Реферати

Курсова робота: Металеві конструкції

Робоча сила в галузях економіки. Зміст 1.1 Трудові ресурси 4 1.2 Баланс трудових ресурсів 5 1.3 Структура і склад працівників на підприємстві 6 1.4 Показники руху робочої сили 9

Російська культура XVI століття. Культура ХVів. П Л А Н I. Особливості розвитку російської культури XVI століття. II. Фактори, що вплинули на розвиток культури XVI століття в Росії. 1. Утворення єдиної російської держави.

Власність у системі економічних відносин. ЗМІСТ Уведення...... Стр. 3 Розділ 1. Власність і соціально-економічні відносини. ...... Стр. 6 1.1. Історія виникнення власності і розвитку її форм...... Стр. 6

Забруднення атмосферного повітря 2. Уведення : Забруднення атмосферного повітря викидами транспорту Вплив відпрацьованих газів на здоров'я населення III. Заходу щодо боротьби з викидами автотранспорту

Організація туризму 2. Перша - організатори туризму - туристські підприємства по розробці, просуванню і реалізації туристського продукту (туроператори і турагенти). Туроператори виконують функції організаторів і творців комплексного продукту для групового туризму, а турагент - це фізична чи юридична особа, що виступає посередником із продажу сформованих туроператором турів.

Реферат виконав Сабірзянов И. И. гр. 08-202

Казанська Державна Архітектурно-Будівельна Академія

2003 р.

Загальні відомості.

З розвитком металургійної промисловості зростає об'єм і номенклатура металевих виробів в будівництві і особливо асортимент з алюмінію. З стального прокату зводять каркаси промислових і цивільних будівель, мости, виготовляють арматуру для залізобетону, дахову сталь, труби, а також різні металеві вироби, заклепки, болти, цвяхи, шурупи. Різний профіль алюмінію використовують для виготовлення несучих і захищаючих конструкцій, ф Широкому використанню металів в будівництві сприяє ряд їх цінних технічних властивостей: висока міцність, пластичність, підвищена теплопровідність, електропровідність і свариваемость. Нарівні з цим метали, і особливо сталь і чавун, при дії різних газів і вологи сильно корродируют і вимагають спеціального захисту.

Питання економії металу в галузі збірного залізобетону нарівні з проблемою зниження трудомісткості виготовлення виробів арматури мають велике значення.

До перевитрати металу в будівництві ведуть наступні причини: заміна арматури проектних діаметрів і класів, а також профілів прокату, що є в наявності; технологічні втрати, зумовлені особливостями виробництва (відходи кінців стержнів, що напружуються, що використовуються для установки захватів, відходів пасм на довгому стенді, на дільницях між формами і т. д.); відходи при заготівлі арматури і виробів з неї і раскрое прокату; прокат арматури з позитивними допусками: брак; руйнування конструкцій при контрольних випробуваннях.

Причинами перевитрати сталі є нераціональний раскрой металлопроката по кресленнях, заміна проектних профілів і листів на ті, що є в наявності великих перетинів і товщини, застосування стали підвищеній і високій міцності без відповідного перерахунку конструкцій, недоліки в організації постачання металлопроката металургійними заводами.

Що склався питома вага в будівельній індустрії при виробництві залізобетону і будівельних конструкцій складає (%): завищення номінального діаметра арматурної сталі- 62,4; плюсові допуски прокату- 12,0; немірні довжини марок, що зварюються стали - 25,6.

Значна частка металевих виробів, що використовуються в будівництві, доводиться на стальну арматуру.

Втрати металу при провадженні арматурних робіт зумовлені передусім рівнем технологічного обладнання і оснащення, особливостями технології.

Основні причини втрат арматурної сталі (питома вага в загальній витраті, %): відходи арматури, що напружується - 7,5; відходи при р. аскрое стержнів в різанні бухт - 2,6; відступи від проекту- 1,0; випуск бракованої продукції - 0,5.

Розробка і впровадження ліній для безотходной зварювання і різання арматурних стержнів всіх класів,

Для запобігання від корозії до застосування арматура повинна бути захищена від атмосферних осадків і інших джерел зволоження. Високоміцну арматуру потрібно зберігати в сухих закритих складських приміщеннях з відносною вогкістю повітря не вище за 60%. Не допускається зберігання такої арматури на земляному підлозі, агресивних або забруднених агресивними речовинами підкладках, а також поблизу місцезнаходження або виділення агресивних речовин (солі, гази, аерозолі). Допускається зберігання без обмеження відносної вогкості повітря високоміцної арматури в атмосфері, насиченій парами летучих ингибиторов, яка може бути створена під герметизованими ковпаками, у тимчасових сховищах, захищених від атмосферних осадків.

Допустимою корозійною поразкою арматури вважається таке, при якому наліт іржі може бути видалений протиранням. сухим дрантям. При невиконанні вказаної умови високоміцну арматуру піддають спеціальній перевірці на схильність до крихкого корозійного руйнування.

При використанні арматури з цинковим алюмінієвим покриттям не допускається її виправлення за допомогою станків, зухвалих механічне руйнування покриття, а при контактному зварюванні режим повинен бути підібраний з умови найменшого пошкодження покриття. Дугове зварювання вказаної арматури не допускається.

Для захисту арматури, що використовується в комірчастих і силікатних бетонах автоклавного тверднення, використовують захисні покриття (обмазки) у вигляді холодної цементно-битумной мастики, гарячій ингибированной битумно-цементній або латексно-мінеральній і інших видів обмазок.

Товщина висушеного захисного покриття на арматурі повинна бути 0,3...0,4 мм при використанні холодної цементно-битумной мастики і не менше за 0,5 мм при використанні цементно-полистирольной. При нанесенні покриттів в електричному полі товщина їх може бути зменшена відповідно до 0,2...0,3 мм і 0,4 мм.

Захист арматури від корозії, т. е. її тривале збереження в процесі експлуатації залізобетонної конструкції, в значній мірі залежить від технології її виготовлення, за винятком тих випадків, коли використовуються спеціальні захисні покриття, що наносяться на поверхню арматури.

Загальна характеристика і основи проектування металевих конструкцій

2.1 Номенклатура стальних конструкцій

Стальні конструкції використовують в різних інженерних спорудах, які в залежності від конструктивної форми і призначення можна розділити на наступні види.

1. Одноповерхові виробничі будівлі. Такі будівлі можуть бути однопролетними і многопролетними, в тому числі з прольотами різної висоти, з вбудованими робочими майданчиками і багатоповерховими вставками. Розміри в плані їх вельми різноманітні: від декількох десятків метрів до 1 км і більш. Виробничі будівлі звичайно обладнують вбудованими транспортними засобами у вигляді конвейєрів, підвісних або мостових опорних кранів. У бескранових будівлях використовують підлоговий транспорт (електрокари, навантажувачі і пр.).

Донедавна стальний каркас дозволялося застосовувати у виробничих будівлях при прольотах 24 м і більш, висоті більше за 18 м і при вантажопідйомності кранів більше за 50 т. Зараз ці обмеження зняті і стальні конструкції знаходять широке застосування для створення ремонтних майстерних, укриттів для сільгосптехніки, навісів, складських приміщень і інших будівель при прольотах 12. .. 18 м. Набули поширення будівлі-модулі повної заводської готовності на основі арочних конструкцій, склепінь з об'ємно-формованого тонкого листа, структурних конструкцій (просторових гратчастих систем).

Поряд зі стальними застосовують змішані каркаси, в яких по залізобетонних колонах встановлюють стальні конструкції покриття і подкрановие шляхи.

2. Малоетажние будівлі. Раніше такі будівлі будували з цегли, залізобетону, дерева і інших традиційних будівельних матеріалів. Зараз в подібних будівлях використовують також сталь і алюмінієві сплави, з яких роблять каркас, обшивку втеплених стін, віконні обкладинки, двері, вбудований шафи, обрешетку перегородок. Освоєне виготовлення цельнометаллических будівель комплектного постачання "під ключ".

3. Висотні будівлі. Багатоповерхові будівлі (20. .. 30 поверхів і вище) використовують головним чином в цивільному будівництві, в умовах щільної забудови великих міст. Їх звичайно проектують з чітким розділенням конструкцій на несучі і що захищають. Функції несучих конструкцій виконує стальний каркас, а що захищають - легкі стеновие панелі з ефективних теплоизоляционних матеріалів, в тому числі панелі з обшивками з сталиили алюмінієвих сплавів.

4. Большепролетние будівлі. Великі прольоти (50. .. 150 м і більш) мають спортивні споруди, криті ринки, виставочні павільйони і деякі виробничі будівлі (ангари, авиасборочние цехи і інш.). Для перекриття таких прольотів, як правило, використовують стальні конструкції. Системи і конструктивні форми большепролетних покриттів дуже різноманітні. Тут можливі балочні, рамние, арочні, купольние, висячі і комбіновані системи, причому як плоскі, так і просторові.

Основним навантаженням в большепролетних будівлях є власна вага, для зниження якого раціонально застосовувати полегшені захищаючі конструкції, стали підвищеній і високій міцності, різні способи регулювання зусиль,. в тому числепредварительное напруження.

5. Мости, естакади. Пролетние будови мостів на і автомобільних залізницях виконують з металу при великих (до 1 км і більш), а також середніх (30...60 м) прольотах. У останньому випадку стальним мостам віддають перевагу при стислих термінах зведення і при будівництві на стратегічних дорогах, враховуючи можливість їх швидкого відновлення.

Мости і естакади мають різноманітні системи: балочні, арочні, висячі. У балочних системах часто застосовують сталежеле-зобетонние балки, об'єднуючи стальні головні балки пролетного будови із залізобетонною плитою проезжей частини для спільної роботи на згин.

6. Вежі і щогли. Велику групу подібних конструкцій складають антенні пристрої для телебачення, радіомовлення і багатоканального телефонного зв'язку. При передачі середніх хвиль щогла висотою 200. .. 500 м може виконувати функції випромінювача. У інакших випадках вежі і щогли служать для розміщення на певній висоті дротяної мережі або спеціальних антенних пристроїв.

Опори повітряних ліній електропередачі служать для передачі електроенергії по проводах, прикріплених до опор через гірлянди ізоляторів. Для захисту від блискавки над проводами розміщують грозозащитние троси. Високе напруження електричного струму, що передається по проводах, вимагає значного видалення проводів один від одного і від землі, тому висота опор становить 20. .. 40 м, а при переході лінії через перешкоди може досягати 150 м і більш.

Витяжні вежі служать для підтримки газоотводящих стовбурів і вентиляційних димарів. Висота вежі, визначувана екологічними вимогами, звичайно становить 80. .. 150 м, хоч є вежі висотою 600 м.

Вежі морських стаціонарних платформ для видобутку нафти і газу встановлюють на континентальному шельфі морів і океанів. Прикріплена за допомогою паль до морського дна вежа підтримує штучний острівець, на якому розміщені бурова вежа, майстерні, вертолітний майданчик, житлові приміщення і пр. Це, як правило, унікальні споруди, що досягають глибин 200. .. 300 м і більш при ширині основи порядку 70 м. Гратчасту конструкцію такої вежі виконують з труб діаметром 2. .. 4 м при товщині стінок 60. .. 90 мм.

До баштових конструкцій відносять також геодезичні вежі, промислові етажерки, надшахтние копри, бурові вежі і інш.

7. Листові конструкції являють собою тонкостенние пластинки і оболонки різної форми.

Резервуари служать для зберігання нафтопродуктів, води, сжиженних газів, кислот, спиртів і інших рідин. Застосовують резервуари різної форми і розмірів з об'ємом, що досягає 200 тис. м3. Серед них вертикальні циліндричні, горизонтальні циліндричні і сферичні резервуари, резервуари з понтоном, з плаваючим дахом і багато які інші.

Газгольдери призначені для зберігання, змішування і вирівнювання складу газів. Їх включають в газову мережу між джерелами отримання газу і його споживачами як своєрідні акумулятори. Застосовують газгольдери постійного об'єму, в яких газ зберігають при високому тиску, і газгольдери змінного об'єму із зберіганням газу при низькому постійному тиску. Змінність об'єму забезпечують жвавими ланками або шайбою, яка, подібно поршню в циліндрі, переміщається по стінці газгольдера. Місткість газгольдеров змінного об'єму досягає 600 тис. м3.

Бункери і силоси представляють ємності, призначені для зберігання і перевантаження сипучих матеріалів. Силоси відрізняються від бункерів порівняно великим відношенням висоти до розмірів в плані. Групи бункерів звичайно об'єднують в бункерні естакади. Застосовують бункери з плоскими стінками і гнучкі (висячі).

До листових конструкцій відносять також трубопроводи великого діаметра, деякі споруди нафтопереробки, доменного і хімічного виробництв.

8. Інші види конструкцій. Це стальні конструкції мостових, баштових, козлових кранів, кранов-перегружателей, отвальних мостів, великих екскаваторів, будівельних і дорожніх машин, затворів і воріт шлюзів гідротехнічних споруд, радіотелескопів, антен космічного зв'язку і інш.

2.2 Достоїнства і нестачі стальних конструкцій

Основними перевагами стальних конструкцій в порівнянні з конструкціями з інших матеріалів є надійність, легкість, непроникність, индустриальность, а також простота технічного переозброєння, ремонту і реконструкції.

Надійність стальних конструкцій забезпечується близькою відповідністю характеристик стали нашим уявленням про ідеальний пружний або упругопластическом изотропном матеріал, для якого суворо сформульовані і обгрунтовані основні положення опору матеріалів, теорії пружності і будівельної механіки. Сталь має однорідну дрібнозернисту структуру з однаковими властивостями у всіх напрямах, напруження пов'язані з деформаціями лінійною залежністю у великому діапазоні, а при деякому значенні напружень може бути реалізована ідеальна пластичність у вигляді майданчика текучості. Все це відповідає гіпотезам і допущенням, взятим за основу при розробці теоретичних передумов розрахунку, тому розрахунок, побудований на таких передумовах, в повній мірі відповідає дійсній роботі стальних конструкцій.

Легкість. З всіх несучих конструкцій, що виготовляються в цей час металеві є самими легкими. За показник легкість приймає відношення густини матеріалу до його міцності. Наименьшее значення цей показник має для алюмінієвих сплавів і складає для сплаву Д16-Т 1,1-10-1. Прийнявши його за одиницю, запишемо порівняльні дані для інших матеріалів: сталь - 1,5. .. 3,4, дерево - 4,9, бетон середнього классапрочности - 16,8.

Порівнявши дві однакові конструкції, одна з яких виконана з алюмінієвого сплаву, а інша - із залізобетону, ви можете прийти до помилковому висновку, що при інших рівних умовах залізобетонна конструкція буде приблизно в 16 раз важче. Насправді це не так і залізобетонна конструкція, особливо при великих прольотах, може виявитися більш важкою. Справа в тому, що конструкція несе як би два навантаження: корисну, для якої вона запроектована, і неминуча власна вага. Наприклад, несуча здатність залізобетонної плити покриття типу ПНС розміром 3х6 м рівна 4...4,5 кН/м2, з них 1,3...1,5 кН/м2(т. е. 30%) доводиться вагою власну плити. Стальна панель такого ж розміру, виготовлена з профільованого настилу і швеллеров, при тій же несучій здатності буде мати частку власної ваги 0,45...0,50 кг/м2, що складає біля 10% від загального навантаження.

Непроникність. Метали володіють не тільки великою міцністю, але і високою густиною - непроникністю для газів і рідин. Густина стали і її з'єднань, здійснюваних за допомогою зварювання, є необхідною умовою для виготовлення резервуарів, газгольдеров, трубопроводів, різних судин і апаратів.

Індустріальность. Стальні конструкції виготовляють на заводах, оснащених спеціальним обладнанням, а монтаж проводять з використанням високопродуктивної техніки. Все це виключає або до мінімуму скорочує важкий ручний труд.

Ремонтопрігодность. Застосовно до стальних конструкцій найбільш просто вирішуються питання посилення, технічного переозброєння і реконструкції. За допомогою зварювання ви можете легко прикріпити до елементів існуючого каркаса нове технологічне обладнання, при необхідності посиливши ці елементи, що також робиться досить просто.

Сохраняемостъ металевого фонду. Стальні конструкції внаслідок фізичного і морального зносу вилучаються з експлуатації, переплавляються і знов використовуються в народному господарстві.

Недоліками стальних конструкцій є їх схильність корозії і порівняно мала вогнестійкість. Сталь, не захищена від контакту з вологою, в поєднанні з агресивними газами, солями, пилом зазнає корозії. При високих температурах (для сталі - 600°З, для алюмінієвих сплавів - 300°З) металоконструкції втрачають свою несучу здатність.

При грамотному проектуванні і відповідній експлуатації ці недоліки не представляють небезпеки для виконання конструкцією своїх функцій, але приводять до підвищення початкових і експлуатаційних витрат.

Підвищення корозійної стійкості стальних конструкцій досягають включенням в сталь спеціальних легуючих добавок, періодичним покриттям конструкцій захисним шаром у вигляді лаків або фарб, а також вибором раціональної конструктивної форми (без ' щілин і пазух, де можуть скупчуватися волога і пил).

Підвищення вогнестійкості стальних конструкцій будівель, небезпечних в пожежному відношенні (житлові і суспільні будівлі, склади з горючими або легкозаймистими матеріалами) здійснюють шляхом усунення безпосереднього контакту конструкцій з відкритим вогнем. Для цього передбачають підвісні стелі, вогнестійке облицювання, обмазки спеціальними складами. Використовуючи спеціальні покриття у вигляді обмазок, можна істотно збільшити межу вогнестійкості.

2.3 Вимоги, ті, що пред'являються до металевих конструкцій

При проектуванні металевих конструкцій повинні враховуватися наступні основні вимоги.

Умови експлуатації. Задоволення заданим при проектуванні умовам експлуатації є основною вимогою для проектувальника. Воно в основному визначає систему, конструктивну форму споруди і вибір матеріалу для нього.

Економія металу. Вимога економії металу визначається великою його потребою у всіх галузях промисловості (машинобудування, транспорт і т. д.) і відносно високою вартістю.

У будівельних конструкціях метал потрібно застосовувати лише в тих випадках, коли заміна його іншими видами матеріалів (насамперед залізобетоном) нераціональна.

Транспортабельность. У зв'язку з виготовленням металевих конструкцій, як правило, на заводах з подальшим перевезенням на місце будівництва в проекті повинна бути передбачена можливість перевезення їх цілком пли по частинах (отправочними елементами) із застосуванням відповідних транспортних засобів.

Технологічність. Конструкції повинні проектуватися з урахуванням вимог технології виготовлення я монтажу з орієнтацією на найбільш сучасні і продуктивні технологічні прийоми, що забезпечують максимальне зниження трудомісткості.

Швидкісний монтаж. Конструкція повинна відповідати можливостям зборки її в найменші терміни з урахуванням монтажного обладнання, що є.

Довговічність конструкції визначається термінами її фізичного і морального зносу. Фізичний знос металевих конструкцій пов'язаний головним чином з процесами корозії. Моральний знос пов'язаний із зміною умов експлуатації.

Естетічность. Конструкції незалежно від їх призначення повинні володіти гармонійними формами. Особливо істотна ця вимога для суспільних будівель і споруд.

Всі ці вимоги задовольняються конструкторами на основі вироблених наукою і практикою принципів радянської школи проектування і основних напрямі її розвитку.

Основним принципом радянської школи проектування є досягнення трьох головних показників: економії стали, підвищення продуктивності труда при виготовленні, зниження трудомісткості і термінів монтажу, які і визначають вартість конструкції. Незважаючи на те що ці показники часто при реалізації вступають в суперечність (так, наприклад, найбільш економна по витраті стали конструкція часто буває найбільш трудомісткої у виготовленні і монтажі), радянський досвід розвитку металевих конструкцій підтверджує можливість реалізації цього принципу.

Економія металу в металевих конструкціях досягається на основі реалізації наступних основних напрямів: застосування в будівельних конструкціях низколегированних і високоміцних сталей, використання найбільш економічних прокатних і гнутих профілів, вишукувань і впровадження в будівництво сучасних ефективних конструктивних форм і систем (просторових, заздалегідь напружених, висячих, трубчастих і т. п.), вдосконалення методів розрахунку і вишукування оптимальних конструктивних рішень з використанням електронно-обчислювальної техніки.

Ефективно і комплексно виробничі вимоги задовольняються на основі типізації конструктивних елементів і цілих споруд.

Типізація металевих конструкцій в Росії отримала вельми широкий розвиток. Розроблені типові рішення конструктивних елементів-колон, що часто повторюються, ферм подкранових балок, віконних і ліхтарних обкладинок. У цих типових рішеннях уніфіковані розміри елементів і сполученні. Для деяких елементів розроблені стандарти.

Розроблені типові рішення таких споруд, як радиомачти, вежі, опори ліній електропередачі, резервуари, газгольдери, пролетние будови мостів, деякі види промислових будівель, споруд і т. п.

Типові рішення розроблені на основі застосування оптимальних з точки зору витрати матеріалу, розмірів елементів, оптимальної технології їх виготовлення ц можливостей транспортування.

Типізація і уніфікація, що проводиться на її основі і стандартизація забезпечують велику повторюваність, серийность виготовлення конструктивних елементів і їх деталей на заводах і, отже, сприяють підвищенню продуктивності труда, скороченню термінів виготовлення на основі ефективного використання більш довершеного обладнання і спеціальних технологічних пристосувань (кондукторів, копиров, кантователей і т. п.). Типізація, уніфікація і стандартизація створюють сприятливі умови для розробки і впровадження особливо ефективного потокового методу виготовлення і монтажу металевих конструкцій.

Типові проекти забезпечують економію металу, упорядковують проектування, підвищують його якість і скорочують терміни будівництва.

Ведучим принципом швидкісного монтажу є зборка конструкцій у великі блоки на землі з подальшим підйомом їх в проектне положення з мінімальною кількістю монтажних робіт вгорі. Типізація створює передумови для скорочення термінів монтажу, зниження його трудомісткості, що оскільки повторюються види конструкцій і їх сполученні дозволяють краще використати монтажне обладнання і вдосконалити процес монтажу.

Конструкції з металу

3.1 Балки і балочні конструкції

Одним з найбільш поширених елементів стальних конструкцій є балка або елемент, працюючий на згин.

Область застосування балок в будівництві надзвичайно широка: від невеликих елементів робочих майданчиків, междуетажних перекриттів виробничих або цивільних будівель до большепролетних балок покриттів, мостів, важко навантажених подкранових балок і так званих "хребтових" балок для підвіски казанів в сучасних теплових електростанціях. Прольоти мостових балок досягають 150...200 м, а навантаження на одну хребтовую балку котельного відділення ГРЕС при прольоті до 45 м становить ~ 60.

3.1.1 Класифікація балок

По статичній схемі розрізнюють однопролетние (розрізні), многопролетние (нерозрізні) і консольні балки. Розрізні балки простіше нерозрізних у виготовленні і монтажі, нечутливі до різних осадок опор, але поступаються останнім по витраті металу на 10...12%. Нерозрізні балки розумно застосовувати при надійних основах, коли немає небезпеки перевантаження балок внаслідок різкої різниці в осіданні опор. Консольні балки можуть бути як розрізними, так і многопролетними. Консолі розвантажують пролетние перетини балок і тим самим підвищують чи економічні показате останніх.

По типу перетину балки можуть бути прокатними або складовими: зварними, клепаними або болтовими. У будівництві найчастіше застосовують балки двотаврового перетину. Вони зручні в компонуванні, технологічні і економічні по витраті металу.

Найбільший економічний ефект (при інших рівних умовах) може бути отриманий в тонкостенних балках. Хорошим критерієм відносної легкості елемента, що згинається служить безрозмірне співвідношення η =3√ W2/ A3, де W - момент опору, А - площа перетину.

Для прямокутного перетину з шириною b і висотою h, якщо прийняти для визначеності відношення h/b рівним 2...6, цей показник становить 0,38...0,55, а для вітчизняних прокатних двутавров - 1,25...1,45, т. е. в прийнятих умовах двутавр в 3...4 рази вигідніше простого прямокутного перетину. Крім двутавра застосовують і інші форми перетинів. Так, при впливі на балку значних моментів, що крутять переважніше застосування замкнених, розвинених в бічній площині перетинів, приклади яких показані.

Економічна ефективність перетинів, таким чином, тісно пов'язана з їх тонкостенностью. Гранично можлива тонкостенность прокатних балок визначається не тільки вимогами місцевої стійкості стінок, але і можливостями заводської технології плющення профілів. Місцева стійкість стінок складових перетинів може бути підвищена конструктивними заходами (постановкою ребер жорсткості, гофруванням стінок і т. п.).

3.1.2 Прокатні балки

Прокатні балки застосовують для перекриття невеликих просторів конструктивними елементами обмеженої несучої здатності, що пов'язано з номенклатурою прокатних профілів, що випускаються, що є. Їх використовують в балочних клітках; для перекриття індивідуальних підвалів, гаражів, складських приміщень; як прогони покриттів виробничих будівель; в конструкціях естакад, віадуків, мостів і багатьох інших інженерних спорудах.

У порівнянні з складовими прокатні балки більш металлоемки за рахунок збільшеної товщини стінки, але менш трудомісткі у виготовленні і більш надійні в експлуатації. За винятком опорних зон і зон додатку значних зосереджених сил, стінки прокатних балок не потрібно зміцнювати ребрами жорсткості. Відсутність зварних швів в областях контакту полиць зі стінкою істотно зменшує концентрацію напружень і знижує рівень початкової дефектности.

3.1.3 Складові балки

В тих випадках, коли потрібно конструкції, жорсткість і несуча здатність яких перевищує можливості прокатних профілів, використовують складові балки. Вони можуть бути зварними і клепаними, але останні застосовують виключно рідко. Найбільше застосування отримали балки двотаврового симетричного, рідше несиметричного перетинів. Такі балки складаються з трьох елементів - верхнього і нижнього поясів, об'єднаних тонкою стінкою. Перспективними є перетини у вигляді двутврв, як полиці якого використовують прокатні таври і холодногнутие профілі.

3.1.4 Дістальние балки

Зниження металлоемкости може бути досягнуте за рахунок використання в одній конструкції двох різних марок сталей. Балки, виконані з двох марок сталей, називають бистальними. У них доцільно найбільш напружені дільниці поясів виконувати з сталі підвищеної міцності з Ry= Ry1(низколегированние стали), а стінку і малонапряженние дільниці поясів - з малоуглеродистой сталі з Ry= Ry2.

У розрахунковому перетині такої балки при досягненні в фибрових волокнах поясів σ = Ry1в примикаючій до поясів зоні стінки напруження досягнуть межі текучості σw(у > ¦а¦)= Ry1. Центральна частина стінки і пояса перебувають в пружній стадії, периферійні зони стінки - в пластичній (умови обмеженої пластичності).

Автори норм рекомендують при розрахунках міцності таких балок керуватися одним з двох критеріїв.

- Граничних пластичних деформацій: пластичні деформації допускаються не тільки в стінці, але і в поясах; вводиться обмеження на величину інтенсивності пластичних деформацій в стінці εip, w≤ > εip, lim.

- Граничних напружень в поясах балки: пластичні деформації допускаються лише в стінці; робота поясів обмежена пружною стадією σƒ≤ > Ry1.

У залежності від норми граничної інтенсивності пластичних деформацій і розрахункового критерію, бистальние балки класифікують по чотирьох групах.

1. Подкрановие балки під крани з режимом роботи 1К-5К (ГОСТ 25546-82), для яких розрахунки на міцність виконують по критерію граничних напруженні в поясі при розрахунковому опорі стали поясів Rƒ= Ru/ γu < Ry, тут γu= 1,3.

2. Балки, що сприймають жваві і вібраційний навантаження (балки робочих майданчиків, бункерних і розвантажувальних естакад. транспортерних галерей і інш.), - εip, lim= 0.1 %.

3. Балки, працюючі на статичні навантаження (балки перекриттів і покриттів; ригели рам, фахверка і інші, і що стисло-згинаються балочні елементи, що розтягнуті-згинаються, що згинаються), - εip, lim= 0,2 %.

4. Балки групи 3, але не схильні до локальних впливів, не маючих подовжніх ребер жорсткість, що володіє підвищеною загальною і місцевою стійкістю, - εip, lim= 0,4%.

У групи 2...4 об'єднані балки, для яких розрахунки на міцність виконують по критерію обмежених пластичних деформацій.

3.1.5 Балки замкненого перетину

Балки замкненого перетину володіють рядом переваг в порівнянні з відкритими. До них відносяться:

- більш висока несуча здатність конструкцій або їх елементів при роботі на згин в двох площинах і на крутіння. Матеріал в замкнених перетинах розташовується в основному в периферійних зонах по відношенню до центра тягаря, це зумовлює збільшення моментів інерції і опору відносно осі у (з площини елемента) і моменту інерції на крутіння;

- в зв'язку з істотним збільшенням (в десятки разів) моменту інерції на крутіння в елементах із замкненими перетинами, як правило, виключається изгибно-крутильна форма втрати стійкості;

- елементи із замкненими перетинами більш стійкі при монтажі, менш схильні до механічних пошкоджень під час транспортування і монтажу.

Незважаючи на названі достоїнства, конструктивні елементи із замкненими перетинами не знайшли в цей час широкого застосування. І пояснюється це передусім низькою технологічністю і, як наслідок, більшою трудомісткістю виготовлення.

Конструктивні рішення

Замкнені, зокрема коробчатие, перетини застосовують при необхідності збільшення жорсткості балок в поперечному напрямі, при відсутності поперечних зв'язків, згині в двох площинах наявності моментів, що крутять, при обмеженій будівельній висоті і великих поперечних силах. Подібним силовим впливам при названих конструктивних обмеженнях зазнають балочні конструкції мостів, силових елементів промислових споруд, кранів і інш. Можливі форми перетину балок представлені на.

Наявність двох стінок робить особливо актуальною задачу зменшення їх товщини при забезпеченні місцевої стійкості. Конструктивно це досягається або викривленням стінки, або постановкою різного типу зв'язків між стінками в формі діафрагм, стяжних болтів і інш.

Діафрагми мають форму пластинки, а при сильно розвиненому перетині - форму рамки з прямокутним або овальним вирізом. У кутах діафрагми мають скоси такі ж, як і в ребрах жорсткості балок відкритого профілю. Для більш рівномірного розподілу навантаження між елементами перетину і підвищення просторової жорсткості можливо використати раскосную систему розташування діафрагм з відхиленням діафрагм на 30...600 від вертикалі або горизонталі. Однак потрібно мати на увазі, що трудомісткість виготовлення діафрагм з нахилом значно вище, ніж вертикальних. Замість діафрагм для підвищення місцевої стійкості стінки можна використати зв'язки між стінками у вигляді вкладишів зі стяжними болтами. У цьому випадку за рахунок додаткових зв'язків між стінками створюється просторова система, обидві стінки якої працюють спільно, тому при розрахунку з площини балки стінку потрібно розглядати як складову конструкцію.

З метою економії стали, так само як і в балках відкритого профілю, в балках коробчатого перетину при великих прольотах потрібно передбачати зміну перетину по довжині балки.

3.1.6 Балки з гнучкою стінкою

Балки з гнучкою (дуже тонкої) стінкою з'явилися уперше в конструкціях каркасів літальних апаратів, де для легкості стінки виконували часто не з металу, а з міцної тканини (перкаль, брезент). Плоска стінка в такій балці втрачає стійкість в початковій стадії навантаження, придбаваючи другу стійку форму - у вигляді похило гофрованої (у опор, де переважає зсув) або вспорушенной (в зонах з переважаючими напруженнями стиснення) поверхні. Після зняття навантаження ці деформації стінок, звані часто "хлопунами", зникають. У будівництві стали застосовувати такі балки в 70-е роки поточного віку. Вони є подальшим втіленням ідеї про тісний зв'язок показників економічної ефективності з поняттям тонкостенности. Зменшення відносної товщини стінки λw= hw/ twв 2...3 рази приводить до зниження витрати металу на стінку на 25...35% і до концентрації металу в поясах, що вигідно за умовами роботи на згин.

Застосування балок з дуже тонкими стінками доречне при стабільному напрямі дії статичних тимчасових навантажень, оскільки робота таких балок при змінних у напрямі жвавих і динамічних навантаженнях ще недостатньо вивчена.

Особливості роботи конструкції балок. На першій стадії роботи балки її гнучка стінка залишається плоскою, як і в звичайній балці. Але по протяжності ця стадія роботи коротка і закінчується втратою стійкості стінки, т. е. переходом в закритическую стадію роботи з появою "хлопунов".

У закритической стадії роботи вже не дотримується лінійна залежність між деформаціями стінки і навантаженням. Розвиваються зони витріщщення стінки з утворенням розтягнутих складок, натягнення яких викликає місцевий згин поясів балки, а також стиснення поперечних ребер жорсткості і згин опорних ребер в площині стінок. Ця стадія завершується досягненням напруженнями межі текучості σулибо в окремих точках стінки, або в поясах (або одночасно).

У третій стадії розвиваються пластичні деформації в стінці і в поясах. Наростає прогиб балки; інтенсивність зростання прогиба до кінця цієї стадії різко підвищується і в отсеках балки утвориться пластичний механізм - балка приходить в граничний стан з появою надмірних залишкових деформацій. При подальшому, навіть незначному, зростанні навантаження балка втрачає несучу здатність або внаслідок втрати місцевої стійкості полиці стисло-зігненого пояса, або через втрату стійкості пояса в площині стінки, як стержня, від дії стискаючої сили і згинаючого моменту. Не виключена і загальна втрата стійкості плоскої форми згину балки, якщо остання не раскреплена належним образом від бічних деформацій. Відмітимо також, що описані форми втрати стійкості пояса балки можуть статися і не в кінці третьої стадії, а навіть і на попередніх стадіях, якщо розміри елементів пояса вибрані невдало.

Облік особливостей роботи балок з гнучкими стінками привів до необхідності розробки адекватних рекомендацій за їх конструктивними рішеннями. Можливе застосування балок: з поперечними ребрами, привареними до стінки - двосторонніми і односторонніми, або не пов'язаними з нею; без поперечних ребер. Безреберние балки вимагають суворо центрованого додатку навантаження в площині стінки, бо пояси їх практично не закріплені від закручення.

Більш часто застосовують балки з ребрами жорсткості, що мають призначення, як і в звичайних балках, для сприйняття місцевих навантажень від другорядних балок і для обмеження довжини отсека. У роботі ребер, що підкріплюють гнучкі стінки, є і свої особливості, визначувані роботою стінок в закритической стадії.

Пояси в балках з гнучкими стінками працюють не тільки на стиснення, але і на згин від натягнення стінки, тому доцільно застосовувати перетини поясів з підвищеною жорсткістю на згин і крутіння. По технологічності більш переважні перетини з поясами з смугової сталі і широкополочних тавров; при значних навантаженнях можливе застосування поясів з прокатних або гнутих швеллеров або з широкополочних двутавров. Перетини балок з підвищеним об'ємом зварювання поступаються іншим по трудомісткості виготовлення.

По статичній схемі балки з гнучкою стінкою можуть бути розрізними і нерозрізними, а по контуру - постійної або змінної висоти (двосхилі або односхилий). Застосовують такі балки як прогони, стропильних і подстропильних конструкції прольотом 12...36 м з співвідношенням постійних і тимчасових навантажень 1/1,5...1/2, балок жорсткості комбінованих балочно-вантових систем, балок-стінок бункерів, стінок великогабаритних вентиляційних коробів, газоводов і т. п.

3.1.7 Балки з гофрованою стінкою

Одним з шляхів зниження металлоемкости балок є гофрування їх стінок. У звичайних балках товщина стінок, як правило, визначається не умовою міцності, а вимогами місцевої стійкості. Постанова поперечних ребер пом'якшує ситуацію, дозволяючи зменшити товщину стінок і одночасно підвищуючи крутильну жорсткість балок, оскільки ребра грають роль діафрагм і забезпечують незмінність контура поперечного перетину. Ще в середині 3-го десятиріччя XX в. з'явилася ідея гофрування стінок балок, яке ще більш ефективно забезпечить бажані результати. Гнучкість таких стінок можна підвищити до 300...600, до того ж чим тонше стінка, тим легше виконати її гофрування.

Товщину гофрованих стінок приймають в межах 2...8 мм, що забезпечує їм всі переваги, визначувані тонкостенностью. У виготовленні стінок з'являється додаткова технологічна операція - гофрування - і дещо ускладняється зварювання поясних швів, але зменшення товщини стінки і виключення значного числа ребер жорсткості приводять зрештою до зниження трудовитрат на виготовлення балок на 15...25%. По трудомісткості виготовлення і витраті металу балки з гофрованою стінкою виграють і у балок з гнучкою стінкою завдяки різкому зниженню числа ребер жорсткості, підвищеною крутильній жорсткості балок і високій місцевій стійкості стінки.

При виборі конструктивного рішення балки з гофрованою стінкою доводиться враховувати не тільки особливості напружено-деформованого стану балки під навантаженням, але і вимоги технологічності. Найбільш прості і технологічні у виготовленні стінки з трикутними гофрами, але стінки з хвилястими гофрами більш стійкі. Практикується і застосування смуг з готового профнастила.

Виготовлення балок з гофрованою стінкою доцільне вести на заводах металоконструкцій, организуя там спеціальні дільниці з пресами або інакшими установками для гофрування і стендами для зварювання поясних швів. Зварювальні автомати повинні бути пристосовані для переміщення по ламаних і хвилястих лініях примикання гофрованої стінки до пояса. Плоский лист подається між двома валянням, що обертається назустріч один одному. На поверхні валков передбачені пристрої для закріплення знімних пластин, що здійснюють перегини плоского листа при повороті валков. Використання знімних пластин різних розмірів дає можливість варіювати параметри гофров. Для створення криволінійних гофров потрібно більш складні знімні елементи. Хвилясту гофри можна отримати і пресуванням пластин між двома матрицями, але для варіювання параметрів гофров в цьому випадку потрібно досить великий набір матриць.

Особливості роботи і конструкції балок. Вже перші випробування балок з гофрованими стінками виявили особливості напруженого стану стінок і поясів: нормальні напруження розвиваються в стінках лише у поясів і швидко падають практично до нуля, оскільки жорсткість тонкої стінки упоперек гофров дуже мала; дотичні ж напруження розподіляються по висоті стінки майже рівномірно. Жорстко пов'язані з поясом гофри передають на нього зусилля, викликаючи в поясі змінний по величині і напряму згин в його площині.

Балки з гофрованою стінкою довше працюють в пружній стадії, чому балки з гнучкою стінкою тієї ж товщини, аж до втрати стійкості стінки як ортотропной пластинки. Пояси балок з гофрованою стінкою також працюють в кращих умовах, оскільки вони не випробовують згину в площині стінки. Деформативность балок з гофрованою стінкою на 15...20 % нижче, ніж у балок з гнучкою стінкою з тими ж параметрами.

Граничний стан балки з гофрованою стінкою, як правило, наступає з втратою місцевої стійкості стінки під дією місцевих зосереджених сил, якщо не встановлені ребра жорсткості під ними. У стінках з трикутними гофрами, працюючими на зсув, спочатку втрачає стійкість плоска смужка гофра, потім втрата стійкості розповсюджується на декілька гофров, що можна вважати втратою стійкості стінки як ортотропной пластинки. Після цього пояс втрачає стійкість в площині стінки так само. як і в балці з гнучкою стінкою. У балках з досить жорсткими гофрованими стінками граничний стан може наступити через розвиток надмірних залишкових деформацій (друга група граничних станів). Властивості гофра визначаються товщиною стінки і геометричними параметрами гофрування - довжиною хвилі а і висотою хвилі ƒ. У розрахунковій практиці частіше використовують відносні параметри а/hw, ƒ/а і ƒ/tw. Місцева стійкість гофрованих стінок балок може бути підвищена, якщо замість вертикального гофрування застосувати похиле з низхідними гофрами. Оптимальний кут нахилу гофров до верхнього пояса рівний 45...50°. Однак виготовлення таких стінок ускладнюється і, як наслідок, балки з похило гофрованими стінками широкого застосування не знайшли. Але треба мати на увазі, що гофри можуть бути не тільки відкритими (коли перетин гофра виходить на край листа), але і глухими, т. е. виштампованними в стінці, що не виходять на край листа. Не виключена можливість гофрування тонких стінок в готовому виробі, а отже, можливе застосування глухих похилих гофров.

Балки з гофрованими стінками проектують звичайно двотаврового перетину з поясами з листів, причому тут не потрібно підвищена жорсткість поясів на згин і крутіння (на відміну від балок з гнучкою стінкою); перетин поясів може бути досить розвиненим по ширині і змінним по довжині відповідно до контура епюри згинаючих моментів, що забезпечує додаткову економію металу.

Область застосування балок з гофрованою стінкою ширше, ніж балок з гнучкою стінкою: вони застосовні в подкранових конструкціях і у всіх інших випадках, коли потрібно підвищена жорсткість балок на крутіння.

3.1.8 Балки з перфорованою стінкою

Прагнення підвищити ефективність використання металу в роботі елементів, що згинаються привела інженерів ще в перших десятиріччях XX в. до оригінальної ідеї, що дозволяє розширити діапазон використання прокату. Стінка прокатного двутавра (швеллера) розрізається по зигзагоподібній ламаній лінії з регулярним кроком за допомогою газового різання або на могутніх пресах, і потім обидві половини розрізаної балки сполучаються зварюванням в суміщених між собою виступах стінки. Кінцевий результат приводить до збільшення висоти балки і дозволяє перерозподілити матеріал перетину, концентруючи його ближче до периферійних волокон (полицям) і істотно підвищуючи такі геометричні характеристики перетину, як момент інерції і момент опору. Утвориться своєрідна конструктивна форма - балка з вікнами в стінці.

Зміна висоти початкового перетину в півтори разу підвищує приблизно у стільки ж його момент опору і майже вдвоє - момент інерції. Малоиспользуемая частина перетину стінки в центральній зоні як би вилучається (35...40 % матеріали стінки), що для більшості балок не представляє якої-небудь небезпеки. Витрата металу в таких балках на 20...30 % менше, ніж в звичайних прокатних балках, при одночасному зниженні вартості на 10...18%. Додаткові витрати труда на разрезку і зварювання початкового прокату невелики: в порівнянні зі зварними складовими двутаврами по трудомісткості виготовлення перфоровані балки на 25...35 % ефективніше за рахунок скорочення об'єму зварювання і значно меншої трудомісткості операцій обробки.

Особливості роботи і конструкції балок. Отвори в стінці міняють картину напруженого стану в перетинах балки. Якщо розподіл нормальних напружень в поясах балки по середині отвору близький до лінійного, то в кутових зонах у отворів епюри нормальних напружень криволінійні, що викликано концентрацією напружень. Деяка криволинейность епюри нормальних напружень σхнаблюдается і в зоні перемички стінки (простінка). У стиковом перетині (4-4) простінка з'являються нормальні напруження σу. Все це свідчить про концентрацію напружень біля отворів. У більшості випадків резерви пластичності матеріалу достатні для того, щоб згладити вплив концентраторов напружень, і на несучу здатність балки останні не впливають помітного чином. Однак потрібно мати на увазі, що при циклічних або ударних впливах, особливо в умовах низьких температур, коли розвиток пластичних деформацій скутий, в кутах отворів можуть з'явитися тріщини. У роботі поясних тавров в межах отвору є свої особливості - вони знаходяться під дією поперечних сил, що створюють додатковий згин. Граничний стан пояса характеризується значним розвитком пластичних деформацій, пронизливих у кута отвори практично весь перетин поясного тавра. Простінок балки працює головним чином на зсув, і його несуча здатність, як правило, визначається стійкістю. У граничному стані може втратити стійкість і стінка одного з поясних тавров, оскільки вона виявляється стислою або стисло-зігненою.

Конструктивні рішення балок з перфорованою стінкою відрізняються великою різноманітністю, визначуваною вариабельностью схем разрезки стінки.

Намітивши осьову лінію разрезки похило до полиць після разрезки і розвороту однієї з половин балки відносно її центральної вертикальної осі, отримують внаслідок з'єднання обох половин балку з похилим поясом. Таким шляхом можливо виготувати балки одне - і двосхилі, з схилом як у верхньому, так і в нижньому поясі. Для спрощення конструкції іноді як нижній пояс використовується тавр постійного по довжині перетину. Прагнення підвищити перетин при помірному ослабленні поясних тавров і простінків привело до використання пластинчатих вставок між гребенями частин, що з'єднуються. Це рішення може також виявитися високоефективним при значних прольотах і відносно невеликому навантаженні, особливо в тих випадках, коли потрібно підвищена изгибная жорсткість за умовою граничного прогиба. Отвори, що знижують концентрацію напружень, вдається отримати при криволінійних похилих резах. Разрезку виконують в цьому випадку з невеликими відходами металу. Відомо також багато інших варіантів разрезки стінок, що мають ті або інакші приватні переваги.

Найчастіше застосовують перфоровані балки з регулярною разрезкой і однаковою висотою поясних тавров (балки симетричного перетину). Для таких балок дуже зручно використати типову потокову лінію, розраховану на одночасну синхронну автоматичну разрезку по копиру двох початкових двутавров. Двутаври закріплюють на спеціальному многооперационном маніпуляторі, що дозволяє після разрезки за допомогою двухрезаковой машини з'єднати однакові частини розчленованих балок між собою, зберігаючи фіксацію форми під час зварювання і після неї - до охолодження готового виробу. Це дає можливість уникнути викривлення від впливу початкових і зварювальних напружень і деформацій. При цьому кінці балок виходять різними: з одного боку на кінці балки створюється простінок, а з іншого боку стінка виявляється відкритою. Відкриту частину заповнюють вставкою з листової сталі. Цей же прийом (заповнення отвору листовою вставкою) застосовують іноді і в місцях опирання значних зосереджених вантажів, коли вони розташовані над отворами. Для посилення стінки під великими зосередженими вантажами і у опор балки ставлять поперечні або торцевие опорні ребра.

3.2 Колони і елементи стержневих конструкцій

Загальна характеристика конструкцій

Колона є древнейшей будівельною конструкцією. Більше за 3000 років тому єгиптяни витісували з каменя колони для надмогильний пам'ятників, а в V в. до н. е. колона помістилася центральну в колоннадах суспільних будівель у древніх греків і римлян. Такі колони споруджувалися виключно за емпіричними правилами, запозиченими з навколишнього світу.

Науковий підхід до вивчення проблеми роботи стислих конструкцій був початий в XVIII в., коли Петрус Ван-Мусшенбрук побудував установку для випробувань на стиснення, а Леонард Ейлер отримав свою славнозвісну формулу, до якої ми будемо неодноразово звертатися. Було встановлено, що несуча здатність центрально-стислого стержня зворотно пропорційна квадрату його довжини, т. е. в два рази більш довгий стержень несе в чотири рази менше навантаження. На жаль, формула Ейлера, вмісна довільне ціле число, якому в той час не могли знайти пояснення, а також слабу відповідність цієї формули експериментальним даним (як ми сьогодні знаємо, погано обгрунтованим) привели до її забуття майже на 200 років. Лише в кінці минулого століття ця формула отримала загальне визнання і подальший розвиток, який продовжувався на фоні гострих дискусій до середини нашого сторіччя. З істотою цих дискусій ми познайомимося пізніше, а зараз розглянемо лише коротку характеристику конструкцій, працюючих на стиснення.

Колони, стойки, стріли кранів і інші подовжньо стислі конструкції з точки зору їх розрахунку мають спільні риси з окремими елементами, вхідними до складу інших конструкцій або стержневих систем, наприклад зі стержнями ферм, елементами зв'язків і т. п. Це дозволяє їх розглядати в складі одного розділу, але з різною мірою деталізування. При всьому різноманітті такі конструкції мають загальні формальні ознаки - всі вони працюють на стиснення або на стиснення із згином, а їх довжина в 10...20 разів і більш перевищує розміри поперечних перетинів. Конструкція складається з власне стержня і опорних пристроїв, технічні рішення яких залежать від призначення конструкції і особливостей, вузлової сполученні.

За формою силуету конструкції можуть бути постійного перетину, змінного перетину і ступінчастими. Зміна перетину по довжині дозволяє знизити металлоемкость, але незначна, тому такі стержні проектують з архітектурних міркувань або коли зниження маси приводить до додаткових ефектів, наприклад в жвавих конструкціях типу крановий стріл.

Типовими представниками стислих стержневих конструкцій є колони і стойки, що складаються з стержня, оголовка, бази, іноді консолі. Оголовок служить для опирання і кріплення вишележащих конструкцій. База виконує дві функції - розподіляє зусилля, що передається колоною на підмурівок, знижуючи напруження до розрахункового опору підмурівка, і забезпечує прикріплення до нього колони за допомогою анкерних болтів. На консолі можуть спиратися подкрановие балки, стеновие панелі, технологічні комунікації і т. п.

Могутні стержні типу колон, стойок, елементів важких ферм виконують з одиночних широкополочних двутавров або складають їх з декількох прокатних профілів. Складові стержні можуть бути сплошностенчатими - суцільними - і крізними.

Останні в свою чергу ділять на стержні з безраскосной граткою, гратчасті і перфоровані. Гілки (пояси) безраскосних стержнів об'єднують планками з листової сталі, жорсткими вставками або перфорованими листами. Перфоровані стержні можуть бути виконані також гнутосварними із зигзагоподібно розрізаних листів або з прокатних профілів, які після попереднього фігурного різання об'єднують в хрестоподібний перетин. При всій своїй привабливості перфоровані стержні знаходять обмежене застосування, що пов'язано з додатковими операціями і необхідністю мати обладнання для фігурного різання і гнучкі заготівель в формі гнутих швеллеров або кутків. При виготовленні стойок з перфорованих прокатних профілів необхідні операції виправлення, оскільки після різання початкового профілю отримані заготівлі згинаються в різні сторони внаслідок наявності в початковому металлопрокате залишкових напружень.

Елементи стержневих конструкцій невеликих поперечних розмірів проектують з круглих або прямокутних труб, одиночних або спарених кутків.

На вигляд напруженого стану стержні ділять на центрально-стислі, внецентренно стислі що і стисло-згинаються. Аналогічну класифікацію використовують для найменування розтягнутих елементів.

3.3 Ферми

Загальна характеристика і класифікація ферм

Фермою називають систему стержнів (звичайно прямолінійних), сполучених між собою у вузлах і створюючих геометрично незмінну конструкцію.

Якщо навантаження прикладене у вузлах, а осі елементів ферми перетинаються в одній точці (центрі вузла), то жорсткість вузлів неістотно впливає на роботу конструкції і в більшості випадків їх можна розглядати як шарнірні. Тоді всі стержні ферми випробовують тільки осьові зусилля (розтягнення або стиснення). Завдяки цьому метал в фермах використовується більш раціонально, ніж в балках, і вони економічніше за балки по витраті матеріалу, але більш трудомісткі у виготовленні, оскільки мають велике число деталей. З збільшенням прольотів, що перекриваються і зменшенням навантаження ефективність ферм в порівнянні зі сплошностенчатими балками зростає.

Стальні ферми набули широкого поширення в багатьох областях будівництва: в покриттях і перекриттях промислових і цивільних будівель, мостах, опорах ліній електропередачі, об'єктах зв'язку, телебачення і радіомовлень (вежі, щогли), транспортерних галереях, гідротехнічних затворах, грузоподъемних кранах і т. д.

Ферми бувають плоскими (всі стержні лежать в одній площині) і просторовими.

Плоскі ферми можуть сприймати навантаження, прикладене тільки в їх площині, і потребують закріплення з своєї площини зв'язками або іншими елементами. Просторові ферми утворять жорсткий просторовий брус, здатний сприймати навантаження, діюче в будь-якому напрямі. Кожна грань такого бруса являє собою плоску ферму. Прикладом просторового бруса може служити баштова конструкція.

Основними елементами ферм є пояси, створюючі контур ферми, і гратка, що складається з раскосов і стойок.

Відстань між вузлами пояса називають панеллю (d), відстань між опорами - прольотом (l), відстань між осями (або зовнішніми гранями) поясів - висотою ферми (hф).

Пояси ферм працюють в основному на подовжні зусилля і момент (аналогічно поясам суцільних балок); гратка ферм сприймає в основному поперечну силу, виконуючи функцію стінки суцільної балки.

З'єднання елементів у вузлах здійснюють шляхом безпосереднього примикання одних елементів до інших або з допомогою вузлових фасонок. Для того щоб стержні ферм працювали в основному на осьові зусилля, а впливом моментів можна було нехтувати, елементи ферм потрібно центрувати по осях, що проходять через центри тягарі.

У залежності від призначення, архітектурних вимог і схеми додатку навантажень ферми можуть мати саму різноманітну конструктивну форму. Їх можна класифікувати по наступних ознаках: статичній схемі, контуру поясів, системі гратки, способу з'єднання елементів у вузлах, величині зусилля в елементах.

По статичній схемі ферми бувають: балочні (розрізні, нерозрізні, консольні), арочні, рамние і вантовие.

У покриттях будівель, мостах, транспортерних галереях і інших подібних спорудах найбільше застосування знайшли балочні розрізні системи. Вони прості у виготовленні і монтажі, не вимагають пристрою складних опорних вузлів, але вельми металлоемки. При великих прольотах (більше за 40 м) розрізні ферми виходять негабаритними і їх доводиться збирати з окремих елементів на монтажі. При числі прольотів, що перекриваються два і більш застосовують нерозрізні ферми. Вони економічніше по витраті металу і володіють більшою жорсткістю, що дозволяє зменшити їх висоту. Але як у всяких зовні статично невизначних системах, в нерозрізних фермах при осіданні опор виникають додаткові зусилля, тому їх застосування при слабих просадочних основах не рекомендується. Крім того, необхідність створення неразрезности ускладнює монтаж таких конструкцій. Консольні ферми використовують для навісів, веж, опор повітряних ліній електропередач. Рамние системи економічні по витраті стали, мають менші габарити, однак більш складні при монтажі. Їх застосування раціональне для большепролетних будівель. Застосування арочних систем, хоч і дає економію стали, приводить до збільшення об'єму приміщення і поверхні захищаючих конструкцій. Їх застосування диктується в основному архітектурними вимогами. У вантових фермах всі стержні працюють тільки на розтягнення і можуть бути виконані з гнучких елементів, наприклад стальних тросів. Розтягнення всіх елементів таких ферм досягається вибором контура поясів і гратки, а також створенням попереднього напруження. Робота тільки на розтягнення дозволяє повністю використати високі прочностние властивості стали, оскільки знімаються питання стійкості. Вантовие ферми раціональні для большепролетних перекриттів і в мостах. Проміжними між фермою і суцільною балкою є комбіновані системи, що складаються з балки, підкріпленої знизу шпренгелем або раскосами, або зверху аркою. Підкріплюючі елементи зменшують згинаючий момент в балці і підвищують жорсткість системи. Комбіновані системи прості у виготовленні (внаслідок меншого числа елементів) і раціональні у важких конструкціях, а також в конструкціях з жвавими навантаженнями. Вельми ефективне застосування комбінованих систем при посиленні конструкцій, наприклад, підкріплення балки, при недостатній її несучій здатності, шпренгелем або подкосами.

У залежності від контура поясів ферми поділяють на сегментні, полигональние, трапецеидальние, з паралельними поясами і трикутні.

Контур поясів ферм значною мірою визначає їх економічність. Теоретично найбільш економічній по витраті сталі є ферма, окреслена по епюре моментів. Для однопролетной балочної системи з рівномірно розподіленим навантаженням це буде сегментна ферма з параболічним поясом. Однак криволінійний контур пояса підвищує трудомісткість виготовлення, тому такі ферми в цей час практично не застосовують.

Більш прийнятним є полигональное контур з переломом пояса в кожному вузлі. Воно досить близько відповідає параболічному контуру епюри моментів, не вимагає виготовлення криволінійних елементів. Такі ферми іноді застосовують для перекриття великих прольотів і в мостах, т. е. в конструкціях, що поставляються на будівельний майданчик "розсипом" (з окремих елементів). Для ферм покриттів звичайних будівель, що поставляються на монтаж, як правило, у вигляді укрупнених отправочних елементів через ускладнення виготовлення ці ферми в цей час не застосовують. Ви їх можете зустріти тільки в старих спорудах, побудованих до 50-х років.

Ферми трапецеидального контура, хоч і не зовсім відповідають епюре моментів, мають конструктивні переваги, передусім за рахунок спрощення вузлів. Крім того, застосування таких ферм в покритті дозволяє влаштувати жорсткий рамний вузол, що підвищує жорсткість каркаса.

Ферми з паралельними поясами по своєму контуру далекі від епюри моментів і по витраті стали не економічні. Однак рівні довжини елементів гратки, однакова схема вузлів, найбільша повторюваність елементів і деталей і можливість їх уніфікації сприяє індустріалізації їх виготовлення. Завдяки цим перевагам ферми з паралельними поясами стали основними для покриття будівель.

Ферми трикутного контура раціональні для консольних систем, а також для балочних систем при зосередженому навантаженні в середині прольоту (подстропильние ферми). При розподіленому навантаженні трикутні ферми мають підвищену витрату металу. Крім того, вони мають ряд конструктивних недоліків. Гострий опорний вузол складений і допускає тільки шарнірне сполучення з колонами. Середні раскоси виходять надзвичайно довгими, і їх перетин доводиться підбирати по граничній гнучкості, що викликає перевитрату металу. Однак в ряді випадків їх застосування для стропильних конструкцій диктується необхідністю забезпечення великого (понад 20 %) схилу покрівлі або вимогами створення одностороннього освітлення (шедовие покриття).

Системи гратки

Вибір типу гратки залежить від схеми додатку навантажень, контура поясів і конструктивних вимог. Так, щоб уникнути згину пояса місця додатку зосереджених навантажень потрібно підкріплювати елементами гратки. Для забезпечення компактності вузлів кут між раскосами і поясом бажано мати в межах 30...50°.

Для зниження трудомісткості виготовлення ферма повинна бути по можливості простій з найменшим числом елементів і додаткових деталей.

Трикутна система гратки має найменшу сумарну довжину елементів і найменше число вузлів. Розрізнюють ферми з висхідними і низхідними опорними раскосами. Якщо опорний раскос йде від нижнього опорного вузла ферми до верхнього пояса, то його називають висхідним. При напрямі раскоса від опорного вузла верхнього пояса до нижнього - низхідним. У місцях додатку зосереджених навантажень (наприклад, в місцях опирання прогонів покрівлі) можна встановити додаткові стойки або підвіски. Ці стойки служать також для зменшення розрахункової довжини пояса. Стойки і підвіска працюють тільки на місцеве навантаження.

Недоліком трикутної гратки є наявність довгих стислих раскосов, що вимагає додаткової витрати стали для забезпечення їх стійкості.

У раскосной системі гратки всі раскоси мають зусилля одного знака, а стойки - іншого. Так, в фермах з паралельними поясами при висхідному раскосе стойки розтягнуті, а раскоси стислі; при низхідному - навпаки. Очевидно, при проектуванні ферм потрібно прагнути, щоб найбільш довгі елементи були розтягнуті, а стиснення сприймалося короткими елементами. Раскосная гратка більш металлоемка і трудомістка в порівнянні з трикутною, оскільки загальна довжина елементів гратки більше і в ній більше вузлів. Застосування раскосной гратки доцільне при малій висоті ферм і великих вузлових навантаженнях.

Шпренгельную гратку застосовують при внеузловом додатку зосереджених навантажень до верхнього пояса, а також при необхідності зменшення розрахункової довжини пояса. Вона більш трудомістка, але внаслідок виключення роботи пояса на згин і зменшення його розрахункової довжини може забезпечити зниження витрати стали.

Якщо навантаження на ферму може діяти як в одному, так і в іншому напрямі (наприклад, вітрове навантаження), то доцільне застосування хрестової гратки. Раскоси такої гратки можуть бути виконані з гнучких елементів. У цьому випадку стислі раскоси внаслідок великої гнучкості вимикаються з роботи і гратка працює як раскосная з розтягнутими раскосами і стислими стойками.

У фермах з поясами з тавров можна застосувати перехресну гратку з одиночних кутків з кріпленням раскосов безпосередньо до стінки тавра.

Ромбічна і полураскосная гратки завдяки двом системам раскосов володіють великою жорсткістю; ці системи застосовують в мостах, вежах, щоглах, зв'язках для зменшення розрахункової довжини стержнів. Вони раціональні при великій висоті ферм і роботі конструкцій на значні поперечні сили.

Можлива в одній фермі комбінація різних типів гратки.

За способом з'єднання елементів у вузлах ферми поділяють на зварні і болтовие. У конструкціях, виготовлених до 50-х років, застосовувалися також клепание з'єднання. Основними типами ферм є зварні. Болтовие з'єднання, як правило, на високоміцних болтах застосовують в монтажних вузлах.

По величині максимальних зусиль умовно розрізнюють легкі ферми з перетинами елементів з простих прокатних або гнутих профілів (при зусиллях в стержнях N < 3000кН)>< і важкі ферми з елементами складового перетину (N > 3000кН).><

Ефективність ферм може бути підвищена при створенні в них попереднього напруження.><

З всього різноманіття ферм в справжньому посібнику розглянуті тільки легкі розрізні балочні ферми, що мають найбільш широке застосування

3.4 Технологічні майданчики

3.4.1 Загальні відомості.>< Класифікація

Майданчика призначені для розміщення технологічного обладнання, організації його обслуговування, ремонту і складаються з несучих балок, настилу, сходів і обгороджування.>< В залежності від величини корисного навантаження і призначення майданчики поділяють на три групи.><

1.>< Майданчики під важке стаціонарне обладнання і жваве навантаження (робочий майданчик сталелитейних і ливарних цехів, головних корпусів ТЕЦ і т.>< п.><) з корисним навантаженням р > 20 кН/м2.)(

2.)( Ремонтні майданчики ходових коліс кранів, майданчики під транспортери, трубопроводи, вентилятори з р =4...)(20 кН/м2.)(

3.)( Посадочні майданчики на опорні (бруківки) і підвісні крани, оглядові майданчики з корисним навантаженням р = 2,0...)(4,0 кН/м2.)(

Майданчики першої групи виконують у вигляді самостійних вбудованих в будівлю споруд.)( Такі майданчики спираються на окремі колони, сітка яких звичайно кратна модулю, прийнятому в будівництві (М = 6 м або рідше за 3 м).)( По колонах встановлюють систему несучих балок (балочну клітку) і влаштовують настил.)( Геометричну незмінність такої вбудованої споруди і його жорсткість забезпечують системою вертикальних зв'язків.)(

Майданчики другої групи звичайно виконують у вигляді стального настилу з плоскої або рифленой сталі, підкріпленого знизу ребрами жорсткості з стальної смуги або кутків.)( Балки майданчиків опирають на кронштейни, які в свою чергу кріплять до стін, колон, вітрових ферм торцевих стін будівель або як балки майданчика використовують подкрановие балки, до яких кріплять рифлений стальний лист.)( Іноді балки опирають на окремі колони, аналогічно майданчикам першої групи.)(

Майданчики третьої групи частіше за все збирають з уніфікованих стальних елементів (балок, настилу, сходів).)( Балки цих майданчиків кріплять, як правило, до основних несучих конструкцій будівлі (колонам, стінам, подкрановим балкам, стропильним конструкціям) або до конструкцій технологічного обладнання.)(

Як настил застосовують листи з плоскої або рифленой сталі з підкріпленням їх ребрами жорсткості, плити із збірного залізобетону, а також залізобетонний настил, що виконується по опалубці з стального гофрованого листа (сталежелезобетонний настил).)(

Стальний настил в майданчиках першої групи застосовують, якщо можливе швидке руйнування бетону від дії високих температур і великих циклічних навантажень (сталелитейние і ливарні цехи).)(

3.4.2 Балочні) клітки

Схеми балочних кліток визначаються розташуванням обладнання і типом настилу. Вибирають їх з умови забезпечення найменших витрат металу, бетону і труда на виготовлення і монтаж, для чого схеми балочних кліток застосовують з найбільш коротким і простим шляхом передачі навантаження на колони або інші опори.

Балки настилу в плані розміщують з постійним кроком по довжині підтримуючих їх балок (головних або другорядних), крок цих балок визначається несучою здатністю і жорсткістю настилу, Необхідно мати на увазі, що при зменшенні кроку балок настилу товщина останнього і сумарна витрата матеріалів на настил до підтримуючі його балки будуть меншати до певної межі, після якого перетину балок будуть визначатися не умовами міцності, а вимогами жорсткості, і може виявитися доцільним збільшити крок балок.

Головні балки орієнтують в напрямі більшого кроку колон (подовжнього або поперечного) і проектують звичайно розрізними. Враховуючи значні прольоти головних балок, що становлять, як правило, 9...12 м і більш, їх проектують складового двотаврового перетину з розчленовуванням при необхідності на отправочние елементи. На монтажі отправочние елементи об'єднують в єдину конструкцію зварюванням або високоміцними болтами з накладками.

Балки настилу проектують двотаврового або рідше за швеллерного перетину. Необхідно мати на увазі, що в майданчиках з балочною кліткою нормального і ускладненого типів прокатні балки раціональні при прольотах до 8...9 м, навантаженнях до 10...12 кН/м2и залізобетонному настилі. Якщо відстань між головними балками більше за 9 м. те економічніше перейти на балочну клітку ускладненого типу з 2...3 допоміжними балками, які виконують двотаврового і таврового перетину або з кутків.

Балки настилу можна проектувати розрізними і нерозрізними. Остання статична схема зручніше при поверховому сполученні балок (мал. 5.15, в). У плані другорядні балки розмішаються або з постійним кроком по довжині підтримуючих їх балок при рівномірно розподіленому корисному навантаженні, або з нерегулярним кроком при установці на майданчику стаціонарного обладнання. Крок балок настилу визначається конструкцією настилу і величиною корисного навантаження.

3.4.3 Настили

У конструкціях технологічних майданчиків застосовують стальні суцільні настили з плоского або рифленого листа, залізобетонні (із збірних плит або монолітної плити) і сталежелезобетонние

Вибір матеріалу настилу і його конструктивне рішення (стаціонарний або знімний щитовой) вибирають з урахуванням технологічного призначення майданчика, характеру і величини корисного навантаження, температурно-влажностного режиму експлуатації, агресивності середи, економічного чинника.

Понад несучого настилу часто влаштовують захисний настил (асфальтова або бетонна підлога завтовшки 40...60 мм на несучому залізобетонному настилі, дерев'яний з торцевих брусків - на стальному).

Щити знімних настилів можуть мати розміри в плані до 3х12 м (для ручного відкривання щити, як правило, мають менші розміри і масу не більше за 75 кг). Щити складаються з системи другорядних і допоміжних балок, стального настилу, підкріпленого ребрами жорсткості, і укладаються на підтримуючі головні балки. Застосування подібного конструктивного рішення підвищує міру заводської готовності і знижує трудовитрати при монтажі.

Корисне навантаження на настил приймають по технологічному завданню, яка може досягати 40 кН/м2; вертикальні відносні прогиби настилу не повинні перевищувати вимог норм; їх пов'язують з прольотом настилу ln. Так, при ln≤ 1,0 м граничну відносну прогиб приймають [ƒ/l] =1/120; при ln= 3,0 м -1/150; при ln=6,0 м -1/200.

3.4.4 Сходи і перехідні майданчики

Настили технологічних майданчиків можуть розташовуватися в один або декілька ярусів в залежності від вигляду обладнання і його висоти. Для доступу обслуговуючого персоналу до технологічного обладнання влаштовуються сходи у вигляді драбинних маршів або драбин.

Драбинні марші складаються з косоуров (тятиви), опорних елементів, рівнів, обгороджування (поручнів, стойок) і встановлюються з кутом нахилу α = 45° і 60°, який залежить від частоти обслуговування обладнання і наявності вільних площ для розміщення сходів. При великій частоті використання сходів приймається кут нахилу α = 45°. Для останніх ширину маршів (відстань між поручнями обгороджування) приймають 600, 800 і 1000 мм з кроком рівнів 200 мм. Марші з кутом нахилу 60° виконують шириною 600 і 800 мм з кроком рівнів 300 мм. Проектування сходів виготовляють у відповідності з вказівками типової серії 1.459-2 "Стальні сходи, перехідні майданчики і огорожі".

Тятиву виконують з холодногнутого профілю гн [180х50х4 або прокатних швеллеров N16; 18. Розрахункову схему тятиви приймають у вигляді однопролетной похилої балки при одномаршевой сходах або многопролетной балки ламаного контура при двох- і більш маршовим прямим сходам. Косоури працюють на поперечний згин від маси металоконструкцій сходів і корисного навантаження, яке відповідно до вказівок норм приймається у вигляді вертикальної зосередженої сили Рн= 1,5 кН, розташованої на майданчику довжиною 10 см по середині прольоту косоура. Відносний прогиб маршу не повинен превишать1/150при довжині сходів 3 м и1/120при довжині 6 м. Коефіцієнт надійності по навантаженню приймають рівним 1,2.

Рівні сходів виготовляють з стального листа: гнуті з рифленой сталі t=4 мм, гнуті з просечно-витяжного листа з отгибом подступенка з непросеченной частини листа, ребристі з смуг 40х4 або арматурної сталі 16...20 мм з подступенком з прокатного кутка 1,50 х5 і з штампованих профільованих елементів швеллерного перетину. Всі типи рівнів виготовляють шириною 200 мм. Перехідні майданчики застосовують при висоті сходів h > 6 м і при пристрої поворотів драбинних маршів. Ширину майданчиків призначають рівній ширині маршу. Довжину майданчиків (проліт між опорами) приймають в залежності від корисного навантаження в межах 600...6000 мм: при довжині 600...2400 мм, кратної 300 мм, більше за 2400 мм - кратної 600 мм. Перехідні майданчики складаються з стального настилу (застосовують той же матеріал, що і для рівнів маршів), ребер жорсткості і балок майданчика. Настил приварюють до подовжніх балок.

Перехідні майданчики кріплять до стін і колон каркаса будівлі або несучих елементів технологічного обладнання кронштейнами і консольними балками.

Висоту поручнів приймають рівної 900 мм, крок стойок - 600...1000 мм. Поручні і стойки поручнів можна виконувати з спеціального гнутого стального профілю 50х40х12х2,5, з прямокутної труби 60х40х2,5, квадратної 40х40х2,5 або з равнополочних кутків 45х4, 50х5; проміжну горизонтальну розпірку виконують з кутка 25х3 або смуги 40х4.

Поручні розраховують як многопролетную балку, опорами якої служать стойки поручнів, на горизонтальне розподілене навантаження інтенсивністю рп= 0,8 кН/м, якщо ж технологічний майданчик призначений для нетривалого перебування людей (наприклад, посадочний майданчик на мостовий кран), то розрахунок поручнів ведуть на горизонтальне зосереджене навантаження інтенсивністю Рп= 0,8 кН. Стойки поручнів розраховують як консольні елементи, завантажені зосередженим горизонтальним навантаженням, рівним відсічі поручня поручнів. Граничний відносний прогиб поручнів не повинен превишать1/150их прольоти и1/120- для стойок. Коефіцієнт надійності по навантаженню при розрахунку елементів поручнів призначають рівним 1,2.

Драбини застосовують в тих випадках, коли неможливо або недоцільно ставити сходи через їх рідке використання (наприклад, підйом одного робітника один-два рази в зміну). Кут нахилу драбин приймають рівним 90°. ширину 600 мм і висоту від 2400 до 6000 мм. Драбини складаються з тятиви, рівнів і обгороджування. Тятиву виготовляють звичайно з 75х6, до пий приварюють рівні з прутка 18 мм з кроком 300 мм.

Список літератури

Стрілецький Н. С., Стрілецький Д. Н., Проектування і виготовлення економічних металевих конструкцій, М., 1964 (Матеріали до курсу металевих конструкцій, в.4);

Мельників Н. П., Металеві конструкції за рубежем, М., 1971; Будівельні норми і правила, ч. 2, розділ В, гл. 3.

В. Г. Мікульський. Г. І. Горчаков. Будівельні матеріали. АВС 2002р.