ 2. Арочные сквозные пролетные строения
§ 3. Общая характеристика висячих мостов
§ 4. Пролетные строения висячих мостов с балкой жесткости
§ 5. Висячие фермы
Глава XXIV. Проезжая часть, связи и опорные части пролетных строений мостов
§ 1. Особенности конструкции проезжей части мостов
§ 2. Совместная работа проезжей части и главных ферм
§ 3. Связи между фермами
§ 4. Опорные части балочных и арочных мостов
Литература
Министерство образования и науки украины
по дисциплине: «Инженерные конструкции» для студентов дневной и заочной формы направление «Градостроительство» специализация 7.120.102.01 «Ландшафтная архитектура» и 7.120.102.02 «Архитектура рекреационных зданий и комплексов»
на заседании кафедры
Металлических и деревянных
«____» ______________2009 г
Рекомендовано к печати
Ученым Советом АСФ НАПКС
Учебное пособие «Металлические конструкции» по дисциплине «Инженерные конструкции» для студентов дневной и заочной формы обучения направление «Градостроительство» специализация 7.120.102.01 «Ландшафтная архитектура» и 7.120.102.02 «Архитектура рекреационных зданий и комплексов» / сост. В.М. Сребняк, В.П. Синцов, Г.А. Ажермачев – Симферополь: НАПКС, 2009
доцент кафедры «М и ДК», к.т.н. Виктор Моисеевич Сребняк
доцент кафедры «М и ДК», к.т.н. Владимир Петрович Синцов
профессор кафедры «М и ДК», к.т.н. Геннадий Арсентьевич Ажермачев
профессор кафедры МИСС», д.т.н. Владимир Трофимович Чемодуров
доцент кафедры «М и ДК», к.т.н. Владимир Алексеевич Митрофанов
ст. преподаватель кафедры «АЗИГМ», Юрий Егорович Булавинцев
1.1. Общие сведения об инженерных конструкциях 5
1.2. Историческая справка. Вклад отечественных инженеров и ученых в теорию и практику инженерных конструкций 7
2. Материалы, применяемые для изготовления инженерных конструкций 14
2.1. Строительные стали и алюминиевые сплавы, их классификация 14
2.2. Механические свойства металлов 16
2.3. Сортамент металла 17
Контрольные вопросы 20
3. Основные положения расчета инженерных конструкций 20
3.1. Суть метода расчета по предельным состояниям 20
3.2. Нагрузки и воздействия 21
3.3. Нормативные и расчетные сопротивления материалов 26
Контрольные вопросы 27
4. Расчет элементов металлических конструкций 27
4.1. Основные положения расчета 27
4.2. Расчет центрально-растянутых элементов 28
4.3. Расчет центрально-сжатых элементов 29
4.4.Расчет изгибаемых элементов 30
4.5. Расчет внецентренно - сжатых элементов 33
Контрольные вопросы 34
5. Соединения в металлических конструкциях 35
5.1.Сварные соединения 35
5.1.1. Сварка в строительстве 35
5.1.2. Виды сварки 37
5.1.3. Виды сварных швов и соединений 38
5.1.4. Расчет стыковых и угловых швов 39
5.2. Заклепочные и болтовые соединения 41
5.2.1. Общие сведения о заклепочных и болтовых соединениях 41
5.2.2. Расчет и конструирование болтовых и заклепочных соединений 43
Контрольные вопросы 45
6. Основы проектирования балок и балочных клеток 46
6.1.Назначение балок, их типы и область применения 46
6.2. Основы проектирования балочных клеток 47
6.3. Основные положения расчета балок 51
6.4. Расчет балок 53
7. Колонны и стойки 59
7.1. Типы колонн и стоек 59
7.2. Расчет колонн 60
7.3. Типы и конструкции оголовков и баз колонн 65
Контрольные вопросы. 66
8. Проектирование ферм гражданских и общественных зданий 69
8.1. Назначение и основные группы ферм 69
8.2. Стропильные фермы и их типы 71
8.3. Определение генеральных размеров ферм 74
8.4. Элементы кровельного покрытия по металлическим фермам 74
8.5. Основы расчета стропильных ферм 76
8.6. Общие принципы конструирования ферм 82
Контрольные вопросы 83
9. Стальные каркасы зданий средней и малой этажности 85
9.1. Область применения стальных каркасов 85
9.2. Каркасы производственных зданий 85
9.3. Легкие металлические конструкции зданий 90
Контрольные вопросы 90
10. Стальные каркасы высотных зданий 91
10.1. Назначение и системы стальных каркасов 91
10.2. Рамная, связевая и рамно-связевая системы 91
10.3. Каркасно - ствольная и коробчато-ствольная системы 95
10.4. Стальные каркасы сверхвысотных зданий 96
10.5. Основы компоновки, конструирования и расчета стальных каркасов 96
10.6. Противопожарная защита стальных каркасов 98
Контрольные вопросы 98
11. Конструкции большепролетных покрытий 101
11.1. Область применения и классификация большепролетных покрытий 101
11.2. Балочные конструкции покрытия 102
11.3. Рамные конструкции 104
11.4. Арочные покрытия 106
11.6. Структурные и перекрестно-балочные системы покрытий 113
Контрольные вопросы 118
12. Висячие покрытия 119
12.1. Общая характеристика висячих покрытий 119
12.2. Конструктивные элементы висячих покрытий 120
12.3. Основы расчета висячих покрытий и способы уменьшения их деформативности 124
12.4. Конструктивные решения висячих покрытий 127
12.4.1. Конструктивные решения однопоясных покрытий 127
12.4.2. Конструктивные решения двухпоясных покрытий 128
12.4.3. Конструктивные решения седловидных шатровых покрытий 135
12.4.4. Конструктивные решения вантовых и висячих комбинированных покрытий 135
«Металлические конструкции:спецкурс»
Конспект лекций по дисциплине «Металлические конструкции: спецкурс» (для студентов специальности 7.010104 “Профессиональное обучение. Промышленное, гражданское и сельскохозяйственное строительство”) / Сост. Е.Н.Киреева. – Мариуполь: Изд-во ПГТУ, 2007.–141 с.
Содержит краткий теоретический курс по дисциплине «Металлические конструкции:спецкурс».
Составитель: Е.Н.Киреева, ст. преп.
Ответ. за выпуск: В.Г.Артюх, к.т.н., доц., зав. каф. сопротивления материалов
Затверджено на засіданні кафедри
Протокол № від р.
Рекомендовано Методичною радою
Содержание
Тема 1. Цели и основные идеи предварительного напряжения металлических конструкций……………………………………………………………4
Тема 2. Стержни, предварительно напряженные затяжками, работающие на растяжение, центральное и внецентренное сжатие………………….11
Тема 3. Балки и балочные системы…………………………………………….26
Тема 4. Фермы, предварительно напряженные затяжками…………………..47
Тема 5. Строительные конструкции из алюминиевых сплавов……………. 61
Тема 6. Основные положения проектирования висячих покрытий………….75
Тема 7. Однопоясные покрытия и мембраны………………………………. 80
Тема 8. Покрытия с растянутыми изгибно-жесткими элементами…………..85
Тема 9. Металлические конструкции многоэтажных зданий. Общие вопросы проектирования многоэтажных зданий………………………………91
Тема 10. Основные положения проектирования стальных конструкций многоэтажных зданий………………………………………………. 102
Тема 11. Особенности металлических мостов и их место в мостостроении116
Тема 12. Особенности норм проектирования и общих методов расчета металлических пролетных строений………………………………. 119
Тема 13. Сплошностенчатые сталежелезобетонные проллетные строения..126
Тема 14. Сплошностенчатые цельностальные пролетные строения……….133
Список использованной литературы. 141
ТЕМА 1. ЦЕЛИ И ОСНОВНЫЕ ИДЕИ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ
Металлических конструкций
Предварительное напряжение металлических конструкций используется как метод регулирования напряженного состояния конструкций для повышения их эффективности, т. е. снижения расхода материала в проектируемой конструкции при заданной несущей способности или жесткости. Существуют разнообразные способы создания предварительного напряжения, и все они связаны с дополнительными затратами труда, а иногда и материала на дополнительные элементы. Предварительное напряжение целесообразно, если эффект, получаемый от него, полностью окупает дополнительные затраты.
Основной идеей предварительного напряжения является создание искусственным путем в конструкции, стержне или наиболее напряженном сечении стержня напряжений обратного знака тем напряжениям, которые возникают при действии эксплуатационной нагрузки.
И з рис. 1.1 видно, что при растяжении ненапряженного стержня напряжения в нем достигают расчетного сопротивления при нагрузке . При создании в стержне предварительного напряжения сжатия расчетное сопротивление достигается при нагрузке . В последнем случае вначале под действием нагрузки погашается предварительное сжимающее напряжение, а затем возникает растягивающее. Расчетное усилие стержня с площадью сечения без предварительного напряжения ; с предварительным напряжением .
Рис. 1.1. Повышение несущей способности стержня, работающего на растяжение
1 – без предварительного напряжения; 2 – с предварительным напряжением
При заданном усилии требуемые площади сечения стержня будут соответственно равны: без предварительного напряжения с предварительным напряжением .
Аналогично повышается несущая способность изгибаемого элемента, если в сечении с наибольшим изгибающим моментом создать эпюру предварительных напряжений обратного знака тем напряжениям, которые возникают от нагрузки (рис. 1.2). Тогда максимально допустимый изгибающий момент в сечении , в то время как максимальный момент того же сечения без предварительного напряжения . Соответственно при заданном максимальном изгибающем моменте требуемый момент сопротивления сечения при предварительном напряжении будет меньше, чем без предварительного напряжения.
Рис. 1.2. Напряжения в предварительно напряженной балке
а – сечение балки; б – эпюра предварительного напряжения; в – эпюра напряжений от нагрузки
Снижение перемещений конструкций от заданных нагрузок. Во многих случаях предельное состояние конструкции определяется не предельными напряжениями, а заданными предельными перемещениями , устанавливаемыми требованиями эксплуатации. В этих случаях предварительное напряжение может уменьшить перемещение от заданной нагрузки и соответственно позволит спроектировать конструкцию более экономичной.
Предварительным напряжением можно вызвать в конструкции начальные перемещения , обратные по знаку перемещениям от нагрузки (рис. 1.3,а). Тогда при действии эксплуатационной нагрузки сначала погашаются начальные перемещения , и лишь затем конструкция начинает перемещаться в направлении, вызываемом нагрузкой. Получаемый при этом эффект аналогичен строительному подъему в балочных системах. Он позволяет снизить расход металла при заданных значениях нагрузки и перемещения . В рассматриваемом случае жесткость конструкции не увеличивается, а лишь уменьшаются конечные перемещения под нагрузкой. Однако предварительным напряжением можно увеличить и жесткость конструкции, т. е. уменьшить перемещения от единичной нагрузки (рис. 1.3,б). Этот прием, используемый весьма часто в строительной практике, будет рассмотрен далее.
Рис. 1.3. Уменьшение конечных перемещений (а) и повышение жёсткости (б) конструкций методом предварительного напряжения
С оздание предварительного напряжения затяжками из высокопрочных материалов. Этот способ предварительного напряжения может быть использован практически во всех конструкциях. Рассмотрим его принципиальные положения на стержне, работающем на осевое растяжение (рис. 1.4). Конструкция состоит из жесткого стержня (двух швеллеров, трубы и т. п.) и затяжки, расположенной по центру тяжести сечения стержня (рис. 1.4,а). Получается комбинированная конструкция. Жесткий стержень выполнен из обычной малоуглеродистой стали, затяжка – из высокопрочного материала (стальной канат, пучок из высокопрочной проволоки, высокопрочный арматурный стержень и т. п.). При введении затяжки конструкция становится один раз статически неопределимой. Натяжением затяжки до приложения нагрузки создается сжимающее напряжение в жестком стержне, которое уравновешивается растягивающими напряжениями в затяжке. Стержень становится предварительно напряженным.
Рис. 1.4. Работа на растяжение стержня, предварительно напряженного затяжкой
а – стержень; б – диаграмма напряжений; в – диаграмма деформаций; 1 – жесткий стержень; 2 - затяжка
При приложении нагрузки жесткий стержень и затяжка работают совместно на растяжение, при этом в жестком стержне сначала погашаются предварительные сжимающие напряжения, а затем появляются растягивающие, а в затяжке к предварительным растягивающим напряжениям добавляются растягивающие напряжения от нагрузки (рис. 1.4,б). Если правильно подобрать расчетные значения предварительного напряжения жесткого стержня , затяжки и их площади и , то при расчетном усилии одновременно в жестком стержне напряжения достигнут расчетного сопротивления , а в затяжке её расчетного сопротивления . Несущая способность комбинированного стержня, равная , будет такой же, как и несущая способность комбинированного стержня с теми же параметрами без предварительного напряжения, однако удлинение стержня от нагрузки окажется при предварительном напряжении значительно меньшим.
При предварительном напряжении удлинение комбинированного стержня от нагрузки
без предварительного напряжения , что значительно больше (рис. 1.4, в). Меньшее удлинение комбинированного стержня объясняется тем, что в процессе предварительного напряжения затяжка уже вырабатывает значительную часть деформаций, определяемых ее расчетным сопротивлением. В комбинированном стержне без предварительного напряжения жесткий стержень и затяжка работают под нагрузкой совместно, начиная с нулевых напряжений. При напряжениях, равных пределу текучести материала жесткого стержня, он выключается из работы, и нагрузку продолжает воспринимать одна затяжка до исчерпания ее несущей способности. Удлинение стержня под нагрузкой определяется расчетным сопротивлением затяжки: .
Большие деформации зачастую препятствуют применению высокопрочных сталей в конструкциях. В комбинированном стержне с предварительным напряжением удлинение от нагрузки не зависит от расчетного сопротивления затяжки и не может быть больше, чем удвоенное удлинение стержня из обычной малоуглеродистой стали, так как не может быть больше . Следовательно, в предварительно напряженном комбинированном стержне эффективно используется материал затяжки, что дает экономию материала. Это относится ко всем конструкциям (балкам, фермам, рамам и др.), предварительно напрягаемым затяжками. Кроме того, введение в работу затяжек изменяет расчетную схему конструкции, повышает ее статическую неопределимость, что в свою очередь повышает эффективность использования материала в конструкции.
Создание предварительного напряжения (растяжения) в гибких элементах для придания им жесткости. Гибкие металлические элементы – канаты, тонкие листы, проволока, арматурные стержни – обычно могут воспринимать только растягивающие усилия, несущая способность их на сжатие равна нулю.
О днако если гибкие элементы предварительно натянуть, то они могут работать на сжатие в пределах погашения созданных в них растягивающих напряжений (рис. 1.5). На рис. 1.5,б показана балка с гибкой средней опорой, в которой предварительным напряжением создано растягивающее усилие и опора работает как жесткая стойка. Это широко используется в различного вида металлических конструкциях для повышения жесткости конструкции и эффективного использования гибких высокопрочных элементов, особенно в висячих системах, где предварительное напряжение гибких нитей обеспечивает жесткость системы (см. разд. III [1]).
Рис. 1.5. Работа на сжатие гибких стержней при предварительном растягивающем напряжении
а – схема работы; б – балка с опорой из гибкого сечения
Регулирование усилий в конструкции смещением опор. В статически неопределимых системах можно искусственным смещением опор создать предварительное напряжение в конструкции и, значит, изменить начальную эпюру усилий (моментов, осевых сил и т. п.), которая складывается с эпюрой усилий от нагрузки, выравнивает расчетные усилия, уменьшая их в наиболее напряженных сечениях и увеличивая в менее напряженных (рис. 1.6). Примером может служить понижение средней опоры у двухпролетной балки (рис. 1.6, в), чем достигается выравнивание моментов в пролетах и на опоре (рис. 1.6,а). На опоре момент от нагрузки уменьшается, а в пролетах – увеличивается. Результирующий расчетный момент меньше расчетного момента на опоре в балке без предварительного напряжения смещением опоры. Иногда (например, в пролетных строениях неразрезных мостов) целесообразно поднятием средней опоры
увеличить опорный момент и уменьшить пролетный (рис. 1.6,б). Этот способ предварительного напряжения требует минимальных затрат.
Читайте также: