Презентация на тему Металлические конструкции и сварка

сталей
Основные этапы проектирования строительных конструкций. Нагрузки и воздействия
Основы расчёта

Модуль 1

несущих системах зданий и сооружений
Требования к несущим конструкциям, учитываемые

Блок 1

производства являются здания и сооружения.
Здания – наземные строительные объекты,

Конструктивные элементы (конструкции) зданий и сооружений

Ограждающие
отделяют помещения друг от друга и от окружающей среды
(окна, двери, перегородки и т.д.)

В курсе «Строительные конструкции» рассматриваются вопросы проектирования несущих конструкций.
Проектирование включает две составляющие – расчёт и конструирование.

Несущие
воспринимают и передают действующие на них нагрузки
(колонны, балки, фермы и т.д.)

зданий и сооружений
В зависимости от применяемых конструкционных материалов различают
Несущие

Каркасные
вертикальные элементы – колонны

Смешанные
колонны снаружи и ядро жёсткости внутри (ствольная система);
несущие стены снаружи и колонны внутри (неполный каркас).

Бескаркасные
вертикальные элементы – несущие стены

Взаимосвязанная совокупность несущих конструкций здания (сооружения) называется его несущей, или конструктивной, системой.

бетонные и железобетонные конструкции;
металлические конструкции (стальные и алюминиевые);
конструкции из дерева и пластмасс;
каменные и армокаменные конструкции.

Современные конструкции часто выполняются композиционными, то есть из двух и более материалов, что позволяет с наибольшей эффективностью использовать их свойства.

несущим конструкциям
(3) Технологические
Согласованность конструктивных решений с технологией изготовления,

(4) Эстетические
Создание благоприятного впечатления о прочности конструкции, архитектурная выразительность

(1) Технические
Восприятие и передача конструкцией действующих нагрузок при сохранении прочности, жёсткости и устойчивости с необходимой надёжностью и долговечностью
Локальные разрушения отдельных конструкций не должны приводить к прогрессирующему разрушению всего сооружения

(5) Экологические
Непричинение вреда окружающей среде, возможность вторичного использования материалов по окончании срока службы конструкции

(2) Экономические
Обеспечение наименьшей стоимости, трудо- и энергоёмкости изготовления, монтажа и эксплуатации конструкции

многом являются противоречивыми: нередко сокращение расхода материала снижает не

Обеспечение экономичности конструктивных решений

Применение рациональных конструктивных форм, концентрация материала

Унификация и типизация

Совершенствование методов расчёта

Снижение веса конструкций

металлических конструкций можно выявить в сравнении с конструкциями из

расчётного сопротивления R к удельному весу γ материала.
Чем больше

Наиболее лёгкими являются металлические конструкции; деревянные оказываются тяжелее примерно в 1,5…2 раза, железобетонные – в 4…10 раз; каменные – в 20…40 раз.

металлических конструкций невелика: при пожаре они теряют несущую способность

Повышение атмосферной и химической стойкости стальных конструкций

Устройство защитных лакокрасочных покрытий

Использование конструктивных решений с наименьшим количеством щелей и пазух, в которых могут скапливаться влага и пыль

Применение стали с повышенной коррозионной стойкостью

Огнезащита металлических конструкций

Нанесение вспучивающихся покрытий

Устройство подвесных потолков и экранов

Облицовка негорючими материалами

Во влажной среде сталь подвергается коррозии.

конструкций составляет стоимость материала.
Стоимость конструкций из различных материалов во

защиты
Низкая огнестойкость, необходимость огнезащиты
Высокая стоимость
[+]
Высокая прочность при небольшой собственной

Стальные конструкции

[-] по сравнению со стальными
Повышенная деформативность (модуль упругости в 3 раза меньше)
Более низкая огнестойкость
Более высокая стоимость

[+] по сравнению со стальными
Более лёгкие
Более высокая коррозионная стойкость (в 10…20 раз выше)
Не создают искр при ударе

Алюминиевые конструкции

стальных конструкций повышается с увеличением пролётов и высоты (этажности)

Область применения стальных конструкций

В сооружениях
Мосты, эстакады
Башни и мачты
Листовые конструкции (резервуары, газгольдеры) – благодаря непроницаемости
Конструкции подъёмно-транспортного оборудования (краны)
Специальные конструкции (радиотелескопы и др.)

В зданиях
Каркасы одноэтажных промышленных зданий (ОПЗ), в том числе из быстровозводимых лёгких металлических конструкций (ЛМК)
Каркасы многоэтажных и высотных зданий
Большепролётные покрытия общественных и специальных промышленных зданий (спортивные сооружения, рынки, выставочные павильоны, ангары)

вес
Малая индустриальность
Подверженность коррозии
Слабая огнестойкость
Высокая стоимость
Трудности при усилении
Наиболее значительную часть

Проектирование
Изготовление
Транспортировку
Монтаж
Материал

металлических конструкций в строительстве всегда определялось уровнем развития металлургии

века был освоен процесс чугунного литья. С этого момента

(19-й век)
В 1784 г. Г. Кортом (Англия) было предложено

В 1889 г. для Всемирной выставки в Париже возводится Эйфелева башня высотой 300 м

развивается металлическое мостостроение.
Разработанные в мостостроении принципы проектирования переносятся на

Балочный мост

Арочный мост

Висячий мост

– первая пространственная конструкция (сетчатая оболочка)

представлены на Всероссийской промышленной выставке (Нижний Новгород, 1896 г.)

выставке (1896 г.)

В.Г. Шухова была построена рамно-арочная конструкция дебаркадера Киевского вокзала

в Москве (1914 г.)

башня в Москве (1922 г.)
Плавучие маяки

было развёрнуто высотное строительство. Первое многоэтажное здание (8 этажей)

State Building (New York, 1931)

1237 м
«Golgen Gate»

20-го века заклёпочные соединения почти полностью заменяются сварными –

Московские «высотки» - начало 50-х годов

этажей, высота 445 м.
«Sears Tower»

г.) 101 этаж, высота 509 м.
«Sears Tower»
Petronas Twin Towers

Исаакиевского собора в Петербурге
Перекрытие Зимнего дворца в Петербурге
Покрытие ГУМа
Дебаркадер

Основные способы промышленного производства стали разработаны
Выберите правильный ответ

Во второй половине 17 века
Во второй половине 18 века
Во второй половине 19 века
В первой половине 20 века

производства стали
Оценка свойств стали
Диаграмма деформирования стали
Нормативные и расчётные сопротивления

Блок 2

прочность
Чем прочнее сталь, тем меньше её расходуется.
(А) Механические
Обрабатываемость
При изготовлении

(Б) Технологические

(В) Эксплуатационные

Достаточная пластичность
Пластическое разрушение происходит плавно, постепенно. Это исключительно важно для безопасности конструкции.

Стойкость к хрупкому разрушению
Хрупкое разрушение происходит резко, внезапно и при меньших деформациях. Очень опасно.

Свариваемость
Сварка является основным способом соединения элементов металлических конструкций.

Коррозионная стойкость
Повышает долговечность конструкций.

Отсутствие склонности к старению
Старение заключается в снижении пластичности и стойкости к хрупкому разрушению.

Все перечисленные свойства зависят от химического состава стали.

углеродом и некоторыми добавками.
Железо обеспечивает высокую пластичность, а углерод

Диаграмма состояния сплавов «железо-углерод»

сера, атмосферные газы (кислород, водород, азот).
Они ухудшают свариваемость,

Конвертер в наклонном положении в момент заливки чугуна

Мартеновская печь

ковшами в изложницы, где происходит остывание и кристаллизация металла.

Разливка стали

термическая обработка и легирование.
Основные виды термической обработки – закалка,

Изложницы

применяется никель.
Добавки-раскислители (кремний, марганец) одновременно являются и легирующими.
Ванадий и

Химический состав строительной стали

одним из видов горячей обработки металлов давлением (ОМД) и

Прокатка стали

Расслоение поперечной диафрагмы в балке

Расслоение пояса колонны в месте примыкания консоли

не более
Выберите правильный ответ
0,02%
0,22%
2,00%
12%
22%
52%
Содержание легирующих добавок в низколегированной стали

0,05%
0,5%
5%
15%
25%
55%

в изложницы
Установите соответствие
5%
8%
15%
Вредными примесями в стали являются
Выберите правильные ответы
Кремний
Марганец
Фосфор
Сера
Медь
Кислород
спокойная

Добавками-раскислителями стали являются
Выберите правильные ответы

Кремний
Марганец
Азот
Медь
Алюминий
Кислород

ответы
Кремний
Марганец
Фосфор
Хром
Молибден
Сера
Ванадий
Дайте оценку следующим суждениям:
(А) С увеличением толщины проката прочность

Верно только (А)
Верно только (Б)
Верно и (А) и (Б)
Оба суждения неверны

испытания:
- на одноосное растяжение;
- на ударную вязкость;
- на выносливость.

Свариваемость

где С, Mn, Si, Cr, Ni, Cu, V, P – массовая доля углерода, марганца, кремния, хрома, никеля, меди, ванадия и фосфора, %.
Если Сэ ≤ 0,4, то сварка стали не вызывает затруднений.

Прочность металла при статическом нагружении, а также его упругие и пластические свойства определяются испытаниями стандартных образцов на растяжение с записью диаграммы «напряжения-деформации» σ-ε.

1 – алюминиевый сплав
2 – малоуглеродистая сталь
3 – чугун
4 – низколегированная термоупрочнённая сталь

разрушаться при возникновении в нём напряжений от внешних воздействий.
Прочностные

восстанавливать свою первоначальную форму после снятия внешней нагрузки.
Упругие характеристики

Модуль упругости принимается постоянным для всех марок стали: Е = 2,06 ⋅ 105 МПа

Предел пропорциональности σр находится чуть ниже предела упругости

%
0,2 %
0

800

600

400

200

σu

σ0,2

σu

σy

Стадия упругой работы

Площадка текучести

Стадия самоупрочнения

Разрыв образца

Физический предел текучести

Временное сопротивление

Условный предел текучести

Временное сопротивление

α

tg α = E

проводятся на специальных маятниковых копрах. Под ударом молота образец

Для ужесточения условий испытаний
в образцах делают надрез, возникает концентрация напряжений;
понижают температуру среды (–40°С; –70°С);
образцы подвергают искусственному старению (создают остаточное удлинение 10% и нагревают в печи до 250 °С).

Образец с U-образным надрезом (образец Менаже)

Образец с V-образным надрезом (образец Шарпи)

Образец с трещиной

Схема испытаний

материала внезапно разрушаться без остаточных деформаций.
Ударная вязкость является комплексным

1 – сталь С235
2 – сталь С255
3 – сталь С375

1

2

3

Зависимость ударной вязкости от температуры

KCU, Дж/см2

100

80

60

40

30

20

порог хладноломкости

К хрупкому разрушению при пониженной температуре наиболее склонны кипящие стали.

t, °С

материала, находится под влиянием большого числа факторов и не

1

2

10 200 220 240 260 280 300 320 340 360

20

15

10

5

0

По результатам испытаний строят гистограмму (1), которую затем аппроксимируют одной из теоретических кривых плотности распределения (2).
Для прочностных характеристик материала наиболее подходящей является кривая Гаусса (нормальный закон распределения).

характеристика (например, предел текучести σу);
R – математическое ожидание (среднее

γ – показатель надёжности, гарантирующий заданную обеспеченность (табличное значение);
V – коэффициент вариации; характеризует качество технологии.

Нормативное сопротивление материала Rn – это значение его прочностной характеристики, принятое с обеспеченностью р = 0,95 на основании статистической обработки результатов стандартных испытаний образцов.

означает, что из 100 образцов 95 будут иметь прочность

γm – коэффициент надёжности по материалу (γm > 1); учитывает
неблагоприятные отклонения сопротивления материала от его нормативного значения вследствие неоднородности свойств;
установленные допуски на размеры сечений проката.

1

2

Качество технологии (1) выше.

V1 < V2

сопротивления проката, МПа

(с округлением до 5 МПа).
С 245
Сталь строительная
Сталь повышенной коррозионной

С 345Д

Вариант хим. состава

С 345К

ГОСТ 27772-88 «Прокат для строительных конструкций. Общие технические условия»

механическим свойствам
Б – по химическому составу
В – по механическим

Сталь «3»

Степень раскисления
сп – спокойная
пс – полуспокойная
кп – кипящая

Категория стали (1…6), указывает вид испытаний на ударную вязкость

09Г2С

содержание углерода 0,09%

марганец до 2%

кремний до 1%

ГОСТ 380-88 «Сталь углеродистая обыкновенного качества»

ГОСТ 19281-73 «Сталь низколегированная сортовая и фасонная»

Вст3Гпс5

Сталь с повышенным содержанием марганца

Стали, поставляемые по разным стандартам, взаимозаменяемы

работы стальные конструкции разделяются на 4 группы, для которых

Можно ли в одной конструкции применять разные марки стали. Да, это экономически целесообразно. Для более нагруженных элементов применяется более прочная сталь.

* При отсутствии сварных соединений группа понижается на одну ступень.

50* СНиП II-23-81*

указанием формы сечения, геометрических характеристик и массы единицы длины.
Фасонные
Прокатные
Стальные

Гнутые

Сварные

Листовые

Круглые и прямоугольные трубы

Стальной профилированный настил (профнастил) толщ. 0,6…1,0 мм /¯\_/¯\_/¯\_/¯\_/¯\

Уголки, швеллеры

- Сталь толстолистовая (толщ. 4…160 мм)
- Сталь тонколистовая (толщ. 0,5…4 мм)
- Сталь универсальная (толщ. 6…60 мм)

I Двутавры (обыкновенные, балочные, широкополочные, колонные)
[ Швеллеры
L Уголки (равнополочные, неравнополочные)

сталь
1
2
3
4
Установите соответствие

ответ
0,05
0,9973
0,95
1,64
3,00
Расчётное сопротивление стали получают
Выберите правильный ответ
Умножением нормативного сопротивления на

что из 100 образцов 95 будут иметь прочность
Выберите правильный

не выше нормативного значения
не ниже нормативного значения
равную нормативному значению
не выше расчётного значения
не ниже расчётного значения

Коэффициент надёжности по материалу учитывает
Выберите правильные ответы

Возможное неблагоприятное отклонение нагрузки от нормативной
Возможное благоприятное отклонение нагрузки от нормативной
Возможное отклонение сопротивления стали от нормативного в меньшую сторону
Возможное отклонение сопротивления стали от нормативного в большую сторону
Установленные допуски на размеры сечений
Работу стали на динамические нагрузки
Нормативное сопротивление стали

«345» означает
Выберите правильный ответ
Временное сопротивление стали по пределу текучести
Нормативное

Двутавровая сталь
Фасонная сталь
Коррозионно-стойкая сталь с добавкой меди
Сталь, хорошо воспринимающая динамические нагрузки
Сталь высокой прочности
Кипящая сталь

В обозначении марки стали С345Д буква «Д» означает
Выберите правильный ответ

текучести
Расчётное сопротивление стали по временному сопротивлению
Нормативное сопротивление стали по

Для фасонок ферм нельзя применять сталь марки (при t до -40°С)
Выберите правильные ответы

С235
С345
С245
С345К
С255
С275

С245
С375
С390
С345
С235

Для балок перекрытий и покрытий можно применять сталь марки (при t до -40°С)
Выберите правильные ответы

ВОЗДЕЙСТВИЯ
Основные этапы проектирования. Конструктивная и расчётная схемы
Нормативная база проектирования
Нагрузки

Блок 3

схемы
Этапы
Конструктивная схема (КС)
отражает действительные размеры элементов и фактические условия

(1) Компоновка конструктивной схемы

Расчётная схема (РС)
является упрощённой (условной, идеализированной) и с необходимой степенью точности отражает работу элемента под действием нагрузок

(2) Формирование расчётной схемы

(3) Сбор нагрузок

(4) Статический расчёт
Определение внутренних усилий (M, Q, N) методами статики (строительной механики)

(5) Конструктивный расчёт
Подбор и проверка сечений

(6) Расчёт и конструирование узлов

(7) Выполнение рабочих чертежей

КС

РС

принят 27 декабря 2002 г., с изм. от 06.04.2007

Нормативные документы

СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия.
СНиП II-23-81*. Стальные конструкции.
СП 53-102-04. Общие правила проектирования стальных конструкций.
МГСН 4.19-05. Многофункциональные высотные здания и комплексы.

Международные

Обязательные для исполнения нормативные документы содержат только общие (как правило, словесные) требования.
Детальные указания по расчёту и конструированию являются рекомендуемыми.
Проектировщик сам выбирает применяемые расчётные модели и несёт полную ответственность за полученные результаты.

Государственные (национальные)

Региональные

ГОСТ, Технические регламенты,
СНиП, СП (Своды Правил)

МГСН – Московские городские строительные нормы

Eurocode-1; Eurocode-2

Корпоративные

действия
Постоянные
Действуют в течение всего срока службы сооружения
Длительные
(2) По направлению
(3)

(4) По вероятности реализации

Временные
Действуют в течение определённого времени

Кратковременные

Горизонтальные

Равномерно распределённые

Сосредоточенные (кН)

по площади (кН/м2)
поверхностные

по длине (кН/м)
линейные, погонные

Нормативные (эксплуатационные)

Расчётные (предельные)

Воздействия

Силовые (нагрузки)

Несиловые
Средовые (температурное, влажностное, коррозионно-агрессивное и др.);
Кинематические (смещение опор и др.)

Особые

людей и оборудования с полным значением;
Снеговая нагрузка с полным

Особые
Сейсмические воздействия;
Взрывные воздействия;
Нагрузки, вызванные резким нарушением технологического процесса;
Запроектные воздействия.

Длительные
Вес стационарного оборудования;
Давление газов, жидкостей и сыпучих тел;
Вес складируемых материалов;
Нагрузки от людей и оборудования с пониженным значением;
Снеговая нагрузка с пониженным значением.

Постоянные
Вес несущих и ограждающих конструкций;
Вес и давление грунтов;
Усилия от предварительного напряжения.

СНиП 2.01.07-85* (п. 1.4 … 1.9)

– это наибольшая величина нагрузки, позволяющая нормально эксплуатировать здание

γf – коэффициент надёжности по нагрузке (обычно γf > 1); учитывает возможные неблагоприятные отклонения нагрузки от нормативного значения (обычно в сторону увеличения) вследствие её статистической изменчивости.
Наибольшей изменчивостью обладают атмосферные нагрузки (снеговая, ветровая), для них γf = 1,4.

СНиП 2.01.07-85*

и при расчёте необходимо выявить их наиболее неблагоприятное сочетание.
При

Для некоторых многоэтажных зданий (например, жилых) учитывается маловероятность одновременного действия максимальных значений временных равномерно распределённых нагрузок
на всей грузовой площади перекрытия: при расчёте элементов перекрытий временную нагрузку умножают на понижающий коэффициент ψА;
на всех этажах: при расчёте колонн, стен и фундаментов временную нагрузку умножают на понижающий коэффициент ψn.
Указания по определению ψА и ψn приводятся в п.3.8-3.9 СНиП 2.01.07-85*.

по проектным данным;
для полезных нагрузок – по наибольшим значениям,

Сбор нагрузки на перекрытие жилого здания

целевое назначение сооружений.
*по МГСН 4.19-05
Полезные нагрузки
(по табл. 3

длительная нагрузка

кратковременная нагрузка

длительная нагрузка

кратковременная нагрузка

:
где
sg – расчётное значение веса снегового покрова; определяется в

Москва

табл. 4* СНиП 2.01.07-85*

μ

μ

1,25μ

0,75μ

α

учитывается при 20° ≤ α ≤ 30°

Вар. 1

Вар. 2

b = 2h

при h > sg /2

h – в м; sg – в кПа

μ

Учёт снеговых мешков

нормативная снеговая нагрузка:
для г. Москвы sn = 100

Длительной является снеговая нагрузка с пониженным расчётным значением, определяемым умножением полного значения на коэффициент 0,5.

длительная

кратковременная

Распределение снеговой нагрузки по месяцам

двух составляющих:
средней (статической);
пульсационной (динамической) – не учитывается, если высота

Наветренная сторона, активное давление ветра (са = 0,8)

Подветренная сторона, пассивное давление ветра (ср = 0,6)

ветер

сооружение

10 м

Расчётная воздействия статической составляющей ветровой нагрузки

статическая составляющая

динамическая составляющая

время

– нормативное значение ветрового давления; определяется в зависимости от

Москва

(по табл. 6 СНиП 2.01.07-85*)

Тип А – открытые побережья морей, озёр; пустыни, степи, лесостепи, тундра;
Тип В – городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м;
Тип С – городские районы с застройкой зданиями высотой более 25 м.

(по табл. 5 СНиП 2.01.07-85*)

состояния металлических конструкций
Обобщённое условие расчёта
Учёт условий работы конструкций и

Блок 4

для конструкций, непосредственно испытывающих воздействие многократно-повторных нагрузок (мосты, подкрановые

С 1955 г. расчёт всех строительных конструкций в нашей стране проводится по методу предельных состояний.
Предельное состояние конструкции – это её состояние, при котором она перестаёт отвечать предъявляемым к ней требованиям безопасности или эксплуатационной пригодности.
Нормы проектирования предусматривают две группы предельных состояний.

Несущая способность конструкции
в качественном отношении – это способность конструкции воспринимать действующую нагрузку.
в количественном отношении – это максимальная величина нагрузки, которую может выдержать конструкция.

Нормальная эксплуатация – это эксплуатация, осуществляемая в соответствии с предусмотренными технологическими или бытовыми условиями.

в конструкции N от внешних нагрузок не должны превышать

р(F)
р(Ф)

Усилия от внешних нагрузок (F)

Несущая способность конструкции (Ф)

Резерв (запас) прочности

нормативное усилие

расчётное усилие

расчётная несущая способность

нормативная несущая способность

плотность распределения

Fn

Фn

Ф

F

Расчётная нагрузка больше, чем нормативная.
Расчётное сопротивление меньше, чем нормативное.

г. использовались методы расчёта

по допускаемым напряжениям:

по разрушающим усилиям:
нормативная нагрузка
коэффициент

коэффициент сочетаний

коэффициент надёжности по назначению

геометрия сечения

нормативное сопротивление

коэффициент надёжности по материалу

коэффициент условий работы

расчётная нагрузка

расчётное сопротивление

k – коэффициент запаса (k ≈ 1,5).
В методе предельных состояний единый коэффициент запаса был разделён на несколько коэффициентов:

ответственности зданий и сооружений, характеризуемой экономическими, социальными и экологическими

По прил. 7* СНиП 2.01.07-85*

Для учёта условий работы конструкций, не отражённых непосредственно в расчётах, расчётные сопротивления материалов умножают на коэффициент(ы) условий работы γс.

По табл. 6* СНиП II-23-81*

2.01.07-85* исходя из конкретных эксплуатационных требований:
Технологических (обеспечение условий

Обобщённое условие расчёта по второму предельному состоянию

прогиб от нормативных нагрузок

жёсткость

предельно допустимый прогиб

Прогибы (или перемещения) конструкции f от нормативных нагрузок не должны превышать предельно допустимых значений fu:

Предельные прогибы балок
(по эстетико-психологичеким требованиям)

нормальные напряжения; кН/см2;
N – расчётное продольное усилие, кН;
An –

N

N

напряжения в произвольном сечении z:
l
q
z
Условие прочности по приведённым напряжениям

При τ = 0 (сечение с Mmax) :

При σ = 0 (сечение с Qmax) :

x

x

Wxn – момент сопротивления сечения нетто, см3;
Sx – статический момент полусечения, см3;
Jxn – момент инерции сечения нетто, см4;
tw – толщина стенки, см;
Rs – расчётное сопротивление стали срезу, кН/см2; Rs = 0,58 Ry

при изгибе
a
a
a
a
l
q
lpl
Mel = WxRyγc
Mpl = cWxRyγc
Ry
Ry
Ry
Ry
σ < Ry
σ

Зона ограниченного развития пластических деформаций

Эпюры нормальных напряжений

с – коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций (по табл. 66 СНиП); при отношении Af/Aw = 0,5 значение с = 1,12.

коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций

Af

Af

Aw

При расчёте на прочность разрезных балок из стали с пределом текучести до 530 МПа, несущих статическую нагрузку, допускается учитывать ограниченное развитие пластических деформаций (п. 5.18* СНиП II-23-81*):

расчётное поперечное усилие, кН;
ht – площадь среза, см2.
Q
t
Q
h
Площадь среза

P

Смятие торцевой поверхности

t

P

b

Площадь смятия

Срез

Условие прочности:

Условие прочности:

Срез

Смятие

балок и колонн возникают в местах приложения значительных сосредоточенных

рельс

колесо крана

σloc – местные напряжения
(local = местный)

ширина опорной пластинки;
tf – толщина верхнего пояса (в сварной

Условие расчёта:

b

F – расчётное усилие, кН;
t – толщина стенки, см;
lef – условная длина распределения местных напряжений, см:

45°

lef

tf

tf

tf

tw

tw

A

A

A-A

A-A

сварная балка

прокатная балка

поперечное ребро жёсткости

площадка смятия

опорная планка

Способы снижения местных напряжений:
Установка поперечных рёбер жёсткости;
Увеличение ширины опорной планки;
Увеличение толщины стенки [-].

СНиП II-23-81*)
Поперечные рёбра жёсткости воспринимают сосредоточенные усилия и равномерно

40

60

hw

bh

th

ширина парного ребра

ширина одностороннего ребра

толщина ребра

Скос ребра жёсткости для пропуска поясных швов

всей конструкции под действием сжимающей нагрузки.
Расчёт на общую устойчивость

Условие

N – расчётное продольное усилие, кН;
ϕ – коэффициент продольного изгиба; определяется по табл. 72* СНиП II-23-81* (или по графику ?) в зависимости от максимальной гибкости стержня λ:

N

lef

N

x

x

y

y

lef – расчётная длина стержня, см;
i – радиус инерции сечения, см.

Потеря устойчивости происходит относительно оси с наибольшей гибкостью, при этом стержень искривляется в направлении, перпендикулярном этой оси.

условная гибкость

констр. сх.

расч. сх.

эквивалентная из условия устойчивости длина шарнирно опёртого стержня той

lef

H

N

констр. сх.

расч. сх.

x

x

y

y

lef = μ · H

μ - коэффициент расчётной длины.

формы всей конструкции называется потерей местной устойчивости.
Обеспечение местной устойчивости
N
стенка

пояс (полка)

Балка

Колонна

Местная устойчивость стенки и полок фасонного проката (двутавр, швеллер и пр.) не требует проверки, так как она учтена при разработке сортамента.

устойчивости полки:
bef – ширина свеса полки, см;
tf – толщина

hw

tw

tf

bef

Общий вид условия обеспечения местной устойчивости стенки:

hw – высота стенки, см;
tw – толщина стенки, см;
λuw – предельная условная гибкость стенки по СНиП II-23-81*.

Способы обеспечения местной устойчивости полки:
1) Уменьшение bef
2) Увеличение tf

Способы обеспечения местной устойчивости стенки:
1) Установка поперечных и продольных рёбер жёсткости
2) [-] увеличение tw

швов и соединений
Стыковые сварные швы. Конструктивные требования и расчёт
Угловые

Блок 5

между электродом и свариваемыми деталями.
Дуга создаёт температуру более 1500°С,

Назначение обмазки электрода
При плавлении электрода обмазка создаёт шлаки и газы, защищающие шов от окисления и быстрого охлаждения, улучшающие механические свойства шва и стабилизирующие горение дуги.

свариваемые элементы

зажим

источник тока

эл. дуга

шов

обмазка

электрод

держатель

монтажных швов.
Автоматическая
Наиболее качественная;
Осуществляется сварочной проволокой без обмазки, защита шва

Полуавтоматическая
Подача сварочной проволоки осуществляется автоматически, а перемещение аппарата вдоль шва – вручную;
Применяется при малой длине шва, а также в местах, недоступных для автоматического сварочного аппарата.

встык и сваривают
Условные обозначения
Выполняются на заводе-изготовителе
Угловые швы
Стыковые швы
Заводские швы
Монтажные

Шов наплавляется в угол, образуемый свариваемыми элементами

Выполняются на строительной площадке

швы расположены перпендикулярно действующему усилию
Стыковое

Угловое

Тавровое

Нахлёсточное

что разрушение шва может произойти по одному из двух

kf - катет шва;
βf, βz – коэффициенты глубины проплавления шва;
при ручной сварке βf = 0,7; βz = 1,0 (табл. 34* СНиП II-23-81*).

– по металлу границы сплавления:
n – число швов;
Rwf ,

основного металла
Нормативное сопротивление 375 МПа (38 кг/мм2)
Фрагмент табл. 55*

Нормативное сопротивление 490 МПа (50 кг/мм2)

одинаковой несущей способностью более экономичным является шов с меньшим

Минимальная расчётная длина шва:
lw ≤ 4kf ; lw ≥ 40 мм

Максимальная расчётная длина фланговых швов:
lw ≤ 85βf kf
(так как усилия по длине фланговых швов распределены неравномерно)

Минимальный катет шва
определяется по табл. 38* СНиП

Минимальный катет шва kf,min
определяется по табл. 38* СНиП в зависимости от наибольшей толщины соединяемых элементов tmax

Максимальный катет шва:
kf,max = 1,2 tmin ,
tmin – наименьшая из толщин соединяемых элементов

kf

kf

tmin

kf

kf

tmin

kf ≤ 1,2 tmin

kf ≤ tmin

требованиями СНиП, то стыковые швы принимаются:
- при сжатии –

Расчёт стыковых швов

Условие расчёта:

lw – расчётная длина шва; при выводе концов шва на технологические планки lw = b, иначе lw = b – 2t .
Швы можно не рассчитывать, если
- осуществляется контроль их качества физическими методами (например, ультразвуковым) – для заводских швов;
- шов выполняется с уклоном не менее 2:1, что увеличивает его расчётную длину – для монтажных швов.

N

N

N

N

t

b

N

N

2

1

b/2

b

швов)
Вывод концов шва на технологические планки
(для заводских швов)
Обработка кромок

почему невозможно изготовить сварной профиль таврового сечения)
Поперечная усадка угловых

Поперечная усадка стыковых швов

не рекомендуется
(в сжатых стыках это возможно)
Дефекты из-за необработанной кромки

Дефекты стыковых швов

Обработка кромок

болтов
Классы прочности болтов
Расчёт болтовых соединений на срез и смятие
Расчёт

Блок 6

шайбой;
Фундаментные (анкерные) болты;
Самонарезающие болты.
Болтовые соединения, в отличие от сварных,

болты в монтажных соединениях
Высокопрочные болты
Условные обозначения

диаметра болтов различают три класса точности (А, B, C):

в

В зависимости от требований к точности диаметра отверстий различают «чистые» и «чёрные» болты:

5.8 и 5.6 диаметром 16, 20, 24 мм.
первое число,

5.8

В зависимости от прочностных характеристик болты делят на классы прочности:

(классы прочности записываются через точку)

болтовых соединений:
 Срезные соединения - воспринимают внешние усилия вследствие сопротивления

отверстия
Срез болта
Двухсрезное соединение
Односрезное соединение

воспринимаемое одним болтом при его работе на срез:
Расчётное усилие,

Rbs – расчётное сопротивление болта срезу (по табл. 58* СНиП);
γb – коэффициент условий работы болтового соединения (по табл. 35* СНиП); неравномерность работы многоболтового соединения учитывается коэффициентом γb = 0,9;
Ab – площадь сечения болта (по табл. 62* СНиП);
ns – расчётное число срезов болта.

Rbp – расчётное сопротивление смятию соединяемых элементов (по табл. 59* СНиП);
db – диаметр болта;
Σtmin – наименьшая суммарная толщина элементов, сминаемых в одном направлении.

Необходимое число болтов в соединении :

где

болтом при его работе на растяжение:
Rbt – расчётное сопротивление

Фланец

одной поверхностью трения соединяемых элементов:
Rbh – расчётное сопротивление высокопрочного

Необходимое число болтов в соединении :

Контролируемое усилие натяжения болта :

nf – количество поверхностей трения соединяемых элементов.

отверстий болтов назначаются из условия прочности материала соединяемых элементов.
Максимальные

tmin

s2

s2

s1

tmin

db

s1 ≥ 2,5 db
s1 ≤ 8 db
s1 ≤ 12 tmin

s2 ≥ 2 db
s2 ≤ 4 db
s2 ≤ 8 tmin

Размещение болтов осуществляется в соответствии с конструктивными требованиями (табл. 39 СНиП).