Металлические конструкции учебник для техникумов

Обновлено: 03.05.2024

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.

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.

Металлические конструкции. Васильев А.А. 1976 / 1979

Излагаются основы конструирования и расчета металлических конструкций, применяемых в промышленном и гражданском строительстве. Рассматривается работа металла под нагрузкой, компановка и расчет сечений элементов конструкций, узлов и деталей. Приводятся примеры конструирования и расчета, а так же справочные материалы. Книга предназначена в качестве учебного пособия для учащихся техникумов, специализирующихся по металлическим конструкциям.

Предисловие ко второму изданию

Глава I. Введение
§ 1. Основные достоинства и недостатки металлических конструкций
§ 2. Применение металлических конструкций в современном строительстве
§ 3. Краткий исторический обзор развития металлических конструкций

Глава II. Материалы для металлических конструкций, их состав, свойства и работа
§ 4. Стали для строительных конструкций, их состав и свойства
§ 5. Работа стали при различных видах силовых воздействий
§ 6. Влияние других факторов на работу стали
§ 7. Понятие об устойчивости элементов металлических конструкций
§ 8. Алюминиевые сплавы, их состав, свойства и особенности работы

Глава III. Сортамент
§ 9. Сортамент для стальных конструкций
§ 10. Сортамент для конструкций из алюминиевых сплавов

Глава IV. Основы проектирования и расчета металлических конструкций
§ 11. Основные требования, предъявляемые к металлическим конструкциям
§ 12. Организация проектирования
§ 13. Основы расчета металлических конструкций по предельным состояниям
§ 14. Расчетные сопротивления сталей и алюминиевых сплавов и их физические характеристики

Глава V. Сварные соединения
§ 15. Способы сварки и типы соединений
§ 16. Термическое воздействие сварки. Сварочные напряжения и деформации
§ 17. Расчет сварных соединений
§ 18. Конструктивные требования к сварным соединениям

Глава VI. Болтовые и заклепочные соединения
§ 19. Общая характеристика болтов и заклепок
§ 20. Расчет болтовых и заклепочных соединений
§ 21. Конструирование болтовых и заклепочных соединений

Глава VII. Балки и балочные конструкции
§ 22. Общая характеристика балок и балочных клеток
§ 23. Плоский стальной настил балочных клеток
§ 24. Подбор сечения прокатных балок
§ 25. Подбор сечений разрезных составных балок
§ 26. Другие виды составных балок
§ 27. Проверка общей устойчивости балок
§ 28. Проверка местной устойчивости элементов балки
§ 29. Конструирование и расчет сопряжений и узлов балок

Глава VIII. Колонны
§ 30. Центрально-сжатые колонны
§ 31. Внецентренно-сжатые колонны
§ 32. Конструирование и расчет узлов и деталей колонн

Глава IX. Фермы
§ 33. Характеристика, классификация, компоновка и типы сечений ферм
§ 34. Стропильные фермы
§ 35. Расчет ферм
§ 36. Конструирование и расчет узлов и деталей ферм

Глава X. Каркасы одноэтажных производственных зданий
§ 37. Основные вопросы проектирования конструкций производственных зданий
§ 38. Компоновка конструктивной схемы каркаса
§ 39. Особенности расчета поперечных рам
§ 40. Конструкции покрытия
§ 41. Особенности расчета и конструирования колонн производственных зданий
§ 42. Подкрановые конструкции

Глава XI. Листовые конструкции
§ 43. Общая характеристика листовых конструкций
§ 44, Основы расчета листовых конструкций
§ 45. Листовые конструкции промышленных сооружений

Глава XII. Металлические конструкции специальных сооружений
§ 46. Большепролетные покрытия
§ 47. Висячие покрытия
§ 48. Конструкции башен и мачт работы

Приложения
I. Нормативные данные для расчета металлических конструкций
II. Данные для расчета на устойчивость
III. Сортамент прокатной стали
IV. Риски прокатных профилей

Металлические конструкции в примерах. Михайлов А.М. 1976

Глава I. Общие принципы расчета и проектирования металлических конструкций
§ 1. Основные требования» предъявляемые к проектированию металлических конструкций
§ 2. Стадии проектирования и оформление проектов
§ 3. Реальное сооружение и его расчетные схемы
§ 4. Методика расчета металлических конструкций
§ 5 Классификация нормативных нагрузок и воздействий. Сочетания расчетных нагрузок

Глава II. Сварные соединения
§ 6. Общая характеристика сварных соединений
§ 7. Соединения встык
§ 8. Соединения внахлестку
§ 9. Соединения впритык

Глава III. Заклепочные, болтовые и клеевые соединения
§ 10. Сравнительная характеристика заклепочных и болтовых соединений
§ 11. Расчет и конструирование заклепочных и болтовых соединений, передающих усилие сдвига
§ 12. Особенности расчета заклепочных и болтовых соединении, передающих изгибающий момент
§ 13. Расчет заклепок и болтов на растяжение (отрыв головок)
§ 14. Расчет соединений на высокопрочных болтах
§ 15. Клеевые соединения

Глава IV. Конструкции балочных клеток
§ 16. Общие сведения о балках и балочных клетках
§ 17. Расчет несущего настила
§ 18. Расчет прокатных балок
§ 19. Компоновка и предварительный подбор сечения составных балок
§ 20. Окончательная проверка составных балок на прочность и жесткость
§ 21. Изменение сечения составной балки по ее длине. Дополнительные проверки прочности
§ 22. Расчет балок на устойчивость
§ 23. Детали опирания балок
§ 24. Стыки составных балок

Глава V. Центрально-сжатые колонны
§ 25. Общие сведения
§ 26. Расчет и конструирование стержня сплошной колонны
§ 27. Особенности расчета и конструирования стержня сквозной колонны
§ 28. Базы и оголовки колонн

Глава VI. Расчет поперечной рамы стального каркаса одноэтажного производственного здания
§ 29. Общие введения о конструктивном решении стального каркаса производственного здания. Определение основных размеров поперечной рамы
§ 30. Особенности расчета разрезных подкрановых балок
§ 31. Сбор нагрузок на поперечную раму
§ 32. Статический расчет рамы со сквозным ригелем

Глава VII. Внецентренно-сжатые ступенчатые колонны
§ 33. Общие указания по компоновке поперечных сечений и определению расчетных длин
§ 34. Расчет стержня оплошной колонны
§ 35. Расчет стержня сквозной колонны
§ 36. Узлы колонн

Глава VIII. Стропильные фермы
§ 37. Общие сведения
§ 38. Сбор нагрузок на ферму покрытия производственного здания
§ 39. Определение усилии в стержнях ригеля жесткой рамы
§ 40. Подбор сечении стержней стальной фермы
§ 41. Расчет и конструирование узлов

Список литературы
Приложение 1. Нормативные данные для расчета металлических конструкции
Приложение 2. Нормативные данные для расчета соединений металлических конструкции
Приложение 5. Данные для расчетов на устойчивость
Приложение 4. Сортамент прокатной стали
Приложение 5. Риски прокатных профилей

Металлические конструкции учебник для техникумов

Разработка КМ, КМД. "ЮгСтальПроект" запись закреплена

Горев. Металлические конструкции. Том 1. Элементы конструкций

В учебнике рассмотрены вопросы проектирования элементов строительных конструкций, их соединений и работы стали под нагрузкой. Основное внимание обращено на раскрытие физической сущности рассмотренных вопросов и теоретическое обоснование расчетных положений. Широко представлены новые технические решения элементов стальных конструкций. Все расчетные положения подкреплены числовыми примерами. В приложениях в табличной форме приведены необходимые для расчетов справочные данные в соответствии с требованиями норм проектирования и новыми стандартами на прокатную сталь. Для студентов строительных специальных вузов, аспирантов и инженерно-технических работников проектных организаций. Тематический раздел: Учебная литература для учреждений высшего проф. образования - Техника и технологии - Строительство и архитектура

Металлические конструкции. Том 2. Конструкции зданий.

В учебнике изложены вопросы конструирования и расчета зданий со стальным каркасом. Детально представлены одноэтажные промышленные здания (бескрановые, с подвесными и опорными мостовыми кранами), в том числе здания со сплошностенчатыми рамами. Рассмотреныарочные, купольные, структурные и висячие конструкции покрытий, а также конструкции многоэтажных и высотных зданий. Все расчетные положения подкреплены численными примерами. Для студентов строительных специальностей высших учебных заведений, аспирантов и инженерно-технических работников проектных организаций.

Металлические конструкции. Том 3. Специальные конструкции и сооружения.

В учебнике изложены вопросы конструирования и расчета специальных конструкций и сооружений. Представлены листовые конструкции (резервуары, газгольдеры, бункеры, трубопроводы); высотные сооружения (антенные устройства, опоры высоковольтных линий электропередачи, промышленные трубы, водонапорные башни, вышки, градирни, морские стационарные платформы, лыжные трамплины, надшахтные копры); другие виды конструкций и сооружений (комбинированные и трансформируемые конструкции, пешеходные мосты, конвейерные галереи, крановые эстакады, гидротехнические конструкции). Рассмотрены дополнительные сведения для проектирования металлических конструкций: состав и правила оформления чертежей, технология изготовления металлических конструкций, основы экономики.
Для студентов строительных специальностей высших учебных заведений, аспирантов и инженерно-технических работников проектных организаций.

Васильев А.А. - Металлические конструкции

Васильев А. А.
В 19 Металлические конструкции: Учеб. пособие для техникумов. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Стройиздат, 1979. —472 с, ил.
Излагаются основы конструирования и расчета металлических конструкций, применяемых в промышленном и гражданском строительстве. Рассматриваются работа металла под нагрузкой, компоновка и расчет сечений элементов конструкций, узлов и деталей. Приводятся примеры конструирования и расчета, а также справочные материалы.
Книга предназначена в качестве учебного пособия для учащихся техникумов, специализирующихся по металлическим конструкциям.
Предисловие к третьему изданию
Книга содержит основы проектирования, конструирования и расчета строительных металлических конструкций. Основные разделы иллюстрированы примерами расчета и конструирования, в приложении даны необходимые справочные материалы.
При переиздании книги учтены последние нормативные и инструктивные материалы по металлическим конструкциям: ГОСТ, СНиП, СН, утвержденные типовые конструкции, а также достижения в области проектирования, изготовления и монтажа конструкций. В книгу не вошли изменения и дополнения к СНиП II.B.3—72, введенные после 1 января 1979 г. и касающиеся расчета сварных сооружений.
В книге применена внедряемая в нашей стране Международная система физических величин СИ. Для удобства расчетов выражение силы принято в килоньютонах (кН), а напряжений — в килоньютонах на квадратный сантиметр.
В отдельных случаях при использовании нормативных данных (давление колес стандартных кранов, величин нормативных нагрузок по действующим СНиП) применяются наименования как новых, так и старых единиц.
Краткие сведения о Международной системе физических величин СИ приведены в приложении V.
Глава I
ВВЕДЕНИЕ
§1. ОСНОВНЫЕ ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ
Основные достоинства металлических конструкций:
1) высокая несущая способность. Металлические конструкции могут воспринимать значительные усилия при относительно небольших сечениях вследствие большой прочности металла;
2) высокая надежность. Благодаря однородности структуры металла и его упругим свойствам металлические конструкции можно рассчитывать наиболее точно, что позволяет обеспечить надежность работы проектируемого сооружения;
3) легкость и транспортабельность по сравнению с конструкциями из железобетона, камня и дерева. Высокие механические качества металла позволяют допустить в нем высокие напряжения, и по сравнению с сечениями из других материалов сечения металлических конструкций получаются более легкими при одних и тех же усилиях. Показателем конструкционных качеств материала может быть отношение его удельного веса к расчетному сопротивлению c=y/R (размерность 1/м);
4) сплошность материала и соединений, позволяющая осуществлять водонепроницаемые и газонепроницаемые конструкции;
5) индустриальность, достигаемая изготовлением конструкций на специализированных заводах и высокомеханизированным их монтажом на месте возведения сооружения.
Кроме того, металлические конструкции удобны в эксплуатации, так как легко могут быть усилены при увеличении нагрузок, наиболее полно используются при реконструкциях, легко ремонтируются.
Недостатками металлических конструкций являются:
1) подверженность стальных конструкций воздействию коррозии, что требует специальных мероприятий по защите;
2) малая огнестойкость. При температурах свыше 400° С для сталей и свыше 200° С для алюминиевых сплавов начинается ползучесть материала (существенное развитие пластических деформаций при постоянной нагрузке) .
§ 2. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ В СОВРЕМЕННОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ
В 1977 г. в нашей стране было выплавлено 144 млн. т стали, из них на строительные металлические конструкции использовано около 7 млн. т. В строительстве применяются преимущественно конструкции из обычной углеродистой стали, из низколегированных сталей повышенной прочности и из алюминиевых сплавов.
Наиболее широко применяются металлические конструкции для:
1) производственных зданий. Современные производственные здания часто оборудуются очень тяжелыми мостовыми кранами, имеют большие пролеты, высоты и являются сложными инженерными сооружениями (рис. 1.1). В настоящее время на несущие элементы каркаса промышленных зданий (колонны, фермы, подкрановые балки) расходуется свыше 507о строительных металлоконструкций;
2) листовых конструкций, представляющих собой различные емкости, оболочки, кожухи, трубопроводы.
Металл в таких конструкциях является одним из эффективнейших материалов, гак как удовлетворяет требованию герметизации, предъявляемому к этим сооружениям. Листовые конструкции весьма металлоемки, и на них расходуется около 207о строительных металлоконструкций.
Листовые конструкции применяются в резервуарах для хранения жидкостей, в газгольдерах для хранения и распределения газов, в бункерах для хранения и перегрузки сыпучих материалов, в конструкциях доменных цехов (рис, 1.2)—кожухи печей, воздухонагреватели, пылеуловители и другие сооружения; в конструкциях предприятий химической и нефтяной промышленности—
Конструкции из алюминиевых сплавов вследствие дефицитности алюминия применяются еще мало. Стоимость 1 т готовых конструкций из алюминиевых сплавов примерно в 5—8 раз выше стоимости конструкций из стали. Однако легкость, прочность и коррозионная стойкость сплавов позволяет эффективно использовать их. Из алюминиевых сплавов изготовляют кровельные и ограждающие панели зданий, витражи остекления, листовые конструкции и трубопроводы для агрессивных жидкостей, большепролетные перекрытия и подвижные конструкции, для которых большое значение имеет снижение собственного веса, а также конструкции, возводимые в труднодоступных районах.
§ 3. КРАТКИЙ ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР РАЗВИТИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ
Железо, являющееся базой для изготовления металлических конструкций, производилось в России до XVII в. в небольших количествах кустарным способом В 1698 г. указом Петра I был основан первый государственный металлургический завод в Невьянске, положивший начало промышленной металлургии.
К началу первой мировой войны в России выплавлялось 4,2 млн. т стали в год. За годы Советской власти производство стали интенсивно возрастало и в 1977 г. достигло 144 млн. т. Первые железные элементы для строительных конструкций в виде скреп-затяжек для восприятия распора каменных сводов начали применяться в XII—XIV вв. (Успенский собор во Владимире, XII в.).
В XVII в. появляются первые несущие железные конструкции в виде каркасов куполов (колокольня Ивана Великого в Москве, 1600 г.) и железных стропил (перекрытие Архангельского собора в Москве, наслонные стропила Кремлевского дворца, перекрытие над трапезной Троице-Сергиевского монастыря в Загорске).
В XVIII в. был освоен процесс литья чугуна для строительных целей и стали внедряться чугунные несущие конструкции. Первый чугунный мост в России был построен в 1784 г. в парке Царского Села под Петербургом, через 5 лет после сооружения первого в мире чугунного моста через р. Северн в Англии.
В XIX в. мостовые конструкции становятся ведущими среди других металлических конструкций. Развитие мостостроения в России связано с именами знаменитых инженеров и ученых, создавших металлические мосты оригинальной конструкции, значительно развивших теорию их расчета и оказавших большое влияние на дальнейшее развитие металлических конструкций.
Инж. С. В. Кербедз (1810—1899 гг.) построил первый в России железный мост через р. Лугу с пролетными строениями из сквозных ферм, мост через р. Неман со сплошными клепаными балками высотой 7 м, арочный железный мост в Москве.
Инж. Д. И. Журавский (1821—1891 гг.) возглавлял отдел проектирования мостов Петербурго-Московской железной дороги, разработал теорию расчета раскосных ферм н теорию скалывающих напряжений при изгибе.
Проф. Ф. С. Ясинский (1856—1899 гг.) внес большой вклад в развитие инженерных методов расчета на устойчивость металлических стержней, что в большой степени расширило дальнейшее применение металлических конструкций.
Проф. И. А. Белелюбский (1845—1922 гг.) создал метрический сортамент стали, развил работы по испытанию строительных сталей, составил первый курс строительной механики, улучшил конструктивную форму мостовых ферм, применив в них раскосную решетку. По его проектам построено много мостов, наиболее крупными из которых являются Сызранский мост через Волгу, состоящий из 13 пролетов длиной по 107 м, и мосты Сибирской магистрали.
Проф. Л. Д. Проскуряков (1858—1926 гг.) ввел современную треугольную решетку ферм, развил теорию о наивыгоднейшей конфигурации поясов.
В начале XIX в. в металлических конструкциях начинает применяться сварочное железо, а после появления конверторного и мартеновского производства — строительные стали.
В 40-х гг. прошлого века появился прокат в виде фасонного железа, двутавровых балок н листа, и постепенно металлические конструкции начинают приобретать современные формы. Для соединения элементов применяются заклепки.
В фабрично-заводском строительстве XIX в. металлические конструкции широко применяются для покрытий, В конце прошлого столетия появились мостовые краны, которые повлияли на конструктивную форму производственных зданий.
Первая мировая и гражданская войны приостановили развитие металлических конструкций. В апреле 1929 г. XVI партийной конференцией был принят первый пятилетний план развития народного хозяйства, которым намечались невиданные масштабы строительства.
Крупное строительство с применением различных металлических конструкций велось во все увеличивающихся объемах до начала Отечественной войны 1941—1945 гг. За это время сформировались основные принципы советской школы металлостроителей: создание экономичных по расходу стали конструктивных решений при одновременном снижении трудоемкости изготовления конструкций, а также упрощении и ускорении их монтажа.
В начале 30-х гг. для соединений металлических конструкций начала применяться сварка, которая к 40-м годам получила широкое распространение. Сварка резко продвинула развитие металлических конструкций: конструкции стали легче, снизилась трудоемкость изготовления, упростились соединения и конструктивная форма.
Большую роль металлические конструкции сыграли в Великую Отечественную войну, когда требовалось в кратчайший срок возводить сооружения в отдаленных районах при острой нехватке рабочей силы. Достоинства металлических конструкций проявились и в восстановительный период: выведенные из строя металлические конструкции ремонтировались наиболее легко и с наименьшими затратами; требовалось только 15—20% нового металла от массы восстанавливаемых конструкций.
В послевоенный период металлические конструкции получают дальнейшее развитие. В промышленных зданиях утверждается унифицированный шаг несущих конструкций, разрабатываются типовые проекты отдельных элементов конструкций и целых сооружений. Развивается теория металлических конструкций в области их расчета, оптимального конструирования, особенностей действительной работы Большой вклад в развитие этой теории внесли советские ученые и инженеры: почетный академик В. Г. Шухов-(1853—1939 гг.), создавший ряд оригинальных конструкций и руководивший первой специализированной организацией по проектированию металлических конструкций, проф. И. П. Прокофьев (1877—1958 гг.), акад. Е. О. Патон (1870—1953 гг.). Особая роль принадлежит проф. Н. С. Стрелецкому (1885—1967 гг.), выдвинувшему и разработав тему ряд фундаментальных идей по предельному состоянию конструкций, основам их расчета и проектирования. Проф. Н. С. Стрелецкий являлся создателем и руководителем советской школы проектирования металлических конструкций.
За эти годы выросли высококвалифицированные проектные и научно-исследовательские организации: ЦНИИПроектстальконструкция, ЦНИИ строитспьных конструкций имени В. А. Кучеренко, ЦНИИпромзданий, Гипромез, Промстройпроект, Гидростальпроект, ЦНИИ электросварки имени акад. Е. О. Патона, кафедры металлических конструкций строительных вузов и др.
Основными направлениями развития народного хозяйства СССР на 1976—1980 гг., утвержденными XXV съездом КПСС, предусмотрено расширить практику полносборного строительства и монтажа зданий н сооружений из прогрессивных конструкций, увеличить заводское изготовление стальных строительных конструкций в 1,4— 1,5 раза, шире применять изделия из алюминиевых сплавов.
В последние годы металл применяют в большепролетных зданиях общественного назначения и в производственных зданиях. Все более широкое применение получают стали повышенной и высокой прочности, а также новые рациональные профили проката.
Увеличение и ускорение темпов строительства потребует в дальнейшем значительной реконструкции заводов металлоконструкций — введения автоматизированного производства, что, несомненно, отразится на развитии конструктивных форм металлических сооружений.
.

Читайте также: