Васильев расчет металлических конструкций

Обновлено: 18.05.2024

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.
.

Металлические конструкции

В книге рассмотрены основные вопросы проектирования металлических конструкций: работа материала и соединений, методы расчёта, компоновка элементов конструкций и конструктивных комплексов промышленного и гражданского строительства, возводимых в металле — промышленных и большепролетных зданий, листовых конструкций, трубопроводов, высотных сооружений связи и опор линий электропередачи, а также даны основы экономики стальных конструкций.
Кроме основных конструктивных форм, рассмотрены новейшие виды металлических конструкций — предварительно напряжённых, сталежелезобетонных, тросовых и других, а также основы применения строительного алюминия в конструкциях.
Расчёт проведён по методике предельных состояний, согласно указаниям СНиП; даны обоснования новых технических условий проектирования.
Книга допущена Министерством высшего и среднего специального образования СССР в качестве учебника для инженерно-строительных вузов и факультетов и может служить пособием для инженеров. и аспирантов при изучении и проектировании металлических конструкций.

Предисловие 4
Введение 6
§ 1. Металлические конструкции в современном строительстве 6
§ 2. Исторический очерк развития металлических конструкций 8
§ 3. Типизация как ведущая, проблема конструирования 24
§ 4. Проблемы повышения качества строительства и принципы советской школы конструирования 26
Раздел I. Элементы металлических конструкций 28
1. Общая характеристика металлических конструкций 28
1.1. Основные свойства металлических конструкций 28
1.2. Область применения металлических конструкций 29
1.3. Основные требования, предъявляемые к металлическим конструкциям 37
1.4. Состав к оформление проекта стальных конструкций 39
2. Основные свойства и работа материалов, применяемых в металлических конструкциях 43
2.1. Виды разрушения материала 43
2.2. Стали и алюминиевые сплавы, применяемые в строительных конструкциях 44
2.3. Структура и работа стали и алюминиевых сплавов под нагрузкой 54
2.4. Работа стали при неравномерном распределении напряжений и ударная вязкость 63
2.5. Работа стали и алюминиевых сплавов при повторных нагрузках 68
2.6. Переход материала в пластическую стадию и условие пластичности 73
2.7. Упруго-пластическая стадия работы материала при изгибе 76
2.8. Закручивание стержней и депланации сечений 86
2.9. Потеря устойчивости центрально сжатых и центрально нагруженных изгибаемых стержней 88
2.10. Работа внецентренно сжатых и сжато-изогнутых стержней 101
3. Основы расчёта металлических конструкций 109
3.1. Предельные состояния конструкций и предпосылки расчёта 109
3.2. Нормативные нагрузки и коэффициенты перегрузки. Сочетания нагрузок 111
3.3. Методика расчёта металлических конструкций по первому предельному состоянию и по допускаемым напряжениям. Расчётные сопротивления и допускаемые напряжения 115
3.4. Основы расчёта растянутых и изгибаемых элементов 122
3.5. Основы расчёта сжатых, внецентренно сжатых и сжато-изогнутых элементов 130
4. Сортамент 141
4.1. Общая характеристика профилей сортамента 141
4.2. Сталь листовая 142
4.3. Уголковые профили 143
4.4. Швеллеры 144
4.5. Двутавры 144
4.6. Облегчённые балки 145
4.7. Тавры 146
4.8. Трубы 146
4.9. Гнутые фасонные профили 146
4.10. Профили из лёгких сплавов 147
5. Сварные соединения 149
5.1. Основы сварки 149
5.2. Типы сварных швов и соединений 155
5.3. Термические воздействия в процессе сварки на работу соединений 160
5.4. Прочность сварных соединений 169
5.5. Расчёт сварных соединений 175
5.6. Контактная точечная сварка 184
6. Заклёпочные и болтовые соединения 187
6.1. Общая характеристика заклёпочных и болтовых соединений 187
6.2. Влияние условий постановки на работу заклёпок и болтов 190
6.3. Работа заклёпочных и болтовых соединений под нагрузкой 194
6.4. Конструктивные решения заклёпочных и болтовых соединений 201
6.5. Расчёт заклёпочных и болтовых соединений 204
7. Основы изготовления стальных конструкций 216
7.1. Требования, предъявляемые к чертежам, необходимым для изготовления конструкций 216
7.2. Общая схема процесса изготовления стальных конструкций 220
7.3. Требования производства и монтажа стальных конструкций к проектированию 221
7.4. Основные операции по изготовлению стальных конструкций в цехах подготовки и обработкой 223
7.5. Сборка, сварка и клёпка отправочных элементов 235
8. Балочные клетки и балки 252
8.1. Типы балок 252
8.2. Определение высоты балок 254
8.3. Компоновка балочных клеток 257
8.4. Настилы балочных клеток 264
8.5. Расчёт и конструирование балок 266
8.6. Стыки балок 297
8.7. Опорные части балок 303
8.8. Сопряжения балок 305
8.9. Комплексные (объединённые) балки 307
8.10. Предварительно напряжённые балки 311
9. Колонны и стойки, работающие на центральное сжатие 321
9.1. Общая характеристика колонн 321
9.2. Сплошные колонны 322
9.3. Сквозные колонны 324
9.4. Выбор расчётной схемы и типа колонны 330
9.5. Подбор сечения и конструктивное оформление стержня колонны 332
9.6. Базы (башмаки) колонны 342
9.7. Оголовок колонн и сопряжение балок с колоннами 354
10. Фермы 358
10.1. Область применениями системы ферм в строительных конструкциях 358
10.2. Компоновка конструкций ферм 359
10.3. Расчёт и действительная работа ферм 373
10.4. Расчётные длины сжатых стержней и предельные гибкости 378
10.5. Типы сечений стержней ферм 380
10.6. Подбор сечений стержней лёгких ферм 387
10.7. Подбор сечений стержней тяжёлых ферм 393
10.8. Узлы лёгких ферм 396
10.9. Конструктивное оформление лёгких ферм и составление рабочих чертежей 407
10.10. Узлы тяжёлых ферм 410
10.11. Предварительно напряжённые фермы 422
Раздел II. Конструкции производственных зданий 428
11. Основные вопросы проектирования конструкций производственных зданий 428
11.1. Задача проектирования и общее понятие о конструктивной форме стального каркаса производственного здания 428
11.2. Основные требования, предъявляемые к конструктивному решению стального каркаса производственного здания 434
11.3. Основные процессы компоновки конструкций цехов 443
11.4. Разбивка сетки колонн 445
11.5. Температурные швы 447
12. Основные поперечные рамы цеха 449
12.1. Системы поперечных рам 449
12.2. Особенности поперечного профиля много пролётных рам 452
12.3. Основные размеры поперечных рам 456
12.4. Конструкции элементов рам 458
12.5. Определение основных размеров поперечной рамы цеха 463
13. Системы покрытий 465
13.1. Основы компоновки конструкций шатра 465
13.2. Системы покрытий 465
13.3. Элементы кровли 468
13.4. Прогоны 473
13.5. Фонари 476
13.6. Бесфонарные здания 480
14. Системы связей 482
14.1. Общие требования, предъявляемые к системам связей 482
14.2. Связи покрытия 482
14.3. Связи между колоннами 490
15. Особенности расчёта и конструирования элементов стального каркаса производственного здания 497
15.1. Основные положения 497
15.2. Нагрузки, действующие на каркас цеха 497
15.3. Особенности расчёта поперечных рам 502
15.4. Особенности конструкций и расчёта элементов покрытия 518
15.5. Особенности конструкций и расчёта колонн 529
15.6. Конструкций и расчёт связей 552
16. Подкрановые балки 558
16.1. Общие сведения 561
16.2. Сплошные подкрановые балки 561
16.3. Сквозные подкрановые балки (подкрановые фермы) 574
16.4. Тормозные конструкции (балки и фермы) 579
16.5. Сопряжение подкрановых балок и тормозных конструкций с колоннами 584
16.6. Подкрановые балки с ездой понизу 584
16.7. Подкрановые балки для консольных катучих кранов 586
16.8. Крановые рельсы и их прикрепление к подкрановым балкам 588
17. Фахверк 591
17.1. Элементы стенового заполнения 591
17.2. Фахверк продольных стен 593
17.3. Торцовый фахверк 596
17.4. Компоновка фахверка при больших проёмах в стенах здания 596
17.5. Особенности конструктивных деталей фахверка 597
Раздел III. Конструкции большепролетных и многоэтажных каркасных зданий 601
18. Конструкции большепролетных и многоэтажных каркасных зданий 601
18.1. Область применения 601
18.2. Основные особенности перекрытий больших пролётов 601
18.3. Несущие элементы большепролетных балочных систем 605
18.4. Рамы больших пролётов 608
18.5. Арки 613
18.6. Компоновка большепролетных конструкций 623
18.7. Обеспечение устойчивости и пространственной жесткости большепролетных конструкций 627
18.8. Купола 630
18.9. Вантовые системы 639
18.10. Стальные каркасы многоэтажных зданий 645
Раздел IV. Листовые конструкции 651
19. Основы листовых конструкций 651
19.1. Общие сведения 651
19.2. Особенности листовых конструкций 651
19.3. Соединения листовых конструкций 654
20. Резервуары 655
20.1. Номенклатура резервуаров, особенности их изготовления и монтажа 655
20.2. Вертикальные цилиндрические резервуары постоянного объёма (общего назначения) 657
20.3. Резервуары специальных типов для хранения светлых нефтепродуктов и сжиженных газов 669
21. Газгольдеры 683
21.1. Назначение и классификация газгольдеров 683
21.2. Газгольдеры переменного объёма 683
21.3. Газгольдеры постоянного объёма 688
22. Трубопроводы большого диаметра 693
22.1. Общая характеристика и классификация трубопроводов 693
22.2. Нагрузки и воздействия на трубопроводы 696
22.3. Основные размеры трубопровода, диаметр трубы и расстояние между опорами 697
22.4. Основы конструирования трубопроводов 697
22.5. Основы расчёта трубопроводов большого диаметра 702
Раздел V. Башенные и мачтовые сооружения 710
23. Особенности башенных и мачтовых сооружений и их нагрузок 710
24. Антенные сооружения 716
24.1. Радиобашни 716
24.2. Радиомачты на оттяжках 725
24.3. Телевизионные опоры 738
25. Опоры линий электропередачи 741
25.1. Основные этапы развития линий электропередачи в СССР 741
25.2. Общая характеристика и типы опор линий электропередачи 741
25.3. Основы расчёта опор и проводов линий электропередачи 747
Раздел VI. Основы экономики стальных конструкций 747
26. Основы экономики стальных конструкций 750
26.1. Экономия стали 750
26.2. Структура стоимости стальных конструкций 757
26.3. Мероприятия по снижению стоимости стальных конструкций 760
Добавления к тексту 770
Оглавление 774
Опечатки 778

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

Васильев расчет металлических конструкций

Излагаются основы конструирования и расчета металлических конструкций, применяемых в промышленном и гражданском строительстве. Рассматривается 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.

Оглавление:

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.

Васильев - Металлические конструкции

Васильев А. А. Металлические конструкции. Учеб. пособие для техникумов. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., Стройиздат, 1976. 420 с.

Приводятся примеры конструирования и расчета, а также справочные материалы.

Табл. 66, рис. 227.

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 книге применена внедряемая в нашей стране Международная система физических величин СИ. Коэффициент перехода округлен до 10 вместо 9,807; такое округление в переходный период вполне оправдано, так как оно касается в основном механических свойств металлов (пределы текучести, прочности, расчетные сопротивления и т. д.), нормативные величины которых устанавливались также с округлением. Для удобства расчетов выражение силы принято в килоньютонах (кН), а напряжений — в килоньютонах на квадратный сантиметр (кН/см 2 ).

Учитывая изложенное, для перехода от одних единиц к другим полезно запомнить следующие основные соотношения:

1 кН = 100 кГс=0,1 тс;

1 кН/см 2 =100 кГс/см 2 =1 кГс/см 2 =10МПа.

В отдельных случаях при использовании стандартизированных положений (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 (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 их 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 КОНСТРУКЦИИ В СОВРЕМЕННОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

В 1974 г . в нашей стране было выплавлено 136 млн. т стали, из них на строительные металлические конструкции использовано около 5 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 50% массы строительных металлоконструкций;

2) листовых конструкций, представляющих собой различные емкости, оболочки, кожухи, трубопроводы. Металл в таких конструкциях является одним из эффективнейших материалов, так как удовлетворяет требованию герметизации, предъявляемому к этим сооружениям. Листовые конструкции весьма металлоемки, и на них расходуется около 20% тоннажа строительных конструкций. 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 — ректификационные колонны, крекинг- установки, различные сосуды и аппараты, сварные трубопроводы большого диаметра;

3) специальных конструкций гражданского и промышленного назначения. Эта группа конструкций характерна большим разнообразием сооружений, в которых эффективно используются те или иные достоинства металла:

а) пролетные строения железнодорожных и автодорожных мостов, (рис. 1.3), путепроводы и эстакады;

б) несущие каркасы высотных зданий;

в) большепролетные покрытия зданий общественного назначения (выставочные павильоны, спортивные и зрелищные сооружения) и здания специального назначения (ангары, эллинги, авиасборочные цехи);

г) сооружения башенного и мачтового типа: башни и мачты для радиосвязи и телевидения (рис. 1.4), опоры линий электропередачи высокого напряжения, башни для маяков и освещения, буровые и нефтяные вышки и т. п.;

д) подвижные конструкции: несущие конструкции больших подъемно-транспортных машин и экскаваторов (порталы, стрелы, башни), затворы гидротехнических сооружений, ворота шлюзов и т. д.

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 позволяют эффективно использовать их. Из алюминиевых сплавов изготовляют кровельные и ограждающее панели для зданий, витражи остеклений, листовые конструкции и трубопроводы для агрессивных жидкостей, большепролетные перекрытия и подвижные конструкции, в которых большое значение имеет собственная масса, 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 J 698 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 1974 г . достигло 136 млн. т.

Первые железные элементы для стропильных 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 A 810—1899 гг.) построил первый в России железный мост через р. Лугу с пролетными строениями из сквозных ферм, мост через р. Неман со сплошными клепаными бплками высотой 7 м , арочный железный мост в Москве.

Инж. Д И. Журавский A 821 — 1891 гг.) возглавлял отдел проектирования мостов Петербурго-Московской железной дороги, разработал теорию расчета раскосных ферм и теорию скалывающих напряжении при изгибе.

Проф. Ф. С. Ясинский A856—1899 гг.) внес большой вклад в развитие инженерных методов расчета на устойчивость металлических стержней, что в 'большой степени расширило дальнейшее применение металлических конструкций.

Проф. Н. А. Белелюбский A845—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 A858—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 и 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 здании.

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 ранее 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 экономических 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 A853— 1939 гг.), создавший ряд оригинальных конструкций и руководивший нерпой специализированной организацией по проектированию металлических конструкций, проф. И. П. Прокофьев A877—1958 гг.), акад. Е. О. Патои A870— 1953 гг.). Особая роль принадлежит проф. Н. С. Стрелецкому A885—1967 гг.), выдвинувшему и разработавшему 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 выоосли высококвалифицированные проектные и научно- исследовательские организации: ЦНИИпроектстальконструкция, ЦНИИ строительных конструкций имени В. А. Кучеренко, ЦНИИпромзданий, Гипромез Промстройпроект Гидростальпроект, ЦНИИ электросварки имени акад. Е. О. Патона, кафедры металлических конструкций строительных вузов.

Сегодня металлические конструкции все шире и шире внедряются в практику строительства. Этому способствуют применение новых металлов и в первую очередь высокопрочных сталей и алюминиевых сплавов, разработка рациональных конструктивных форм с использованием предварительного напряжения, внедрение висячих, пространственных и комбинированных конструкций, совершенствование методов расчета с учетом действительной работы и условий эксплуатации, дальнейшее совершенствование изготовления и монтажа.

Читайте также: