Текст
Д. А 80СИПЬСD
МЕТ ДЛЛИЧЕСКИЕ
КОНСТРУКЦИИ
66К 38.54
В 19
ДK 624.014(075.3)
Рецензент: В. М. Краснов (Всесоюзное объединение Союзсталь-
конструкция) .
Васильев А А.
В 19 Металлические конструкции: Учеб. пособие для
техникумов. З-е изд., перераб. и доп. М.: Строй-
издат, 1979. 472 с., ил.
Из. атаются основы конструирования и расчета металлическнх кон-
струкций. применяемых в промышленном и тражданском строительст-
ве. Рассматриваются работа металла под натрузкой, компоновка. и рас-
чет сечений элементов конструкци!!. узлов и деталей. Приводят<:я при-
меры конструирования и paNeTa, а также справочные материалы.
Книта предназначена в качестве учебllOТО пособия для учащихся
техникумов. спеииализирующихся по металлическнм конструкциям.
ББК 38.54
6С4.05
30205 431
8
047(01) 79
97 79.
3202000000
@ Стройиздат, 1975
@ Стройиздат, 1979, с изменениями
J
\'
r
, \
t
\
\
I ,у
t
I
1..
I
I
I
f
I
IJ
Предисповие к третьему ИЗДilниlO
Книrа содержит основы проектирован я. конструи
рования и расчета строительных металличеСКИJ< конст.
рукций. Основные разделы иллюстрированы примерами
расчета и конструирования, в приложении даны необхо
димые справочные материалы.
При переиздании книrи учтены последние норматив
ные и инструктивные материалы по металлическим кон-
струкциям: [ОСТ, СНиП, СН, утвержденные типовые
конструкции, а также достижения в ?бласти проектиро-
вания, изrотовления и монтажа конструкций. В KHIIry
не вошли изменения и дополнения к СНиП II.В.З 72.
введенные после 1 января 1979 r. и касающиеся расчета
сварных сооружений.
В книrе примснена внедряемая в нашей стране Меж
дународная система физических величин си. Для удоб-
ства расчетов выражение силы принято в килоньютонах
(кН), а напряжений в килоньютонах па квадратный
сантиметр (кН/см 2 ).
Учитывая изложенное, для перехода от одних единиц
к друrим полезно запомнить следующие основные соот-
ношения'
1 кН 100 Krc==O,1 ТС;
1 KНfcM2 100 KrC/ M2==1 KrC/ M2 10 МПа.
В отдельных случаях при использовании нормативных
даННЫJ< (давление колес стандартных кранов, величин
нормативных наrрузок по действующим СНиП) ПРИМQ-
няются наименования как новых, так и старых единиц.
Краткие сведения о Международной системе физиче-
ских величин си приведены в приложении V.
t*
3
r пава I
ВВЕДЕНИЕ
Недостатками металлических конструкций являются:
1) подверженность стальных конструкций воздейст-
вию коррозии, что требует специальных мероприятий по
защите;
2) малая оrнестойкость. При температурах свыше
4000 С для сталей и свыше 2000 С для алюминиевых спла
вов начинается ползучесть материала (существенное раз
витие пласТИческих деформаций при постоянной на-
rрузке) .
t. ОСНОВНЫЕ ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ
МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ
Основные достоинства металлических конструкций:
1) высокая несущая способность. Металлические
конструкции MorYT воспринимать значительные усилия
при относительно небольших сечениях вследствие боль-
шой прочности металла;
2) высокая надежность, Блаrодаря однородности
структуры металла и ero упруrим свойствам металличе-
ские конструкции можно рассчитывать наиболее точно.
что позволяеТ обеспечить надежность работы проекти-
pyeMoro сооружения;
3) леrкость и транспортабельность по сравнению L
конструкциями из железобетона, камня и дерева. Bыco
кие механические качества металла позволяют допустиТl
в нем высокие напряжения, и по сравнению с сечениями
из друrих материалов сечения металлических KOHCTPYK
ций получаются более леrкими при одних и тех же уси-
лиях. Показателем конструкционных качеств материаJlа
может быть отношение ero уде.1ьноrо веса к расчетному
сопротивлению c===vlR (размерность 11м). Этот показа-
тель имеет наименьшее значение для алюминиевых
сплавов с=== 1,1.10 4 11м, для стали c===3,7.10 4 11м, в
то время как для дерева с===4,5. 10 4 11м, а для бетона
c===24.10 4 11м;
4) сплотность материала и соединении, позволяюща
осуществлять водонепроницаемые и rазопепроницаемые
конструкции;
5) индустриальность, достиrаемая изrотовлением
конструкций на специализированных заводах и высоко-
механизированным их монтажом на MecTt' возведения
сооружения.
Кроме Toro, металлические конструкции удобны в
эксплуатации, так как леrко vюrут быть усилены при
увеличении наrрузок. наиболее полно используются при
реконструкциях, леrко ремонтируются
4
2. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИй
В СОВРЕМЕННОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ
В 1977 r. в нашей стране было выплавлено 144 млн. т
стали, из них на строительные металлические конструк-
ции использовано около 7 млн. т. В строительстве при-
меняются преимущественно конструкции из обычной yr
леродистой стали, из низколеrированных сталей повы-
шенной прочности и из алюминиевых сплавов.
Наиболее широко применяются металлические кон-
струкции для:
1) производственных зданий. Современные производ-
ственные здания часто оборудуются очень тяжелыми мос-
товыми кранами, имеют большие пролеты, высоты и яв
ляются сложными инженерными сооружениями (рис.
1.1) _ В настоящее время на несущие элементы каркаса
промышленных зданий (колонны, фермы, 'подкрановые
балки) расходуется свыше 50% строительных металло-
конструкций;
2) листовых конструкций, представляющих собой
различные емкости, оболочки, кожухи, трубопроводы.
Металл в таких конструкциях является одним из эф-
фективнейших материалов, raK как удовлетворяет Tpe
бованию rерметизации, предъявляемому к этим coopy
жениям. Листовые конструкции весьма металлоемки, и
на них расходуется около 20% строительных металло-
конструкций.
Листовые конструкции IIрименяются в pe.iepByapax
для хранения жидкостей, в rазrольдерах для хранения
и распределения rазов, в бункерах для хранения и пере-
rрузки сыпучих материалов, в конструкциях доменных
цехов (рис. 1.2) кожухи печей, воздухонаrреватели,
пылеуловители и друrие сооружения; в конструкциях
предприятий ХИМИ'lеской и нефтяной промышленности
5
Конструкции из алюминиевых сплавов вследствие де-
фИЦИТНОСТИ алюминИя применяются еще мало. Стои-
""-'.*.' мость 1 т rOToBblX КОН-
i струкций из алюминие-
вы 5 х С в плавов примерно
f в раз выше стои-
t мости конструкций из
;, стали. Однако леr
-,;,
l' кость, прочность и кор-
t
! роз ионная стойкость
сплавов позволяет эф-
фективно использо-
вать их. Из алю"шние
ВЫХ сплавов изrотов
ляют кровельные и or-
раждающие панели
зданий, витращи остек-
ления, листовые KOH
струкции и трубопро
воды для аrрессивных
жидкостей, больше-
пролетные перекры-
тия и подвиж ые кон-
струкции, для которых
большое значение име
ет снижение собствен-
Horo веса, а также КОН-
струкции, возводимые
в труднодоступных
районах.
J. кРАТКИМ ИСТОРИЧЕ
СКИЙ 06ЗОР РАЗВИТИЯ
МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТ-
РУкЦИЙ
!
. .." .
/"'; i'i."'"
. .
:0:-.:
. .,, ; : /
" J
"
'.
1-
IJ
<
..........
.".-:
,
." .:... -:,.:,.
....'j;:?,:..;,:
,< 1«1.
"t.. .
'.' i'
.:...
.
... '::": .......w-:,;-:"':': " .--"
i
' ,"..,
',tf..)
.. -,.'
{f'
"1
С.
Й
:Й
'"
:i-h';
ь";
N'
:\ .
у' .
?. ..
.:... .
j"
8
Рис. 1.4. Монтаж телевизионной баш
ни в Тбилиси высотоЙ 277,5 м
I
]
с.
Железо, являющееся ба-
зоЙ для изrотовления метал-
лических конструкций, про-
изводилось В России до
ХУН в. в небольших коли.
чествах кустарным спосо-
бом В 1698 r. указом Пет-
ра 1 был основан первый ro
сударственный металлурrи-
ческий завод в Невьянске,
положивший начало про-
мышленной металлурrии.
I
\
i 1
]
К началу первой мировой войны в России выплавлялось 4,2 млн. т
стали в roд. За rоды Советской власти производство стали интен-
сивно возрастало и в 1977 r. достиrло 144 млн. т.
Первые железные элементы для стронтельных конструкций в ви-
де скреп-затяжек для восприятия распора каменных сводов начали
применяться в XII XIV вв. (Успенскнй собор во Владимире,
ХН в.).
В ХУН в. появляются первые несущие железные конструкции в
виде каркасов куполов (колокольня Ивана Великоro в Москве,
1600 r.) и железных стропил (перекрытие Арханrельскоrо собора в
Москве, наслонные стропила Кремлевскоro дворца, перекрытне над
трапезной Тронце-Серrневскоrо монастыря в Заroрске).
В XVIH в. был освоен процесс литья чуrуна для строительных
целей и стали внедряться чуrунные несущие конструкции. Первый
чуrунный мост в России был построеи В 1784 r. в парке UapcKoro
Села по,ll. Петербурrом, через 5 лет после сооружения первоrо в ми-
ре чуrунноrо моста через р. Северн в Анrлии.
В XIX в. мостовые конструкции становятся ведущими среди дру-
rих металлических конструкпий. Развитие мостостроения в России
связано с нменами знаменитых ннженеров и ученых, создавших Me
таллические мосты ориrинальной конструкции, значнтельно развив-
ших теорию их расчета и оказавших большое влиянне на дальней-
шее развитне металлическнх конструкций.
Инж. С. В. Кербедз (181O 1899 rr.) построил первый в России
железный мост через р. Луrу с пролетными строениями из сквозных
ферм, мост через р. Неман со СПЛОШflЫМИ КJlепаными балками высо-
той 7 м, арочный железный мост в Москве.
Инж. д- И. Журавский (1821 1891 rr.) возrлавлял отдел про
ектировання мостов Петербурrо Московской железной дороrи, раз-
работал теорию расчета раскосных ферм н теорию скалывающих
напряженпй при изrибе.
Проф. Ф. С. Ясинский (1856 1899 rr.) внес большой вклад в
развитие ннжеliерных методов расчета на устойчивость металличе
ских стержней, что в большой степени расширило дальнейшее при-
менение металлических конструкций.
Проф. Н. А. Белелюбский (1845 1922 rr.) создал метрическнй
сортамеит стали, развил работы по испытанию строительных сталей,
составил первый курс стронтельной механики, улучшил конструктив-
ную форму мостовых ферм, примеиив в них раСКОСJlУЮ решетку. По
ero проектам построеl10 MHOro мостов, наиболее крупными из кото-
рых являются Сызранский мост через Волrу, состоящий нз 13 про-
летов длиной по 107 м, и мосты Сибирской маrнстрали.
Проф. Л. д. Проскуряков (1858 1926 rr.) ввел совремепную
треуrольную решетку ферм, развил теорию о наивыrоднейшей кон-
фиrурации поясов.
В начале XIX в. в металлических конструкциях иачинает при
меняться сварочное железо, а после появления KOHBepTopHoro и мар-
TeHoBcKoro производства строительные стали.
В 40-х rr. прошлоro века появился прокат в внде фасонноro
железа, двутавровых балок н листа, и постепенно металлические
конструкции начинают приобретать современные формы. Для соедн-
пения элементов прнменяются заклепки.
В фабрично-заводском строительстве XIX в. металлические кон-
струкцин широко применяются для покрытий. В конце прошлоrо
столетия появились мостовые краны, которые повлияли на KOHCTPYK
тивную форму производственных зданий.
9
Первая мировая и rражданская войны приостановйли развитие
металлических конструкций. В апреле 1929 r. XVI партийной конфе-
ренцней был принят первый пятилетний план развития иародноro
хозяйства, которым намечались невиданные масштабы строительства.
Крупное строительство с применением различных металлических
конструкций велось во все увеличиваюшихся объемах до начала
Отечественной войны 1941 1945 Tr За это время сформировались
основные принципы советской школы металлостроителей: создание
экономичных по расходу стали конструктивных решений при OДHO
временном снижении трудоемкости изrотовления конструкций, а так-
же упрощении и ускорении их монтажа.
В начале 30 x Tr для соеДИ!lений металлических конструкциЙ
начала применяться сварка, которая к 40-м тодам получила широкое
распространение. Сварка резко продвинула развитие металлических
конструкций: конструкции стали летче, снизилась трудоемкость из-
rотовления, упростились соединения и конструктивная форма.
Большую роль металлические конструкцин сыrрали в Великую
Отечественную войну, коrда требовалось в кратчайший срок возво
дить сооружения в отдаленных районах при остроЙ нехватке -рабо.
'Iей силы. Достоннства металлических конструкций проявились и в
восстановительный период: выведенные из строя металлические кон
струкции ремонтировались наиболее леrко и с наименьшими затра
тами; требовалось только 15 20% HOBoro металла от массы вос-
станавливаемых конструкций.
В послевоенный период металлические конструкции получают
дальнейшее развитие. В промышленных зданиях утверждается уни-
фицированный шаr несущих конструкций, разрабатываются типовые
проекты отдельных элементов конструкций и целых сооружений. Раз.
вивается теорня металлических конструкций в области их расчета,
оптимальноrо конструирования, особенностей действительной работы
Большой вклад в развитие этой теории внесли советские ученые и
инженеры: почетный академик В. r. Шухов -(1853 1939 rT.), соз-
давший ряд орнrинальных конструкций и руководивший первой спе-
циализированной орrанизацией по проектированию металлических
конструкций, проф. И. П. Прокофьев (1877 1958 rr.), акад
Е. О. Патон (1870 1953 rr.). Особая роль принадлежит проф.
Н. С. Стрелецкому (l885 1967 rr.), выдвинувшему и разработав-
шему ряд фундаментаJIЬНЫХ идей по предельному состоянию кон-
струкций, основам их расчета и проектирования. Проф. Н. С. Стре-
лецкий являлся создателем и руковоДителем советской школы про-
ектирования металлических конструкций.
За эти rоды выросли высококвалифицированные проектные 11
научно исследовательскне орrанизации: ЦНИИПроектстальконструк
ция, ЦНИИ строите.IJЬНЫХ конструкций имени В. А. Кучеренко,
ЦНИИпромзданий, rипромез, Промстройпроект, rидростальпроект,
ЦНИИ электросварки имени акад. Е. О. Патона, кафедры метаЛJIИ
ческих конструкций строительных вузов и др.
Основными направлениями развития народноrо хозяйства СССР
на 1976--------1980 rr., утвержденными ХХУ съездом КПСС, предусмот-
рено расширить практику полносборноrо строительства и монтажа
зданий н сооружений из проrрессивных конструкций, увеличить за-
водское изrотовление стальных строительных конструкций в 1,4
1,5 раза, шире при менять изделия из алюминиевых сплавов.
В последние rоды металл применяют в большепролетных зда-
ниях общественноrо назначения и в производственных зданиях. Все
более широкое применение получают стали повышенной и высокой
прочности, а также новые рациональные профили проката.
Увеличение и ускорение темпов строительства потребует в даль-
нейшем значнтельной реконструкции заводов металлоконструкций
введения автоматизированноrо производства, что, несомненно, отра-
зится на развитии конструктивных форм металлических сооружений.
rnaBa 11
МАТЕРИАЛbI ДЛЯ МЕТАЛЛЖЕСКИХ КОНСТРУКЦИИ.
ИХ СОСТАВ. СВОЙСТВА И РА&ОТА
в строительных металлических конструкциях приме-
няются прокатная сталь (более 95%), отливки из стали
и ceporo чуrуна для опорных устройств тяжелых КОНст-
рукций (менее 1 %) и алюминиевые сплавы (менее 5%).
4 СТАЛИ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИй.
ИХ СОСТАВ И СВойСТВА
Сталь это сплав железа с уrлеродом (уrлерода до
2%) и незначительным количеством примесей (которые
не ВВОДЯ'I:ся преднамеренно, а попадают из руды или об-
разуются в процессе выплавки) и леrирующих компо-
нентов (которые вводятся для улучшения свойств стали).
В зависимости от содержания леrирующих компонен-
тов стали делятся на четыре rруппы:
1) У2леродuстые леrирующие элементы специально
не вводятся;
2) нuзколе2uрованные суммарное содержание ле-
rирующих элементов до 2,5%;
3) среднеле2uрованные леrирующих компонентов
2,5 10%;
4) высоколеrированные леrирующих компонентов
более 10%_
В строительных металлоконструкциях применяеТбl
уrлеродистая, низколеrированная и внезначительном
количестве среднелеrированная сталь.
Уrлеродистая сталь в зависимости от содержания yr-
лерода подразделяется на:
а) НUЗКОУ2леродuстую с содержанием уrлерода ДО
0,25%;
б) среднеУ2леродuстую с содержанием уrлерода
0,25 0,6% ;
10
11
в) высокоуzлеродистую с содержанием уrлерода 0.6
2%.
Для строительных КОНСтрукций применяется низко
.уrлеродистая сталь (нехрупкая и хорошо свариваемая).
средне- и высокоуrлеродистые стали (конструкционные
и инструментальные) используются в друrих отраслях
промышленности.
ПО способу выплавки стали подразделяются на
мартеновские и конверторные. Современные методы BЫ
плавки конверторной стали с продувкой кислородом По
зволяют получить сталь, близкую по качеству к MapTe
новской. Поэтому при поставке уrлеродистых сталеЙ
способ их выплавки не различают,
Для оценки своЙств и качества сталеЙ основными
техническими характеристиками, необходимыми метал-
листу, являются их механические свойства и химический
состав,
Механические свойства стали характеризуlOт следую-
щие основные показатели.
1. Предел текучести О'т, характеризующий напряже
ние, до достижения KOToporo можно считать металл pa
ботающим упруrо и пользоваться методами расчеТа по
упруrой стадии материала. Предел текучести является
началом rраницы пластической стадии работы металла,
ero текучести, т. е. началом возрастания деформаций
при неизменной наrрузке.
2. Временное сопротивление (п р е д е л про ч н o
с т и) О'в, характеризующее YCJlOBHOe напряжение ра,зры
ва растянутоrо образца (отношение разрушающей на-
rрузки к первоначальной площади сечения). Временное
сопротивление характеризует прочность стали.
3. Относительное удлинение. 8 отношение приращ -
ния длины образца после разрыва к ее исходному зна-
чению. Различают два относительных удлинения: для
длинноrо круrлоrо образца (IР8СЧ== IОd) БI0 и для ко:.
pOTKoro (lрасч==5d) б5' Относительное удлинение xapaK
теризует пластические своЙства стали.
4. Ударная вязкость ан работа, затраченная на
разрушение специальноrо образца ударным изrибом.
Ударная вязкость характеризует склонность стали к
переходу в хрупкое состояние, а так как эта склонность
зависит от структуры стали, ее чистоты и однородности,
то по значению ударной вязкости оценивают и эти каче
ства. Испытания на ударную вязкость MorYT проводиться
12
при нормальной температуре t==20" , а также опри от-
рицательных температурах t== 20 С, t== 40 С, t===
700 С и после механическоrо старения. При отрица-
тельных температурах и после механическоrо старения
с лонность стаЛJil к переходу в хрупкое состояние увелн-
чивается и значение ударной вязкости уменьшается.
5. Изzиб в холодном состоянии на 1800, Это испыта-
ние характеризует пластические свойства стали и склон-
ность ее к трещинообразованию.
Химический состав стали характеризуется процент-
ным содержанием в ней различных компонентов и при-
месеЙ.
У2лерод (У) повышает предел текучести и времен-
ное сопротивление стали, однако пластичность и свари-'
ваемость стали уменьшаются. Поэтому в строительных
конструкциях применяют только низкоуrлеродистые
стали с содержанием уrлерода до 0,22%.
Кремний (С) раскисляет сталь, поэтому ero коли
чество возрастает от кипящеЙ к спокойной стали, он, как
и уrлерод, но в меньшей степени увеличивает предел Te
кучести и временное сопротивление, однако несколько
ухудшает свариваемость, стойкость против коррозии и
сильно снижает ударную вязкость. Вредное влияние
кремния может компенсироваться повышенным содеi-)-
жанием марrанца.
Марzанец (Т) увеличивает предел текучести и Bpe
менное сопротивление стали, незначительно снижая ее
пластические свойства И' мало влияя на свариваемость.
Медь (Д) несколько повышает прочность стали и
увеличивает стоЙкость ее против коррозии. Избыточное
(более 0,7%) содержание меди способствует старению
стали.
Алюминий (Ю) хорошо раскисляет сталь, нейтра-
лизует вредное влияние фосфора, несколько повышает
ее ударную вязкость.
Азот (А) в несвязанном состоянии увеличивает
хрупкость стали, особенно при низких температурах, и
способствует ее старению. В химически связанном cr-
стоянии с алюминием, ванадием, титаном и ниобием
азот, образуя нитриды, становится леrирующим эле-
ментом, улучшающим структуру стали и ее механические
свойства.
Никель (Н), хром (Х), ванадий (Ф), вольфрам (В),
молибден (М), титан (Т). бор (Р) являются леrирую-
13
щими компонентами, улучшающими те или иные Mexa
нические свойства стали; применение их для сталей, и.:
пользуемых в строительстве, оrраничивается дефицит
ностью и высокой СТОИмостью.
Ряд примесей является вредным для сталей, сильно
ухудшая ее конструкционные качества.
Фосфор резко уменьшаеl пластичность и ударную
вя кость стали, а также делает ее хладноломкой (хруп
кои при отрицательных температурах).
Сера несколько уменьшает прочностные xapaKTe
ри тики стали иИ' rлавное, делает ее красноломкой (хруп
кои и склоннои К образованию трещин при температуре
800 l 0000 С), что влечет за собой появление сварочных
трещин.
Кислород, водород и азот, которые MorYT попасть в
расплавленный металл из воздуха и остаться там, yxyд
шают структуру стали и способствуют увеличению ее
хрупкости.
В зависимости от механических свойств (предела
текучести и BpeMeHHoro сопротивления) все стали, при
меняемые для строительных конструкций, подразделяют
ся на классы прочности (классы стали). Таких классов
семь: С 38/23, С 44/29, С 46i33, С 52/40, С 60/45, С 70/60
и С 85/75 [принятые обозначения: С сталь, цифра в
числителе временное сопротивление, в знаменателе
предел текучести стали по rOCT в Kr/MM2 (или, что то
же, кН/см 2 )].
По прочности все стали условно делят на три "руппы:
обычной прочности низкоуrлеродистые стали клас
са С 38/23;
стали повышенной прочности низколеrированные
стали классов С 44/29, С 46/33, С 52/40;
стали высокой прочности низколеrированные и сред-
нелеrированные стали классов С 60/45, С 70/60, С 85/75.
Повышение механических свойств стали достиrается
также термической обработкой: нормализацией (HarpeB
проката до температуры образования аустенита с после-
дующим охлаждением на воздухе, что приводит к упо"
рядочению структуры стали и снятию внутренних Ha
пряжениЙ), закалкой (HarpeB стали выше температуры
фазовоrо превращения с последующим быстрым охлаж"
дением, что приводит к повышению прочности стали в
результате I1з еНе"НИЯ ее структуры) и отпуском (HarpCB
до температуры, при которой происходит образование
14
.
желательной структуры с последующим медленным ox
лаждением) . Ряд сталей повышенной и высокой прочно
сти подверrается термической обработке.
Значения предела текучести и BpeMeHHoro сопротив
ления стали зависят от ее толщины. С увеличением тол
щины проката сталь становится менее пластичной и
предел текучести и временное сопротивление ее YMeHb
шается.
В табл. Н.} приведены механические свойства сталей,
применяемых в строительных металлических KOHCTPYK
циях.
Yr леродистые стали обыкновенноrо качества постав-
ляют по rOCT 380 71*. Стали с одинаковым химическим
составом и механическими свойствами составляют одну
марку стали.
В зависимости от тепени раскисления различают
спокойную, полуспокойную и кипящую стали. Остывание
спокойной стали при разливе ее в изложницы происходит
спокойно, без бурноrо выделения содержащихся в ней
rазов и образования rазовых пузырей, приводящих вп\)-
следствии к внутренним порокам и расслоению металла
при прокате. Спокойная сталь имеет лучшую структуру
и однородное строение. ти показатели в полуспокой
ной И кипящей сталях соответственно ниже, поэтому для
ответственных конструкций с большими усилиями, а
также при знакопеременных и вибрационных воздейс-r
виях применяют спокойную сталь, а в менее ответствен-
ных полуспокойную И кипящую.
В зависимости от назначения и rарантируемых xa
рактеристик уrлеродистая сталь подразделяется на три
rруппы:
еруппа А rарантируются механические свойства;
еруппа Б rарантируется химический состав;
еруппа В rарантируются механические свойства и
отдельные требования по химическому составу.
В строительных конструкциях применяется преиму
щественно сталь rруппы В, так как для обеспечения
прочности необходима rарантия механических свойств,
а для свариваемости и BbIcoKoro качества стали требу-
ется соблюдение норм по химическому составу. Для вто,
ростепенных нерасчетных элементов конструкций иноrда
применяется сталь rруппы Б. Сталь rруппы А в
строительных конструкциях, как правило, не пр-име
няется.
15
11.I
:I!
:с
::r
О
ос
О
::о:
<
""
о:с
::
::
::о:
"" ос
< '"'
u
с:
о
:: ос
u
11.I
:: ::
е::о:
s2 :z
;.. ::r
::
u :с
'"' <
11.I
ос 11.I
'"' ::е
о
о 1:0'.
U ::
:с
:: IIJ
1:;; ::r
«:
< :с
'"'
u (f)
:а
u
u
<
1:;;
::о:
;:
<
....,
s;:
1:;;
:о
<
....
..
'"
..
..
'" I I I
..
:о:
'"
'"
J::
'"
.. E оос
- .. с.. 0000 I О О
" "'''' ММММ ММ<':) М М
:.: с ""
с ....
" ""
z
:C !?
-со. 1 I 1 I 1 I 100 О
i2c с> I
.... ММ М
.. I
","
",'"
"," u
",:О: о I I I 1 I I ?J I I I О
с>
",.. i М
",,,,
'"
'"
.. u
?J?J?JI I I 1 I I I
l'
'" - О OlQlQ О g О C'I
"''''
"'.. et:: М C'I C'I "'" 1:'1 М
S'''':o: I I I I I I I I I I I
t:; :E ЗЗlQlQ Ф O "'" "'" "'"
С'" C'I C'I
1--< с
'"
.. lQ
'" '8,@'8 8
..
"
.. r:: <..> r:::>o:u:e <..>о U
'" ';? ';?';?';?ф r::C'IC'I C'I C'I
'" u uuv ';? I--<
'" f-oС>С> С> "'"
со а:н!) со со ::;: u ооо О
'$. lQ
..
'" rG C'I C'I C'I
:
t Ю
",,:О: '2
с.. .!:.. с") С> М
'" "';I: C'I C'I М
....-
"'''' '"
",,,,
"..
"9Е
"",
.... .:.:
"'''
"'''' rD. 00 '<1' Ф
'" М '<t' '<1'
::е
М о> с")
М
"= C'I .......
....... '<1' Ф
00 "'" '<1'
.... М
:.::" u о
u
'"
:s: '"
.... :r:
C U '" :r:
се '" CI)
;.,'" :r: 3
",15 '" :iS
1-.'" :а ос
с 8 8
16
ь
f5'1:j CI)
I >-:>:; IE .. ..
= о
1--<
Е--<'"
00 00000 0000 I 1 I
с') С') С')М""'ММ с') "'" М М
I I I I I I I I I I I I I
00 О 1000 0000 lQO 1
ММ lQ ""'ММ '<1''<1' MlQ С') с')
I I I I I I I I I I I 1 I I
О C'I OOC'lC'lO C'I C'I О C'I C'I О
""'М ""''<I'MMC'I М М lQ М М '<1'
J..! I I I I I I I I I I I I
0'<1''<1''<1''<1' 0""'0000 О"'"
о..
() () во.. в
I::f в в в в ::;:в 6
u:I: оо«о о«о о::;:
C'lU C'lU
:>< :>< :><
OlQ З ::: lQФООlQ ::: :><
...........................
о> ;:::! з
О lQ О lQ
"'" "'" ф ....
C'I О О lQ
lQ Ф 1'- 00
О lQ О It.:
"'" "'" ф
........ ........ ....... ........
C'I О О lQ
lQ Ф 1'- 00
U U U U
D:!
са
()
:а
со
2 950
17
ТАБЛИЦА 1I.2. НОРМИРУЕМЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ для КАТЕrорий
уrЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ
'" 6 Ударная вязкосТь
'" '" '" 01",
.. "
... о о 0= .;
<.1 .. <.1 :5 "'= при темпера-
Марка стали о", туре, ос Eo::
'" = '" '" !!! ><0
= всех степеней " о", ... ..t
'" <.1 "'", '" ...'" "0=
Е раскисления '" "'", ='" ",о I (J5
s;: "'", '" <.1'"
'" "'" 00(= 0= =<.1 "'''''''
... "... "'.. ",... :; +20 20 ""...
.. "," "'= "'8 I 0=...
:.:: х8 ... 1::". о... :!::'" ""'''
I
1 ВСт 1 BCT5 + + + +
2 BCT2 BCT5 + + + + +
3 I ВCT3 BCT41 + 1+1 + + + +
4 + 1+1 + + + +
5 ВСт3 + 1+1 + + + + +
6 + 1+1 + + + +
rOCT 380 71 * предусмотрено изrотов.rrение низко
у?З1еродистой полуспокойной стали с повышенным co
держанием мартанца, которая обладает улучшенными
физико механическими свойствами по сравнению с
обычными полуспокойными сталями. u
В зависимости от нормируемых показателеи стали
всех rрупп подразделяют на кате20рии, табл. 11.2 (знак
«+» означает что показатель нормируется).
Обозначен я марок уrлеродистоii стали обыкновен-
ното качества по rOCT 380 71 приняты буквенно циф.
ровыми. Буквы Ст означают слово «сталь», цифры О, J,
2, 3, 4 и т. д. условный порядковый номер MapK!I в
зависимости от химическоrо состава стали и ее своиств.
Для стали rрупп Б и В перед обозначением марки стали
ставится буква Б или В. Степень раскисления стали
обозначается индексами «сп» (спокойная), «пс» (полу
спокойная) и «кп» (кипяшая), добавляемыми к обо-
значению марки стали.
Для обозначения полуспокойной стали с повышев
ным содержанием мартанца после номера марки ставят
18
'l
J
1
l
..
1
)
J
..
I1
lil
.'
111
букву r. Для обозначения катеrории стали в конце
ставится ее номер (для первой катеrории номер не ставит-
ся). Например, обозначение ВСт3сп5 соответствует мар-
ке стали 3, спокойной, rруппы В, 5 й катеrории; обозна
чение ВСтзrпс5 соответствует марке стали 3 с повы
тенным содержанием мартанца, полуспокойной, 5 й
катеrории; обозначение СтIкп марке стали 1, 'кипящей,
rруппы А, ) й KaTeropHH.
Наиболее распространенной в строительных метал
Jшческих конструкциях является сталь марки Ст3. Сталь
3* об адает достаточно высоким пределом текучест
(JT==23 24 кН/см 2 , пластична, хорошо сваривается, Ha
дежно работает при различных силовых воздействиях.
В целях унификации применения и упрошения зака
за требуемой стали Нормами проектирования Преду
смотрено применение в строительных конструкциях низ-
коуrлеродистых сталей только следующих способов BЫ
плавки и катеrорий:
полуспокойной 6 й кате20рии (ВСт3пс6);
СПОКОЙНОЙ u полуспокойной с nовышеННЫ;.t содержа
нием мар2анца 5 й кате20рии (Ст3сп5, ВСтзrпс5);
кипящей 2 й кате20рии (ВСт3кп2).
по rOCT 6713 53* поставляются уrлеродистые стали
повышенноrо качества марок Ст3мост и M16C, содержа
щие меНьШе вредНЫХ примесей. Эти стали предназначе
ны для строительства мостов, но иноrда их применяют
для особо ответственных конструкций промышленных "
rидротехнических сооружений.
Как уже отмечалось, специальной термической обра-
боткой можно улучшить механические свойства уrле-
родистых и низколеrированных сталей, повысив их проч-
НОсть без большоrо снижения пластичности. В настоящее
время по rOCT 14637 69 поставляется сталь СтТпс и
ВСтТсп с пределом текучести 29 кН/см 2 , получаемая на
основе уrлеродистой стали.
Низколеrироваиные и среднелеrированиые стали по-
ставляются по rOCT 19281 73 и rOCT 19282 73 и
по специальным техническим условиям (ЧМТУ). Обо-
значение марок низколеrированных сталей построено по
.. Ввиду Toro что основные расчетные характеристики марки ста-
ли являются одинаковыми вне зависимости от способа выплавкн,
степени раскислення и условий поставки, в дальне шем изложении
наименованием «Сталь 3:. обозначаются все разновидности данной
марки: ВСт3сп5, ВСт3пс6, ВСтЗкп2 н т. д.
2*
19
слеДУЮщему принципу: первые цифры обозначают сред"
нее количество уrлерода в сотых долях процента, буквы
показывают наличие леrирующих компонентов, цифры
за буквами указывают количество леrирующеrо компо
нента в целых процентах (цифра 1 обычно не проставля-
етея); если леrИрующеrо компонента меньше 0,3%, то
он в обозначение марки не вводится. Например, марка
10ХСНД обозначает сталь со средним содержанием yr-
лерода 0,1 %, леrированную хромом, кремнием, никелем
и медью в количествах более 0,3 % и менее 1 %; сталь
14r2 содержит в среднем 0,14 % уrлерода и до 2% Map
rанца (обозначения компонентов даны на с. 12).
При применении литья в строительных конструкциях
(например, литые опорные устройства тяжелых конст-
рукций) употребляется сталь для отливок по rOCT
977 65* марок 15Л, 25Л, 35Л и 45Л или серый чуrун
для отливок по rOCT 1412 70 марок СI2-28, CI5 32,
С 18 36, C24 44, С28-48.
f 5. РА60ТА СТАЛИ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ВИДАХ
СИЛОВЫХ ВОЗДЕАСТВИА
Работа стали характеризуется поведением ее при
возрастающем действии наrрузки вплоть до разрушения.
В зависимости от вида силовоrо воздействия, характера
напряженноrо состояния и друrих условий заrружения
работа стали под наrрузкой неодинакова 1. Поведение
стали под наrрузкой очень наrлядно отображается диаr-
раммами, на которых по оси ординат откладывается
напряжение в образце, а по оси абсцисс соответствую-
щее этому напряжению удлинение образца.
1. РАБОТА СТАЛИ НА РАСТЯЖЕНИЕ
Подверrнем образец стали растяжению силой
р" кН, и замерим полуЧившееся удлинение образца A.l
(рис. 11.1, а). Увеличивая силу и замечая соответствую-
щие удлинения, можно построить диаrрамму работы
стали на растяжение. Для удобства сравнения диаrрам-
I Б е л е н я Е И., r е н н е в А. Н., Б а л Д и н В. А., Л с c
с и r Е. Н., В е Д е н и к о в r. С., в а с и л ь е в А. А., С т р е л е ц_
к и й д. Н. Металлические конструкции. М.. Стройиздат, 1976.
20
I
ма строится в относительных величинах: напряжение в
образце и ero относительное удлинение
р Ы
а==р ИВ==l'
(11. 1)
rде (J напряжение в образце, KHjCM 2 ; F первона-
чальная площадь сечения образца, см 2 ; 8 относитель
ное удлинение; 1 первоначальная длина образца.
Диаrрамма работы на растяжение низкоуrлеродистой
стали 3 приведена на рис. 11.1, а.
Связь между напряжением и удлинением на началь.
ном этапе испытания следует закону rYKa
а == Ев,
(11 .2)
rде Е коэффициент пропорциональности между на-
пряжением и удлинением, носящий название модуля уп-
руrости и равный для стали 21000 KHjCM 2 .
rеометрически модуль упруrости представляет собой
TaHreHc уrла наклона диаrраммы к оси абсцисс. Линей
ная связь между напряжением и удлинением сохраня-
ется до JЗеличины напряжений примерно 20 KHjCM 2 и со..
ответствует пределу пропорциональности апц (см.
рис. 11.1, а). Несколько выше этой точки лежит предел
упруrости (Jуп, соответствующий такой деформации, ко-
торая практически полностью исчезает после разrрузки
образца. Предел упруrости оrраничивает область упру'"
rой работы материала. При дальнейшей наrрузке образ
ца модуль упруrости стали уменьшается (криволиней-
ная часть диаrраммы) и при напряжении около 24 кН/см 2
становится равным нулю (начало rоризонтальноrо уча-
стка диаrраммы). Это напряжение называется преде...
лом текучести ат. В дальнейшем образец продолжает
УДЛИНЯТЬСя без приложения дополнительной наrрузки,
т. е. как бы «течет».
Область работы материала между напряжениями (Jyn
И ат является областью упруrопластической работы. ro-
ризонтальный участок диаrраммы называется площад-
кой текучести. При относительном удлинении образца
около 2,5% «течение» заканчивается и материал стано-
вится снова несущеспособным, он как бы самоупрочня-
ется (область самоупрочнения) .
При дальнейшем увеличении наrрузки удлинения
продолжают нарастать, в образце образовывается шейка
21
(местное сужение) и при относительном удлинении 20
25% происходит разрыв.
Наибольшее условное напряжение, достиrнутое в
образце (точка aB 40 кН/см 2 для стали 3), называется
временным сопротивлением (пределом прочности) CTa
ли. Напряжение называется условным потому, что при
кладываемую к образцу силу делят на первоначальную
а)
р ,/ 2
"= ,/(II/CH
F
80
70
p
p
/
/
/
БО
/
-БО
2
ЧО
ViJ ос
20
10
о
ч 8 12 16 20
Е =М. 100 %
l.
[C
Е
peH (кристаллов) феррита, занимающих почти весь
объем стали, а также перлитовых и цементитовых
включений между зернами феррита и по ero rpa
ням.
На рис. 11.2 показзна микроструктура низкоуrлеро
дистой стали, полученная на шлифе стали путем ero
травления, rде зерна феррита нмеют светлую окраску.
а перлита и цементита
темную.
Феррит представляет
собой кристаллы чистоrо
железа, он мяrок и пла-
стичен, предел текучести
ero равен примерно
10 кН/см 2 , предел проч-
ности 25 30 кН/см 2 , от-
носительное удлинение
около 50%.
Цементит представ
ляет собой химическое
соединение железа с yr Рис. 11.2. Микроструктура низ
леродом FезС (карбид коуrлеродистой стали
железа)'. Цементит очень
тверд, прочен и ynpyr.
Ero предел прочности 80 1 00 кН/см 2 при удлинении
Bcero 1 %. Перлит является смесью цемента FезС с фер-
ритом, образующейся по rраницам зерен феррита. Me
ханические характеристики перлита занимают среднее
положение: предел прочности 60 80 кН/см 2 , удлине
иие 5 20%.
Вкрапления и прослойки перлита, обволакивая зерна
феррита, создают как бы жесткую н упруrую «сетку»
BOKpyr мяrкоrо и пластичноrо феррита. Такое строение
стали объясняет ее работу под наrрузкой и ее пластиче-
ские свойства.
Структура низколеrированных и среднелеrированных
сталей похожа на структуру низкоуrлеродистой стали.
прочностные свойства низколеrированных сталей повы
шаются блаrодаря введению различных леrирующих
элементов, которые входят в твердый раствор с ферри-
том стали и этим ero упрочняют. Некоторые леrирую
щие добавки, кроме TOro, образуют различные карбиды
и дополнительно упрочняют сетку прослоек между зер
нами феррита.
Рис. H.l Диar
рамма работы низ
коуrлеродистой
стали на растяже
ние
а действительная;
l отнесенная к пep
воначал.ной площади
сечения образца; 2
с учетом J/меньшения
площади; б yпpo
щенная (идеалuзиро-
ванная)
площадь образца без учета ero сужения. Поэтому и всю
диаrрамму иноrда называют условной. Истинные напря
жения в образце (с учетом уменьшения ero площади по
перечноrо сечения в пропессе испытания) показаны на
рис. 11.1, а пунктиром,
Из диаrраммы вИдно, что упруrая область работы
стали составляет примерно 1/200 часть упруrопластиче
ской и здесь содержится большой резерв прочности. 3Ha
чительная зона пластической работы позволяет при pac
четах металлических конструкций заменять действитель
ную диаrрамму упрощенной диаrраммой работы идеаль
но упруrопластическоrо материала (см. рис. 11.1, б).
По своей структуре низкоуrлеродистая сталь являет-
ся однородным кристаллическим телом, состоящим из
22
23
б)
Центр
.
cd6u2l1
ных кристаллах развиваются в .линии сдвнrа, приводящие к большим
деформациям при постоянном напряжении, и тем самым обусловлива-
ется площадка текучести. В зернах феррита происходят необратимые
сдвиrи по плоскостям скольжения. Поэтому после снятия наrрузки
возвратится только имеющаяся упруrая деформация (лииия разrрузки
пойдет параллельно линии наrрузки), а необратимая останется, прн
водя к остаточным деформациям.
При дальнейшем наrружении деформацию в кристаллитах фер-
рита начинает сдерживать перлитовая сетка по rраницам кристаллов,
линии сдвиrов должны обтекать или ломать перлитовые включения,
для чеrо необходимо повышение напряжений, чем и объясняется
возрастающая несущая способность стадия самоупрочиения, При
дальнейшем возрастании напряжений деформации удлинения и по-
перечноrо сужения начинают концентрироваться в более слабом
месте, образуя шейку. Сечение в шейке интенсивно уменьшается,
что при водит к дополиительному повышению напряжений в M CTe
сужения, и в результате исчерпания сил межатомноrо взаимодеист
вия происходит разрыв.
Площадка текучести свойственна сталям с содержанием уrлерода
0,1 0,3%. При меньшем содержании уrлерода перлитовых включе
ний мало и они не MorYT оказать сдерживающеrо влияния по зернам
феррита, при большем перлитовые включения полностью блокируют
зерна феррита и не дают про явиться в них существенным сдвнrам.
Диаrрамма работы материала при растяжении очень
наrлядно характеризует ero поведение под наrрузкой.
Ввиду простоты и четкости испытания на растяжение
показатели предела текучести, BpeMeHHoro сопротивле-
ния и относительноrо удлинения при растяжении, заме-
ренные при нормальной температуре t=== 200 С, являются
rлавными характеристиками механических свойств Me
талла и приводятся в стандартах на соответствующие
марки стали.
Своеобразная картина работы стали определяется особенностя-
ми ее строения.
Если подверrнуть растяжению монокристалл феррита, то схема-
тично ero деформацию можно представить в виде скольжения отно-
сительно друr друrа ero частей (рис. 111.3, а). Объясняется это тем,
что сдвинуть одну часть кристалла относительно друrой значитель
но .леrче, чем оторвать. Этому способствует то, что в реальных
кристаллах есть различные дефекты кристаллической решетки из за
которых. сопротивление сдвиrу одной части кристаЛJlа по отно ению
к друrои уменьшается в тысячи раз. На рис. 11.3, б показан моно-
кристалл, не имеющий дефектов строения. При сдвиrе ero верхней
1
G--G--O-- O-- -э--
Т т
Рис. 11.3. К работе стали
а схема деформации монокристалла при растяжении; б сдвие по моно-
кристаллу, Не имеющему дефектов; в ТО же. с дефектом строения К р истал
лической решетки -
части атомы, примык ющие к линии СДвиrа, будут одновременно все
одинаково противодеиствовать.этому сдвиrу, так как до СДвиrа онц
находились в положении устоичивоro равновесия, соответствующеI'О
минимуму энерrии.
Др rая картина получится при сдвиrе части кристалла, имеюще-
ro какои-либо дефект строения решетки, рис. 11.3,8. В этом случае
атомы, примыкающие к линии сдвиrа, будут сопротивляться сдвиrу
по-разному, вплоть до отсутствия сопротивления и даже помощи
сдвиrу (те атомы, которые в искаженной кристаллической решетке
отклонены в сторону, противоположную сдвиry).
Различные дефекты строения кристаллической решетки монокри-
сталла называются дислокациями. Эти дефекты возникают при отсут-
ствии атомов в узлах решетки (вакансии), «лишних» атомов, распо-
ложенных вне уз ов решетки (межузельных или внедренных атомов),
смещеннях однои части решетки относительно друrой (вннтовая
дислокация) и т. д.
Учитывая это, работу стали при растяжении можно представить
в следующем Виде. Сначала до предела пропорциональностн (Uпц)
происходят упруrие деформации, пропорциональные действующей
наrрузке, в Виде упруrовозвратимоrо искажения атомной решетки.
3атем, в отдельных зернах феррита по блаrоприятио расположенным
плоскостям, имеющим дислокации, проявляются отдельные сдвиrи
пропорциональность между напряжениями и деформациями Hapy
шается (деформации растут быстрее иапряжеиий, участок между
Uпц н О'т), Прн дальнеишем повышении напряжеиия сдвиrи в отдель-
tC
D
'р Jp
24
т {
- -
} т
Анннн
- Т
L{
2. РАБОТА СТАЛИ НА СЖАТИЕ
Под работой стали на сжатие понимают работу на
сжатие коротких элементов, которые не MorYT потерять
устойчивость. Напряжение в сжатом элементе определя-
ют так же, как и в растянутом: а===Р/Р кН/см 2 . Диаr
рамма работы стали на сжатие показана на рис. 11.4 Там
же для сравнения пунктиром нанесена диаrрамма ра-
боты стали на растяжение,
Вначале сталь при сжатии ведет себя так же, как
и при растяжении: тот же модуль упруrости, совпадение
пределов пропорциональности, упруrости и текучести.
В дальнейшем происходит раздвоение диаrрамм: Bpe
менное сопротивление сжатию получить у мяrких мало
уrлеродистых сталей не удается, материал сплющивает
25
б,кII/см 2
50
t<б.
6. D 6
2 6 t
жения в двух направлениях (рис. 11.5. кривая 1) наблю-
дается повышение пределов пропорциональности, теку-
чести и прочности, исчезает площадка текучести, сильно
сокращается относительное удлинение. В случае растя
жения в одном направлении и сжатия в друrом происхо-
дит обратная картина (рис. 11.5, кривая 2): уменьшают-
ся пределы упруrости, текучести и прочности, увеличи-
вается относительное удлинение. Для сравнения со
стандартными характеристиками пунктиром показана
эталонная диаrрамма работы стали при обычном одно-
осном растяжении (кривая 3). Характер диаrраммы pa
боты стали зависит от соотношений rлавных напряжений
0'1 и 0'2. Наиболее «жестко» сталь работает при 0'1 ===
,===0'2 И наиболее пластичНО при 0'1===-------(J2 (чистый сдвиу),
Друrие соотношения 0'1 и 0'2 дадут соответственно проме-
жуточные диаrраммы. Однозначное двухосное напря-
женное состояние, приводящее к повышению предела
текучести и сокращению пластичноети стали, является
неблаrоприятным, способствующим хрупкому разруше-
нию стали, и, наоборот, разнозначное напряженное со-
стояние блаrоприятно, так как дает повышенную пла-
стичность.
В случае TpexOCHoro (объемноrо) напряженноrо со-
стояния, коrда 0'1 =1=0, 0'2=1=0 и О'з=l=О, напряжение
О'з усуrубляет картину работы сталн, описанную выше:
если напряжение О'з имеет тот же знак, что 0'1 и 0'2, то
материал работает еще более ynpyro и жестко. При
трехосном растяжении разрушение происходит упруrо
от отрыва (заметим, что при трехосном равномерном
сжатии разрушить металл не удается). Если напряже-
ние О'з имеет друrой знак, то еще более облеrчается пе-
реход в пластическую стадию работы.
Таким образом, работа стали существенным образом
зависит от напряженноrо состояния, которое предопре-
деляет условия перехода ero в пластическое состояние.
Переход в пластическое состояние изучается В теорИЯХ
прочности 1.
Для металлических конструкций широкое применение
получила и принята Нормами проектирования энерrе-
тическая теория прочности. Соrласно этой теорИИ, пере-
ход в пластическую стадию работы происходит при до-
си, воспринимая все большую наrрузку В последующем
у мяrких сталей появляются трещины по периметру об-
разца, высокоуrлеродистые хрупкие сталн разрушаются
по ню\Лонным плоскостям.
Вви д )' TOro что в упруrой и упруrо-пластической ста..
диях раооты сталь при растяжении и сжатии ведет себя
одинаково, соответствующие расчетные характеристики
II,I/II/c",Z
6
5<
(J I
v
о I
1 .;
/ ..... 2!'
r--- ,.../
I/D
JO
20
10
О
Ч8f2f620
t,%
Рис. ПА. Диаrрамма рабо-
ты стали на сжатие (кри-
вая 1) и эталонная диаrрам-
ма растяжения (кривая 2)
,
/[\1 1
7 )...... ..... "
/ f
.......""" ........---
,..
110
JO
20
10
О
/J 812162021128
е,"/"
Рис. II.5. Диаrрамма работы ста-
Jm при "Сложном напряженном со-
стоянии
1 <1, и <1, имеют одинаковые знакu'
2 0'. и 0'2 имеют разные знаки" 3
а;:::::::я диаерймма одНООСН020' рас-
ее ПРИНимаются также одинаковыми. Повышенная Не-
сущая способность при сжатии в области самоупрочне-
ния используется при работе стали на смятие (сжатие
: ) x элементов, которые Не MorYT потерять устойчи-
, . этом случае расчетное сОпротивление при ни-
маеТ(;я олее высоким, чем при растяжении и сжатии.
1. РАБОТА СТАЛИ ПРИ СЛОЖНОМ НАПРЯЖЕННОМ
СОСТОЯНИИ
Сложное напряженное состояние характе из етея
наличием двух или трех взаимно перпендикуляр';ых лав-
НЫ:Х нормальных напряжений 0'1, 0'2 И О'з действ у ющих
одновременно '
Рассмотрим двухосное (ПJlОСКОСТНое) напряженное
соcroяние, кorд8. 0'1==0, 0'2=1=0, а 0'з==0. В случае растя-
28
1 Теории прочности рассмаТ'риваются в курсах сопротивления
материалов.
27
стижении приведенным напряжением О'ир величины пре-
дела текучести О'т материала: при О'np<О'т упруrая ра-
бота, при О'пр>О'т пластическая работа.
В общем случае объемноrо напряжения состояния
приведенные напряжения в зависимости от нормальных
Ох, О'у И O'z И касательных Тху, 'tyz И 'tzx напряжений оп-
ределя ются выражением
Оир "",у 0";+О"t+0"; (О"ХО"У+О"У0"2+020"Х)+3(Т;У+ 2+'t' ). (П.3)
Приведенно€ напряжение можно рассматривать как
напряжение одноосноrо напряженноrо состояния, экви-
sалентноrо по переходу материала в пластическую ста.
дию данному сложному напряженному состоянию.
4 РАБОТА СТАЛИ ПРИ изrИБЕ. ШАРНИР ПЛАСТИЧНОСТИ
Зависимос между напряжением и относительным
удлинением стали при изrибе имеет примерно такой же
вид, как при растяжении (см. рис. Н.2). Наблюдается
eKOTopoe повышение предела текучести в начале диаr-
раммы или даже образование небольшоrо «зуба». Кро-
e Toro, имеется незначительное расхождение в части
диаrраммы, соответствующей стадии самоупрочнения,
что объясняется неравномерным распределением напря-
жений по сечению при изrибе. Однако в пределах упру-
rой и пластической части диаrраммы этими различиями
пренебреrают и считают диаrраммы работ стали на рас-
тяжение и изrиб одинаковыми.
Как известно, напряжения при изrибе в упруrой ста-
дии распределяются в сечении по линейному закону
(рис. 11.6, а). Напряжения в крайних волокнах для сим-
метричноrо сечения определяются формулой
о" == :J: М /W , (П.4)
rде М изrибающий момент; W момент сопротивле-
ния сечения.
С увеличением наrрузки (ШIИ изrибающеrо момента
М) напряжения будут увеличиваться и достиrнут зна-
чения предела текучести (рис. Н.6, б). Ввиду Toro что
предела текучести достиrли только крайние волокна се-
чения, а соединенные с ними менее напряженные волок-
на MorYT еще работать, несущая способность Э.'lемента
не исчерпана и изrибающий момент можно еще увели-
чивать.
28
с дальнейшим увеличением изrибающеf6 момента
будет происходить удлинение волокон сечения е, одна-
ко напряжения не MorYT быть больше О'т и эпюра на-
пряжений примет вид, показанный на рис. Н.6, 8. Пре-
дельной эпюрой будет такая, в которой верхняя часть
сечения до нейтральной оси равномерно сжата напряже-
а) 5) 8) 2) 8)
h ,
M , '
Рис. I1.6. Образоваиие шарнира пластичности при изrибе
нием О'т, а нижняя растянута такими же напряжениями
(рис. 11.6,2). Несущая способность элемента при этом
исчерпывается, а он может как бы поворачиваться во-
Kpyr нейтральной оси без увеличения наrрузки; обра-
зуется шарнир пластичности. Предельный момент, OTBe
чающий шарниру ПJlастичности,
мир==о"т S ydF == О"т 2 8,
rде S статический момент половины сечения относи-
тельно оси, проходящей через центр тяжести:.
Выразим предельный моменТ, отвечающии появлению
текучести на крайних волокнах, из формулы (11.4) .(уп-
руrая стадия работы)
мупр == о" W
пр т
И приведем к такому же виду предельный момент, отве-
чаюший шарниру П.'lастичности,
м пр == О"Т 28 == о"т w пл .
Здесь 2S иrрает роль момента сопротивления и по aH
лоrии называется пластическим моментом сопротивле-
ния:
, I
w пп == 28.
Пластический момент сопротивления, а следователь-
но, и предельный момент, отвечающий шарниру пла-
стичности, больше ynpyroro. Для прямоуrольноrо сече-
29
НИЯ W ил ==I,5W, для прокаmых двутавров и швеллеров
w пл == (l,12 1,13) W.
Исходя из этоrо, строительными нормами и правила
ми на проектирование стальных конструкций (СНиП
II В.3-72) дЛЯ прокатных и сварных разрезных балок
постоянноrо сечения из стали классов С 38/23 С 60/45,
несущих статическую наrрузку, разрешается допускать
развитие нзrиба по формуле (Н.4) введением вместо
упруrоrо момента сопротивления пластическоrо. Пла-
стический момент сопро'тивления равен удвоенному CTa
тическому моменту пОЛОl!иНbt площади сечения отно-
сительно оси, проходящей ч,ерез центр тяжести вСеео
сечения.
Для прокатных двутавровых балок и швеллеров рас-
четный пластический момент сопротивления принима-
ется w ил == 1,12W при изrибе в плоскости стенки и W пл ==
1,2W при изrибе параллельно полкам. Если в балке есть
зона чисtоrо изrиба, то расчетный пластический момент
сопротивления берется равным полусумме упруrоrо
и пластическоrо W пл ==1/2 (W+2S) несколько в запас
прочности, чтобы уменьшить проrнб балки.
Пластические деформации пронизывают не только
наиболее напряженное сечение балки в месте наиболь
шеrо изrибающеrо момента, но и распространяются по
длине балки. На рис. Н.6, д показана зона пластично
сти в балке при изrибе.
Обычно в изrибаемых элементах кроме нормальных
напряжений от изrибающеrо момента есть еще и Kaca
тельные напряжения от поперечной с lI.'I ы. Поэтому yc
ловие начала перехода металла в пластическое состоя
ние в этом случае должно определяться приведенными
напряжениями О'ир по формуле (11.3). Учитывая, что все
напряжения в формуле (11.3), кроме О'х И Тху, при изrибе
балок равны нулю.
аир== V а2 + 3'(2 <: R, (П.5)
rде R расчетное сопротивление стали, равное наи
меньшему значению предела текучести стали,
установленному нормами для расчета металло
конструкций (см. табл. IV.l).
Как уже отмечалось, начало текучести в крайних
фибрах сечения еще не исчерпывает несущей способно-
сти изrибаемоrо элемента. При совместном действии
о' и т предельная несущая способность примерно на 15%
30
выше, чем при упрyrой работе, и условие образования
шарнира пластичности з аписыв ается в виде
а' == V G3+3't < 1.15R, (П.5')
ПР
при этом касательные напряжения должны быть T
0,6R.
5 РАБОТА СТАЛИ ПРИ ДЕйСТВИИ
изrИБАЮЩЕrо МОМЕНТА и ПРОДОЛЬНОй СИЛЫ
При действии изrибающеrо момента и ПРОДО.'lьнои
силы (растяrивающей или сжимающей, но в коротком,
не теряющем устойчивости элементе) также происходи!
образование шарнира пластичности, но со смещеннои
нейтральной осью.
Напряжения в верхних и нижних Ю.'lокнах сечения
при действии момента М и продольнои силы N опреде-
ляются в упруrой стадии (рис. 11.7, а) по формулам:
N М
(J"b==p+-W:
(П.6)
N М
(J"H==F -W '
(П.7)
,)1
При возрастании продольной силы или момента напря-
жения О'в будут возрастать и достиrнут предела текуче-
сти О'т (рис. 11.7, б), после чеrо остановятся в своем
развитии. При дальнейшем возрастании наrруз и нач-
нется распространение пластичности по верхнеи части
сечения, напряжения О'и также достиrнут предела TeKY
чести и пластичность начнет распространяться по ниж
ней части сечения (рис. 11.7, в). Предельному состояни,ю
будет отвечать эпюра напряжений, показаННI;\Я на
рис. 11.7, е. Дальнейшее увеличение OMeHTa уже I,!e
возможно без уменьшения продольнои силы, и наобо-
рот. u
Из рис. 11.6 видно, что разность сжатой ирастяНутои
DJющадей эпюры напряжений определяет предельную
продольную силу
N пр ==отр 2 .
Предельный момент определяется двумя равновели
кими П.'lощадями F 1 у верхней и нижней Ч8с-reй сечения-
Мир == N 1 e == G T F 1 е.
31
rде е расстояние между центрами тяжести площадей
FJ. Очевидно, что несущая способность элемента, под-
верженноrо действию момента и продольной силы, при
развитии пластичности по сечению выше, чем при до-
стижении текучести только на крайних волокнах.
Нормами проектирования разрешается принимать
при расчете таких элементов пластический момент со-
м
7
F,
'"
F,
Рис. 11.7. Образование шарнира пластичности при изrибе с продоль-
ной силой
противления W пл. При этом величины изrибающеrо мо-
мента, продольной силы и расчетноrо сопротивления
стали R должны отвечать соотношению
3
( N ) 2 М
I
FR +WnJ1R
(11.8)
или
3
( N ) 2 Мх Му
+ + <:1
FR Wлл,хR Wлл,уR
при действии изrибающих моментов в обеих плоскостях.
(11.8')
6. ВЛИЯНИЕ друrих ФАКТОРОВ НА РА60ТУ СТАЛИ
Кроме си.цовых воздействий на работу стали оказы-
вают существенное влияние характер распределения на-
пряжений, повторность и знакопеременность наrрузки,
температура, время и т. д. Некоторые из этих факторов
приводят к уменьшению пластичности стали и способ-
ствуют переходу ее в хрупкое состояние, очень опасное
для конструкции, некоторые снижают Прочность, неко-
32
t
I
.,)
)
,
торые приводят к преждевременному разрушению. Эти
факторы необходимо учитывать при проектировании
металлических конструкций.
1 НЕРАВНОМЕРНОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИй.
КОНЦЕНТРАЦИЯ НАПРЯЖЕНИй
Если в напряженном элементе есть отверстия, вы-
точки, местные сужения, резкий переход от одноrо се- ,
чения к друrому, то силовой поток внутри элемента В
этих местах будет сrущаться и ИСКРИВ.'lяться, обходя
препятствия. Напряжения у этих мест будут распреде-
лены неравномерно; величина наибольших пиковых на-
пряжений будет значительно больше среднеrо, равно-
мерно распределенноrо напряжения.
На рис. 11,8, а показаны траектории rлавных напря-
жений, иллюстрирующие силовой поток в rладкой рас-
тянутой полосе, полосе с круrлым отверстием, острой
щелью и в полосе с острыми надрезами. Площадь нетто,
т. е. фактическая рабочая площадь сечения с вычтенны-
ми отверстиями н вырезами по сечению 1 1 у всех по...
лос одинакова. Под каждой полосой показаны эпюры
нормальных напряжений вдоль ах и поперек ау полосы
в сечении 1 1.
rлавное напряжение на искривленной траектории
может быть разложено на два взаимно порпендикуляр-
ных направления, поэтому криволинейным траекториям
всеrда соответствует сложное напряженное состояние
плоскостное или объемное. Как уже отмечалось, при
сложном напряженном состоянии в случае однозначных
напряжений увеличиваются пределы текучести и проч-
ности И СИ.'lьно сокращается относительное удлинение,
материал работает более хрупко. Чем острее надрез или
выточка, тем больше пиковые напряжения и искривлени
силовOJ'U потока, а также тенденция перехода стали в
хрупкое состояние (рис, 11.8, б).
Факторы, вызывающие искривление плавноrо сило...
Boro потока (отверстия, щели, надрезы, утолщения) на-
зывают концентраторами напряжений, у таких мест
происходит концентрация напряжений. Отношение мак...
симальноrо напряжения в месте концентрации к услов-
ному, равномерно распределенному в данном сечении
напряжению называется коэффициентом концентрации,
Коэффициент концентрации у круrлых отверстий и по-
З 950 33
чрезвычайно трудно. Поэтому чтобы предотвратить раз-
рушение от КОНцентрации напряжений и переход стали
в хрупкое состояние, необходимы конструктивные мер04
приятия, обеспечиваюuцие плавное распределение сило-
Boro потока.
Искажения напряженноrо состояния, вызванноrо
внешней наrрузкой, вызывают также собственные или
начальные напряжения, которые имеются в HeHarpy
женном элемеmе. Причины возникновения собственных
напряжений самые разнообразные: неравномерное oc
тывание после сварки и прокатки, предшествуюuцая де-
формация металла при правке, rибке и т. д. Собственные
напряжения в пластичных строительных сталях при pac
четах не учитываются, так как результируюuцие напря-
жения выравниваются при развитии пластических де-
формаций-. При проектировании сварных конструкций
вредное влияние собствеlIНЫХ напряжений в значитель
ной степени может быть нейтрализовано конструктивны-
ми мероприятиями и правильной технолоrией сварки.
лукруrлых выточек равен 2 3, у острых uцелей и Haд -
зов он значительно выше.
Большое количество разрушений металлических кон-
струкций связано с явлением концентрации напряжений
и переходом стали в хрупкое состояние. ()пределить
расчетом величину напряжений у очаroв концентрации
а)
6
69
1
..
\D
rш-п
;U
$ 69
2. РАБОТА СТАЛИ ПРИ НЕПРЕРЫВНОй ПОВТОРНОй
НArРУЗКЕ. УСТАЛОСТЬ И ВИБРАЦИОННАЯ ПРОЧНОСТЬ
При мноrократной (миллионы раз) повторной на-
rрузке происходит явление усталости металла и ero раз-
рушение при напряжениях, меньших, чем предел проч-
ности и даже предел текучести. Напряжение, при кото-
ром происходит такое разрушение металла, называется
вибрационной прочностью О'вб,
Вибрационная прочность
неодинакова для различных
марок сталей. Для одной и той
же марки стали вибрационная
прочность зависит от характе-
ра циклов наrрузки и их коли-
чества. Характер цикла опре-
деляется отношением наи-
меньших по абсолютной вели-
чине напряжений к наиболь-
шим Р==О'мив.!О'манс. Если на-
пряжения сжатия равны напря-
жениям растяжения p=== l (с
учетом знака напряжений,
происходит полный сu.м.мет-
XA
\Dta$ll
6$
б)
tp, хН/см 2
60
50
Рис. 11.8. Концентрация
напряжений
а траектория напряжений
е pat:TRFt!f7oii no/ЮСе; б
U3AU1нен.ue диazpa;КA4 работы
стали; 1 без концентрато-
ров напряжении (упруеопла-
стическая работа); 2 с
IWНцеftтраторож; 3 с ост-
pblJd IWlщеНТllатороJ/t (круп-
кая раб07а)
IJ{}
JO
20
10
tJ
8
12
16 20
Е,%
ц
з4
3*
kH
&
, C,.,R
10
О
2
1
IJ
п
5><106
2 3
Рис. П.9. Кривые вибраци-
онной прочности стали
1 нuзколеzированнои. 2 уеле
родистой
35
При расчете металлоконструкций усталость металла
читывается снижением расчетноrо сопротивления CTa
и, умножением на коэффициент у::::;;; 1, значение котора.
ro зависит от рассмотренных факторов и приводится в
нормах проектирования.
ричный цикл. Если напряжения изменяют от нуля до
максимума р==О, происходит полный асимметричный
цикл. Вибрационная прочность при полном симметрич
ном цикле меньше, чем при асимметричном. Вибраци
онная прочность уменьшается с увеличением повторений
(циклов) наrрузки. Зависимость вибрационной ПРОЧНQ-
сти от числа циклов наrрузки имеет rиперболический
характер, асимптотически приближаясь к определенной
величине напряжений, называемой пределом выносли
вости или пределом усталости (J б. При напряженияХ,
меньших, чем предел выносливости, разрушения от yc
талости не происходит. На рис. 11.9 приведены кривые
вибрационной прочности для плоских образцов при пол-
ных симметричНЫх циклах для малоуrлеродистой стали
3 и низколеrированной 15ХСНД. Как видно из рис. II, ,
предел выносливости (J б для стали 3 примерно равен
17 кН/см 2 , что составляет примерно 0,4 предела прочно-
сти и 0,75 предела текучести, для низколеrированной
стали соответственно (J б 0,35 йв или (J б О,6ат. При
полном асимметричном цикле вибрационная прочность
у обоих типов сталей близка к пределу текучести (у
низколеrированных сталей она несколько ниже).
Разрушение от усталости имеет хрупкий характер.
В течение длительноrо периода циклов наrрузки посте-
пенно развиваются внутрикристаллические микротре-
щины. В дальнейшем эти микротрещины переходят на
соседние кристаллы и образуют усталостные трещины.
Трещины начинаются чаще Bcero с поверхности металла,
rде их появлению способствуют концентраторы напря-
жений от неровности поверхности. После образования
усталостной трещины происходит быстрое ее развитие
(она сама становится сильным концентратором напря-
жения) и металл хрупко разрушается по ослабленному
трещиной сечению.
Вибрационная прочность зависит от наличия кон-
центраторов напряжений и состояния поверхности. От-
ношение предела выносливости rладкоrо плоскоrо об-
разца (J б к пределу выносливости образца, имеющеrо
какие-либо концентраторы напряжений (J ,ПРИ полном
симмеТРИЧН0М цикле называется эффективным коэффи-
циентом концентрации ==(J б/(J б ' который всеrда боль-
ше единицы.
3. РАБОТА СТАЛИ ПРИ ПОВТОРНЫХ НАrРУЖЕНИЯХ
ВЫШЕ ПРЕДЕЛА ТЕКУЧЕСТИ. НАКЛЕП,
МАЛОЦИКЛОВАЯ ПРОЧНОСТЬ
.Повторные заrружения в пределах упруrих деформа-
ции (до предела упруrости) не изменяют вида диаrрам-
мы работы металла; наrружение и разrрузка все время
будут присходить пu одной линии (рис. 11.10, а). Если
а)
,;
6)
tS
.... ....
/
"
...
Е
....
.-
"
"
б)
6
/....
/
Рис. 11.10. Работа сталИ при повторных наrpужениях
а в уnруеой стадии; б, в в пластической стадии
сталь подверrНУТЬ растяжению выше предела упруrости
и затем разrрузить, то разrрузка будет происходить по
линии, параллельной линии упруrой работы (рис. 11.1 О, б),
и появится остаточная деформация 80ет, При повторном
растяжении сталь будет сначала работать ynpyro по
линии разrрузки и затем следовать по нормальному
пути диаrраммы однократноrо растяжения. Повышение
упруrой работы материала в результате предшествующей
пластической деформации называется наклепом. Наклеп
уменьшает пластичность стали, увеличивает ее хруп-
кость, поэтому для строительных конструкций он явля-
ется нежелательным. Наклеп образуется при холодной
rибке элементов, по краям пробиваемых отверстий, на
Кромках металла, резанноrо ножницами. В некоторых
36
37
случаях наклеп все же используется для повышеНИJj:
пределов текучести и прочности, например в волочено
высокопрочной проволоке для висячих и предварительно
напряженных конструкций, в ХOJlоднотянутой арматур-
ной проволоке.
При знакопеременном наrружении металла выше
предела текучести предел текучести при растяжеНИIl
увеличивается, однако при последующем сжатии предел
текучести на сжатие снижается и вся зона упруrой рабо-
ты (на растяжение и сжатие) остается примерно равной
удвоенному значению предела текучести (рис. 11.10,8).
Это свойство работы стали носит название эффекта Бау
шинrера,
Очень опасной для элементов металлических конструкций явли-
ется работа, коrда циклические иапряжения растяжеиия сжати
превышают предел текучести. В ЭТОlll случае разрушение может
произойти при малом (порядка тысяч и меньше) числе циклов на-
rpужения, и такое разрушеиие металла носит иазвание малоцикло-
вой усталости или малоцикловой прочности.
Рассмотрим диаrрамму работы металла при циклических Harpy-
жениях вЫше предела текучести (рис. 11.11). Исходное наrружение
(так называемый иулевой полуцикл, соответствующий однократному
наrружению, показанному на рис. 11.11 пунктиром) исключают из
рассмотрения, и характеристики диаrраммы деформирования учи-
тывают от начальной точки. При пластflческом циклическом Harpy-
жении образуются петли упруrопластическоrо rистерезиса, xapaKT -
ризуемые шириной полупетель 61, 62 и т. д. Ширина этих полупетель
от цикла к циклу может изменяться. Если ширина по.'1упетель
mстерезиса от цикла к циклу растет, то происходит накопление
суммарной деформации. Ме-
таллы, имеющие такую ДИаr-
рамму циклической работы,
называются циклически разу-
прочняемыми. Разрушение цик-
лически разупрочняемых метал-
лов происходит, коrда накоп-
ленная деформация станет рав-
ной соответствующей деформа-
ции при разрушении однократ-
ной наrрузкой. При разрушении
образуется шейка, и оно назы-
вается квазистатическим.
Если ширина полупетель
при циклическом наrружении
уменьшается, ro накопленная
деформация стремится к посто-
янной величине. Металлы с
такой диаrраммой работы на-
зываются циклически упроЧflИ-
ЮЩИМlICя. от цикла к циклу в
них накапливаются усталост-
6
;
'\D
t
о.чш1жаll точка.
>:
'\D
Рис. Н.II, Работа стали при цик-
,пических иаrр жениях выше пре-
дела текучести
38
ные повреждения. и раЗРУШеРие нх является усталостныи, без обра-
зования шейки.
Есл ширина петель rистерезиса при наrружениях остается по-
стояннои, то металл относится к циклически стабильиым. При этом,
если ширина полупетель сжатия и растяжения равна, то накоплен-
ная деформация постояина и разрушение будет усталостиым. Если
ширина полупетель четноrо и нечетноrо циклов будет разной (на-
пример, при асимметричных ЦИК.1lах заrружения), то происходит од-
ностороннее накоплеиие деформации н квазистатическое разрушеиие,
коrда накопленная деформация станет равной деформации одно-
KpaTнoro разрушения.
Строительные f-JИзкоуr леродистые стали относятся к циклически
стабильным металлам, которые в области малоцикловой прочнос"'и
MorYT нметь как хрупкое усталостиое разрушение, так и квазистати-
ческое. Алюминиевые сплавы в зависимости от cBoero состава MorYT
относиться к циклически упрочняюuцимся и к циклически стабиль-
ным.
При расчете строительных конструкций на циклнческие воздей-
ствия реrламентируется работа металла в упруrой стадии, rде явле-
иия разрушения от малоцикловой усталости, казалось бы, должны
быть искл чены. Однако действительные напряжения в элемеитах
коиструкции часто существенно отличаюl'СЯ от определенных расче-
том вследствие идеализации расчетных схем, несовершенства мето-
дов расч;rа, наличия концентраторов напряжений, собственных на-
пряжеиии и т. д. Особенио это относится к местным зонам и уча-
сткам к нструкций. с усложнениой формой, концеитраторами на-
пряжении, нечеткои передачей усилий. Поэтому необходимо анали-
зировать .lЮзможность разрушения от малоцикловой усталости н
обеспечивать соответствующие конструктивные мероприятия, сии-
ж ющие цИкличеСFие напряжеиия. Аппарат для расчета маЛОЦИК.1l0-
вои прочности в настоящее время еще недоC'rnТОЧНО разработан.
4. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ
Л1еханические характеристики стали зависят от тем-
пературы, при которой она работает.
При повышенных положительных температурах ме-
ханические характеристики стали сначала изменяются
незначительно, примерно при 2500 С наблюдается He
большое местное увеличение предела прочности и умею,"
шение относительноrо удлинения. При температурах
выше 4000 С резко падают упруrость и прочность а при
температурах, близких к 6000 С, несущая спос бность
стали практически исчерпывается.
При проектировании стальных конструкций прини-
мается, что до температуры 4000 С механические харак-
теристики стали остаются поСтоянными, а при более
высоких температурах сталь становится ненесущеспо-
собной.
При отрицательных температурах и с увеличением
толщины проката повышается хрупкость стали, что осо-
39
бенно ва}Кно учитывать при строительстве в районах
Крайнеrо Севера.
Строительные стали становятся хрупкими при TeM
пературах: малоуrлеродистые кипящие при минус зо
35" С, малоуrлеродистые спокойные при 45 500 С и низ-
колеrированные при минус 55 600 С.
Исходя из этоrо нормами проектирования преду-
смотрено применение различных сталей с учетом толщи
ны про ката и температуры, при которой будет эксплуа
тироваться соору}Кение.
С течением времени свойстВа стали несколько измеияются: уве-
личиваются пределы упруrости, текучести и прочности, снижается
относительное удлинение, уменьшается ударная вязкость, сталь ста-
новится более хрупкой, Это явление называется старением стали.
Причина старения постепенный переход металла в более устойчи-
вую структуру. В кристаллитах феррита остаются растворенными yr-
лерод, азот и карбиды друrих элементов. Эти примеси с течеНl!ем
времени выделяются из твердоrо раствора и укрепляют прослоик,!i
между зернами феррита. Сталь в целом становится более прочнои..
но менее пластичной. Время старения весьма неопределенно от
нескольких дней до десятилетий. Оно зависит от структуры стали
(величина зерна), ее заrрязненности, температуры и механических
воздействий. Старению наиболее подвержены кипящие стали.
При расчетах металлоконструкций естественное старение стали
не учитывается, так как повышению пределов текучести и прочно-
сти сопутствуют снижение пластичности и увеличение хрупкости.
В алюминиевых сплавах старение используется для упрочнения
материала.
Продукт коррозии ржавчина, имеет значительно больший
объем, чем металл, из KOToporo она образовалась. Кроме TorO, YB
лажнение вызывает разбухание ржавчины и еще большее увеличение
ее объема. Ржавчина, заполняя трещины на поверхности металла,
являющиеся следствием прокатки, сварки, дефектов структуры, ус.
талости металла и друrих причин, и затем, увеличиваясь в объеме
расширяет и уrлубляет их, ослабляя сечение конструкции и образуя
концентраторы напряжений. Развиваясь между склепанными эле-
ментами, ржавчина вызывает местные вздутия и даже отрыв roao-
вок заклепок.
В узких щелях конструкций при наличии в них влаrи и пыли
возможно образование коррозии в виде раковины, заполненной
ржавчиной. Такие раковины MorYT иметь довольно большие разме-
ры и представлять опасность для несущей способности элемента.
Основными мероприятиями по борьбе с коррозией металлокон-
струкций являются:
1) проектирование металлических конструкций без узких lЦелей,
пазух, с формой сечений элементов, хорошо обтекаемой воздушными
Струями, не удерживающих пыли, открытых для окраски;
2) высококачественная orpYHToBKa изrотовленных конструкций
и последующая их окраска правильно выбранными лакокрасочными
покрытиями;
3) периодическая окраска металлических конструкций в про-
цессе эксплуатации (обычно через 3 6 лет работы),
5, СТАРЕНИЕ СТАЛИ
6. кОРРОЗИЯ СТАЛИ
7. ПОНЯТИЕ 0& УСТОЙЧИВОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ
МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦий
Исчерпание несущей способности в элементах метал-
лических конструкций мо}Кет произойти не только в pe
зультате разрушения материала, но и в результате по
тери ими устойчивости. Потеря устойчивости свойствен-
на относительно тонким и rибким элементам при
наличии в них с}Кимающих напряжений.
Явление потери устойчивости характеризуется тем,
что при увеличении наrрузки после дости}Кения в эле..
менте определенной величины напря}Кений происходит
резкое нарастание искривления элемента, отклонение
ero от первоначальной формы равновесия, сопрово}Кдаю-
щееся падением несущей способности.
Те силовые воздействия или напря}Кения, при кото-
рых происходит отклонение от первоначальной устой-
чивой формы равновесия, называются критическими:
Р кр, М кр, акр.
Вопросы потери устойчИвости в металлических кон-
струкциях имеют очень большое значение. Падение He
сущей способности элементов при потере устойчивости
проИсходит весьма быстро, без заметных предваритель-
ных деформаций, что затрудняет принятие мер по уси-
41
В процессе работы стальные коиструкции, особенно при недо-
статоЧной их защите, подверrаются воздействию коррозии.
Коррозия может быть химической, вызванной непосредственным
воздействием на металл аrрессивиых жидкостей или rазов, и элект-
рохимической, вызванной воздействием влаrи и атмосферы на по-
верхностный слой металла.
Скорость корр03ИИ в чистом воздухе при небольшой ero отно-
сительной влажности невелика и составляет сотые доли миллимет-
ра толщины в rод. В условиях аrрессивных сред промышлениых
предприятий она увеличивается и может быть очень и тенсивной.
Известны случаи выхода из строя стальных конструкции перекры-
тий зданий с аrpессивной средой через 15 20 лет работы, ни>кних
частей колонн здаиий через 30 лет работы.
Разрушение может быть от общей поверхностной коррозии,
коrда рабочая площадь уменьшается и происходит перенапряжение
элемента, и от местной коррозии.
40
LJ
снятии причины отклонения стержень останется изо
rnутым и не вернется к прямолинейному положению.
В точке разветвления прямолинейной и криволинейной
форм равновесия внешняя сила достиrнет cBoero крити
ческоrо значения Р кр , Дальнейшее, самое незначитель-
ное увеличение силы PK ведет к резкому нарастанию
деформаций и потере несущей способности стержня
(рис. 11.12,6).
Критическая сила для. ynpyroro, центрально сжато
ro, шарнирно опертоrо по концам стержня, впервые бы
ла определена л. Эйлером в 1744 r.:
л!Е/
Р КР == l2 (н.!.)
rде Е модуль упруrости металла стержня; 1 мини-
мальный момент инерции сечения стержня; I длина
стержня.
Разделив критическую силу на площадь стержня,
можно найти критическое напряжение в стержне
Р КР л 2 Е] л 2 Е,2 л 2 Е
О'КР == Fбр == 12 Fбр == == . (П.Ю)
rде F бр :---- площадь брутто поперечноrо сечения стеРЖЮI;
, == у ; радиус инерции стержня; 'л == Ifr rибкость
стержня.
Из формулы (11.10) следует, что критические напря
жения зависят только от rибкости стержня,\, (n и Е
постоянные), которая определяется отношением длины
стержня к радиусу инерции ero сечения. rрафически их
величина для стали 3 изображена кривой на рис. 11.12, в
(rипербола Эйлера).
При выводе формулы Эйлера предполаrалось, что
модуль упрyrости материала имеет постоянное значение.
Поэтому для строительных сталей эта формула спра
ведлива только для первой прямолинейной части диаr.
раммы работы стали, т. е. предела пропорциональности.
Учитывая, что для стали 3Е===21 000 KHfcM 2 и Опц==
==20 KHfcM 2 , можно из формулы (11.10) получить rнб-
кость, выше которой формула Эйлера будет справедли
ва:
лению. Неправильный учет критических усилий в Me
таллических конструкциях одна из наиболее распро-
страненных причин их повреждений и аварий.
1. УСТойЧИВОСТЬ ЦЕНТРАЛЬНО ЖАТЫХ СТЕРЖНЕН
Рассмотрим прямой, относительно длинный стержень,
сжатый центрально приложенной силой Р (рис. 11.12, а).
При увеличении силы Р. стержень вначале будет оста-
о) р L 8)
е,нН/снl
2Ц
.... (6 т )
.... Q.. >с
у 20
,6
12
Рис. 11.12. Устойчивость
центрально-сжатых стер- 8
жней
а расчетная схема; б за-
висимость стрелки в"tnучи-
вания or сжимающей силы;
в кривые критическux на-
пряжений: / еипербола
Эйлера; 2 кривая крuтиче
ских напряжений с учетом
пластической работы; 3
кривая критических напря
жений с учетом случайных
эксцентрицитетов
ваться прямым, и, если ему даже дать искусственно He
большое отклонение у, то после снятия причины откло
нения он вернется к первоначальному прямолинейному
положению (устойчивое равновесие). Объясняется это
тем, что внешняя сила Р не в состоянии удержать стер.
жень в изоrнутом состоянии (внутренняя потенциальная
энерrия изrиба стержня V в данном случае будет больше
внешней работы Т, которую совершит сжимающая сила
Р в результате сближения концов стержня от изrиба,
Т===РЫ, стержень выпрямится).
При дальнейшем увеличении внешней наrрузки Р
может наступить такой момент, коrда V === т и будут
возможны прямолинейная форма равновесия стержня и
криволинейная, изrибная. В этом случае при небольшом
искусственном отклонении стержня на величину у и
42
о
/jlJ во
160 200
'"
. у Л 2 Е у з, 142.21000
1'>== == 105.
Опц 20
43
Выше предела пропорциональности при определении
критических напряжений необходимо учитывать пере-
менный пластический модуль упруrости Е пл (криволи-
нейная часть диаrраммы до точки От, рис. 11.2), при
этом задача усложняется и получить критические напря-
жения формулой в конечном виде не удается. Эти кри-
тические напряжения, определенные сложными матема-
тическими выкладками, изображены rрафически кривой
2 на рис, 11.12,8 (ответвление от rиперболы Эйлера при
rибкостях меньше 105).
Абсолютно прямолинейный стержень является идеа-
лизированной расчетной схемой. Все реальные стержни
в натуре имеют неизбежные отклонения от прямолиней-
ности (случайные эксцентрицитеты f о). Поэтому с само-
ro начала заrружения центрально-сжатоrо стержня в
нем возникает изrибающий момент М Pfo, что ухудшает
условия устойчивости стержня и снижает ero критиче-
ские напряжения. Величина случайных эксцентрицитетов
определяется статистическим изучением реальных
стержней. Кривая критических напряжений для цент-
рально-сжатых стержней из стали 3 с учетом случайных
эксцентрицитетов. приведена на рис. 11.12,8 (кривая 3).
Кривые критических напряжений, расположенные выше предела
пропорциональности, зависят от вида диаrрамм работы стали a 8,
которые для сталей различных классов существенно отличаются друr
от друrа по величине параметров и даже по характеру (рис. 11.13, а),
Однако если построить диаrраммы работы сталей в относительных
координатах а/а02 (а02 напряжение, соответствующее остаточному
относительному удлинению 0,2%, которое определяет предел текуче-
сти ат для сталей, не имеющих площади текучестн, и которое так-
же близко к пределу текучестн для сталей, имеющих такую пло-
щадку, и 8/802, то диаrраммы работы различных сталей будут очень
близки между собой (рис. 11.13, б). Действнтельно, вследствие оди-
наковости модуля упруrости все диаrраммы от нуля ндут по единой
Jlннии упруrой работы до точки а п ц/а02, которая для .всех сталей ...0,7.
Далее днаrраммы несколько расходятся в упруrопластической части,
но снова сходятся в точке с координатами а/а02== 1 н 8/802...1,7,
"оторые близки к постоянным значениям для разных сталей. По-
следующая пластическая часть диаrрамм работы снова начинает не-
сколько различаться своим уклоном. Прохождение различных диаr-
рамм через ряд общих точек в относительных координатах и до-
вольно близкое их совпадение позволяют принять для сталей всех
классов прочности единую унифицированную Расчетную днаrрамму
а0 2 R
работы. 7читывая, что a02 aT R и 802== Е'" Е (rде R aT
расчетное сопротивление стали), такая унифицированная днаrрамма
Е
в координатах a/R lJ 8 прнведена на рис. 11.13, в. Вычнсление
R
всех параметров, связанных с расчетом на устойчивость элементов
конструкций из различных классов сталей, выполнено в иаших нор-
мах на основе этой унифицированной диаrраммы работы стали.
Таким образом, устойчивость центрально-сжатоrо
стержня будет обеспечена, если напряжения в нем бу-
дут меньше критических
р <: акр Fбр. (11.11)
Чтобы не определять для каждоrо стержня критические
напряжения, а иметь дело с расчетным сопротивлением
о}
6
42
6)2.. 6)6 11
' В 6 /1 I ' M 5%
ц 0.7
642 I 7 I
I
I { I е#
о 'l72 J It 5 Е42 О I 172 J It 5
о
Е
Рис. 11.13. Уllификация диаrрамм работы сталей
а диаераммы работы стаЛей различных классов; б то Же, в относитель-
ных координатах; в унифицированная диаерамма работы сталей
стали R (равным наименьшему значению предела теку-
чести От, принимаемому при расчетах), критические на-
пряжения выражают через расчетное сопротивление
стали, умноженное на КОЭффИDиент продольиоrо изrиба
<р (меньший единицы):
акр == qJaT == qJR. (11. 12)
Очевидно, что значение коэффициента <р для данной rиб-
кости определяется как отношение критических напря-
жений к пределу текучести
qJ == акр . (11 . 13)
а т
Подставляя значение акр из формулы (11.12) в формулу
(11.11), найдем, что
р <: qJRF бр ,
или, переписав это выражение в принятой форме срав-
нения напряжений в стержне с расчетным сопротивле-
44
45
"нем стали, n-олyttим расчетную ФОРМУЛУ "роверкн yc
тоичивости стержня при центральном сжатии, принSI
тую в нормах:
р
(1 <. Л. (11.14)
qJFБР
Коэффициент продольноrо изrиба q:> принимается по
таблицам норм в зависимости от класса стали и zu6KOCTu.
элемента л, определяемой по формуле
, ,...1 !E.. .
,., (1l.15)
r r
rДе J.t коэффициент приведения расчетной длины, учи
тывающий условия закрепления концов стержня; lр=='
=== J.tl расчетная длина стержня (1 rеометрическая
длина) .
Значения коэффициентов q:> для сталей разных клас-
сов и некоторых алюминиевых сплавов приведены в
табл. 1 ПI>иложения 11
2. УСТОЙЧИВОСТЬ ВНЕЦЕНТРЕННО СЖАТЫХ
И СЖАто изоrнУтых СТЕРЖНЕ1l
Еоли на стержень действует только продольная сила
Р, но rtриложенная к оси с некоторым эксцентриците
том .е, стержеН9 будет внецентренно сжат (рис. 11.14, а).
Если к стержню nрнложеиа осевая сила Р и поперечная
наrрузка, вызывающая изrибающий момент М, стержень
будет сжато нзоrнут (рис. 11.14.6). Имеющееся различие
в работе внецентренно сжатых и сжато изоrнутых
стержней незначительно, поэтому сжато изоrнутые
С'rержни рассматривают как внецентренно сжатые с эк
сцентрицитетом приложения силы е===М/Р, При опреде
ленных значениях Р и М внецентренно сжатые стержни
также теряют устойчивость, причем критическая сила
Р КР будет, естественно, меньшей, чем при центральном
сжатии, так как потере устойчивости способствует изrи-
бающий момент.
Изrибающий момент изменяет поведение BHeцeHT
ренно сжатоrо стержня по сравнению с центрально
сжатым. По мере увеличения продольной силы первона
чальный проrиб стержня увеличивается, в сечении раз
пиваются пластические деформации и для восприятия
увеличивающе"ося изrибающеrо момента необходимо
46
v
уменьшить продольную силу (из условия равновесия
внутренних напряжений в сечении стержня). u
Поэтому зависимость критических напряжении от
проrиба будет иной. чем при центральном сжатии
(рис. 11.14, в).
е)
е,нl!/снЕ
21/
(6,)
20
I!J б
Q
9
16
Рис. 11.14. Устоiiчивость
внецентренно сжатых и сжа-
то изоrнутых стержней
а и б расчетная схема вне-
центренно сжатоео и сжато изо-
енутоео стержня; в эависu
мость стрелки выпучивания от
напряжений; е кривые KpиTи
ческих напряжений
12
8
ч
о
IJО 80 120 180 200
А,
Наибольшие краевые напряжения при действии про
дольной силы и момента в упруrой стадии работы опре
деляются по формуле (11.6):
N М
а==р +w'
Учитывая известные зависимости и rеометрически-е
характеристики сечения (e===M/N эксцентрицитет
приложения силы; р===W/F радиус ядра сечения; т==
===е/р относительный эксцентрицитет), наибольшие
сжимающие краевые напряжения
N М N Ne N
o== + + == (I+m). (11.16)
F W F Fp F
Из условия равенства приращения внешнеrо момеН13
JlРИ работе внецентренно сжатоrо стержня и момента
JJнутренних сил сечения стержня теоретически может
быть определено условное критическое напряжение IJ: ==
==Nнр/F бр внецентренно сж:атоrо стержня при каждой за.
данной величине изrибающеrо момента, Так как относи-
тельный эксцентрицнтет т отражает ВJU1яние изrибаю
47
щеrо момента, то критические напряжения внецентрен-
Но сжатых стержней MorYT быть rрафически изображены
аналоrично критическим напряжениям при центральном
сжатии в зависимости от rибкости стержня л (рис.
11.14, е), но кривых будет MHoro, каждая И3 которых со-
ответствует определенному относительному эксцентрици-
тету т.
Для удобства расчетов так же, как и при централь-
ном сжатии, критические напряжения при внецентренном
сжатии можно выразить через предел текучести и коэф-
фициент понижения напряжения при внецентренном
продольном изrибе q:>BH==a /aT' тоrда
== qJBH а т == \рВН R.
Условие устойчивости внецентренно сжатоrо стержня
можно записать так:
N <: и= F бр == qJBH а т F бр == qJBH RF бр
или в удобной форме сравнения напряжений с расчет
ным сопротивлением
N
a== <:R. (11.17)
qJBH Fбр
Коэффициент q:>BH зависит от условной еи6кости
стержня:
==E!.'II R =='Л 'IIR
r V Е V Е
(множитель 11 RiE учитывает класс прочности стали)
и приведенноео эксцентрuцuтета тl, учитывающеrо экс-
центрицитет приложения силы N или изrибающий мо-
мент М, а также форму сечения стержня. В зависимости
от этих величин коэффициент q:>BH определяют по табли-
цам, приведенным в нормах проектирования.
В плоскости, перпендикулярной к плоскости действия
момента (в которой нет момента), стержень должен был
бы потерять устойчивость как центрально-сжатый, од..
нако, из за развития пластических деформаций по ce
чению от действия момента рабочая упруrая часть се-
чения уменьшается и стержень может потерять устойчи-
вость досрочно. Поэтому устойчивость внецентренно-
сжатых 'стержней в плоскости, перпендикулярной к лей-
ствию момента, проверяют по формуле
N
cr== <:R. (11.18)
cqJyF бр
48
rде q:>y коэффициеит продольноrо изrиба при цент-
ральном сжатии относительно оси. перпендикулярной
к плоскости действия момента; с коэффициент меньше
единИЦЫ, зависящий от формы сечения, rибкости и от-
носительноrо эксцентрицитета. Коэффициент с опреде-
ляется по указаниям. приведенным в нормах проектиро-
вания.
9. УСТОйЧИВОСТь изrИБАЕМЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Потеря устойчивости изrибаемоrо элемента качест
аенно похожа на потерю устойчивости центрально.сжа-
Toro стержня (рис. 11.15). Вначале происходит изrиб в
своей плоскости; при достижении наrрузкой критическо-
ro значения балка ис- ,.
кривляется и закручива-
ется. Сечение элемента
быстро пронизывается !:J
пластическими деформа
циями. и при наrрузке
немноrим более критиче-
ской ба ка теряет несу-
щую способность.
Аналоrично критичес-
кой силе центральноrо
сжатия можно найти К р и- Р 1I 15 У Й
ие. . . СТО чивоеть при из-
тический момент Мир по- rибе
тери устойчивости изrиба
eMoro элемента в зависи-
мости от rеометрических характеристик и пролета бал-
ки. Для единообразия расчетов, как при центральном и
внецентренном сжатии, удобно ввести понятие коэффи-
циента понижения напряжений при потере устойчивосrи
изrибаемых элементов q:>б (меньшеrо единицы). paBHoro
отношению критических напряжений при изrибе к наи-
меньше.му пределу текучести,
После этоrо получим формулу проверки устойчивости
изrибаемых элементов, принятую в нормах проектиро-
вания,
м
cr== <:R.
qJБ W
(11.19)
,КОЭффициент срб определяют в зависимости от reoMeT-
рических характеристик балки и места приложения на-
4 950
49
rрузки .по таблидам, приведенным в нормах проеКТИрО
вания
4. МЕСТНАЯ УСТОйЧИВОСТЬ ЭЛЕМЕНТUIJ
МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИй
Элементы металлических конструкций, как правило.
являются тонкостенными, сечения их состоят из несколь-
ких соединенных между собой полос или пластинок с
относительно тонкими стенками. Напряжения в этих по-
лосах и пластинках от внешней наrрузки при достиже-
а) 'l" б)
Ш tI1 .LQ - f f
Рис. 11.16. Местная устойчивость
а напряжения в пластинках; 6 типы закрепления кромок
нии определенных величин MOryT привести к их выпучи-
ванию, происходит местная потеря устойчивости эл мен-
та. Напряжения, соответствующие началу местнои по-
тери устойчивости, такЖе называются критическими.
Если произошла местная потеря устоичивости в эле-
менте конструкции, то выпученный участок исключается
из работы этоrо сечения и расчетное сечени: элемента
уменьшается. Расчеты элементов конструкции на проч-
ность и на устойчивость включают в себя расчетное Се-
чение элемента, поэтому всеrда должна быть обеспече-
на местная устойчивость в элементе.
Критические напряжения устойчивости в отдельноп
пластинке зависят от ее размеров, характера напряжен-
Horo состояния и типа закрепления кромок (рис. 11.16).
Если от внешней наrрузки в пластинке ТОЛЬКО нормаль-
ные напряжения 0', то, определив для этой же пластин:
ки нормальные критические напряжения потери местнои
устойчивости О'кр и сравнив их между собой, можно су-
дить о местной устойчивости. Обычно условие обеспе-
чения местной устойчивости записывают как:
о-
а <: аир или .;;: J, (11.20)
аир
fi()
Аналоrично, если в пластинке имеются только каса-
тельные напря.жения 'f, условие ее устоЙчивости
1:
1:<:'t'RP или <: 1,
1: к р
rде 't'KP критическое касатеЛЬНОе напряжение потери
местной устойчивости для пластинки данных
размеров.
От внешней наrрузки в пластинках часто возникают
одновременно нормальные и касательные напряжения
о' и 'f. Iorдa ее. yc.TO-ЙЧ!1IЮCт.ь будет обеСIl-€ на, если
(11.21)
r ( а 2 ( 1: ) 2
+ <: 1.
.О'ир). 1: и р
(11.22)
Определение критических напряжений для различных
пластинок будет дано дальше по мере изло ния рас-
чета элементов конструкций.
t8. АЯЮМИ IIИ[ВЫ[ CMAВbt; Н-Х СОСТАВ, СВОАСПА
И ОСО&ЕННОСТН РА&ОТЫ
,\
Для строите-Л1>ИbIХ КОllСТРУIЩИЙ ПРИl\fеняются алюминневы't
сплавы с содержанием леrирующих компонентов и примесей 5 7%
(техничес!,ий алюмнний с примесями до 1 % ввиду малой ПРОЧНОС1lJ
применяется очень редко и только для декоративных и оrраЖД81О-
щих элементов). Алюминиевые сплавы разделяются на щ:фОРМI'iJУ-
емые (обрабатываемые давлением: прессованием, вытяжкой, про-
каткой, штамповкой и т. д.), применяемые в строительных конструк-
циях (rOCT 4784 65*), и на литейные, применяемые в основном в
машиностроении.
Алюминиевые сплавы леrируют марrанцем, маrнием, кремнием,
цинком, медью, хромом, титаном илн одновременно несколькими.
этими компонентами, в зависимости от чеrо система сплава полу-
чает наименование и марку с условным обозначеннем (табл. 11.3).
Алюминиевые сплавы поставляют в различных состояниях Тер-
мической обработки и наrартовки: М отожженный (мяrкий); П
полунщартовQННЫЙ; Н наzартовQННЫЙ; Т закаленный и естест-
венно состаренный; TI закаленнЫй и искусственно состаренный.
Символ состояния поставки добавляют к условному обозначению
марки сплава (см. табл. 11.3).
Технический а.IJЮМЮШЙ обладает очень высокой коррозионной
стойкостью, но малопрочен и пластичен. Алюминиево марrанцевые и
алюминиево-маrниевые сплавы обладают высокой коррозионной
стойкостью, сравнительно высокой прочностью и хорошо сваривают-
ся. Мноrокомпонеитные сплавы обладают средней и высокой корро-
зионной стойкостью, средними и высокимн показателями прочности
и MorYT применяться в сварных и клепаных несущих и оrраждаю-
щих конструкциях.
Термическая обработка повышает прочностные характеристики
сплавов в 1,3 1,5 раза. При сварке конструкций из термнчески обра-
4*
51
Наименование Марка н
состояние
поставки
Те рмuчес"u неупрочняемые
Технический алюминий АДIМ
Алюминиево марrанцевый АМцМ
сплав
Алюминиево маrниевые сплавы I AМr2M
АМr2П
IJ.\
т ермuчес"u упрочняемые
Сплавы повышенной пластич- АД31Т ,
ности и коррозионной стойко АД31 ТI
сти
.
ТАБЛИЦА 11.3. АЛЮМИНИЕВЫЕ СПЛАВЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ
КОНСТРУКЦИИ
Снстема сплава
AI
AI Мn
AI Mg
AI Mg Si
AI Mn Mg Zn тi I Мноrокомпонентные сплавы
1925Т,
1915Т
ботанных сплавов происходит некоторое разупрочненне матернала в
зоне термическоrо влияния, которое надо учитывать при расчете и
конструировании сварных соединений. Термическн не упрочняются
сплавы марок AМr и АМц. Чтобы повысить коррозионную стойкость,
а миниевь!е сплавы MorYT быть плакированными (покрытыми тон-
кои пленкои чистоrо алюминия при изrотовлении полуфабрнката).
Структура алюминиевых сплавов состоит из кристаллов алюми-
ния, упрочненных леrирующими элементами (леrирующие элементы
входят в твердый раствор с алюмннием и упрочняют ero). Особен,
но большое упрочнение сплава получается, если количество ..lеrиру-
ющеrо компонента больше максимально растворимоrо при обычной
температуре, тоrДа компоненты выделяются в виде упрочняющих
включений. Ввнду относительно малой прочности включений и про-
слоек между зернами под действием наrрузки происходят более плав-
ные деформации, и, в отличие от малоуrлероднстой стали, площад.,и
текучестн в сплавах не получается.
На рис. 11.17 прнведены диаrраммы работы некоторых алюми-
ниевых сплавов на растяжение (там же для сравнения дана кри
вая для сталн 3). Наиболее существенные отличия в работе а.ПЮ-
миниевых сплавов и стали заключаются в меньшем уrле наклона
первоначальной прямолинейной частн диаrраммы алюмнниевых спла-
вов, характеризующем модули упруrости материалов (2,1'10" кН/см 2
для сталей и 0,71.10" кН/см 2 для алюминиевых сплавов), в отсут-
ствИи площадки текучестн у алюминиевых сплавов, а также в
меньшем относитеJIЬНОМ удлинении термически обработанных
сплавов.
52
Ь\
)'
j
.
.
Работа сплавов при друrих видах силовых воздействий и процес-
се разрушения во MHoroM аналоrична работе сталей, так как имеется
сходство структур (пластичные зерна алюминня и упрочняющие
рключения) и У обоих матерналов большой запас пластической ра-
боты до разрушения.
Неравномерное распределение напряжений н концентраторы на-
рряжений способствуют переходу алюминиевых сплавов в более
хрупкое состояние (снижению относи-
тельных удлинений при разрушении), I'J,нН/см 2
Это явление зависит от марок спла- 50
вов н состояния их поставки: менее
склонны к переходу в хрупкое состо-
янне мяrкие сплавы.
Внбрацнонная прочность алюми-
ниевых сплавов также уменьшается
при увеличении циклов наrрузки, но
относительно меньше, чем у стали.
Наличне концентраторов напряжений
снижает вибрационную прочность н
предел вынослнвости.
Алюминиевые сплавы менее ус-
тойчивы к воздействию высоких тем-
ператур, чем сталь (температура пла
вления их около 600 7000C). При
HarpeBe алюминиевых сплавов падают
:щачения предела текучести и предела 1 технический аЛЮА<uний
прочности, одновременно с этим уве- АД1М; 2 сплав 1915Т; 3.....
личивае:rся относительное удлинение, Сталь 3
поэтому конструкции из алюминиевых
сплавов менее оrнестойки и MorYT ра-
ботать при температурах прнмерно до 150 200° С. При отрицатель-
ных температурах алюминиевые сплавы работают хорошо; большим
их достоинством является малая склонность к переходу в хрупкое
состояние при пониженных температурах. Ударная вязкость, оцени-
вающая эту склонность, при температурах IOO и +1000 С практи-
ческн одинакова.
Изменение механических свойств алюминиевых сплавов при ста.
ренин пронсходит более ннтенсивно, чем у стали, и увеличение пре-
делов текучести н прочности значительно выше. Увеличенне прочно-
сти алюминиевых сплавов при старенни учитывают при назначении
их расчетных сопротивлений.
Потеря устойчивости элементов конструкций нз алюминиевых
сплавов качественно имеет MHoro общеrо с потерей устойчивости в
стальн х конструкциях ввиду схожести структур и работы под на-
rрузкои. В количественном отношении различие существенно; завн-
сит оно прежде Bcero от меньшеrо (в 3 раза) значения модуля уп-
руroсти алюминиевых сплавов и формы диаrраммы работы мате-
риалов. Аналоrнчно стальным конструкциям устойчивость проверяют
сравненнем расчетных напряжений в элементах конструкции с кри-
тнческимн, ПОЭТОjl1У расчетные формулы проверки устойчивости при
различных силовых воздействиях имеют такой же вид как и для
стальных конструкцнй. Значения коэффициентов приним ются .в за.
висимости от марок сплавов по нормам проектирования алюминие-
вых конструкций СНиП II 24-74.
IJ
о
16
в
12
20 211
Е,%
IJ
Рис. 11.17. Диаrраммы ра-
боты алюминиевых сплавов
на растяжение
53
rЛill8i11111
СОРТАМЕНТ
Металлические конструкции формируют из профи
лей различной формы, которые изrотовляют на метал
лурrических заводах. Каталоrи поставляемых MeTak
лурrическими заводами листов и профилей с указанием
их формы, размеРОI!, rеометрических характеристик,
массы называют сортаментом и оформляют в виде ro
сударственных стандартов.
Форма профилей сортамента должна отвечать РЯДУ
требований: простоте и технолоrичности изrотовлени ,
универсальности и удобству при компоновке сечении,
рациональному распределению материала по сечению.
Сортамент не должеli быть чрезмерно обширным, но в
то же время должен давать большие возможности про-
ектировщику для целесообразноrо и экономичноrо ПОk
бора сечений различных конструкций. В результат
мноrолетнеrо развития металлических конструкции
и работ по теории cop aMeHTa в настоя:цее время eCT
большой универсальныи набор профилеи, позволяющии
сооружать рациональные металлические конструкции
caMoro разнообразноrо назначения.
t 9. СОРТАМЕНТ ДЛЯ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИй
В стальных конструкциях применяется листовая и
профильная прокатная сталь. Профильная сталь разде
ляется на сортовую (Kpyr, квадрат, полоса, уrолки)
и фасонную (двутавры, швеллеры, шпунтовые и друrие
фасонные профили) .
Кроме этоrо, широко применяется сортамент вторич-
ных профил й: сварных, профиль которых образован
соединением на сварке отдельных полос или листов, и
rHYTblx, образованных холодной rибкой стальных полос
и листов. Наиболее дешевы прокатные профили. Они
непосредственно с металлурrическоrо завода идут на
изrотовление металлоконструкций. Для образования
сварных и rHYTbIx профилей требуется дополнительная
операция изrотовление профиля из прокатноrо л ста.
При проектировании металлических конструкции не-
обходимо знать основные параметры существующеrо
сортамента металла.
i" r .
54
..
"
\.
J
1. ЛИСТОВАЯ СТАЛЬ
Сталь прокатная толстолистовая, rOCT 19903 74.
Стальные листы прокатывают толщиной 4 160 мм, ok
нако в строительных конструкциях листы толщиной
более 40 мм применяют редко, так как качество толстой
стали СНИ1Кается и УСЛОJКняется изrотовление конструк-
ций. rрадация рекомендуемых для применения в строи-
тельных конструкциях толщин листовой стали следую-
щая: от 4 до.6 мм через 1 мм, от 6 до 22 мм через
2 мм и далее 25, 28, 30, 32, 36, 40, 50, 60, 80, 100 мм.
Ширина листовой стали имеет размеры 600 3600 мм
при длине 2 12 м. Ходовая ширина листов не превы-
шает 2400 мм, а длина 8 м. Тол'Столистовую сталь при-
меняют в листовых конструкциях и сплошностенчатых
сечениях отдельных элементов.
Сталь прокатная широкополосная универсальная,
rOCT 82 70. Толщина полос универсальной стали 4
60 мм с той 1Ке rрадацией, что и для толстолистовоЙ
стали, ширина полос 200 1 050 мм, ходовая длина по
лос 5 12 м. Универсальную сталь применяют для полок
и стенок сплошных балок, колонн и друrих конструкций.
При применении универсальной стали не требуется про
дольной резки листов, поэтому стоимость изrотовления
конструкций СНИ1Кается.
Сталь rорячекатаная рулонная, rOCT 8597 57, по-
ставляется в свернутых рулонах, поэтому толщина ее
оrраничена 10 мм, ширина рулона 200 2300 мм. Перед
изrотовлением конструкций такую сталь необходимо
правитъ. Ее выrодно применять для больших TOHKOCTeH
ных элементов и листовых конструкций, так как при
этом уменьшается количество стыков и отходов.
Сталь прокатная тонколистовая rорячекатаная,
rOCT ]9 904 74. Толщина листов O,2 3,9 мм, ширина
600 2000 мм, длина 1,2 5 м. В строительных KOHCT
рукциях применяется для rHYTbIx лрофилей и кровель.
Сталь прокатная полосовая, rOCT I03 57*. Толщина
полос 4 60 мм, ширина 12 200 мм, длина 3 9 м. При-
меняется в виде отдельных полос и для изrотовления
rHYTblX профилей.
Сталь листовая рифленая, rOCT 8568 57*. Толщина
листов 2,5 8 мм, ширина 600 1400 мм, длина 2
6,3 м. Рифленый лист применяется в виде настила на
рабочих площадках, ступенях лестниц и т. д.
55
Сталь листовую просечно вытяжную, rOCT 8706 58,
образуют вытяжкой листа в холодном состоянии с преk
варительно просеченными. в нем щелями. Толщина лис
тов 4,5 и 6 мм, ширина 500 1400 мм, длина до 6 м,
Применяется для настилов различных площадок.
Для оrраждающих конструкций (кровель) применя
ются:
сталь тонколистовая оцинкованная, rOCT 7118 54,
толщиной 0,25 2 мм, шириной 510 1500 мм и длиной
0,71 2,5 м;
стальной профилированный настил из тонколистовой
оцинкованной стали, поставляемый по специальным
техническим условиям (ТУ);
листовая кровельная, rOCT 1393 47**, поставляе
мая тех же размеров, что и тонколистовая оцинкован
ная сталь;
сталь листовая волнистая, rOCT 3685 71*, толщи-
ной 1 1,8 мм, шириной 710 1000 мм, длиной 1.42
2 м, высота волны листа 30 и 35 мм.
2, ПРОФИЛЬНАЯ СТАЛЬ
Сталь прокатная уrловая равнополочная, rOCT 8509
72 (рис. 111. l,а). Сортамент равнополочных уrолков до-
вольно большой и составляет свыше 70 типоразмеров.
Наименьший уrолок с шириной полки Ь ==20 мм, тол
щиной полки d==3 мм, площадью сечения 1,13 см 2 .
Наибольший толок с шириной полки 250 мм, толщиной
30 мм и площадью 142 см 2 . Уrолковые профили при Ok
ной и той же ширине полок имеют различную толщину
полок. Соотношение ширины полки к ее толщине в уrол-
ках принято bld 17, что всеrда обеспечивает местную
устойчивость полок. Уrолки прокатывают длиной от 4
до 13 м.
Сталь прокатная уrловая неравнополочная,
rOCT 8510 72 (рис. 111.1,6), Наименьшие размеры
профиля 8==25 мм, Ь==16 мм, d==3 мм при площади
сечения 1,16 см 2 ; наибольшие 8==250 мм, Ь== 160 мм,
d==20 мм с плошалью сечения 78.5 см 2 ; количество про-
филей свыше 50.
Некоторые типы сечений элементов металлических
конструкций с применением равнополочных и неравно-
полочных уrолков показаны на рис, 111.1,8.
56
Балки двутавровые, rOCT 8239 72 (рис. llI.2, а).
Размеры двутавровых балок (двутавров) опредеЛЯIОТСЯ
их номером, который соответствует высоте двутавра h,
см. Сортамент включает двутавры с N!! 10 по .N!! 60; ши
рина полок двутавров находится между 55 мм для .N!! 10
и 190 мм для .N!! 60, длина прокатываемых профилей
a)d У 8)
L1 F Т .J!) 01
6) d 1 lr uu
' У
)(
1 ' 1
I 1
1 I
' e:lll
н
Рис. 111.1. Уrолки и составные сечения из уrолков
j
4 13 м. Сечение двутавровых балок очень выrодно при
paVOTe их на изrиб, поэтому двутавры широко применя-
ются для различных балок. В составных сечениях дву-
тавры применяются для колонн и друrих тяжелых
стержневых конструкций (рис. 111.2, е).
С 1978 r. на Нижнетаrильском металлурrическом
заводе выпускают двутавры и тавры с параллельными
rранями полок. Технические условия (ТУ 14 2 24 72)
включают нормальные, колонные и широкополочные
двутавры и тавры. Параллельные rрани полок упроща-
ют узлы сопряжения элементов, а рациональная форма
поперечноrо сечения (соотношение ширины к высоте
профиля составляет от 1: 1 до 1: 2,5) делает эти про-
фили особенно ВЫrодными при работе на сжатие и сжа-
тие с изrибом.
Использование широкополочных двутавров взамен
сварных в колоннах на 30 40% снижает трудоемкость
изrотовления конструкций.
Тавры целесообразно использовать как пояса ферм
взамен сечения из спаренных уrолков, что также приво-
57
дит К снижению трудоемкости изrотовления и упрощает
конструкцию узлов.
Швеллеры, rOCT 8240 72 (рис. 111.2,6, 8). Размеры
швеллеров также определяются их номером, COOTBeTCT
вующим высоте швеллера h, см. Сортамент включает
швеллеры от .N!! 5 до.N!! 40 с шириной полки от 32 до
трубы стальные бесшовные rорячекатаные, rOCT 8732:-
70, диаметром 45 550 мм для несущих конструкции;
рельсы крановые, rOCT 4121 62* и рельсы железнодо-
рожные, rOCT 7173 54* и rOCT 7174 65* для рельсов
под мостовые краны; сталь rорячекатаную Kpyr лую,
rOCT 2590 71*, диаметром 5 250 мм; сталь rорячека-
о)
2)
о)
у
и
d
IHr I
d
-<;: J(
J(
У Ь
х х
}
!/
6
Рис. 111.3. Сварные профили
Рис. 1I1.2. Двутавры, швеллеры и составные сечения из них
}
1Ф
!I
В 1
таную квадратную, rOCT 2591 71 *, размером 5 1 00 мм
для различных тяжей и поделок. Для ?конных и фонар-
ных переплетов промышленных здании применяют про-
фили по rOCT 7511 73. u
В прил. 111 приведен сортамент прокатнои стали, на-
иболее часто употребляемой при проектировании метал-
лических конструкций.
115 мм. По rOCT 824 72 поставляются два сортамен-
та швеллеров швеллеры с уклоном внутренних rpa-
ней полок (рис. 111.2,6) и швеллеры с параллельными
rранями полок (рис. 111.2,8). Оба вида швеллеров
имеют одинаковые размеры h, Ь, d и площади сечения,
друrие их rеометрические карактеристики различаIОТСЯ
крайне мало, поэтому швеллеры взаимозаменяемы.
Швеллеры с пар.аллельными rранями полок удобнее для
примыканий, не требуют косых шайб для болтов, техно-
лоrичнее в изrотовлении, вследствие чеrо им следуе'r
отдавать предпочтение при проектировании. Сечение
швеллеров выrодно при работе на изrиб, поэтому они
часто при меняются как балки и проrоны. Кроме Toro,
швеллеры хорошо компонуются в составных сечениях
и широко применяются в элементах конструкций, рабо-
тающих на осевую силу (см. рис. 11I.2,z). Длина ПОСтав-
ляемых швеллеров 4 13 м.
Кроме перечисленных основных
стали в строительных конструкциях
двутавровые для подвесных путей,
J
3. СВАРНЫЕ ПРОФИЛИ
Сварные двутавры, МРТУ 7 4-66 (рис. 111.3, а), изrо-
товляют на поточной линии Днепропетровскоrо завода
металлоконструкций, rде построена специализированная
поточная линия по изrотовлению полуфабриката мощ-
ных сварных двутавров, которые потом применяются на
друrих заводах металлоконструкций. Для рентабельно-
сти промежуточной перевозки полуфабриката наимень-
ший объем поставки сварных двутавров должен быть
50 70 т. Сварные двутавры изrотовляют из малоуrле-
родистой и низколеrированной стали, полки и стенки
соединяют автоматической сваркой. Сварные двутавры
изrотовляют трех типов:
видов профи,льной
применяют: балки
rOCT 19425 741
б&
59
для подкрановых балок пролетом 6 и 12 м под краны
rрузоподъемностью до 2'(5 т. Наименьший двутавр име-
ет размеры: Н==640 мм, Ь==220 мм, d==6 мм; наиболь-
ший двутавр Н==2045 мм, b==71O мм, d== 18 мм;
для колонн. Эти двутавры имеют меньшую высоту.
более толстую стенку и большую площадь сечения по
сравнению с двутаврами для балок. Размеры наимень-
шеrо профиля: Н==783 мм, Ь==300 мм, р== 155 см 2 ;
наибольшеro Н==960 мм, Ь==560 мм, Р==516 см 2 ;
балочные профили общеzо назначения. Размеры
наименьшеrо двутавра: Н==820 мм, Ь==300 мм, d==
==6 мм, Р==108 см 2 ; наибольшеrо Н==2010 мм, Ь==
==600 мм, d==16 мм, Р==672 см 2 .
Все сварные двутавры заказываются в мернЫХ дли-
нах (до 12 м) по требованию потребителя.
Трубы стальные электросварные, rOCT l0704 63*
(рис. 111.3, б), изrотовляют на специализированных
трубных заводах и применяют для несущих строи
тельных металлоконструкций. В строительных кон-
струкциях применяют трубы диаметром D==25 мм и
выше. Сортамент по rOCT 10704 63* содержит трубы
диаметром до 1620 мм, толщина стенок труб меньшеrо
диаметра 1 8 мм, большеrо 6 16 мм.
Профили холодноrнутые сварные квадратноrо и пря
моуrольноrо сечений, rOCT 12336 66 (рис. 111.3, в).
Размеры квадратных труб 63 200 мм, толщина стенки
3 8 мм, прямоуrольных от 63Х32 дО 250Х180 мм при
толщине 2 8 мм.
Horo применения элементов из rHYTbIx уrолков (и вооб-
ще rHYTbIx тонкостенных профилей) : несильно Harpy-
женные длинные стержни, в которых решающую роль
иrрает жесткость, а не прочность (раскосы леrких ферм,
связи и т. д.).
Холодноrнутые швеллеры, rOCT 8278 75
(рис. 111.4, б). Размеры швеллеров: h==30 400 мм,
Ь== 10 200 мм, б== 1
1 О мм, площадь сечения до
76,5 см 2 , длина 3 12 м.
Применяют швеллеры для
леrких стержневых систем,
nporoHoB, связей и вспомо-
rательных конструкций.
Друrие rHYTble фасон
ные профили (рис. 111.4, в).
Ряд rHYTbIx профилей самой
разнообразной формы изrо-
товляют по различным Рис. 111.4. rHYTble профили
rOCTaM, техническим усло-
виям и индивидуальным за-
казам на роликоrибочных станах и rибочных прессах.
Такие профили в случае необходимости также MorYT
применяться в строительных конструкuиях,
и) 6 6. € Y
У ffjY
r I . )( {) к
{ { fJ<'
I Y 8 У 6 g 8
.t----"----< J.---...-Ц
[c(['C[t
t tO. СОРТАМЕНТ ДЛЯ КОНСТРУКЦИЙ
ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
4. rHYTblE ПРОФИЛJI.
Профили из алюминиевых сплавов для строитеЛЬИЫJ< КОНСТРУК-
ций получают прокаткой, прессованием или rиутьем. Прокатывают
только плоские профилн: листы, полосы и ленты. Прессованные
профили MorYT быть caMoro различиоrо очертания, поперечное се-
Рис. 111.5. Схема
пресса для изrо-
товления алюми-
ниевых профнлей
J эаеотовка; 2
контейнер пресса; 3
поршень с пуансоном;
4 матрица с отвер-
стием по форме про-
филя; 5 держ:ате«ь;
6 прессуемый про-
филь
5
@r
Сталь холодноrнутая уrловая равнополочная и He
равнополочная, rOCT 19771 74 и rOCT 19772 74
(рис 111.4, а). Размеры rHYTbIx равнополочных уrолков
приняты в пределах b==40 220 мм, б==2 10 мм, пло-
щади сечения F == 1 ,53 42,3 см 2 ; размеры неравнопо-
лочных уrолков: B==40 220 мм, b==32 180 мм, б==
==2 10 мм; площади сечения р== 1,37 38,3 см 2 ; дли-
на профилей 3 12 м. Особенностью холодноrнутых
уrолков является относительно тонкая стенка; отноше-
ние длины свободной части стенки к ее толщине дости-
raeT 24, поэтому потеря местной устойчивости стенки
может произойти раньше, чем общая потеря устойчиво-
сти стержня. Это предопределяет обпасть рационапЬ4
60
J
4
ченне их должно вписываться в Kpyr диаметром матрицы размером
320 мм (имеются отдельные прессы с диаметром матрицы 530 мм).
Эти профили изrотовляют на специальных прессах (рис. 111.5). UII-
линдрическая, наrретая примерно до 4000 С заrотовка из алюминие-
61
Boro сплава продавливается через стальную матрицу с отверстием по
форме сечения профиля. Матрица удерживается держателем. Прес-
соваться MOryT как сплошные, так и пустотелые (трубчатые) про-
фили
[нутые профили изrотовляют rибкой тонких листов или лент на
роликоrибочных станах или rибочных прессах.
Исходя из технолоrии изrотовления, сортамент для алюминиевых
сплавов включает:
.LLJLI .I IL [
[1100 О L ()
Рис. 111.6. Алюминиевые ПРОфllЛИ
а. б прессованн.ые; в енутые
Листы из алюмииия и алюминиевых сплавов постаВJIЯЮТСЯ по
rOCT 13722 68 и [ОСТ 12592 67**. Употребительные размеры ли-
стов: ТОJIщина O,3 IO мм, ширина 400 2000 мм и длина 2 6 м.
СтандарТные прессованиые профили. Уrловые профили, зетовые,
тавровые и двутавровые, швеллерные, трубы круrлые и квадратные
показаны на рис. 111.6, а. Особенностью эТ}Iх профилей являетtя то,
что они разрабатывались не для строительных конструкций и имеют
небольшие размеры. Поэтому стандартные профили MorYT применять-
ся только в леrких несущих конструкциях как конструктивные и
декоративные элементы.
Нестаидартные преСс'Jванные профили. Возможность получения
прессованием профилей различноrо очертания, небольшая стоимость
матрицы и простота переналадки пресса позволяют получать ИНДII-
видуальные про фили малыми по массе партиями. ЭТО дает возмож-
ность в некоторых случаях специально проектировать рациональный
профиль для конкретной конструкции и заказывать ero для данноrо
сооружения. В этом одно из больших преимуществ конструкций из
алюминневых сплавов. Примеры некоторых нестандартных прессо-
ванных профилей приведены на рис. 111.6, б.
rHYTble профили из листов и ПОЛОс. Форма rHYTblx алюминиевых
профилей, так же как и стальных, может быть очень разнообразной,
При м еры некоторых сечений показаны на рис. 111.6, в,
62
!
.. ,
rneBe IV
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИSI
И РАСЧЕТ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЯ
t 11. ОСНОВНЫЕ ТРЕ60ВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ
К МЕТАЛЛИЧЕСКИМ КОНСТРУКЦИЯМ
rлавное требование, которому должны удовлетворять
все конструкции, в том числе и металлические, это со-
ответствие эксплуатационному назначению. Металли-
ческие несущие конструкции воспринимают различные
наrрузки, поэтому они должны быть прочными, жестки
ми, надежными, а также зкономичными и минимально
трудоемкими при изrотовлении и монтаже
Каждая конструкция проходит три этапа: проектиро-
вание, изrотовление и монтаж. Стоимость rOToBbIx ме-
таллоконструкций распределяется следующим обра-
зом, %:
Проектирование
Стоимость стали и друrих материалов
Изrотовление . . .
Транспортные расходы
Монтаж
2 3
60 70
15 20
3 5
1O 20
Проектирование металлических конструкций один
из важнейших этапов, несмотря на относительно малую
стоимость. В процессе проектирования решаются все
вопросы осуществления конструкции, начиная от вари-
антов конструктивной компоновки возможных схем со-
оружения и кончая рациональными методами ero мон-
тажа. При проектировании должны быть обеспечены все
требования, предъявляемые к металлическим конструк-
циям.
Общие требования. Конструкции должны наилучшим
образом выполнять те функции, для которых они пред-
назначены, т. е. соответствовать СВоему эксплуатацион-
ному назначению. Необходимо учитывать особенности
эксплуатации: внешнюю среду (в закрытом помещении,
Е атмосферной среде, в аrрессивной среде), условия
работы конструкций (статические наrрузки, подвижные
и выбрационные наrрузки). Конструкции должны быть
прочными, жесткими, безопасными в эксплуатации, а
схема конструкции, ее основные размеры, сечения от-
63
дельных -4tлементвв рациональными, Экономич.ными по
расходу меТ61Iла. Экономия метал.rrа одно из важней
ших требований при проектировании металлических кон-
струкций, так как стоимость мета.rrла составляет более
половины стоимости металлоконструкций и большие
потребности народноrо хозяйства в металле вызывают
ero дефицитность.
Конструкции должны
быть пропорциональными,
красивыми и удобными д.rrя
защиты от коррозии: не
иметь щелей и пазух, в ко-
торых MorYT скапливаться
пыль и влаrа, быть доступ-
ными очистке и окраске.
Производственные тре-
бования. ета.rrлические
конструкции до.rrжны YДOB
.rrетворять требованиям ин-
дустриальности изrотовле-
ния, т. е. быть наилучшим.
образом приспособ.rrенны
ми к условиям заводско-
ro производства. Необхо
димо учитывать произ-
водственные возможности
заводов: характеристики станков, rрузоподъемность
кранов, характер оборудования для сварки и клепки,
наличие специализированных поточных линий, вспомо
raTe.rrbHblx приспособ.rrений и т. д.
Конструкции до.rrжны быть наименее трудоемки, что
достиrается простой формой, минимальным ко.rrичеством
деталей, возможностью механизированной обработки,
простотой и удобством сборки и сварки.
Важным вопросом является членение конструкций
на отправочные э.rrементы. Основным способом доставки
ИЗfотовленных на заводе метал.rrических конструкций к
месту монтажа является транспортирование их по же
лезной дороrе, поэтому отправочный э.rrемент должен
вписываться в железнодорожный rабарит (рис. IV.l),
Наибольшая длина отпраВОЧНОfО элемента зависит
от размеров платформ и способов поrрузкн, Для пере
возки металлоконструкций испо.rrьзуют двухосные плат-
формы rрузоподъемностью 20 т с длиной по осям авто-
64
620
:!
...
.,..
:ij'"
'>
lШlJ
,
I
I
'-,
L
,
,
r.J
'"
Рис. (V.I. Нормальный желез-
нодорожный rабарит очертания
поrрузки
1
1)
J
11
сцепки 10 424 мм, четырехосные платформы rрузо-
подъемностью 60 т с д.IШНОЙ 14194 мм и rондолы
(полуваrоны) rРУЗОПОДъемностью 60 т. Длинные отпра-
вочные элементы rрузят на специальные платформы
с опиранием на одну или ДВе платформы, Если элемент
опирается на одну двухосную п.rrатформу, то ero пре
дельная длина, при которой не требуется проверки [a
баритности на кривых участках дороrи, составляет 13 м.
если элемент опирается на четырехосную, 17,5 м. При
опирании элемента на две двухосные или четырехосные
п.rrатформы эта предельная длина составляет соответст-
венно 19,1 и 23,3 м. Отправочные элементы должны
быть возможно более крупными, а количество их
наименьшим, при этом очень важна компактность от-
правочных элементов, обеспечивающая нормальную за-
rрузку железнодорожных BaroHoB.
Большое значение имеет серийность изrотовления,
КОfда отправочные марки конструкций одинаковы и из-
rотовляются в большом количестве. Поэтому важнейшее
требование типизация конструкций.
Монтажные требования. онтаж последний этап
производства мета.rrлических конструкций, осуществ.rrяе-
мый в наибо.rrее трудных условиях: на открытом воздухе
в условиях строительной площадки, Поэтому rлавные
требования здесь простота, удобство, скорость и Ma
лая трудоемкость. Отправочные марки должны леrко и
просто соединяться между собой, необходимо стремить
ся к возможности крупноблочноrо, а при больших объе
мах однотипных конструкций к возможности конвейер-
HOro способа монтажа. Следует предусмотреть систему
связей устанавливаемых конструкций, обеспечивающую
их устойчивость.
Различные требования, предъявляемые к металли
ческим конструкциям, иноrда приводят к противоречи-
вым решениям: эКономию мета,1ша можно получить.
усложннв форму конструкции, а это противоречит тре-
бованию наименьшей трудоемкости ИЗfотовления; мож-
но увеличить повторяемость отправочных элементов,
если элемент сделать бо.rrее универсальным (т, е. объе-
динить в одном элементе свойства, требуемые раз.rrич-
ными элементами), а это может привести к увеличению
трудоемкости изrотовления или расхода металла.
Чтобы добиться оптимальноrо удовлетворения одно-
временно всех этих требований, проектировщики дonнс-
]
5 950
65
. Инструкция по разработке проеКТОБ и смет для IIромышлен-
Horo строительства (СН 202-76).
в состав проекта КМ входят: перечень чертежей
проекта КМ; заелавный лист, содержащий данные о Ha
rрузках, марках сталей, условных обозначениях, мар-
кировке и друrие общие" замечания; схемы KOHCTPYK
ций планы, поперечные и продольные разрезы с мар-
кировкой всех конструкций и указанием их сечений;
узлы конструкций, показывающие сопряжения отдель-
ных э.rrементОВ между собой, и спецификации металла
по профилям на весь объект, Расчеты металлических
конструкций содержатся в отде.rrьной расчетно-поясни-
тельной записке или оформляются в виде расчетных
листов в составе чертежей КМ. Чертежи КМ должны
содержать все данные лля разработки деталировочных
чертежей КМД.
Проект КМД разрабатывается, как правило, в конст-
рукторском бюро завода металлоконструкций на основе
проекта КМ с учетом техно.rюrических особенностей за-
вода (станки, поточные линии, сварочное оборудование,
вспомоrательные приспособления и т. д.) И наличия на
складе ассортимента металла.
Проект КМД содержит заелавный лист со списком
чертежей проекта и пояснительной запиской, монтаж-
ные схемы отправочных э.rrементов с маркировкой и мон-
тажными уз.rrами, рабочие чертежи отправочных элемен
тов, сводные ведомости отправочных элементов, мон-
тажных болтов, сварных швов и заклепок.
Монтажные схемы составляются по rруппам конструкций: колон-
иы н связи между. ними, конструкции покрытня (стропильные фер-
мы, связи между ними), подкрановые балки и т. д. Монтажные схемы
выполняются Б масштабе 1 /100 1/400 В зависимости от ТИПа, раз-
меров н сложности сооружения. Монтажные схемы основная доку-
ментация, по которой производится сборка конструкций на монта-
же, поэтому там должны быть показаны: Бзаиморасположение от-
правочных элементов с размерами и отметками, необходимыми для
выверки конструкций, ведомости отправочных элементов, монтажных
швов, болтов и заклепок. Сложные узлы сопряжений маркируются
на схемах и приводятся обычно на отдельных листах.
В примечаниях к монтажным схемам указываются спосоБЬt мон-
тажных соединений для каждой rруппы конструкций, маркнровка
элементов данной схемы, а также при водятся ссылки па чертежи
смежных схем и на листы монтажных узлов и стыков.
Рабочме чертежи отправочиых элементов должны содержать пол-
ные данные для изrотовления элемента на заводе. На рабочем чер-
теже помещаются:
rрафическое изобра)Кение отправочноrо элемента в законченном
БИде с боковыми видами и необходимыми разрезами;
rеометрическая с'!(ема для решетчатых конструкций;
изображения отдельных сложных деталей отправочноrо элементн;
ны решать основную задач)' проектироввния: соответ-
ствие эксплуатационному назначению при минимальном
расходе металла и наименьшей трудоемкости изrотов-
ления в условиях простоro и быстроrо монтажа.
Советская школа металлистов успешно решила эту
сложную задачу и располаrает бо.rrьшим опытом созда-
ния надежных, экономичных и высококачественных ме-
таллических конструкций,
11. opr АНИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Сооружения проектируют на основе технико-эконо-
мических обоснований (ТЭО), которые состав.rrяются на
базе утвержденных планов развития народноrо хозяй-
ства *.
Проектирование, как правило, должно быть O HOCTa-
дийцым в виде техно-рабочеrо проекта (технич ский
проект, совмещенный с рабочими чертежами).
Проектирование в две стадии технический проект
и рабочие чертежи допускается для сложных и круп-
ных промышленных комплексов, сложных инженер НО-
технических решений отдельных сооружений. Металли-
ческие конструкции проектируются обычно в две стадии.
В техническом проекте приводятся обоснование для
разработки проекта, технолоrическая характеристика
объекта, сведения о районе строите.rrьства с изложением
климатических и rеолоrических данных, наrрузки, рас-
смотренные варианты проектных решений, сроки и стои-
мость строительства. На этом этапе определяется целе-
сообразность применения металлических конструкций]
про изводится выбор применяемых типовых конструкции
и устанав.rrивается принципиальная конструктивная схе-
ма сооружений.
Рабочие чертежи металлических конструкций выпол-
няют в две стадии: КМ (конструкции металлические). и
КМД (конструкции металлические, деталировка).
Проект КМ выполняется проектной орrанизацией
для завода металлоконструкций. В проекте КМ реша-
ются все вопросы компоновки мета.rrлических конструк-
ций и увязки их с друrими частями проекта: технолоrи"
ческой, транспортной, архитектурно-строите.rrьной и др.
5.
67
66
спецификация деталей, таблицы отправочных Э'lемеНТОR. сnар-
ных швов и заводских заклепок;
примечания.
ОТПР!lВОЧНЫЙ элемент изображается в основной проекции (про-
екция тои плоскости, которая имеет наиБОJlьшие размеры, например
ширину и длину), желательно в рабочем положении, т.' е. соответ-
ственно положению этих ЭJlементов .8 rOToBoM здаиии или сооруже-
нин. ВертикаЛЬНblС элементы большой длииы (колонны, стойки) рас-
полаrают rоризонтально Масштаб изображения 1: ]0, 1: 15 или
] : 20, при этом в простых элементах большой длины масштаб по
длинной стороне разрешается принимать более мелким и даже про-
извольным. Для крупных решетчатых элементов (ферм, широких
сквозных колонн) нзображение rеометрической схемы основной про-
екции выполняется в масштабе 1: 30 или 1 : 50, а изображение де-
талей иа ЭТой схеме в более крупных масштабах 1 : 10, 1 : 15 Jlли
1 : 20. Это позволяет уменьшить формат чертежа без снижения яс-
ности ero чтения Размеры, проставляемые на изображении отпра-
вочноro элемента, подразделяются на три rруппы:
1) размеры, дл,,---изrотовления деталей, из которых
состоит элемент;
2) размеры, QЩ>еJlРпаlGЩи е вsаимо сположение деталей и не-
обходимые для сборки ,темента;
3) размеры, определяющие 8з:;оимnt'Rо"J.. изображеннor -э.neмeнr-з
с разбliВОЧНЫМИ осями сооружения или смежными Э.'lементами.
Размеры отдельных деталей проставляются один раз для каж-
дой rруппы одинаковых деталей. Если деталь сложная, то ее изо-
бражают отдельно со всеми размерами, необходимыми для изrото-
вления, а на основной проекции дают только при вязку этой детали.
Размеры для сборки отправочноro элемента проставляют так, чтобы
сборщик Mor леrко и безошибочно установить деталь на свое место.
При изroтовлении отдельных деталей и сборке их в элементе
иеизбежны отклонения от формы и заданных размеров, указанных
конструктором на чертеже, поэтому, проставляя размеры, необходи-
мо особо выделять те из них, соблюдение которых особенно важно.
1( ним относятся расстояния между опорной плитой колонны и ме-
стами опирания на нее друrих конструкций (ферм, подкрановы'( ба-
лок), расстояния между rруппами монтажных отверстий и др. Та-
КИе размеры обычно выделяют на чертеже рамкой (например, \В45ОI >,
а если требуется большая точиость, чем предусмотреиная нормами
на изrотовлеиие конструкции, 10 рядом С размером указываеп'q до-
пускаемое отклонение (нап р име р ,1 1I9802:М !.
Вследствие допусков при прокатке размеры стальных профнлей
MOryT отличаться от номинальных (приведениых в сортаменте).
Например, ширина полок и высота крупных уroлков, двутавров и
швеллеров Moryт быть на 3 4 мм больше или меньше, чем указано
в стандарте. Поэтому привязку уrолков и швеллеров делают за
обушок, привязку двутавров за вертнкальную ось и одну из rpa-
ией полок. Все размеры на чертежах металлокоиструкций простав-
ляют в миллиметрах
fеометрическая схема решетчатых элементов изображается от-
дельно в произвольном масштабе. Расстояние между узлами вычис-
ляют с точностью до 1 мм и проставляют непосредственно над ли-
ниями схеМ'Ы без выносных размерных линий.
I(аждаи деталь элемента заносится .в спецификацию деталей, ко-
торая предназначается для подrотовки металла на складе, для их
заroтовки и подсчета массы элемеита. Спецификацию составляют на
каждую отправочную марку, в заrоловке ее указывают марку ста-
ли. В спецификацию вносят rенеральные размеры деталей, их число
и массу с точностью 0,1 Kr, причем фасониые листы площадью до
0,1 м 2 считают при подсчете массы как прямоуrольные, а отверстия
и вырезы в прокатных элементах ие учитывают. Массу всех детале;:(
одноro номера подсчитывают с точностью до 1 Kr. Маху оrпра-
вочноrо элемента определяют как сумму масс детаllеи с добавле-
нием 1 % на массу сварных швов или 2% на массу rоловок закде.
пок
В rрафе спецификации «Примечания» указывают особенности
обработки деталей: строжка, rибка, фрезеровка (или марка сталн,
если эта деталь должна быть изrотовлена не из той стали, которая
указана в заrоловке спецификации).
В таблице отправочных марок указывают марки отправочных
элементов, изображенные на данном чертеже (их может быть не-
сколько), их массу, число штук каждой марки, подлежащих изroто-
влению, суммарную массу конструкций, которые надо изroтовиrь
по этому чертежу.
В примечаниях к чертежу обычно приводят:
а) марки сталей и дополнительиые требования к ним'
б) указания о способах сварки и типах электродов; ,
.8) указания о преобладающих на даниом чертеже размерах
сварных швов, диаметрах отверстий, обрезов, которые на чертеже
не проставляются;
r) ссылки на друrие чертежи проекта.
При меры оформления чертежей некоторых отправочных элемеи-
тов приведены в приложении на вкладке.
Если возникает необходимость некоторых отступлений от проекта
I(M при разработке чертежей I(МД (изменение сечений, соединеннй,
отдельиых узлов и т. д.), то они должны быть соrласованы с проект-
ной орrаиизацией, разрабатывавшей проект I(M.
s О. ОСНОВЫ РАСЧЕТА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУlЩиА
ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ
68
1. ПРЕДЕЛЬНЫЕ СОСТОЯНИЯ КОНСТРУКЦИй
Соrласно СНиП II-A.IO-71, строите.rrьные конструк-
ции рссчитывают на си.rювые и друrие воздействия по
предельным состояниям.
Предельиыми являются такие состояния, при кото-
рых конструкции перестают удовлетворять предъявляе-
мым к ним в процессе эксплуатации или при возведении
требованиям, заданным в соответствии с назначением
и ответственностью сооружения.
Нормами проектирования установлены две rруППЫ
предельных состояний: первая rРУПП8 по потере не.
69
сущей способности иди неприrодности к эксплуатации;
вторая rруппа по неприrодности к нормадьной экплу
атации.
К предельным состояниям первой rруппы относятся:
потеря устойчивости формы; потеря устойчивости поло
жения; вязкое, хрупкое, уста.тюстное или иноrо харак-
тера разрушение; разрушение под совместным воздейст-
вием СИ.тювых факторов и неблаrоприятноrо влияния
внешней среды; качественное изменение конфиrурации;
резонансные колебания, приводящие к нарушению
эксплуатации; состояния, при которых возникает необ
ходимость прекращения эксплуатации (в резудьтате Te
кучести материала, сдвиrов в соединениях, подзучести
иди чрезмерноrо развития трещин).
К предельным состояниям второй rруппы относятся
состояния, затрудняющие нормальную эксплуатацию
конструкций иди снижающие долroвечность их BcдeДCT
вие появления недопустимых перемещений (проrибов,
осадок, уrлов поворота), кодебаний, трещин и т. п.
Нормальной считается эксплуатация, осуществляемая
(без оrраничений и без внеочередноrо ремонта) в COOT
ветствии с предусмотренными в нормах иди заданиях
на проектирование технолоrическими или бытовыми ус-
ловиями.
Расчет конструкции по предельнЫМ состояниям на-
правлен на предотвращение наступления любоrо из пре
дельных состояний при возведении сооружения и в те.
чение Bcero срока ero службы.
rраничное условие первой rруппы предельных co
стояний
сит от назначения конструкции и устанавливается
строитедьными нормами и правилами) .
2. НАrРУзки, ДЕЙСТВУЮЩИЕ НА СООРУЖЕНИЕ
f <- fпр.
(IV.2)
В uпроцессе экспдуатации конструкция подверrается
воздеиствию различных натру.з.ок (собствеrшая масса,
rе нолоrические наrрузки), а также атмосферным воз-
деиствиuям и др, Наrрузки, отвечающие условиям нор-
мальнои эксплуатации, называются нормативными
NH. Нормативные наrрузки устанавливаются СНиП
П-6 74 «Нормы проектировання. Наrрузки и воздей-
ствия».
В процессе работы конструкции ВОЗМОЖНЫ некоторые
превышеиия иормативных наrру.з.ок из-за случайных от-
ступлений от ус.тювий нормальной эксплуатации. Наи
большая возможная наrрузка, которая может случайно
появиться за в емя существования конструкции, назы
вается расчетнои N.
Неразрушимость конструкции должна быть обеспе-
чена на всем протяжении ее работы, поэтому расчет
конструкции по несущей способности производится на
расчетные наrрузки.
Расчетную наrрузку определяют как произве ение
нормативной наrрузки на козффициент переrрузки n:
N == nN B . (IV.3)
Коэффициенты переrрузок для различных наrрузок
изучают статистическими методами, они приведены
в СНиП. Величины некоторых основных коэффициентов
переrрузки приведены в табл. 1 прил. 1.
В зависимости от продолжительности действия на
конструкцию наrрузки делят на постоянные и времен-
ные. Временные наrрузки подразделяют на длительные
кратковременные и особые. '
u Постоянными наrрузками называют такие. которые
деиствуют на конструкцию постоянно: собственная мас-
са строительных KOHC1fl унп ИЙ, давление rpYHTa, воздей-
ствие преД2арительноrо напряжения конструкций и Т.П.
Д итеJП.llьtl\'JlИ наrрузкамtI называют такие, которые
IЮздеиствуют на конструкцию прододжительное время
(но MorYT и OTCYTCTBOB81'b): масса технолоrическоrо обо-
рудования, давление жидкостей и rазов в резервvарах и
ТРУООИjIOООД<lХ, масса складируемых l"р'УзтJ и т:д,
N<.Ф,
(lV 1)
rде N наибольшее расчетное уси.тше в элементе KOH
струкции (зависит от наrрузок и друrих воздействий);
Ф предедьное уси.тше, которое может воспринять рас-
считываемый эдемент (зависит от материала и размеров
элемента) .
rраничное условие второй rруппы предельных co
стояний
rде f деформация иди перемещение конструкции (за
висит от наrрузок, материада и системы конструкции);
fпр предедьная деформация или перемещение (зави-
1'0
11
Кратковременными наrpузками называют наrРУЗКII.
действующие непродолжительное время: cHer, ветер,
подвижные краны, наrрузки, возникающие при перевоз-
ке и монтаже, ремонтах и. испытаниях конструкций, TeM
пературные климатические воздействия и т. д,
Особые наrрузки это наrрузки. которые MorYT
появиться в исключительных с.rrучаях: сейсмические
воздействия, аварийные нарушения технолоrическоrо
процесса, резкие просадки rpYHToB.
На конструкцию или сооружение может воздейство-
вать одновременно несколько наrрузок. Чем бо.rrьшее
число временных наrрузок воздействует на конструк-
цию, тем меньше вероятность совпадения их наиболь-
ших значений, а конструкция, рассчитанная на простую
суммарную комбинацию всех наrрузок, будет иметь из-
лишний запас прочности. Поэтому конструкции рассчи-
тывают на расчетные сочетания наерузок.
СНиП II 6 74 устнновлены два расчетных сочетания
наrрузок:
1) основные сочетания, состоящие из постоянных,
длительных и кратковременных наrрузок;
2) особые сочетания, состоящие из постоянных, дли..
тельных, кратковременных и одной из особых наrрузок.
Если в OCHO Hoe сочетание входят две (или бо.rrее)
кратковременные наrрузки, то расчетные значения этих
кратковременных наrрузок умножают на коэффициент
сочетания nс ==0,9 (ес.rrи в сочетании наrрузок участву-
ет только одна кратковременная наrрузка, значение ее
суммируют с постоянной и длительными наrрузками
без снижения).
При составлении особых сочетаний наrрузок расчет-
ные значения суммируемых кратковременных наrрузок
умножают на коэффициент сочетания nс==0,8, при этом
особая наrрузка должна приниматься без снижения.
ки текучести, а условный предел текучести близко под-
ходит к временному сопротивлению, за нормативное
сопротивление принимается временное сопротивление О'в,
Нормативное значение предела текучести и времен-
HOro сопротивления установдено rOCTOM на материал
и называется нормативным сопротив.rrением RИ.
Наименьшая возможная величина сопротивления
называется расчетным сопротивлением R, Расчетное
сопротивление по.rrучают делением нормативноrо сопро-
тивления на коэффициент безопасности по материалу
k>l.
Коэффициент безопасности по материалу учитывает
изменчивость механических свойств метал.rrа.
Нормативное значение механических характеристик
является браковочным минимумом и имеет обеспечеи-
ность не менее 0,95. Однако контроль качества металла
проводится выборочным методом, поэтому не исключена
возможность попадания в конструкцию металла с пони-
женными по сравнению с нормативными значениями
характеристиками. Кроме этоrо, коэффициент безопас-
ности по материалу учитывает неполное соответствие
работы материала в образце при испытании и в реадь-
ной конструкuии, а также минусовые допуски при про-
катке.
Чис.rrенные величины коэффициентов безопасности по
материалам приняты:
При установлении расчетноrо сопротив.rrения по пре-
деду текучести k== 1,1 для ста.rrей кдассов С 38/23 и
С 44/29; k== 1,15 для сталей классов С 46/33, С 52/40
и С 60/45 и k==I,2 для более прочных (но менее п.rrа-
стичных) сталей.
При установ.rrении расчетноrо сопротивления по вре-
менному сопротивлению k == 1,45 для ста.rrей классов
С 38/23 и С 44/29; k== 1,5 для сталей классов
С 60/45 С 85/75. В бо.rrьшинстве с.rrучаев при расчете
мета.rrлических конструкций испо.rrьзуется наименьшее из
двух расчетных сопротив.rrений.
Условия работы различных конструкций и степень их
ответственности отличаются большим разнообразием.
Это обстоятельство в методике расчета по преде.rrьным
состояниям учитывается коэффициентами условий рабо-
ты т и коэффициентами надежности k H .
Коэффициент условий работы учитывает влияние
конкретных ус.rrовий работы данной конструкции (эле..
73
3. ПРЕДЕЛЬНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ МАТЕРИАЛА
За предельное сопротивление материала, отвечающее
моменту потери несущей способности, в металлических
конструкциях принимается преимущественно предел
текучести О'т. В случаях коrда по характеру работы кон-
струкции допустимо развитие существенных деформа-
ций и несущая способность конструкции определяется
тодько прочностью или коrда нет выраженной площад"
72
мента, соединения) на ее несущую способность или дe
формативность (например, В.тшяние температуры, arpec
сивности среды, MHoroKpaTHocTb силовых воздействий.
приближенность расчетной схемы и т. д.).
Для большинства конструкций коэффициент условий
работы т== 1, значения коэффициентов ус.тювий работы
для расчета Конструкций приведены в табл. 2 прил. 1.
Коэффициент надежности учитывает в необходимых
случаях степень ответственности и капитальности coo
ружений, а также значимость последствий наступления
тех или иных предельных состояний. Значения коэффи
Циентов надежности устанавливаются нормами проекти.
рования; для подав.rrяющеrо числа метаЛ.тшческих конст-
рукций k H == 1. Д.rrя удобства и упрощения расчетов
коэффициенты ус.тювий работы и надежности вводят в
расчетное сопротивление материала, значение KOToporo
в развернутом виде
т
N пZVU ,<> (JTF==RF.
k.'lп
При расчете конструкций обычно снача.rrа подбирают
сечение, а потом проверяют напряжение, . равнивая ero
с расчетным, поэтому удобнее следующии вид записи
nредыдущеrо ус.тювия:
N
а == <: R. (IV .7)
F
(IV.6)
т н )
R == kk и R , (IV .4
или для OCHOBHoro случая, коrда расчетное сопротивле
ние установдено по пределу текучести,
т
R == ит, (lV.5)
kk п
Значения расчетных сопротивлений д.rrя строите.rrьных
сталей см. в табл. IV, 1.
Второе преде.rrьное состояние проверяют сравнением
перемещения конструкции f с допустимым значением [f]:
1
f <: [f]. (lV.8)
k п
Значения преде.rrьных относительных проrибов и дефор
маций конструкций приведены в табл. 4 и 5 u прил. 1.
Проrибы, вызванные наrрузками норма.rrьнои эксплу-
атации, MorYT препятствовать эксплуатации, поэтом
проrиб опреде.rrяют не от расчетной, а от нормативнои
наrрузки (без коэффициентов переrрузки). Допустимые
(нормированные) проrибы и деформации делят на коэф
фициент .надежности.
При расчете конструкций по допускаемым напряже-
ням условие прочности конструкции заключается в том
что напряжение в элементе конструкции от наrрузок
нормальной эксплуатации (нормативных наrрузок) не
должно превышать допустимоrо напряжения [о]
Допускаемое напряжение устанав.rrивается нормами
проектирования как предельное сопротивление MaTe
риа.rrов От, де.пенное на некоторый единый коэффициент
запаса s> 1:
4. РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИЙ
НО ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНЮ1М И СQПОСТАВЛЕ1lИЕ ЕТО
С РАСЧЕТОМ ПО ДОПУСКАЕМЫМ НАПРЯЖЕНИЯМ
в расшифрованном виде неравенство, отражающее
вредельное состояние конструкции по первой rруппе,
можно сформулировать следующим образом: усилие в
э.rrементе конструкции, вызванное расчетным сочетанием
наrрузок (с учетом коэффициентов переrрузки для раз
лич.ных наrрузок и коэффициентов сочетания), не до.rrж
но превышать минимальной несущей способности эле-
мента, определяемой rеометрическими характеристика
ми сечения и сопротивлением материа.rrа (с учетом коэф
фициентов безопасности по материалу, уСловий работы
в на.дежности}. Например, условие прочности при дейст
ВIIИ. осевой силы
и т 9
[и] == . (IV. )
s
Условие прочности при действии осевой силы по Me
тоду допускаемых напряжений
NH и т
и== F -< [и] == т . (IV.IO)
ДЛЯ сравнения обоих методов расчета преобразуем
формулу (IV,7) проверки прочности по предельным
состояниям:
74
75
N
(1 == F <. R:
nNH т
(1== <, (1 ,
F IЩ н Т,
5. РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ ДЕЙСТВИИ
мноrОКРАТНОй ПОВТОРНОЙ НАrРУзки.
ПРОВЕРКА УСТАЛОСТИ (ВЫНОСЛИВОСТИ) МЕТАЛЛА
Nи ат
(1== <, ,
F nkk H
т
(IV _11)
Мета.rrлические конструкции, непосредственно воспри
нимающие .мноеократно действующие подвижные или
вибрационные наерузки (подкрановые балки в зданиях
с тяжелым режимом работы, балки рабочих площадок,
бункерных и разrрузочных эстакад, конструкции под MO
торы), MorYT разрушаться от усталости .металла, поэто-
му они ДОЛЖНЫ быть проверены расчетом на выносли-
вость,
В с т а л ь н ы х к о н с т р у к ц и я х при расчете на
выносливость расчетные сопротивления OCHoBHoro ма-
териала и соединений понижают умножением на коэф
фициент у, определяемый по форму.rrам:
с
'I'== a bp'
коrда наибо.rrьшее по абсолютной величине напряжение
является растяrивающим, и
(IV _12)
Сравнивая пос.rrеднее равенство с формулой (IV. 10),
замечаем, что отличие заключается в том, что единому
коэффициенту запаса S по методу допускаемых напря-
-
женин соответствует rруппа коэффициентов по
т
методу предельных состояний. Отсюда сдедует, что фор-
мальные приемы расчета по обоим методам одинаковы;
надо тодько при расчете по предельному состоянию на-
rpузки брать со своими коэффициентами переrрузки и
полученные от них напряжения сравнивать с. расчетным
сопротивлением, а при расчете по допускаемым напря-
жениям наrрузки берутся нормативные (без коэффици-
ентов переrрузки) и по.rrученные напряжения сравни-
ваются с допускаемыми.
Отличие методики расчета конструкций по пред пь-
ным состояниям заключается в том, что она рассматри-
вает конструкцию в расчетном предельном состоянии при
неблаrоприятном сочетании факторов изменчивости на-
rрузок, свойств материа.rrа и условий работы При рас-
чете по допускаемым напряжениям конструкция рас-
сматривается в эксплуатационном (нормативном) сос-
rrоянии.
в новой методике расчета единый коэффициент за-
паса s заменен сочетанием четырех коэффициентов п, k,
k H , т, отдедьно учитывающих влияние наrрузки, сопро-
тивления материала, условия работы и надежность,
конструкции, блаrодаря чему общий коэффициент запа-
са получается различным для разных конструкций, бо-
лее точно отражающим предельное состояние конструк-
ций, Расчет по преде.rrьным состояниям значительно точ-
нее отражает фактическую работу сооружения, позво-
Jlяет проектировать более равнопрочны конструкции.
вскрывает из.rrишние запасы прочности и способствует
экономии метаЛЛа,
с
'I'== ,
b ap
Коrда такое напряжение яв.rrяется сжимающим.
В формулах (IV.12) и (IV.13): р Омин/ОмаRС коэф-
фициент асимметрии, [амин и Омакс соответственно на-
именьшее и наибольшее по абсолютной величине напря.
жение в рассчитываемом элементе, вычисленное (каж-
дое со своим знаком) от нормативной наrрузки без уче
та коэффициентов переrрузки, динамичности, <р, <рВП И <Рб];
а, Ь, с коэффициенты, зависящие от класса стали,
конструкции соединения и от чи па циклов наrружения
конструкции за время ее эксплуатации принимают по
СНиП Н-В. 3-72.
При расчете на вынос.rrивость напряжения в элемен-
тах конструкций определяют от воздействия норматив-
ных наrрузок (без коэффициентов переrрузки и дина-
мичности), так как коэффициенты переrрузки характе-
ризуют с.rrучайные превышения наrрузок над норматив-
ными, которые не MorYT MHoroKpaTHo повторяться. Полу..
ченные напряжения ОП до.rrжны быть меньше расчетноrо
сопротив.rrения стали, умноженноrо на коэффициент у,
а Н <: 'l'R. (IV 14)
(IV.13)
76
17_
При проектирован'ии метwллических конструкций,
подверженных воздействию MHoroKpaTHo действующих
подвижн,ыoJl ИVl'FI. вибрационных наrрузок, особое внима-
ние следует уделять разработке таких конструктивных
решений, которые вызывают наименьшую концентрацию
апряжений: плавные переходы в соединениях элемен
rroв, отсутствие резких изменений сечений, отверстий,
8ырезов, входящих уrлов в фасонках и т. д.
Продолжение табл. 1 V 1
t 14. РАСЧЕТНЫЕ СОПРОТИ8ЛЕНИЯ СТАЛЕМ
И АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛIt80В-
И ИХ ФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Расче'l'ные сопротивления строительных сталей уста-
Fвлены СНиП II В.3 72 «Стальные конструкции. Нор-
мы проектирования» и приведены в табл. IV. 1.
Расчетные сопротивления lIJJюминневых сплавов установлены
СНиП II 24 74 «Алюминиевые конструкции. Нормы проеКТИрО.ва-
ния». Если конструкции эксплуатируются при расчетной температуре
lfаРУЖ!lоrо воздуха выше 500 С (до 100" С), то значение расчетноro
ТАБЛИЦА IV.1 РАСЧЕТНЫЕ СФПРОТИВЛЕНИЯ R, Knj"....
ПРОКАТНОИ СТАЛИ
Класс стали
Напряженное Условное м о> м с> "" с> ""
обозначе- "" !!':.. ....
состояние иие ii ... ф "" с> с> i2
... ... '" ф .
u u u u u u u
Я СК 0,8 I J 1,1 1,3 1,5 1,8 2
Диаметральное
сжатие катков
при свободном
касании {в кон-
струкциях. с or
раниченнои под
внжностью)
Пр н М е ч а н и я: 1. Расчетные сопротивления стали класса / 38 23 уста-
новлеиы для толщин ДО 30 мм. При толщииах 31 40 мм R 19 к см, свыше
40 мМ R 17 кН/см 2 . . С 44/29 С 8 5/ 75 я которых дей
2 Предельиые толщины сталеи классов . АЛ. Н n
ствн enьиы -расчетиые сопротивлення по табл. IV.l. .npиведены в С и
Il'Вз 1; то.;rшииу двутавров н шве еров прнннмается толщина стеикн.
сопротивления умножают на коэффициенты кт (0,85 O,9 в завиСИ-
мости ОТ марки сплава), учитывающие снижение прочности алюми-
ния при повышении температvры_
Физические характеристики сталей и аЛЮМ!fниевых
сплавов для расчета металлических КОНСТРУКllИИ прив
дены в табл. IV.2.
ТАБЛИЦА IV.2. ФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Класс стали
Напряженное УС.оовное
оБО3Н8че м '" м с> '" с> ""
состояние !!':.. !:::.
ине "" ... '" "" с> с> ""
М ... ... "" '" .... ""
u u u u u u u
Растяжение. сжа R 21 26 29 34 38 44 53
тие, изrиб
Срез
Яср 113 115 117 I 20 I 23 I 26 I 31
Зиачеиие дnя
Условное Размер
Наименование vбозначе- ность прокатиой \влюмиии е
нне стали вых
сплавов
. Е кН/см 2 21 000 7100
.модуль упруrости
» сдвиrа . . G » 8100 2700
КQэффициент поперечной 0,3 0,3
деформации (Пуассона) f.t
Коэффициент линейноrо 0,000012 0,000023
расширения . . а I/rpaд
-Объемкый вес . . . . " кН/м 3 78,50 27
-
Смятие торцовой Я см , т 32 39 43 51 57 65 80
поверхности
(при наличии
приrонки)
Смятие местное Я СМ ' М 16 20 22 25 29 33 39
при плотном к.a
сании в цилинд
рических Шар
ннрах
17000
15000
13000
20 000
Для стальных канатов модули упруrости принимаются:
KH/c 12 , , спиральные закрытыle
» . . спиральные и с металлическим сердечником
» , С орrаническим сердечником
» , пучки и пряди высокопрочной проволоки с
раллельным Р;Jсположением
na--
78
'rn.8. v
,
- СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
.-'
W'
Соединение э.rrементов метал.rrических коиструкци
Gваркой основано на принципе образования монолитно-
ro соединения в результате межатомноrо сцепления Me
таллов в сварном шве_
Основными достоинствами сварных соединений яв-
ляются: высокая прочность и надежность, возможность
Соединения э.rrементов непосредственно без вспомоrа-
тельных деталей и отверстий (в отличие от клепаных
и болтовых соединений), простота КОНструктивной фор-
мы, экономия мета.rrла, возможность механизации и
f1.втоматизации процесс а сварки. Недостатками сварных
с,:оединений яв.rrЯЮтся: деформация изделий от усадки
«варных швов, наличие остаточных напряжений в конст-
рукции, что в некоторых случаях приводит к увеличе-
нию хрупкости C'F и. .
Правильным нроектированием сварных соединений
влияние этих недостатков может быть уменьшено, и
поэтому почти все стальные конструкции в настоящее
время изrотовляют со сварными соединениями.
s t5. СПОСО&Ы СВАРКИ И ТИПЫ СОЕДИНЕНИИ
1, СПОСОБЫ СВАРКИ
Для соединения стальных конструкций преимущественно приме-
няется электродуrовая сварка плавящимся электродом. Классифи-
кация способов электродуrовой сварки дана на рис. V.I.
Ручнаи электродуrовая сварка наиболее .медленный н трудо-
емкий вид сварки. При ее применении соединение получается более
низкоrо качества, чем при механизированных способах. Однако она
имеет пока большое распространение блаrодаря своей универсаль-
иости: может производиться в любом положении и в труднодоступ-
ных местах. Наиболее часто ручная электродуrовая сварка приме-
няется при монтаже меrаллических конструкций.
Автоматическая и полуавтоматическая сварка под флюсом. Осо-
бенность ее состоит в том, что сварочная дуrа rорит между элек-
тродной проволокой и свариваемым изделием под слоем специаль-
HOro флюса. На место сварки предварительно подается. флюс. с.ва-
рочная дуrа расплавляет проволоку, оСНОВной металл и часть флюса,
Сварочная ванна получается более rлубокой и удлиненной фор-
мы. По мере продвижения сварки образуется сварной шов, заКрЫТЫЙ
шлаковой коркой, которая после остывания леrко отделяется и об.
нажает поверхность шва.
80
Достоинством сварки под флюсом является высокая производи-
тельность и хорошее качество швов, HeДOCTaTKOM. произв дство
швов только В нижнем положении (из-за увеличеннои сварочнои ваа-
ны с расплавленным металлом), что оrраничивает. ее применение,
особенио при монтаже металлических конструкции. В настоящее
время широкое распространение получила полуа.втоматическая свар-
ка «порошковой проволокой", представляющей собой свернутую в
трубочку стальную ленту, внутри которой запрессован флюс.
JлентРООllео6QR с8йрнй
понрытым алентроiJlJ
еолоi1 про60лоноil
под
срлюсом
8 cpeiJe aй
щитноео ,аа
P!J"HQR
aOmOMa
тичеснаR
полgаВ
. тOMa
тuчес-
ная
полgа8
mоматц-
"еснйя
Рис. V.I. Классификация способов электродуrовой сварки
в будущем полуавтоматическая сварка порошковой проволокой
и В среде защитноrо rаза вытеснит ручную сварку не только на
заводах металлоконструкций, но и на монтаже, поскольку не усту-
пает ей по доступности выполнения работ, обеспечивая в то же вре-
мя высокую производительность и качество сварки.
Сварка в среде защитноrо rаза осуществляется полуавтоматичес-
ким способом плавящейся электродной проволокой. К сварочной ro-
ловке по rибким шланrам автоматически подаются электродная про-
волока и уrлекислый rаз. Уrлекислый rаз оттесняет воздух из 30НЫ
rорения дуrи и защищает расплавленный металл от кнслорода и азо-
та. Сварка в уrлекислом rазе имеет ряд преимуществ по сравнению
со сваркой под флюсом: не нужны приспособления для удержания
флюса, и поэтому можно вари ь в любом ПРостранственном поло
жении обеспечивается rлубокии провар и высокая производитель-
ность '(на 15 20% выше, чем при полуавтоматической сварке под
флюсом). Недостатком сварки в среде уrлекислоrо rаза является
возможность оттеснения rаза ветром илн сквозняком, что снижает за-
щитное действие rаза и ухудшает качество шва. При сварке в замк-
нутых пространствах уrлекислый rаз может заполнить окружающий
объем и появляется опасность отравления для сварщика.
Электрошлаковая сварка. В этом случае свариваемые листы рас-
полаrают вертикально с зазором 2()""",40 мм: низ зазора оrраничеll
стальной подкладкой, бока медными ползунами, охлаждаемыми
проточной водой. По мере сварки автоматически подается электрод-
6 950
81
иаи проволока и движутся медные формирующие ПО.l!3уиы- в ШiПра-
вленин сварки. Электрошлаковую сварку применяют при. сварке
толстых (С.выше 20 мм) элементов.
Друrие виды сварки стальных конструкций (контактную, rазо-
вую и пр.) применяют в строительных металлоконструкциях значи-
тельно реже.
ДЛЯ сварки конструкций из алюминиевых сплавов применяется
автоматнческая и полуавтоматическая электродуrовая сварка в среде
инертноrо rаза aproHa. Подаваемая к сварочной ванне струи ар-
roHa стабилизирует. rорение дуrи, способствует разрушенню окисных
пленок свариваемых изделий и защищает сварочную ванну от со-
прикосновения с воздухом. ПрименЯ1ОТСЯ две разновидности aproHO-
дуrовой сварки:
а) неnлаВJ!щиМСJ! вольфраМОВbtМ электродом с Подачей rолой
присадочиой проволоки. Вольфрамовый электрод служнт только дли
поддержания дуrи, а шов формируется нз присаДОЧf!ОЙ проволоки;
б) nлаВJ!щи.мся электродом, к{)торый под воздействием дуrи.
rорящей между иим и свариваемым изделнем, плавится. образуя с
расплавленным осиовным металлом сварной шов.
Продолжение табл. V.I.
2. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ СВАРКИ
Сварочные материалы
сварка в утлекис- ручная
сварка под флюсом дуrовая
nом rазе сварка
КЛ8 сс
с.тали ТИп элск-
марка флю- марка проволоки, марка прОВОЛОКИ, трОД8,
сов, rOCT :l246 70 rOCT :l246 70 rOCT
rOCT 9087 69 9467 60
С 44/20 AH 34B A, CBOSrA, CBOSr2C Э46А,
С 46/33 AH 34B AM, CBIOr2 Э46,
ОСЦ -45, Э50А,
OCЦ 45M. Э50
ФЦ 9
I
С 52/40 AH 22, CBIOrA CBOSr2C Э60А
AH 348 A,
АН-348-АМ
С 60/45 АН-22, СвО8ХМ, CBIOXr2CMA Э60А
AH-I7, CBISXMA
AH-17M,
AH 348A
С 70/60 AH 22, Св08ХН2rмю, Св08ХН2r2СМЮ, Э70
АН-17, СвОSХМФА СвО8хrСМФА
AH 17М
Ручная !шектродуrовая сварка про изводится ВЫСОКОI{а'l€ствен-
Jlыми электродами с толстым покрытием (обмазкой). Электроды
подрззделяются (по rOCT 9467 60) иа типы: Э42, Э42А, Э46, Э46А,
Э50 и т. д. Здесь цифра обозначает предел прочности на разрыв на-
пла .!Jе ниоrо мета.'1ла. буква А повышенную пластичность (высо-
кое качество).
в даниый тип электрода входят различные марки элеl{ТРОДОВ.
отличающиеся составом покрытия. Электроды марок УОНИ-13/45,
УОНИ-13/55 обеспечивают очень высокое качество наплавленноrо
металла и при меняются в иаиболе.е ответствениых заводских и мон-
тажных соединениях. Сходиыми с ними являются электроды марок
УП 2/45, УП 2/55 и СМ-II. На монтажных работах широко применя.
ются рутиловые электроды марок МР-3, АНО-3, ОЗС-4, приrОДllые
ТАБЛИЦА V.l. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ МЕХАНИЗИРОВАННОМ
И РУЧНОй СВАРКИ
С 38/23 AH 34B-A, СвОВАА,
АН-348 АМ, СвОВА,
ОСЦ--45, СвО8
ОСЦ-45м,
ФЦ-9
CBosrc
Э42А,
Э42,
Э46А,
Э46
дл.я сварки в любых пространстпенных положениях и обеспечиваю-
щие достаточио высокое качество швов.
ПрОЧНОС'Iь иаплавленноrо металла зависит от применяемой элек-
тродной проволоки и должна соответствовать классу стали конст-
рукции. В табл. V.I прнведены марки материалов (проволоки, флю-
сов) и типы электродов, которые ДОЛЖИЫ при меняться при сварке
коиструкцнй из разных классов сталей.
3. ТИПЫ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИй ШВОВ
Сварные соединения MorYT быть:
1) встык свариваемые детали приставляются одна
к друrой встык, и место их соединения проплавляется
сварным швом;
2) внахлестку одна деталь накладывае:rся на дpy
rую и приваривается по отдельным rраням или по все-
му контуру соедин.ения;
3) комбинированные детали свариваются встык и
для усил.ения привариваются накладки внахлестку.
Эскизы типовых сварных соединений приведены в
Сварочные материалы
сварка в утлскис- ручная
сварка под флюсом дуrсвая
Класс ЛОМ rазе сварка
стали
марка флю- ТИП эпек-
сов, марка проволоки. марка проволоки. трОД8.
rOCT 9087--.--69 rOCT 2246 70 rOcT :t246 70 rOCT
9467.....00
82
6'"
83
табл. V.2. Сварные швы в соединениях ПОдI азделяются
по ряду признаков:
1) по конструкции шва на стыковые и уrловые,
Если усилие действует вдоль уrловоrо шва, он называет-
ся фланrовым, если поперек то лобовым;
2) по назначению на рабочие (передающие усилия)
и конструктивные (связующие);
3) по ПОJIожению в пространстве при их выполне-
нии на НИЖние, вертикальные и потолочные (рис. V.2);
ut\ОЛl>l/ые lLtlJф
'OeQt!' БО 120.
"
..
8
IS: f
== о
:с о:
IIJ ""
"
:с ..
== "
1:1: о(
о:
'" ..
о о:
О
'"
1< о:
о:
:2! (Ij
о:
:с
"" !!I
о(
a:I 8
о о В
.. :>.
:2! о
..
t:: ""
"
== ..
... "
.,
... g
:> с)
(1)
о(
::!
:s::
1=:::
IQ
о(
...
Рнс. V.2. Положение швов в пространстве
1 вертикаlJЬНОJй lIеЛQвой шов; 2 еоризонтальный стыковой шов; 3 nОТО-
.юч.ный "еловой шов; 4 HUlllCHue 1I2ловые швы
4) по протяженности на сплошные и прерывистые;
5) по числу слоев, накладываемых при сварке, иа
ОДнослойные (однопроходные) и мноrослойные (MHoro
проходные) ;
6) по месту производства на заводские и монтаж
ные;
7) по форме шва при сварке с обработанными KpOM
ками (см. табл. V.4) на V образные, Х образные,
К-образные и U-образные,
Кромки свариваемых изделий обрабатывают при
больших толщинах металла для возможности выполне-
ния монолитноrо соединения.
t t6 ТЕРМИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ СВАРКИ.
СВАРОЧНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ И ДЕФОРМАЦИИ
В процессе сварки в зоне расплавленноrо металла
происходит миниатюрный металлурrический процесс:
расплавленный металл электрода и изделия перемеши-
вается, туда добавляется шихта с раЗJIИЧНЫМИ компо-
84
..
о
..
о
'"
..
:>.
B
..
..
о
..
о
...
с)
..
о
..
о
'"'
о
'"
..
:11
..
f
..
"
t t
Пl
I
",r .,...
..
о
..
о
..
t!
с)
[ , Q B r>=9
Il [1
85
нентами и леrирующими добавками из обмазки, элект-
рода и далее при остывании идет криста.тmизация рас-
ПJIaвленноrо метаJIJIла. На rранице шва металл изделия
претерпевает химические и структурные изменения, KO
торые MorYT ухудшить ero первоначальные свойства.
Однако современные способы сварки позволяют блаrо
даря правильному назна-
чению типа 3JIеlпрода и
ero обмазки, а также ре-
жиму сварки получать
прочность cBapHoro сое-
динения не меньшую,
чем прочность металла
изделия.
В процессе сварки
под действием неравно-
MepHoro HarpeBa и охлаж-
дения металла в свари-
ваемом изделии возник3.-
ют внутренние свароч-
ные напряжения и де-
формации.
Сварочные напряже-
ния изменяют напряжен-
ное состояние конструк-
ции, возникающее от
внешней наrрузки, созда
ют плоскостное или объ-
емное напряженное состояние, способствующее появле-
нию хрупкости в металле. Сварочные напряжения MorYT
быть настолько большими, что вызывают разрушение
металла шва ИJIИ конструкции, особенно при неправиль-
ном конструктивном решении соединения. Сварочные
деформации вызывают искривление и коробление от-
дельных элементов конструкции и изделия в целом.
Механизм образования сварочных напряжений и де-
формаций заключается в следующем. В простейшем
случае наложения cBapHoro шва по кромке металли-
ческоrо листа (рис. v. 3, а) металл разоrревается до
температуры плавления; распределение температуры
поперек листа имеет вид убывающей кривой e e
(рис. V. 3, б). Удлинение материала Ы при воздействии
температур подчиняется закону
/:;.1 == al М.
11)
2)
...
\
I
I
,
,
I
Q)
Рис. V.3. Сварочные напряжения
и дефОjJмации при наплавке вали-
ка на кромку листа
86
rде а. коэффициент лииейноrо расширения; 1---: перво-
начальная длина; /).t==t2 tl разность конечнои If на-
чальной температур.
Если бы рассматриваемый лист состоял из отдеJIЬ.
ных продольных элементов, не связанных между собой,
то каждый такой элемент удлинился бы пропорциональ
,
\
I
,
I
Рис. V.4. Эпюры свароч-
ных напряжений при со-
единении встык (а) и
уменьшенин сварочных
напряжений обратно сту-
пенчатой сваркой (6)
а)
.
5)
I t
но своей температуре (в соответствии с кривой e e)
Если лист СПJЮШIЮЙ, эти продольные элементы связаны
друr с друrом по rраням и их деформация в поперечном
направлении листа происходит по линейному закону
!
00.
, [
Рис. V.5. Сварочные
напряжения при стес-
ненной деформации
t1)
fQ
.............
t
Рис V.б. Сварочные напряжения в уrловом
шве
а однослойная сварка; б мноzослойная сварка
(соrласно rипотезе плоских сечений при изrибе) по
прямой m m. Разность действительных деформаций по
линии m m и деформации, которые обусловливаются
температурной кривой e e, вызывает пропорциональную
(а==8Е) эпюру внутренних напряжений (рис. V. 3, б, в).
При температуре выше 6000 С сталь становится пла
стичной, неспособной к сопротивлению, поэтому эпюра
внутренних напряжений доходит только до линии с этой
температурой. Общая деформация листа при наплавке
шва на кромку показана на рис. V.3, а пунктиром.
87
///,
6) .-
причем направление сварки на каждом участке обратно
общему направлению наложения шва.
Особенно большие и опасные сварочные напряжения
возникают при сварке встык деталей, закрепленных от
свободных перемещений (рис. v. 5). При разоrреве в
начале сварки детали свободно удлиняются и сближа-
ются между собой. После наложения шва они соеди-
няются в сближенном состоянии. При остывании шов и
детали стремятся сократиться, однако концы их закреп-
лены и ввиду этоrо в деталях возникают большие рас-
тяrивающие напряжения, способные разорвать изделие.
В уrловых швах также возникают поперечные сва-
рочные напряжения, так как жесткость соединяемых
элементов препятствует свободному сокращению шва
при остывании. Внутренняя часть шва остывает медлен-
нее, ее сокращению препятствует остывшая наружная
часть, и поэтому она растянута (рис. V. 6, а). Величина
поперечных сварочных напряжений уrловых швов резко
уменьшается при мноrосл.ойной сварке (рис. V. 6, 6).
Остаточные сварочные напряжения вызывают про-
дольную и поперечную усадку швов. Усадка швов проис-
ходит всеrда «на себя» (к центру шва). НаиБOJIее не-
блаrоприятна поперечная усадка, величина которой
примерно в 10 раз больше продольной. Остаточные де.
формации при сварке показаны на рис. V.7. При сварке
встык односторонним швом листов или полос попереч-
ная усадка шва вызывает искривление изделия. Этоrо
можно избежать, расположив листы перед сваркой под
уrлом (рис. V. 7, а). На рис. 7, 6 показана деформация
от уrловых швов при соединении внахлестку. Если рас-
стояние между швами будет меньше пяти толщин наи-
более TOHKoro элемента, то податливость листов между
швами становитс'i настолько малой, что в шве может
образоваться трещина.
Полки сварных двутавров при усадке швов дефор-
мируются (рис. V. 7, в). «fрибовиДl-ЮСТЬ» полок устра-
няется правкой после сварки или предварительным вы-
rибом. Несимметричные сварные швы приводят к короб-
лению Bcero элемента (рис. V.7,z).
Остаточные напряжения сварной конструкции СЮlа.
дываются с напряжениями от внешней наrрузки. Сва-
рочные напряжения в настоящее время расчетом не учи-
тывают. Основанием ДJIЯ этоrо служат пластические
свойства металла: напряжения при достижении предела
При остывании наПJIаВJIенноrо металла кривая тем-
ператур e e падает и выравнивается, так как наrретый
край остывает значительно быстрее. В быстро остываю-
щих крайних волокнах, укорачиванию которых препятст-
вуют сосеДНие, более холодные и жесткие, возникают
растяrивающие напряжения.
а)
5) Н5NIJJ/
t w
..:>
е)
t:.:y
:=J
Рис. V.7. Деформация элементов при сварке
По мере остывания в листе возникают остаточные
внутренние сварочные напряжения, эпюра которых при-
ведена на рис. V. 3, д, а лист получает выrиб, обратный
тому, который был при HarpeBe (рис. V, 3, z). Так как
внешней наrрузки к листу не приложено, то все эпюры
внутренних напряжений самоуравновешены. Форма
остаточной эпюры внутренних напряжений зависит от
ширины полосы и зоны пластических деформаций при
HarpeBe (см. рис. V. 3, д) .
При сварке двух полос стыковым швом за один про-
ход (рис. VA, а) эпюра остаточных продольных напря-
жений ау как бы складывается из двух эпюр, полученных
при наплавке шва на кромку листа. Ввиду Toro что
сварной шов соединяет оба листа по прямой линии, соз-
дается препятствие их выrибу и возникает эпюра по-
перечных сварочных напряжений ах. Для уменьшения
поперечных сварочных напряжений может быть приме-
нен обратноступенчатый способ сварки (рис. V.4, 6),
при котором шов накладывается отдельными участками,
В8
89
текучести бт не увеличиваются и происходит их вырав-
нивание.
Конструктивными мероприятиями необходимо обес-
печить минимум сварочных напряжений и деформаций,
а также факторов, способствующих увеличению хруп-
кости cBapHoro соединения (резкие искривления силовых
потоков, концентраторы напряжений), препятствующих
пластичеСI{ОЙ работе стали.
еl'О можно ВЫПОЛНИТЬ косым (рис. V. 9, 6). В этом слу-
чае напряжения в шве
.!i.. N sin а R CB ( V.2)
о" == ,,-<= р.
ш F ш [ш u
Практически такие швы часто выполняют с заложе.
нием 1:2 (tga==2); в этом случае он становится равно-
прочным со стыкуемыми элементами и ero не надо pac
считывать.
При сварке встык сварной шов заменяе1 основной
металл элемента в месте соединения. Поэтому сварные
швы встык рассчитывают по тем же фОРМУJIам, что и
а} основное сечение, толь-
ко напряжения срав-
!Iивают не с расчет-
ным сопротивлением
ПООКЛQdка OCHoBHoro металла Н,
а с расчетными сопро-
тивлениями сварных
швов RCB. Значения
расчетных сопротив-
лений сварных швов
ДJIЯ стальных конст-
рукций приведены в
табл. V.3 Чтобы сече-
ние в месте соединения не было ослаблено, шов должен
быть полным и качественным без подрезов и непррва-
ров, с ПОJП-Юй заваркой концов. В случае односторонней
сварки необходимо производить подварку корня шва или
варить на подкладке (рис. V. 8).
При действии осевой силы (рис. V. 9, а) напряже-
ние в прямом стыковом шве проверяют по формуле
N N св
о" == == <R
ш F ш [ш () р .
Чтобы сделать СТЫКОВОй шов при меньших расчет-
ных сопротивлениях cBapHoro шва растяжению равно-
прочным основному метаJIЛу соединяемых ЭJIементов,
t 17. РАСЧЕТ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЯ
1. РАСЧЕТ СТЫКОВЫХ
СВАРНЫХ ШВОВ
ЛоiJ8аРJ'(Q
корна пotJрезы
6) 1
нелра8ор корнн
Рис. V.8. ШОВ встык
а правильно; б с дефектами
tю
а) . P1 il
{ПIJ L
?1
L T
/3..
б)
N
&P
8)
U]y чОt:)ч
ч сf
Рис. V.9. К расчету стыковых швов
а, б На продольную силу; в На изеиб
При действии изrибающеrо момента
напряжения в шве
(рис. V. 9, в)
(V.I)
м м V З )
о"ш== w ш ==w-<=Rp, (
rде W m == W момент сопротивления шва, равный мо-
менту СОПРОТИВJIения соединяемых ЭJIе-
ментов.
При действии одновременно осевой силы и изrибаю-
щеrо момента напряжения в шве будут суммироваться:
N М
о == + -<= R CB
Ш F ш W Ш р ·
(V.4)
91
Если сварное соединение встык работает на срез, то
в нем опредеJIЯЮТ по формулам для OcAOBHoro металла
касательные напряжения 'tш И сравнивают с расчетным
СОПРОТИВJIением CTblKoBoro шва срезу R B ,
В сварных швах встык, работающих одновременно
на изrиб и срез, должны быть проверены приведенные
напряжения по формуле
a == V a + 3J" <= 1 ,15R B. (У.5)
rде Ош нормальное напряжение в шве от изrиба, оп-
ределяемые по формуле (У. 3); 't"ш ==...!L среднее ка-
Iш 6
сательное напряжение от срезывающей силы Q, опреде-
ленное из условия paBHoMepHoro распределения по CTЫ
ковому шву.
2 РАСЧЕТ yr ЛОВЫХ СВАРНЫХ швив
YrJIOBbIe швы располаrают в уrлах, образованных
rранями соединяемых элементов. Высотой шва h ш Ha
зывается размер наименьшеrО из ero катетов
(рис. У. 10, а).
Фланrовые уrловые швы под воздействием продоль-
Horo усилия работают на срез (рис. У. 10, б). Поверх-
ность среза располаrается примерно по биссектрисе уrJЮ-
Boro шва, имея высоту f3h m . Расчетная площадь среза
швов
F ш == ф/ ш) 1ш,
(У.б)
rде (3h ш расчетная высота уrловоrо cBapHoro шва.
Коэффициент (3 зависит от формы шва, rлубины прова-
ра, способа сварки и принимается: (3== 1 для однопро-
ходной автоматической сварки; f3==0,9 ДJIЯ дву.х- и
:rрехпроходной автоматической сварки; f3 == 0,85 ДJIЯ
однопроходной полуавтоматической сварки; (3==0,8
дЛЯ ДBYX и трехпроходной полуавтоматической сварки;
(3==0,7 для мноrопроходной (более трех) автомати
ческой и полуавтоматической сварки и для ручной свар-
ки; I ш сумма расчетных ДJIИН швов в соединении.
Напряжения в уrJЮВЫХ фланrовых швах проверяют
по формуле
N N св
'rm == РШ == ( / m) 1ш <= Ry ·
(У.7)
92
о)
Рис. V.lO. К расчету yrпOBbIJ[
ШВОВ
а расчетная высота шва; б фJlан
еовые швы; в. е, д лобовые и
уеловые швы
'9 . . ,
..r;
".
щ
6)
t
ВУ
pv
". I
12) h ш
lQ}
, 4) flhlJl
t Q G
93
R CE
rде у расчетное сопротивление уrЛQвоrо шва: lш
суммарная расчетная длина швов.
Практически при расчете уrловых швов на осевую
силу удобнее пользоваться формулой, выражающей
необходимую длину шва. Она получается непосредст
венно из формулы (V. 7), rде вместо 'tш подставляют
расчетное сопротивление уrловоrо шва срезу R B
N
I ш == (У.8)
f}h ш R B
Лобовые уrловые швы (рис. V.10, 8) находятся в бо-
лее сложном напряженном состоянии, чем фланrовые.
Усилие круто перетекает через шов с одноrо соединяе
Moro элемента на друrой, JIИНИИ СИJювоrо потока резко
ИСКРИВJIЯЮТСЯ, и поэто'Nу в шве одновременно возникают
напряжения от осевой силы, изrиба и среза. Швы раз
рушаются также по поверхности, проходящей пример-
но по биссектрисе шва
Из за сложности напряженноrо состояния лобовые
швы рассчитывают условно на срез .по минимальноЙ пло
щади среза швов, полученные напряжения сравнивают
с расчетным сопротивлением уrловоrо шва, которое
для уrловых швов одинаково при всех видах силовых
воздействий. Таким образом, расчетная формула про
верки напряжений в лобовых уrJЮВЫХ швах та же, что
и для фланrовых швов (V.7), только напряжение в шве
обычно обозначают не 'tш, а (Jш. Необходимая длина
швов определяется по формуле (V. 8).
При действии изrибающеrо момента на прямоуrоль
ный элемент, при крепленный уrJЮВЫМИ швами, напря-
жения в швах определяют так же, как условные напря-
жения по поверхности среза, рис, V. 10, z:
м М ЭМ
о"ш == W Ш == ( h ) l'l /1 (2 <= R B. (У.9)
2 .........!!!... ш ш
6
Здесь 1 ш расчетная длина одноrо шва.
Если элемент имеет непрямоуrольное сечение, то MO
мент сопротивления шва W Ш в формуле (V. 9) опреде
пяют по очертанию соединяющеrо шва.
Пр действии сдвиrающей силы на элемент, прикреп-
пенныи уrловыми швами (рис. V,10,д), напряжения на
поверхности среза считаются распределенными равно-
94
1
мерно и формула проверки напряжений имеет вид
't"ш == Р: == f}h 1ш <: R B, (V.IO)
rде 1ш суммарная расчетная длина сварных швов в
соединении.
При совместном действии нескольких усилий в CBap
ном соединении с уrловыми швами напряжения в швах
от отдельны" усилий вычисляют по вышеприведенным
формулам, после чеrо определяют результирующие Ha
пряжения. При этом если срезывающие напряжения в
одном и том же сечении уrловоrо шва имеют одно Ha
правление, то их складывают арифметически; если Ha
пряжения взаимно перпендикулярны, то определяют
равнодействующую этих напряжений. Например, при
действии на элемент одновременно изrибающеrо мо-
мента и сдвиrающей силы результирующие (равнодейст
вующие) напряжения
р V 2 + 2 R CB (У 11)
о"ш О"Ш 't"ш <= у' .
Это обстоятельство не надо путать с приведенными Ha
пряжениями в стыковых швах [см. формулу (V.5)].
3. РАсч.ЕТ КОМБИНИРОВАННЫХ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Если в соединении есть различные виды швов сты-
ковые, уrловые фланrовые, уrловые лобовые, то оно
называется комбинированным.
На рис. V..11, а показано соединение внахлестку
уrловыми фланrовыми и лобовыми швами. Условно счи-
тается, что напряжения в швах TaKoro соединения pac
пределяются равномерно по поверхности среза всех
швов и проверяются по формуле (V.7), rде 1ш суммар.
ная расчетная длина фланrовых и лобовых швов.
На рис. V. 11,6 приведено I{омбинированное соеди-
нение полосы встык, усиленное накладками. В данном
случае соединение встык ручной сваркой с визуальным
способом контроля качества шва не обеспечивает paBHO
прочности CTblKoBoro соединения с прочностью полосы
по целому сечению, постановкой же дополнительной Ha
кладки можно получить равнопрочность.
При расчете TaKoro типа стыков принимается, что
напряжения по оси стыка в стыковом шве и накладках
одинаковы:
N св
(J == F п + :Е.Р н <: Rp ,
(У. 12)
95
rде F п площадь соединяемой полосы; 'ЕF и .-- CYMMap
ная ПJIощадь накладок.
УСИJIие в накладке определяется по ее площади и Ha
пряжению:
N H == ОР н .
На это УСИJIие проверяют yrJIOBble фJIанrовые швы,
прикрепляющие накладку к ПОJIосе, по формуле (V. 7).
а) 51
4 С::,,] f 4 [,":,':1,''] f
-r----- "'''''''''..
+-
+-
:::: :'::: -:::', :',',:::
t
Рис. V.II. К расчету комбинированных соединений
а фланеовые u лобовые швы; б уеловые и стыковые швы
4 ПРОВЕРКА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИй
НА ВЫНОСЛИВОСТЬ
Если сварная конструкция непосредственно восприни
мает MHoroKpaTHo действующие переменные, знакопере-
менные, подвижные, вибрационные или друrие наrрузки,
которые MorY1 привести к усталостному разрушению,
необходима проверка на выносливость OCHoBHoro метал-
JIa и cBapHoro соединения.
Расчетные СОПРОТИВJIения сварных соединений при
проверке на выносливость уменьшаются умножением на
коэффициент у, определяемый по тем же формулам'
(lV. 12), (lV.13), что и ДJIЯ OCHOBHoro метаЛJIа:
с с
<r== и 'Y== .
a bp b ap
Обозначения, входящие в фОрМУJIЫ, приведены в 13.
АнаJIоrично основному метаJIЛУ при проверке на вы-
носливость сварных соединений определяют норматив-
ное (без коэффициентов переrрузки и динамичности)
напряжение в соединении a (ИJIИ T ) И сравнивают
ero с расчетным СОПРОТИВJIением cBapHoro соединения,
умноженным на коэффициент у:
a "" 'YR CB , (У. 13)
96
J
I
I
I
4
5.0СОБЕННОСТИ РАСЧЕТА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИИ
В КОНСТРУКЦИЯХ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
I
I
"
Основной особенностью расчета сварных соединений из терми
чески упрочненных алюминиевых сплавов является необходимость
учета ослабления металла в зоне термическоrо влияния у cBapHoro
шва. Величина зоны термическоro влияНия зависит от марки сплава,
состояния ero поставки и способа сварки.
Аналоrично стальным конструкциям стыковые швы в конструк-
циях из алюминиевых сплавов рассчитывают по тем же формулам
(V.I) (V.4). что и основное сечение. Полученные напряжения cpaB
иивают с расчетным сопротивленнем металла cBapHoro соединения,
которое определяется с y'leToM понижения прочности от термическOI'О
влияния по указаниям норм проектнрования алюминиевых KOHCT
рукций (СНиП IИ4-76).
Расчет уrловых сварных швов конструкций из алюминиевых
сплавов производится по тем же формулам (V.6) .(V.IO).u что и
расчет уrловых сварных швов стальных конструкции, с тои лншь
разницей, что значение коэффициента приннмается несколько
иным:
O,7 при ручной, полуавтоматической и ноrопроходной ав:
томатической сварке; 0,9 при однопроходнои И ,,"вухпроходнои
автоматической сварке.
При проектировании сварьых соединений конструкций из алю-
миниевых сплавов ослабленне OCHoBHoro металла в зоне термичес-
Koro влияиия можно значительно уменьшить, если применить допол-
нительные уснливающие элементы, которые увеличивают расчетную
площадь прикрепляемых элементов в наиболее опасном сечении
Стыки изrибаемых элементов следует распопаrать в менее наПР"lКен-
ных местах конструкции, что тоже уменьшает влияние ослабленной
сваркой зоны.
1.
6. РАСЧЕТНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ
СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Расчетные сопротивления сварных швов в стальных
конструкциях ДJIЯ различных видов напряженноrо coc
1'ояния шва и классов сталей приведены в табл. V.3.
Расчетные сопротивления сварных швов встык, дан-
ные в таблице, соответствуют соединениям, выполнен-
ным двусторонней сваркой ИJIИ односторонней с подвар-
кой корня шва. Для соединений встык, в которых не-
возможно осуществить подварку корня шва (или вы-
полнить шов на подкладке), расчетные СОПРОТИВJIения
снижают умножением на коэффициент 0,7.
Современные способы сварки встык при автомати-
ческой сварке, а также при полуавтоматической и руч-
ной CBapllie с применением физических способов KOHTpO
JIЯ качества швов обеспечивают такую же прочность
(
97
ТАБЛИЦА V.3. РАСЧЕТНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ R CB , кН/см',
СВАРНЫХ ШВОВ
сварных швов, как и прочность OCHoBHoro металла для
всех видов напряженноrо состояния.
При полуавтоматической и ручной сварке с визуаль
ными способами контроля качества шва расчетные co
противления сварных швов растяжению несколько ни
же, чем расчетные сопротивления OCHoBHoro металла.
К визуальным способам контроля качества швов OT
носятся их наружный осмотр и измерение размеров; к
физическим способам peHТl'eHO или rамма rрафиро
вани е., ультразвуковая дефектоскопия. маrнитоrрафи-
ческие способы и др.
Повышенные способы контроля качества швов при
меняются только для очень ответственных соединений
и должны специально оrовариваться в проекте.
Расчетное сопротивление снарных швов для алюминиевых KOH
струкций приведено в СНиП II 24 74.
Аналоrично расчетному СОПРОТив.1Jению OCHoBHoro металла алю
миниевых сплавов значения расчетных сопротивлений сварных coe
динениii: и швов действительны при работе конструкции в интерва
ле температур от 65 до +500 С. Если температура металла KOH
струкции будет выше 500, то все расчетные сопротивления умножа-
ют на коэффициент Кт, учитывающий влияние изменени темпера
туры на расчетные сопротнвления.
.;, I Расчетные сопротивлення сварных
:z: соединений в конструкциях из
'"
.. о стаJIИ классов
о 10
S Вид напряженното о
.,
"" СОСТОЯНИЯ О ""
о :z: '" а> '" с !
:z: ..., "" '" ....
"" О'" .... "" с:> с:> ;r.;
.. 3 .... "" <о .... 00
..
u :»... u u u u u u u
Встык Сжатие R CB 21 26 29 34 38 44 53
с
Растяжение:
а) aBTOMaTH
ческа я
сварка; полу-
автомати-
ческая и R cв
ручная свар- р 21 26 29 34 38 44 53
ка с физиче-
ским контро-
лем качества
швов
б) полуавто
матическая
и ручная
сварка с ви- R CB 18 22 25
зуальным р
контролем
качества
швов
Срез R CB 13 15 17 20 23 26 31
ср
Уrло- Срез R CB 15 18 20 22 24 I 28 34
вой у
I
При м е q а н н е. Для элементов из сталн разных классов расчетное <;0-
противление сварното соедииения встык прнннмается равным расчетному со-
противленню соединения ВСТЫК из менее прочной сталя.
t t8. КОНСТРУКТИВНЫЕ ТРЕ&ОВАНИЯ
К СВАРНЫМ СОЕДИНЕНИЯМ
ДЛЯ обеспечения BbIcoKoro качества и надежной рабо
ты сварных соединений они должны отвечать ряду Tpe
бований, диктуемых возможностью и удобством произ
Бодства сварки, возможным уменьшением сварочных
напряжений и деформаций, полноценной работой CBap
ных швов в различных видах соединений и т. д. Все эти
требования должны учитываться при проектировании
металлических конструкций.
Чтобы сварной шов был BbIcoKoro качества, должна
быть обеспечена доступность к нему, т. е. возможность
ведения процесса сварки с учетом правилыюсти iiОЛО
жения электрода И ero размеров. Наилучшее положение
эл ктрода и необходимые свободные l'абариты при руч
нои сварке стыковых и уrJЮВЫХ швов показаны на
рис. V.l2, а.
Во мноrих случаях не удается обеспечить положение
электрода под yrJIOM 450 при наложении уrловоro шва
из за выступающих деталей конструкции. Предельные
98
7'"
99
...
;>
-(
J;
IQ
<
...
'Q ,
g о 11:) 11:)
;;- 11:) '" о
t-<(.)n:l::( I I I I 11:)
о uoиCQ
'1 'S C'<I 11:) <XJ C'I
о: ",Е!'
;::: '"
00 '" ..'"
f-.< '" i:i о ..,. """
u '" C'<I C'I
о "1:'" I I I """ I с>
о Q. iQ
1-. о """ CI() '"
..
о <.> ",о
З о '""
'"
'" "1:
'" о '\s
Q. ..'" О """
'" o l' C'<I C'I """
..
u » I I """ I о
iQ
'" C'<I О <XJ '"
'"
'" ","
<.>
'" '"
е:
;::; "'''''
'"
:>i g щ
о с> """
.. 6 g. i C'I
.. I о <D О
-о: g.t: о <D
t и C'I """
»:::::0
.."''''
"1:"
. . 00')
P.Q..t:<D
"'", I О
<XJ C'I 11:)
I I I C'I :'1 00
g g. 00
II:()::C C'I '"
$:.t'i3,=U
Р. '" 00
",1-.
А А ..
::;;
::;; с:>..
'-
v5 ci' v5 ci о;- tf
.
;;; 1+
t\S -
I
i
;
,
с
о.
:<:
::;: o:s:
.. "=
о (!)
!3 o::t
со
"';.: '"
р.
Р. о \о
со::!! с>
(!) >-
I:д
55 00
I I I I I I I I I о I
ф '"
I I I I I I I I I I I I
о '"
<D l'
I I I I I I I I I C'<I """
О О
C'I
О О
О <D '"
<о <XJ '" l' <XJ l'
I о I о I о <D 11:) I
<D """ О
О <D О """ <D О
C'<I C'<I C'I
О О О
О
<D <D l'
I C'<I C'<I 11:) I C'<I .... О З
11:) aQ C'<I C'<I
'" C'I
.... ....
А .. o::t .. .. "i .. ..
::<; '" ::!! '"
::!! с:>.. ::!! с>.
'- '- ""
....
v5 ci' Q.," v5 ci' о;- tf fJ:)" ci' о;- tf
. Ф .
,,,,
D
.;.: o:s: .:=
:i! :i! :i!
:<: :<:
со со :<:
'" '" со
'"
с>. с>.
\о
Q Q \о
>< Q
;:)
>-
:о:-
...
<
IQ
'-1
-=t
О
1:
:о:-
о
:Е
о
t
-<
:о:-
..
о
IQ
-<
...
IQ
О
101
JOО
размеры выступающих деталей, при которых возможна
ручная сварка достаточно BblcoKort> качества в нормаль-
ных условиях, noкаэаны на рис. V.12, 6.
При коиструировании сварных соединений следует
стремиться к таким конструктивным решениям, чтобы
о)
6}
;
;
;""
6 6
I
/fiI
I
I / .
I " H jJOCт!lпHbIU iJЛR
1 // ClapKU !lУDсток
I " t=
I
I
сварочных rоловок и тракторов. На рис, V.12, в приве
дены предел:- {ые размеры стенок и полок балок при
автоматической сварке распространенным типом сва-
рочноrо трактора TC 17M.
Необходимо также предусматривать такое располо
жение сварных швов, чтобы максимально сокращалась
необходимость кантовки конструкции при ее изrотов
лении.
Чтобы уменьшить сварочные напряжения и дефор-
мации, следуe'I стремиться к наименьшему объему
сварки в конструкции. Швы должны иметь наименьшую
толщину и выполняться cTporo по расчету. Толщина
стыковых швов диктуется толшиной соединяемых эле
ментов и принимается равной меньшей из них (при
разных их толщинах) . При толстых стыковых швах для
обеспечения надлежащеrо качества шва необходимо про-
изводить разделку кромок соединяемых элементов
(табл. VA).
Наименьшая толщина уr.ловых швов 4 мм, дальней-
шая rрадация 5, 6, 7, 8, 10 мм и далее через 2 мм.
Уrловые швы толщиной свыше 20 мм имеют большие
внутренние напря {ения и применять их не рекоменду-
ется.
Наименьшая высота уrловых швов определяется
расчетом и. кроме Toro, зависит от класса стали, TOk
Щины свариваемых элементов, вида сварки и условий
работы конструкций (табл_ V.5),
Наибольшая толщина уrловоrо шва в зависимости
от толщины соединяемых элементов может быть приня-
та h ш == 1,26 (6 наименьшая из толщин свариваемых
элементов). Кромки прокатных профилей имеют с од-
ной стороны закруrления, поэтому наибольшая высота
уrловоrо шва вдоль этих кромок принимается несколько
меньшей, чем толщина пера или Полки профиля
(табл. V.6)_
Наибольшая толщина уrловоrо шва вдоль обушка
yrолка может достиrать 1,26 (6 толщина полки
уrолка) .
При ручной сварке за один проход может быть вы-
полнен шов толщиной до 8 мм. Более толстые швы
мноrопроходные и более трудоемкие, поэтому там, rде
Это ВОЗможно, необходимо стремиться к однопроходным
швам. Швы различной ТОЛщины варят разной силой
тока, рeryлируемоrо сварщиком. Поэтому в одной KOH
'"
'"
'"
'"
Рис. V.12. fабари-
rbl для сварки
а наилучший для
ручной сварки; б
предельный при руч
ной сварке; в при
автоматической свар-
Ке трактором ТС-17М
была обеспечена возможность наложения швов в ниж-
нем или в крайнем случае в вертикальном положении
(см. рис. V.2), так как эти швы наиболее надежны. По-
толочные швы MorYT допускаться в исключительных
случаях, как правило, в нерасчетных соединениях. u
Доступность для выполнения полуавтоматическои и
автоматической сварки обусловливается rабаритами
102
103
:Е
:Е
о
х 00 ;::! I ;::! I S I I C--:I
:а I
'" G
'"
'"
о
Е. tO S C--:I S C--:I о> S ;::! с>
'" I
'" :;;:
u
'"
" о
" '" s ;::! s ;::! со с]) ;::! s
... :s I
" :s ""
... ""
u .,;
"
" " C"I
... ... "" s r-- со S со
о: I со со S
'" '"
'" :s ""
" '" C"I
.g
C"I
'" C"I <D со со <D r-- 00 <D
о: I <D
'"
S !::;
"
" tO
... <D со <D со 10 <D со <D
Е.
t:
S о
.., i <D <D -.!' 10 <D
tO
C'I:) 10 C'I:) 10 C'I:) C'I:)
-.!' C'I:) C'I:) C'I:)
....... ф ....... ....... .......
" <D с> с> <D <D
" -.!' <D -.!' <D . -.!' О 10 -.!'
'"
... u u u i u -.!' U
u I I I I ....... ....... I
u C--:I с>
u C'I:) с> C'I:) О C'I:) 10 <D с.;
'" -.!' C--:I -.!' U U C--:I
....... ....... ....... ;;s-
со C--:I 00 C--:I со
C'I:) 10 C'I:) 10 C'I:) C'I:)
u u u u u u
:I::r;s :<1
'''''
;;; О'" '" a
'" g-a !IS и",
о: ..
" "" g=
"l и", О I={:I:
'" >.= f--< 08
о :>::
u с:>.
I
>.
" <;
'" О
"" d>=1
., ".
'"
u i:!=j'S
'" '" '" '" '"
о '" ::>i ::>i
u :<: !IS А
о 00::00::
t: ". f-ooroЕ---ro
U >. "":.::",,:.: О
cl. Ut<l U f--<
.::s::.i . 11::
"'=1::
:a -&g- =::f>.
* ... I={:'::c:>.
"о: :; ",-& с:>. ..
0:'"
[i1iJ = ::>i =b>
>о" "''''
""'" <;и QJ :<:
::: r::0:: "" 0=
",О о) :.::
"о: "'-1:: > =i:!",,>
:<011 :.:: :.::
",:,j :> :<:и
= о) О .
С<{ 2 :::
"'''' :.::
>о" .....0 QJ U ro
"" ..... :>: ",-", ""
..... .0 ::::: !IS-&O::
U
3
..,
се
о
се
i3
1<
:s
'"
о
t:;
...
;.,
:s
:с
:=
S
<:;
о
...
'"
:s
:с
,g
t:;
<
:!:
:=
:с
:с
:!:
.,;
:>
<
::!
t::;
10
<
1--
104
шХ' .
=:s:cu:es:
= =:s::
tJ:
О'и;';
51 " CI) >о
"' s
=Qo
u=ct\u
a::Ia.=
1::I (1.I:t=
g H ;
tg
>.:es: 4) (tJ
a =;
=s -::1'
ifllOi
::fQ,
;Q t
фl:I:r..:чs::
Q,:J:f-oо
uQ)(J
о"',,
t::I-<Оо
.a
D::uoQe;
иожф
4) t: p.f-o
:S:::ФCO;SСО
S"",..
и"
gl
at:>B
4)tI:;......EQ
1;j.:i I
t:si::;
":;j ..
o<o ::4
=gg
:r:
1=; .=;
и=;а:=
:;>.;=
...
:0>0:0:0
1:;(..).(..).=
g
tl:;og::r
t-o I:СО
;,g
Я=::I',q
0"":<
'" >о",
10 {t=
g:lsx
S :<'"
n >1
.. .,и
;.:
«'Q,lOt'IS
""..",;
'; I"i:
; ,,:::.g
:a""';
р.,=......
f-o= (J
с;ООс:
sё
:dЦ'Sc.(tJ
",,"о
ан&:) ШIIQ
:а==
:ClOx>t
=:a
"'''$''
U:S::ogJ
1";,,,
",..!j
,g-
. a,I:s:::t:It
g;1IQ
:Е:>:CI
ТАБЛИЦА V.б. НАИБОЛЬШАЯ тоЛЩИНА уrловыХ ШВОВ
ВДОЛЬ КРОМОК, ИМЕЮЩИХ ЗАкруrЛЕНИЯ
Расположение шва /
Толщина шва, мм
4
6 8 10
12
у пера уrолков
при толщине
полки 6, мм 6 8 10
У полок двутавров До Ng 14 Ng 16 27 М ЗО 40
У полок швелле-
ра . , .» М 12Ng14 27 NgЗО
12
Ng 45
14
Ng 50 0
м З6 40
струкции (сборочной марке) желательно не иметь более
ДBYX Tpex различных толщин швов. В поперечном сече
нии уrловые швы должны иметь соотношение катетов
шва 1: 1. Чтобы уменьшить концентрации напряжений
в конструкциях, воспринимающих динамические и ви-
брационные наrрузки или при статической наrрузке, но
эксплуатируемых с расчетной температурой ниже
400 С, а также в любых конструкциях из высокопроч-
ных сталей классов С 60/45 C 85/75 в лобовых уrловых
швах соотношение катетов принимают 1: 1,5, при этом
БОЛЬШI;1Й катет должен быть направлен вдоль усилия,
воспринимаемоrо соединением.
Наименьшая расчетная длина lш уrловоrо шва дол-
жна быть не менее 4 h ш и не менее 40 мм из-за наличия
непровара в начале и кратере в конце шва. Наибольшая
расчетная длина фланrовых уrловых швов должна быть
не более 60 h ш , так как фактически напряжение в шве
по длине распределяется неравномерно (рис. V .13, а) и
при очень длинных швах ero крайние точки MorYT быть
перенапряжены, а средняя часть не полностью включе-
на в работу. Это оrраничение не распространяется на
те фланrовые швы, в которых усилия передаются по
всей длине шва, например на поясные швы сварных
балок.
Конструктивная длина Шва, т. е. та длина, которая
указывается на чертежах, принимается примерно на
10 мм больше расчетной длины (определенной по рас-
чету), так как начало и конец шва MorYT иметь непро-
вар и кратер, поэтому участки по 5 мм у концов шва
в расчете учитывать не следует (см. рис. V.l3, а).
В стыковых швах начало и конец шва рекомендует-
ся выводить на ПОДКЛадки с последующей их обрезкой
105
и зачисткон; в таком случае в расчете может быть уч
тена вся длина шва
Если в конструкции применяются прерывистые швы,
то для обеспечения надежной совместной работы соеди
няемых элементов расстояние между участками швов в
свету должно быть не более 15б в сжатых элементах и
близкоrо их раеположения друr к друrу и образования
швами замкнутых контуров. Сварочные напряжения
и деформации существенно уменьшаются при правиль-
ной технолоrии изroтовления и сварки конструкции.
ТеХffОJlоrическ-не особенности сварки и pa OTЫ алюминиевых
сплавов диктуют некоторые требования к сварным соединениям. He
оБХОДИIllО учитывать большие размеры держателя электрода, чем при
сварке стали. Поэтому узлы следует проектировать более открытыми
с учt:том rабаритов существующеrо оборудования. Наименьшая дли-
на уrловоrо флаИfовоrо шва ПРИНИlllается, как и в стальных конст-
рукциях, не менее 40 мм и не менее 4h ш , наибольшая же расчетная
длина шва меньше и принимается равной 50h ш .
В конструкциях из термически упрочняемых cnлааов не реко-
мендуется при менять соединения с лобовыми швами, так как при
этом зоной термическоrо влияния сечение OCHOBHoro металла ослаб-
ляется больше, чем при соединении флаиrовыми швами.
L '10/0//0/
5""" l,. 5IЧМ
а) /IIакс 5DIz
N [ 6j
1. 5.t",
...... -4-0 I O!IO:,'"
р
-4-0
-4----
......
J J tJ :'1;
Рис. V.l3 Конструктивные
t 6' 8 требования для сварных
J ; ; соед:инений
t а предельная длина фланеово-
W 8 20 шва; б длина нахлестки;
в скос кромок
ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИй
пе более З(}l) в растянутых и нерабочих элементах
(6 наименьшая толщина соединяемых элементов).
Напуск в соединениях внахлестку должен быть не
менее пяти тQлщин наиболее TOHKoro из соедиия-емых
элементоо (рис. V .13, б), иначе в швах MorYT образо-
ваться трещины, вызванные сварочными деформациями.
При соединении встык листов различной толщины,
если разница в толщинах не превышает 4 мм и величи
на уступа не превышает 1/8 толщины более TOHKoro
писта, стык может быть выполнен без скоса кромок
(рис. V.lЗ, в) для сталей классов До С 52/40 (для более
прочных сталей соответственно 2 мм и 1/12), в против
ном случае для плавноrо перехода усилий в стыке необ-
ходим односторонний или двусторонний скос кромок с
уклоном не более 1/5. Если соединяются листы раЗЛИЧ 4
пой ширины, то у более широкоrо листа делают скосы
к более уз;кому С уклоном не более 1/5.
Необходимо стремиться к уменьшению сварных
швов 11 делать их минимальной толщины, точно по pac
чету. Следует избеrать пересечений сварных швов,
I06
Пример V.I. Растянутая полоса соединяется двусторонними на-
кладками, приварениыми уrловыми фланrо-выми швами (рис. V.14);
сварка ручная. Расчетное усилие. в полосе N ==370 кН, сечение по
лосы 150Х 12 мм, материал сталь класса С 38/23. Определить не-
обходимое сечение накладок, а также толщину и длину сварных
швов. Накладки принимаются также НЗ стали класса С 38/23, рас-
четное сопротивление стали R==21 кН/см 2 .
Для. возможности на.'lоження швов накладка должиа быть Н;!-
сколько уже полосы (на 1O 20 мм с каждой стороны), поэтому ши-
рину накладки принимаем 150 2.15== 120 мм.
Требуемая площадь обеих накладок:
N 370
Р тр == == == 176 см\!
R 21 ' .
Необходимая толщина одной накладки:,
17,6
l)и == == 0,73 см.
Принимаем толщину накладки 8 мм и ТО.'lщину уrловых швов
h щ ==8 мм. Тоrда необходимая суммарная длина швов для крепления
накладки (по каждой из сторон стыка) определится по фОРМУJ1С
(V.8):
(!h ш B
rде R B== 15 кН/см 2 . Расчетная длина ОДноrо cBapHoro шва на на-
ладке 44: 4== 11 см. Конструктивная длина 11+1 == 12 см. НеоБХ04
димая длина накладки будет 240 ММ.
Пример V.2. Проверить напряжение в сварных швах, прикреп-
ляющих стальную консоль двутаlilровоrо сечения к колонне (рис.
V.l5, а). Сталь класса С 38/23, сварка ручная. К консоли ПрIШО
lш ==
N
370
0,7.0,8,15 44 см,
101
жена расчетная сосредоточенная сила Q===800 кН. Так как сила
приложена с эксцентрицитетом е===400 мм, то в месте крепления
конеоли к колонне возникаетизrибающий момент M===Qe===800.0,4===
===320 кН'м На рис. V.l5, б показана рабочая площадь (по поверх-
ности среза) сварных швов, прикрепляющих консоль к колонне.
В месте крепления консоли к колонне будет изrиб моментом М и
срез силой Q От изrиба возникнут напряжения по всей расчетной
площади швов, от среза силой Q только в .вертикальных швах,
а} МО
Q:6001l" 5) 290
;;, 1 ;Щ
lJO
....
.... 10 <::> <:::>
" .... ;z
....'" ""
250 2'fO
I,,,i!.,,,,,:l&
::::
. : :::::::::::..' ::::::: : +..,
моменты сопротивления швов (верхиеrо и нижнеrо BO,JIOKHaj:
lw 104000
W == == == 3500 см 3 '
в.т 2в 29,7 '
lw 104000
W H т == == == 2590 см 3 .
. ZH 40, 1
РИс. У.14. 1( примеру У.l
Теперь найдем напряжения в швах:
от изrибающеrо MOMel1T3 М по формуле (У.9):
М 32000
о == == == 12 35 кН/см2.
ш W H . m 2590' ,
от среза силои Q по формуле (V.IO):
Q 800
't == 7,4 кН/см 2 .
т tJhшlш 0,7.1,2(2.64)
Рис. V 15. 1( примеру У.2
Наибольшие напряжения в сварных швах будут внизу консоли.
Напряжения От направлены rоризонтально, '{т вертикально, paB
нодейств ующая н апряж ений определ ится по формуле (V.II):
U == V o + '{ == v 12,352 +7,42 ==14,4 кн/см 2 < R B == 15 кн/см 2
Прочность соединения обеспечена.
r n а в а УI
&ОЛТОВblЕ И ЗАКЛЕПОЧНblЕ СОЕДИНЕНИЯ
Jlрикрепляющих стенку к колонне. Назначаем толщину всех швов
h m === 12 мм. Определим rеометрические характеристики рабочих
швов:
площадь всех швов
[-'т , llw I:l w == 0,7.1,2 (29 +2,13 + 2.64 + 24) == 173 см!!;
статический момент площади швов относительно оси BepxHero
пист а
SШ == 0,7 ,1,2 ( 29.1,2 + 2,13.1,2 + 2.64.32,6 + 24,66,4) ==
== 4830 см 3 ;
расстояние от оси BepxHero писта до центра тяжести площад"l
швов
Кроме сварки в металлических конструкциях приме
няют болтовые и заклепочные соединения. Болтовые со-
единения применяют преимущественно при монтаже
металлических конструкций, так как совпадением отвер-
тий соединяемых элементов автоматически контролиру-
ется правильность их установки и взаимноrо расположе-
ния; болты дают возможность плотно стянуть соединя-
емые элементы. Установить болт чрезвычайно просто.
для этоrо не требуется специальноrо оборудования и
подвода энерrии.
Заклепочные соединения в стальных конструкциях в
связи с развитием сварки применяются в отдельных слу
чаях при наличии знакопеременных и вибрационных Ha
rрузок (подкрановые балки в зданиях с тяжелым режи-
мом работы, балки железнодорожных мостов и друrне
аналоrичные конструкции).
SШ 4830
z == == ==27 9 см'
о Р т 173 "
момент инерции швов
( 2.643
I ш == 0,7.1,2 + 2,64.4,72 + 29.29,J1 + 2,1З,26,72+
12
+ 24.38,52) == 104000 см 4 ;
108
109
1"1
@
ТАБЛИЦА VI.I НОМИНАЛЬНЫЕ ДИАМЕТРЫ, мм, БОЛТОВ,
ЗАКЛЕПОК И ОТВЕРСТИЯ
Болты трубой и нормаль- Отверстия для болтов Отверстня
только для
8011 TOq80CTd, повышеи- Заклепки трубоll п нормальной болтов псвы-
но!! точности и высоко- ТОЧНОСТИ, высокопрочных ш енно!! точ-
прочные и заклепок
ности
12 13
12 14 15 12
14 16 17 14
16 18 19 16
1'8 20 21 18
20 22 23 20
22 24 25 22
24 27 24
27 28,5
z7 3D 27
30 31,5
30 33 30
в алюминиевых конструкциях при применении силь-
но разупрочняющихся при сварке сплавов заклепочные
соединения находят широкое пр именение.
На монтаже заклепочные соединения MorYT пр им е-
няться только в исключительных случаях, так как клеп-
ка в монтажных условиях очень неудобна и трудоемка.
t t9 ОEiЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА EiОЛТОВ
И ЗАКЛЕПОК
rенеральные размеры, характеризующие болт, при-
ведены на рис. VI.l. Серийные болты, применяемые в
строительстве, имеют диаметр стержня по резьбе d ==
== 10 30 мм. rрадации
диаметров болтов и диа-
метров отверстий для них
в зависимости от вида
болтов приведены в табл.
VI.l. Диаметр стержня
болта d 1 равен диаметру
d (или может быть мень-
ше ero только на ве-
личину допуска). Серий-
ные болты изrотовляют с rрадацией длины 5 мм (l==
===35 80 мм), 10 мм (l===80 200 мм) и 20 мм (l==
=== 200 300 мм). Длина нарезанной части БО.IIТа lo. 2.5d.
Необходимую длину болта в конструкции подбирают из
условия, чтобы r ладкая часть стержня БО.тIта была на
3 5 мм меньше толщины пакета соединяемых болтами
элементов. Высота rоловки болта Н O,6d, диаметр ro-
ловки D=== 1,7d, размер под ключ S 1,5d. Размеры rай-
ки такие же, как и размеры roловки болта, за исключе-
нием высоты Н, которая больше высоты rоловки болта
на 2 5 мм.
В соединениях металлических конструкций при меня-
ют болты rрубой и нормальной точности, повышенной
точности высокопрочные и анкерные.
Болт rрубой точности (rOCT 15589 70* или rOCT
15591 70*), болты нормальной точности (rOCT 7796*
IIЛИ 7798 70*) изrотовляют из сталей по rOCT 1759
70* соответственно классов 4.6 и 5.6. Эти болты ставят
в отверстия на 3 мм больше, чем диаметр болта (см.
таб . VI.l), блаrодаря чему он леrко уста'На лпвается
даже при небольшом несовпадении центроf3 отверстий.
30'
Рис. VI.I Бош
п р н м е ч а н н е. Наиболее ХОДQвые диаметры болтов и заклепок, кото-
рые рекомендуется примвиять при отсутствии какнх -либо сиецнальных требо-
вани1!: болты трубой, нормальной и повышенной точности 20 н 24 мм, высоко-
прочиые 18, 22 н 24 мм, заклеики для стальиых коиструкцнй 16, 20. 22, 24 и
27 мм, заКJlепки для конструкций И3 алюмннневых сплавов 12, 16, 20, 22
и 24 мм.
Этим определяется преимущественное применение бол-
тов rрубой и нормальной точности в монтажных фикси-
рующих соединениях. При взаимном сдвиrе соединяе-
мых элементов эти болты дают довольно деформатив-
ное соединение. так как диаметр отверстий существенно
больше диаметра болтов, поэтому их иноrда называют
чериыми.
БОJIТЫ повышенной точности (rOCT 7805 70*) изrо-
товляют из уrлеродистой и низколеrированиой стали по
rOCT 1759 70* класса 8.8. Диаметр отверстий для этих
болтов принимается равным их диаметру (без плюсовых
доиусков для болта и минусовых допусков для отвер-
стия) _
Чтобы между отверстиями в пакете соединяемых
элементов и болтом повышенной точности не было боль-
ших зазоров, отверстия сверлят отдельно в соединяе-
мых элементах сразу на проектный диаметр по спе-
циальным кондукторам с впрессованными втулками из
высокопрочной стали; кондуктор обеспечивает высокую
точность взаимор,зсположения центров отверстий в сое-
111
110
динении. В противном случае сверлятся или продавлива
ются отверстия меньшеrо на 3 5 мм диаметра и уже в
собранном соединении совместно рассверливаются на
проектный диаметр. Болты повышенной точности обесПе
чивают плотное малодеформативное соединение их
называют чистыми болтами. Применяются болты по..
вышенной точности I еимущественно в монтажных ра-
бочих соединениях.
Высокопрочные болты поставляются по стандартам
на болты нормальной точности, но изrотовляются из
высокопрочных термически упрочненных сталей: уrлеро..
дистой стали 35 по rOCT 1050 74 или леrированных
сталей 40Х по ТУ 14-4-87-72, 40ХФА и 38ХС по rOCT
4543 71 При этом временное сопротивление разрыву
после термической обработки должно быть не ниже
Для болтов из стали 35 . . . . .
» » » » 40х.....
» » » » 40ХФА и 38ХС .
80 кН/см 2
110 »
135 »
Высокопрочные болты, как и болты нормальной точ-
ности, устанавливают в отверстия диаметром на 3 мм
большие, чем их диаметр (см. табл. VI.l}. Монолит..
ность соединения обеспечивается трением между по
верхностями соединяемых элементов, с большой силой
стянутых между собой высокопрочными болтами. Что-
бы обеспечить надежность соединения, которая зависит
от степени сжатия соприкасающихся поверхностей, бол-
ты затяrивают специальными тарировочными ключами.
позволяющими контролировать силу натяжения болтов.
Для увеличения сил трения поверхности элементов в
месте стыка должны быть очищены от rрязи, масла и
ржавчины. Высокопрочные болты обеспечивают надеж..
ное недеформативное соединение, хорошо работающее
при любых видах силовых воздействий, поэтому они
применяются в ответственных монтажных соединениях.
Анкерные болты применяют для крепления баз (баш..
маков) колонн и стоек к фундаментам. Их изrотовляют
из уrлеродистой и низколеrированных сталей марок
ВСт3кп2, 09r2C и 10r2Cl. Характеристика, расчет и
конструирование анкерных болтов приведены в : 2
и 41.
Заклепки в стальных конструкциях различаются по
форме закладной и замыкающей rоловок (рис. VI.2),
Замыкающая rоловка образуется деформированием вы..
112
ступающей части стержня заклепки. Заклепю\ с полу-
круrлой, потайНой и полупотайной закладной rоловкой
изrотовляют соответственно по rOCT 1 0299 68*, rOCT
10300 68* и rOCT 10301 68* с диаметром стержней
d от 12 до 30 мм и ставят в отверстия, на 1 I,5 мм
большие, чем диаметр заклепки (см. табл. VI.I). При
образовании замыкающей roловки стержень заклепки
осаживается и утолщается, плотно заполняя отверстие.
О)
JJ
...,
<$
..ё:: ..
.о::
d d d
5) dt-(1 1ft),.,,.,
1
'"
'"
,
..
"<>
.!5 .....
""
с'<) I!
..,
....
2
Рис. VI.2. Заклепки
Q типы; б постановка; 1 замыкающая еоловка; '2 закладная еоловка
Поэтому за расчетный диаметр заклепки принимаеrся
диаметр 'отверстия, в который она поставлена.
Клепка может выполняться rорячим и ХОJlOДНЫМ
способом. При rорячем способе наrретую в печах-rор-
нах до температуры примерно 800 1 0000 С заклепку
вставляют в отверстие па кета, специальной поддерж-
кой плотно прижимают заКJlадную rоловку К изделию,
а на обратной стороне ударами пневматическоrо молот-
ка с оправкой формуют замыкающую rоловку. На за-
водах-изrотовителях rорячая клепка осуществляется
электрической или пневматической клепальной скобой.
При остывании заклепка укорачивает я и плотно стяrи-
вает. С.клепанный пакет (растяrивающие напряжения в
заклепке достиrают 10 15 кН/см 2 ); возникающие
вследствие этоrо силы трения по поверхностям соединя..
емых элементов улучшают работу соединения.
При холодной клепке замыкающая rоловка образу-
ется в HeHarpeToM стержне при помощи мощных кле-
пальных скоб, которые имеются на некоторых BЫCOKO
механизированных заводах. Здесь также происходят
осадка стержня заклепки и заполнение им отверстия.
Сила, стяrивающая пакет, при холодной клепке в 2 З
8 950
113
раза меньше, чем при rорячей, так как пакет сжима
етея только усилием клепальной скобы.
Заклепки изrотовляют из сталей с пойышенными
"'ластическими свойствами. Для конструкций из обыч-
IIЫХ уrлеродистых сталей применяют заклепки из стали
марки Ст2 по rOCT 499 70, имеющей относительное
удлинение не менее 29% и предел прочности 34 KHfcM 2 .
Для конструкций из низколеrироваиных сталей заклеп
1<11 изrотовляют из стали марки 09r2 по rOCT
19281 73 с относительным удлинением 21 % и пределом
прочности 45 KHfcM 2 .
в КОНСТРУКЦИИХ ИЗ алюминиевых СП.llавов также применяют бол-
ты нормальной и повышенной точности. Их изrотовляют из алю
миниевых сплавов; форма и размеры их такие же. как и у стальных.
Высокопрочные болты для конструкций из алюминиевых спла-
вов изrотовляют из стали. При постановке высокопрочных сталь-
ных болтов недопустим непосредствеиный контакт стали и алюми-
ниевых сплавов. так как в местах соприкосновеиия возникает ин-
тенсивная электрохимическая коррозия. В этих случаях шайбы вы-
сокопрочных болтов должны быть кадмированы или оцинкованы, а
часть стержня болта. находящаяся в соединяемом пакете обмотаиа
изоляционной лентой (или кадмирован, или оцинк()ваи веСь болт),
110. РАСЧЕТ &ОЛТОВЫХ и ЗАКЛЕПОЧНЫХ СОЕДИНЕНИА
1. РАСЧЕТ БО.t7ТОВblХ (ТРУБОй. НОРМАЛЬНОй
Н ПОВЫШЕННОR ТОЧНОСТИ)
Н ЗАКЛЕПОЧНЫХ СОЕДИНЕНИЯ
Внешние усилия в болтовом или заклепочном coe
динении стремятся сдвинуть соединяемые элементы
один относительно друrоrо (рис. VI.3, а). Поставленные
в отверстие болты или заклепки препятствуют этому
сдвиrу; в НИХ возникают деформации (рис. VI ,3, а).
В балтах и заклепках возникает очень сложное напря-
женное состояние: по плоскасти соприкосновения сдви
raeMblx элементов возникают срезывающие напряжения,
от поперечноrо давления элементав возникают смина
ющие напряжения, искривление болта или заклепки
вызывает изrибающие напряжения и, кроме этоrо, .от
первоначальноrо натяжения остаются растяrивающие
Шlпряжения. Наиболее существенными из этих напря
ж-ений, определяющими работу соединения, являются
срезывающие Н сминающие напряжения, Поэт.ому услав-
114
,t
\
ной расчетной схемой болтовоrо или заклепочнorо
соединения при взаимном сдвиrе саединяемых элемен-
тов прииимают схему рабаты их на срез (VI.3, б) и на
смятие соединяемых элементов (рис. VI.3, в) (смятие
БОJIТа без ero среза быть не может, поэтому на проч-
ность проверяют металл соединяемых элементов).
Расчет болтов и заклепок на срез. Срезывающие на-
пряжения в болтах и заклепках не должны превышать
а)
6)
8)
Рис. VI.3. Работа болта (или заклепки)
а деформация стеожня; б срез стержня; в смятие соединяемоео эле-
мента
расчетнаrо сапротивления срезу материала болтов R p
или заклепок R КJI :
N N
'f == 1: F е == 1td 2 ...: p или Rg: п .
р пп
ер 4
(VI .1)
Здесь N расчетное усилие, действующее в саедине-
нии; n число болтов или заклепок в соединении;
Пер число рабочих срезав ОДНоrо болта или заклепки;
d наружный диаметр болта в болтовом соединении
или диаметр отверстия в заклеПоЧном соединении.
Расчет БОЛТ080rо и заклепочноrо соеДинения на СМЯ--
тис, Напряжения смятия в соединяемых элементах от
болтов или заклепок не должны превышать расчетноro
сопротивления материала смятию
N N
О'ем ==- 1:Р ем == nd1:lJ <: M или KII. (VI.2)
rде d}:l'J расчетная площадь смятия, условно прини-
маемая как произведение диаметра болта (или диамет
ра .оТВерстия под заклепку) d на наименьшую CYMMap
ную то щину листов, сминаемых в одном направлении;
п число болтов или заклепок в соединении
8*
115
Практически при расчете болтовых или заклепочных соединений
удобно поступать следующим образом.
Определяют предельные PaC'leтHble усилия, которые можеr BOC
принять один болт или заклепка из условий среза и смятия:
для болтов:
превышать расчетноrо сопротивления
тяжению (рис. VI.5):
для болтов
их материала рас-
б щl s б
(NJ cp =< п ср R cp ;
[NJ M =< d {j M;
N N б
fТ """"""""9 <: Rp'
рб лd"
нт о
n
4
(VI.5)
для заклепок:
1
,
лd 2 I
(NJ закл п R закЛ .
ср ср 4 ср'
(VI . З)
,d Линии Выкола
(NJ КЛ == d {jR Л.
Тоrда необходимое количество болтов или заклепок для воспри-
ятия расчетной силы N в соединении можно определить, разделив
величину силы N на наименьшее предельное расчетное усилие, кото-
рое может выдержать один болт или заклепка из условия среза или
смятия:
Рис. VI.4. Выкол болтом lIЛП
заклепкой металла соединяе-
мых элементов
N N
п или n
[NJ ин [NI:' Л
(VI.4)
Рис. VI.5. К. расчету бол-
тов и заклепок на растя-
жение
или необходимое число болтов в соединении
N N
n ==
[NJ
rде d o внутренний диаметр
(см. табл. VI.3);
дЛЯ заклепок
a ==....!!.........";;; R закл .
fзакл лd 2 р
нт п
4
Для облеrчения расчетов предельные расчетные усилия на один болт
или заклепку вычисляют заранее и ПРИВОДят В справочниках по
металлическим конструкциям.
Если болтЫ или заклепки будут поставлены слиш
ком близко к краю элемента или один к друrому, мо-
жет произойти срез (<<выкалыва ние») метаЛла элемента
соединения (рис VI.4). Чтобы этоrо не произошло, рас-
Стояние вдоль усилия от центра отверстия до края эле-
мента не должно быть меньше двух диаметров отвер-
стия, а расстояние между центрами отверстий меньШе
трех диаметров. Как уже отмечалось, болты rрубой и
нормальной точности ставят в отверстия На 3 мм боль-
ше, чем диаметр болта (см. табл. VI.I). Полное вклю-
чение их в работу на срез и смятие происходит при
значительных деформациях соединения, поэтому там,
rде необходимо малодеформативное соединение, их при-
менять не следует. Болты повышенной точности и за-
клепки хорошо работают на срез и смятие.
Расчет БОJIТОВ и заклепок на растяжение, Проверка
заключается в том, что растяrивающие напряжения от
внешней наrрузки в болтах иди заклепках не должны
Н6
или число заклепок в соединении
N N
п
I NI акл
(V1.6)
лd?'
........!!R б
4 р
резьбы
болта по нарезке
(VI.7)
лd 2 R закл
4 р
(VI.8)
rде d диаметр отверстия под заклепку.
Расчетное сопротивление заклепок растяжению при-
нимают пониженным по сравнению с расчетным сопро-
тивлением стали, так как часто появляется эксцентрич-
ность приложения растяrивающей заклепку силы вслед-
ствие HepaBHoMepHoro давления на rоловку и поэтому
111
возникают дополнительные напряжения v места соеди-
нения стержня заклепки с rоловкой. Из за этоrо расчет
заклепок на растяжение часто называют расчетом на
отрыв rоловки.
Начальные внутренние напряжения растяжения в
болтах и заклепках при расчете их на растяжение не
учитывают, так как они не влияют на прочность соеди
нения, ибо при работе соединения по мере преодоле
ния сил стяrивания они включаются в уравновешивание
внешних сил. Расчетные сопротивления болтовых и
заклепочных соединений см. в табл. VI.4 й VI.5.
или необходимое количество высокопрочных болтов в
соединении с расчетным усилием N
N N
n б б ' (VI. 12)
п тр [NI B n тр 0,65 ов F нт {т
rде nтр число поверхностей трения в соединении.
Обрабатывать стальные поверхности пескоструйным
аппаратом можно в исключительных случаях, так как
она требует специальноrо оборудования, высококачест
Бенноrо КБарцевоrо песка и вредна для оБСЛУЖИБающе-
ro персонала. Наиболее распространена зачистка orHe
БЫМ способом. Обработка стальными щетками поста-
точно трудоемка.
Хорошие результаты дает обработка стальНых по-
верхностей химическим способом (травление в ваннах
или нанесение специальных паст); обработка получа-
ется наиболее дешевой и наименее трудоемкой по срав-
нению с друrими способами
Следует подчеркнут::., что соединения на высоко-
прочных болтах требуют BbIcoKoro качества работ по
подrотовке поверхностей и контролю натяжения болтов.
Б противном случае расчетные величины коэффициен
тов треиия, приведенные в табл. VI.2, MorYT быть не
обеспечены.
ТАБЛИЦА VI.2. ЗНАЧЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ ТРЕНИЯ'
2. РАСЧЕТ ВЫСОКОПРОЧНЫХ БОЛТОВ
В МОНТАЖНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ
Передача усилий в соединении на высокопрочных
болтах происходит в результате сил трения, возникаю-
щих по соприкасающимся пло костям. Расчетное уси-
лие, которое может быть воспринято каждой поверхнос
тью трения соединяемых элементов, стянутых одним
высокопрочным болтом,
[NI ==Рбfm. (VI.9)
rде Рб осевое усилие натяжения болта; f коэффи
циент трения, зависящий от способа очистки поверхнос
Te , принимаемый по табл. VI.2; т коэффициент усло-
вии рабо ы соединения на высокопрочных болтах, учи-
тывающии возможную неравномерность их работы: т==
==0,9 для стальных конструкций, т==0,8 для конст-
рукции из алюминиевых сплавов. Осевое vсилие натя
жения болта Р б зависит от механических свойств ero
материал! после термической обработки; при закручи-
вании rаики ero доводят до 65% предела прочности ма.
териала болта O
коэффициенты трения f для соедиияемых
элементов конструкций из алюминиевых
Способы предварительной сплавов и сталей классов
ОЧИСТКИ соединяемых поверх-
ностей С 44/29. С 60/45. апюми
С 38/23 С 46/33. С 70/60. ниевые
С 52/40 С 1\5/75 сплавы
1. Пневматическая обра- 0,45 0,55 0,55 0.45
ботка кварцевым песком
или металлическим по-
рошком
2. Химическая обработка 0.45 0.5 0.5 0.4
растворами кислот, тра-
вильными пастами
3. Оrневая обj)3ботка мно- 0,4 0,45 0,45
rопламенными rорелками
(на аLIетилене)
4. Стальными ручными и:1И 0,35 0,35 0,4
механическими щетками
5. Без uбработки 0,25 0,25 0,35 0.(5
119
Рб==0,65(J Fнт, (VI.IO)
rде F HT площадь сечения болта нетто по внутренне-
му диаметру резьбы (см. табл. VI.3).
Т ким образом, расчетное усилие, воспринимаемое
однои поверхностью трения в соединении на BЫCOKO
прочных болтах,
[Nfв == 0,65 o F HTfm,
(VI. 11)
118
Необходимые при расчете всех видов болтовых сое-
динений характеристики болтов по стержню и по нарез
ке даны в табл. VI.3.
ТАБЛИЦА VI.3. ДИАМЕТРЫ, мм, И ПЛОЩАДИ. см 2 .
БОЛТОВ ПО СТЕРЖНЮ И НАРЕЗКЕ
с> I I I I I I I I
I I I I ф I
"" <о
'"
t u
о:
о
>:
",,,, '" I I I I I I
1:8 I C-I I I <о
I I C-I I '<1'
:С" Ф IJ':) IJ':)
",,,, ..,.
:е"
",,,, U
"'"
:о'" о'> I I I I
:е" I I C-I I I
",,,, I I t-- I I t-- '<1'
'" ",:С ..,. '<1' '<1'
:С 0:.. ..,.
Ш '" u
" ::I
'"
:С U
... s!
о '" I I '<1' I I 00 I I '<1'
О. '" 00 I I 00 <') <') <')
с ... I I
о '" 00 <') <')
u :>! '"
... u U
о
о:
...
...
:r I I
u о о I о о I 1 I I I
.. '" Ib о о I '<1' <')
. р., о '<1' <') '<1' <')
... ro
"
..
;.,и
- ",и
...'"
Ы! * t-- I 1 !:: I IJ':) I
ф I I I C-I C-I C-I C-I
"'''' or;
S!
'" $t
"'",
о;: :Е:с
се '" <')
:s: ... * I t-- <') I t-- IJ':) I t-- I
u ф I I t-- IJ':) I
f- .. ..,:
о о.
с.
С
О анн о. :е о. о. :!
1,) p.. \o \CIp. \CI р.1О с;1О (,J c.\O..J u Q. U\CIU
'" -')Ы!ИЕО\lО Q:;Q:;Q:; Q:;Q:;Q:; Q:;Q:;Q:; Q:;1.l:; Q:;Q:;Q:;
:а аОИ&ОIJ' R
:с '" QJ '"
f- '" Q) = = =
'" ' '" = = :<: :<:
::r E Hj :<: :<: :<:
Q) Q) Q) Q) Q)
u roоо::t=ф 11: Q) !iE Q) !iE '" !iE Q) !iE Q)
< O: I: :S:: :S:: i'S t>: :S:: t>: :S::
С. t>: t>: t>: "" ""
r::ta.luL.J::[ "" "" '" "" "" '" "" '" "" '"
"" '" t>: t>: Q) t>: и Q) t>: и Q) t>:
2:s: и Q) и Q) и
..; '" о. ::а '" о. ::а '" о. :;; '" о. :;; '" о. ::а
;; р.. u u р.. u u р.. u u р.. u u о- u u
-о: :>: :S: :>: ,:S:
,;. = '= = 0=
:1 'с!) о'" ОС!) ""С!)
:s: о g= "":<: ",,= =
1=; "" :.:: = 0=
.;:':: $ 00:[ \00:[
, ,:.:: 0'1:
\ОС!) \OQJ OQJ
О 00 00 00 <-,С
f-< = =и а и =и ои
u = :<: о:[ :,;
о Q) O:[ ::;; o ::;;
.... 3 O:E :;;
о :;; сесе!>: сесе!>: сесе!>: cecet>:
'"
1: се
о
" t:: :а.д:з-;s: :а':':: i'S
о
'" :s::
<1: :;;t; t ""О и
.; \D О
'" Е-оо О :E,::s;: О 0:>'=
р:) :<: Щ о.о:!; Iд 0.::>,
О О . ...
щ :I;
Площадь Ciолта
Наружный Внутренний по внутреннему
диаметр стержня днаметр резьбы по диаметру
болта d болта d o днаметру резьбы
стержия F Р нт
12 9,8 1,13 0,86
14 11,5 1,54 1,18
16 13,5 2,01 1,6
18 14,9 2,55 1,97
20 16,9 3,14 2,49
22 18,9 3,8 3,08
24 20,3 4,52 3,59
27 23,3 5,73 4,67
30 25,7 7,07 5,69
1:
:s:
:с
'"
:с
:s:
1':{
'"
о
1,)
><
:а
се
о
f-
о;:
О
I.C
2
u
:с
3. РАСЧЕТНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ БОЛТОВЫХ
НЗАКЛЕПОЧНЫХСОЬ ИНЕНИЙ
'"
ct:
tI:(
:s:
:с
Расчетные сопротивления болтовых н заклепочных
соединеннй в стальных конструкциях для разлнчноrо
внда силовых воздействий приведены в табл. VI.4 и
VI.5. Из таблиц следует, что расчетные сопротивления
болтовых н заклепочных соединений зависят от rруППЫ
соединений В или С.
1( rруппе В относятся соединения, в которых болrы
или заклепки поставлены в отверстия:
сверленые на проектный диаметр в собранных эле-
ментах;
сверленые на проектный диаметр в отдельных эле-
ментах и деталях по кондукторам;
сверленые или продавленные на меньший диаметр в
отдельных деталях с последующим рассверливанием до
проектноrо диаметра в собранных элементах.
1( rруппе С относятся соединения, в Которых заКлепки
поставлены в продавленные или сверленые отверстия в
отдельных деталях без кондукторов и без последующе.
ro рассверливания.
При заклепках с потайными или полупотайными ro-
ловками расчетные сопротивления заклепочных соедине-
ний срезу и смятию понижаются умножением на коэф-
120
.u
'"
'"
'"
о
о.
с
I
""
с
..
'"
...
u
р:)
#-
'"
!::.
...
t:>
..
о
о.
'"
:е
...
...
'"
"
...
'1
...
о.
t:
О
'"
...
"
'"
...
u
'"
"
'"
з
'"
u
...
...
'"
:е
:с
'"
'"
о.
t:
..
'"
...
о
:С
:С
...
:Е
о
:С
::е
;>,
о
"
u
:С
:r
...
о
о.
о
...
10
....
ct:
10
О
...
"
о
'"
х
;а
'"
<l
...
'"
:С
..
':'
u
:r:
'"
s!
'"
'"
...
:Е
'"
...
u
'"
о.
i<:
t:>
...
...
'"
"
...
"f
...
о.
с
о
...
i:
ci &
'" :5 I
=: со- () U
ф ClJ
:t a
!:t::.s:: f-o
... ...
'
::е ... а.
о Q) =: I
:3 ::с U
== с1о CtI C'>I
: 5
о (1) о
EQ (1)
g.
t:: :r о. "
* 1::
о:
...
'"
:::
121
фициент 0,8. Работа таких заклепок на растяжение (OT
рыв rоловки) не допускается.
Расчетные Сопротивления болтовых и заклепочных
соединений ДЛЯ Конструкций из алюминиевых сплавов
Приведены в нормах их проектирования (СНиП II 24 74).
ТАБЛИЦА VI.5. РАСЧЕТНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ R закл , "Н/см',
ЗАКЛЕПОЧНЫХ СОЕДИНЕНИй
По условиям производства болты и заклепки долж
ны иметь простое расположение на прямых линиях
рисках, расположенных параллельно и перпендикуляр
но оси элемента. Прокатные элементы (уrолки, ДBYTaB
ры и швеллеры) имеют нормированные риски, располо-
жение которых приведено в табл. 1 3 прил. IV. При
J
."t.
LLL.
'" Расчетное сопротивление
:о:
ВIIД напряженното ",:О: срезу н растя
о'"
состояНия н rруппа ='" жению заклепок смятию соединяемых элементов
соединения ",'" нз стали марок конструкций из стали классов
0=
<;'"
с;О I с 38/2з1 с 44/291 с 46/33/ с 52/40
;:..,'g Ст2 09r2
Срез, В } R закл 18 22 I
Срез. С ср 16
Смятие, В 1 R закл 42 52 58 68
Смятие, С { см 38
Растяжение R закл 12 15
(отрыв
rоло р
вок)
'//
lt. КОНСТРУИРОВАНИЕ 60ЛТОl3lblХ
И ЭАКЛЕПОЧНIbIХ СОЕДИНЕНИИ
Размещение болтов и заклепок в соединении должно
производиться с учетом возможности их постановки и
работы металла между болтами или заклепками
При постановке болтов в стесненных условиях сле-
дует обеспечить rабариты для работы rаечным ключом
(рис. VI.6 и табл. VI.6). При постановке болтов в полу
замкнутых пазухах применяются торцовые ключи.
Основные rабариты при клепке пневматическим молот
ком и клепальной скобой приведены на ри . VI.7.
ТАБЛИЦА VI.6. НАИМЕНЬШИЕ rАБАРИТЫ для rАЕчноrо КЛЮЧА
(РИС. VI.6)
IJ
Рис. VI.6. Наименьщие rабариты для работы rаечным ключом (наи-
меньшие размеры приведены в табл. VI.6)
Наимень I
шиll раз
мер. мм
12
14 16
Диаметр болта d. мм
18 20 I 22 24
27
30
двух или более рисках размещение болтов и заклепок
может быть в рядовом или шахматном порядке (рис.
VI.8). Расстояние между центрами болтов и заклепок
по риске называется шаrом.
Расстояние между центрами болтов и заклепок
должно приниматься по табл. VI.7 с окруrлением
до 5 мм.
Минимальные расстояния между болтами и заКJlеп-
ками, указанные в табл. VI,7, определяются возможно-
стью их постановки и условием прочности OCHOBHoro
металла, а максимальные УСЛOiшями устойчивости
соединенных элементов в промежутке между болтами
или заклепками при сжатии и плотностью соединения
растянутых частей.
Е 22 25 28 30 35 40
А 23 30 35 40 45 50
В 30 35 40 45 50 55
С 32 38 45 50 58 65
F 10 12 16 18 20 25
D 38 45 55 62 68 75
122
123
В рабочих болтовых и заклепочных соединениях сле
дует назначать минимальные шаrи, чтобы не pacxoдo
вать лишнеrо металла на фасонки и накладки, в He
рабочих соединениях (связующих, конструктивных), на-
оборот, максимальные, чтобы уменьшить количество
сверленых отверстий, а также болтов и заклепок.
ТАБЛИЦА VI.7. РАЗМЕЩЕНИЕ .БОЛТОВ И ЗАКЛЕПОК
Расстояние в конструкциях
Расстояние
стальных
из алюминиевых
сплавов
О)
с JSMM
Cl120MM
Между центрами болтов и за-
клепок в любом направле
нии:
а) мннимальное . ' , . .
3d
с 65 мм
8d или 126
....
в крайних
отсутствии
уrолков
и сжа-
б) максимальное
рядах при
окаймлЯЮЩИХ
при растяжении
тии.
6)
11...
.11
в) максимальное в средних
рядах, а также в крайнl!.Х
рядах при наличии окаи
мляющих уrолков:
при растяжении
» сжатии
16d или 246
12d или 186
В МН
ВО
O
20
О
е",ин=70м,.,
v
1/
/
ОТ центра болта или заклепки
до края элемента:
а) минимальное вдоль уси
лия. . . . ,
2d
20 O 60 60 100120 I/f0160 160 h,MH
Н= h+C 70
б) минимальиое поперек
усилия:
при обрезных кромках
при прокатных или прес-
сованных кромках
1,5d
1.2d
4 d или 8 6
Рис. VI.7. Наименьшие rабариты при клепке
а наименьший размер с (ручная клепка); б наибольший разМер выступаю-
щей детали Н (клепка скобой)
в) максимальное.
3d
(3,5d для болтов)
5 d или 10 6
12d или 206
IOd или 146
2,5d
2,5d
2d
6d
При м е ч а н и е. d диаметр отверстня дли болта или заклепки; ()
толщина нанболее ТОНКОТО наружното элемента пакета.
При конструировании болтовых и заклепочных сое.п:и
нений надо стремиться к симметричной передаче усилий
в соединении, что улучшает работу болтов, заклепок
и OCHoBHoro металла (рис. VI.9, а). При применении
односторонних накладок или соединений внахлестку
(рис. VI.9, б) СИЛОвой поток в соединении перестает
быть симметричным, искрнвляется и В соединении B03
124
никает дополнительный момент, поэтому число заклепок
в таких соединениях следует увеличить против расчета
ir ' 10%.
Также ухудшается работа соединения, если усилие с
ОДНОl"О элемента на друrой передается не непосредствеи-
125
Шае
=Ё
Рис. VI.8. Размещение отверстий
а рядовое; б шахматное
о) 8)
{tRit=U} { I
I
.
M=O
5)
N
...........
м=не
М=не
'"
5)
1/2Шlllll Шое
r'
,go
о$'
I
4"
Рис. VI.9. К работе соединении
а симметричная передача усилил;'
б несимметричная; в c nоJlЮЩЬЮ
коротышей
но, а через прокладки или дополнительные коротыши
(рис. VI.9, в). В этом случае общее количество заклепок
на коротышах увеличивают на 50% против расчета.
,Типичные решения стыков прокатных элементов при по
мощи болтов и заклепок показаны на рис. VI,10. Если
126
конструкция подвержена воздействию подвижных или
вибрационных наrрузок, то в ее болтовых соединениях
предусматривают меры против откручивания raeK: по
становка KOHTpraeK, расчеканка резьбы болта либо при.
варка rайки к стержню болта.
В рабочих элементах конструкuий ЧjlСЛО болтов и
заклепок, прикрепляющих элемент в узле или располо"
!/ZЛОВQН ЛистОВОf1
о. iJ. I7роклоока
РО=ф1 j
Фаска rpOCKO
1) 1
Рис. VI.lO. Болтовые 11 клепаные стыки прокатных профилей
\Ф
женных по одну сторону стыка, желательно иметь не
меньше двух независимо от действующеrо усилия.
В клепаных соединениях толщина пакета не должна
превышать пяти диаметров заклепки для стальных кон-
струкций и четырех диаметров для конструкций из алю-
миниевых сплавов. В стальных конструкциях при тол..
щи не пакета более пяти, но менее семи диаметров
заклепки можно ставить специальные заклепки с повы-
шенной rоловкой и коническим стержнем; при еще
большей толщиее необходимо увеличивать диаметр зак"
лепок или переходить на болты повышенной точности.
При конструировании болтовых н заклепочных сое..
динений следует стремиться к применению одноrо дна..
метра заклепок в пределах каждоrо KOHCTpyKTHBHoro
элемента и к наименьшему числу различных диаметров
болтов и заклепок для всех элементов сооружения.
На чертежах проектов металлических конструкций
отверстия, болты и заклепки изображают специальными
условными обозначениями (табл. VI.8).
127.
ТАБЛИЦА vr.8
Вид отверстий, I
б лтов И заклепок
l ' I
Вид отверстий,
I болтов и заклепок
Условное
обозначеиие
Условное
обозначение
,
Круrлое 11
отвер- d=2J I Болт постоян
стие ныЙ нормаль 20
I ноЙ пли по
вышенноЙ
точности
I
I
I
I
,
Овальное OT Болт BpeMeH
верстпе 10 пыЙ нормаль ,
fii ной или по
вышепной
I точности
I d=Zl
Заклепка с по- Болт ПОСТОЯII *
лукруrJЮЙ ный BЫCOKO
rоловкоii пр очный
I
п р н ы е ч а н и е. Диаметры Массовых отверстий и болтов ие проставлиют
на чертежах. а оrоваривают в прнмечаниях: «все неоrоворенные отверстия
d 23 мм», «все неотоворенные болты М20» и т. д.
ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА БОЛТОВЫХ И ЗАКЛЕПОЧНЫХ
СОЕДИНЕНИй
Пример VI.I. Рассчитать стыковое соединение стальноЙ полосы
сечением 260Xl4 мм с двусторонними накладками то.rrщиноЙ 6==
==10 мм и болтами повышенной точноСти (рис. VI.lI). По.'!оса рас-
тянута расчетным усилием N==560 кН. Сталь полосы и накладок
С 38/23, болты из стали класса 8.8.
Примем для соединения болты дпаметром 20 мм. Номинальный
диаметр отверстиЙ для болтов также 20 мм (см. табл. VI.I). ОПРС-
делим по формулам (VI.3) предельные расчетные усилия, которые
может воспринять один болт:
по срезу (болт имеет два рабо[IИХ среза nср==2) и смятию:
nd 2 3 14.22
lNJ p == n ср 4 R p == 2 ' 4 30 == 185 кН;
lNJ M == d БR м == 2.1,4.38 == 106,4 кН.
Расчетные сопротивления болтов срезу и смятию соединения прини-
маем по табл, VI.4 (R p ==30 КН/см 2 и R M ==38 кН!см 2 ). Наймень-
128
шее предельное расчетное усилие одноrо болта определяется усло-
вием смятия.
Необходимое количество болтов в соединении
N 560
N ...... == 5 3 П р инимаем 6 болтов,
-9 . б 106 4 ' ,
[NJмин '
Проверим напряжения по ослабленному отверстиями сечению полосы
Р нт == (26 3.2) 1,4 == 28 см 2 .
Наибольшее напряжение в полосе
N 560
а == == ==- 20 кН/см 2 < R == 21 кН/см 2 .
Рит 28
Так как суммарная тол-
щина накладок больше
толщины полосы, то
прочность накладок так-
же обеспечена.
Пример VI.2. Pac
считать стыковое соеди-
нение стальной полосы с
исходными данными по
примеру VI.I (см. рис.
VI.II), выполненное на
заклепках. Примем для
соединения заклепки диа
метром 20 мм, постав-
.!JeHHble в сверленые на
проектный диаметр по
кондукторам отверстия
21 мм (см таб.rr. VI.I)_
Соединение относится к rруппе В. Определим по формулам (VI.3)
предельные расчетные усилия, которые может воспринять одна за
клепка из ус.rювий среза и смятия. Так к<,к при клепке заклепка oca
живается и Заполняет отверстне. то ее рабочиЙ диаметр llринимается
по диаметру отверстия;
"510 "5
, r
<:>
<о
....
<:>
t:>
N
<:>
""
,., <:> N=560KH
JJO
Рис. VI.II. К расчету соединения
nd 2 3 14.2 12
[Njзакл == n R закл == 2 ' ' 18 == 124 8 Н.
ср ер 4 ср 4 ' к ,
lNJ Л == d 6 КЛ == 2,1.1,4.42 == 123,5 кН.
Необходимое число заКлепок
N 560
n;;::. lNJ ! Л == 123,5 == 4,6.
I7ринимаем (\ заклепок (5 заклепок конструктивно располщ;ать ме.
нее удобно). Распо.rюжение заклепок может быть ..щu«ПJlТО такое же,
как и в примере VI.I (см. рис. VI.lI).
9 950 129
Проверим наибольшее напряжение в полосе по ослабленному
сечению:
Рит (26 3.2,1) 1 ,4 27,6 см 2 ;
560
а 20 3 кН / см 2 < R 21 кН/см 2 .
27,6 .
ках. При больших пролетах и малых наrрузках наиболее
рационально применение сквозных балок (ферм), так
как получаемая в этом случае экономия металла явля-
ется более существенной, чем увеличение трудоемкости
изrотовления.
Прочность полосы обе.спечена. о
При мер VI.3. Рассчитать сты!,\.овое соеДf\нение стальнои полос
выполненное на высокопрочных болтах, с исходными данными по
примеру VI.I. Примем для соединения высокопрочные болты диа-
метром 18 мм из леrированноЙ стали марки 40ХФА с пределоr.,
прочности a == 135 кН/см 2 . Диаметр отверстий для болтов 21 мм
(см табл. VI.I). Поверхность соединения обрабатывается orHeBbltl/
способом; коэффициент трения по табл. VI.2 дЛЯ уrл родистой cTd-
ли 1==0,4. Коэффициент условий работы соединении на высокq..
пр очных болтах в стальных конструкци:ях т==О,9. Площадь БОЛТIJ
РИТ (по внутреннему диаметру резьбы) принимаем по. табл. VI,3J
дЛЯ болта диаметром 18 мм она равна 1,97 см 2 . Поверхностей
трения nтр каждоrо болта в соединении две (см. рис. VI.lI). Опре-
деляем необходимое число высокопрочных болтов в соединении
по формуле (VI.12).
N
t 11. 06ЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА 6АЛОК
И 6АЛОЧНЫХ КЛЕТОК
560 4,5.
2.0,65.135.1,97.0,4.0,9
Металлические балки MorYT быть классифицирова-
ны в зависимости от ряда признаков.
По статической схеме балки бывают разрезные, кон-
сольные и неразрезныl.. J3. металлических конструкциях
наибольшее распространение получили разрезные сво-
бодно опертые (без защемления) балки. Неразрезные
балки и однопролетные защемленные балки экономич-
нее по затрате металла, но значительно сложнее в изrо-
товлении и особенно в мон:rаже.
По типу сечения стальные балки разделяются на
nрокатные u составные; в алюминиевых конструкциях
применяют nресованные и составные 6алки. Наиболее
просты и дешевы прокатные балки (рис. VII.l, а), к
примен"ению которых всеrда следует стремиться. Одна-
ко из-за оrраниченности сортамента прокатных балок
большие балки приходится применять cocTaBHoro сече-
ния Размеры прессованных балок (рис VII.1,6) также
оrраничены предельным диаметром матрицы пресса.
По способу соединения между собой элементов со-
ставные балки разделяются на сварные и клепаные
(рис. VII.l, в). Наибольшее распространение получили
сварные балки они более экономичны по затрате ме-
талла и менее трудоемки при изrотовлении. Клепаные
балки применяют только для конструкций под тяжелые
динамические или вибрационные наrрузки.
Составные балки проектируют, как правило, двутав-
pOBoro сечения, наиболее экономичноrо по затрате ме-
талла при работе на изrиб и удобноrо в конструктивном
отношении. Иноrда при нецентральном приложении на-
rрузки к оси применяют балки коробчатоrо сечения
(двухстенчатые), которые хорошо работают на возника-
ющее кручение Относительно rоризонтальной оси сече.
ние балки может быть симметричным и несимметрич-
ным,
n>- б
n тр .О,65а в Рит 1т
Принимаем 6 болтов. Расположение болтов такое же, как V в при-
мере VI.I (см. рис. VI.II). Контролируемое усилие натяжения
каждorо болта должно быть [см. формулу (VI.IO)]:
Рб o,65a Р пт 0,65.135,1 ,97 == 172 кН.
r n а 8 а уа.
&АЛКИ И &АЛОЧНЫЕ КОНСТРУКЦИИ
Балками называют конструктивные элементы сплош-
Horo сечения, работающие на изrиб. Блаrод ря просто-
те и малой стоимости изrотовления, удобнои конструк-
тивной форме, небольшой строительной высоте балки
находят широкое применение в строительных конструк-
циях. Они ПРЩ\1еняются в различных перекрытиях, на
рабочих площадках, эстакадах, мостах и друrих соору-
жениЯХ.
Особенно широко применяются сплошные балки для
относительно небольших пролетов при больших наrруз
1-30
9*
131
ll)
Е[
6)
JЗ[
Рис. VII.! Типы балок
6)
Экономичным решением для составных балои явля
ется компоновка их сечения из элементов с разны,uu
марками стали. Часть стенки балки или даже вся CTeH
ка, работающая при изrибе на большей части с неболь-
шими напряжениями, выполняется из менее,прочной и
более дешевой уrлеродистой стали, а пояса из низко-
леrированной.
Применяются и металлические предварительно на
пряженные балки, в которых в результате BHYTpeHHero
перераспределения напряжений и применения напряrа-
ющих элементов из высокопрочной стали достиrается
существенная экономия металла.
Система несущих балок, образующих конструкцию
перекрытий, рабочих площадок, проезжей части MOC
тов и друrих конструкций, называется балочной
клеткой,
В зависимости от расчетной наrрузки и размеров в
плане балочные клетки MoryT быть трех типов: yпpo
щенные, нормальные и усложненные.
В упрощенной балочной клетке (рис, VII.2, а) Ha
rрузка на перекрытие или площадку передается через
настил на балки настила и с балок настила на стены
или друrие несушие КОНСТРУКllИИ, оrраН fчивающие пло
Щадку. .
В нормальной баЛQЧНОЙ клетке (рис. VII.2, б) на-
rрузка с балок настила передается на rлавные бал-
ки, которые в свою очередь, передают наrрузку на
опоры.
В усложненной балочкой клетке (рис. VII.3, в) еще
более мноrоступенчатая передача наrрузки: настил опи-
рается на балки настила, балки настила на вспомо-
rательные балки и вспомоrательные балки на rлав-
ные.
Балки настила обычно проектируют из прокатных
балок пролетом 5 7 м.
Размер от нижнеrо пояса rлавной балки до верха
настила называется строительной высотой балочной
клетки.
Сопряжение балок в клетке может быть этаЖНblМ.
в одном уровне и понuженным (рис. VII.3). Наиболее
просто этажное соединение, и ero следует применять
при достаточной строительной высоте (в некоторых слу
чаях по технолоrическим условиям эта высота является
оrраниченной). Сопряжение в одном уровне и понижен-
133
ос::
tI прокатные; б прессовй/тые; в составные
aj
балки f/астиЛLl
%j / \
, %
балки rла8ныt:
5) настиЛQ балки
ПШl
8)
ю а 8ные
ltiлкц
..,..,
н
н
!:r/'цла
Q
Cтp/JllP1t:J1fNIlI1
61/сета
8СЛ/JN/J2атt'/16Н6/1!
оа/1К1l
} %
/I P
% % %
Рис VII.2. Типы балочных клеток
а уntJOщенная; б нормальная; в усложненная
а)
СmаЛl1ноа
настил
...
"
с..;
6)
.нсел зо6'еmОlfныи
настил
6)
{таЛ6IfОU
настил
6аЛl(Q
нqстила
..
..
6СЛОNОlQmeАьнаJl
tfалка -б
Рис. VII.3. Сопряжение балок
а этажное; б в одном уровне; в пониженное
132
ное сложнее, но дает возможность при необходимости
получить меньшую строительную высоту.
В качестве настила балочных клеток применяют
стальные листы или сборные железобетонные плиты,
о) l.
I r
l.
6) ,
T IIIIIIIIY{IIIIIIIIIII
'1 :" ""'\ ..... , .!!..
......-::..--=.... ........ ,..
, l.
1} t
r н :I!IIIII IIIIIIIII н
' [" - )'
"::::- ':::.;;ii' ,
l
кие настилы с отношением lJ{j<50. rибкие настилы с
отношением l/{j>300 в строительных конструкциях при
меняют редко. Наиболее широко распространены насти
лы с отношением 50<l/6<300.
Напряжения в настиле зависят также от способа ero
опирания на балки настила: шарнирноrо (настил может
поворачиваться на опорах, рис. УНА, б) и защемленно
ro (свободы поворота нет, рис. УНА, в). Настилы с OT
ношением 1/6<50 MorYT быть как с шарнирным, так и
с защемленным опиранием, в настилах с отношением
50<1/6<300 защемление трудно осуществить и прак
тически они принимаются, как правило, шарнир но
опертыми. Настилы с отношением [/б>300 имеют только
шарнирное опирание.
При расчете настила необходимо удовлетворять yc
ловию ero прочности, чтобы наибольшие напряжения в
нем не превышали расчетноrо сопротивления R, а также
условию жесткости, чтобы отношение наибольшеrо про
rиба к пролету (относительный проrиб) l/l не превыша
ло допустимоrо. Обычно отношение Т/l принимается в
пределах от 1/150 до 1/200 в зависимости от технолоrи
ческих требований. Для тонких настилов условие жест
кости часто является определяющим ero толщину.
t 13. ПЛОСКИЯ СТАЛЬНОЯ НАСТИЛ
&АЛОЧНЫХ КЛЕТОК
Конструктивное решение плоских стальных настилов
показано на рис. УIIА, а. Настил приваРJlвают к бал-
кам или ребрам, ero края не MorYT сближаться друr с
друrом и под наrрузкой в нем возникают напряжения
Рис. VII.4. К расчету настила
а конструктивное решение; б и в расчетные схемы шарнирнй--оnертоzо
и защемленноео настилов
1. РАСЧЕТ НАСТИЛА ПРИ ОТНОШЕНИИ
[/<50 (изrИБ)
от изrиба (как в балке) и растяжения (как в мембране,
нити). Работа и соответственно расчет настила зависят
от оношения ero расчетноrо пролета к толщине 1/6
(рис. УН.4, б).
При отношении 1/6<50 растяrивающие напряжения
незначительны и ими можно пренебречь; настил в этом
случае рассчитывают только на изrиб. При отношении
l/б>300, наоборот, можно пренебречь напряжениями
от изrиба и рассчитывать настил только на растяrиваю-
щие напряжения от распора Н. При отношении 50<
<l/б<300 должны учитываться напряжения и от изrи-
ба, и от растяжения. При очень больших наrрузках (об-
шивка rлубинных rидротехнических затворов, рабочие
площадки с очень тяжелой наrpузкой) при е яют жест-
134
Шарнирное опирание. Рассмотрим изrиб пластинки
шириной 1 см как изrиб шарнирно опертой балки. Возь
мем наrрузку на I см 2 настила q, кН/см 2 . HarpY3Ka на
1 см полосы (условной балки) будет тоже q, кВ/см.
Момент в середине пролета полосы
q[2
M==
8 ·
rде 1 пролет настила, см.
Наибольшее напряжение, кН/см 2 :
М q[2 Hj2 3 ql2
(J==w==g :6==4" '{;2'
rде 6 толщина настила, см.
Подставив в формулу (VII.I) вместо о" значение рас-
четноrо сопротивления, кН/см 2 . можно выразить необ-
(VH.l)
135
ходимую толщину настила в зависимости от расчетной
наrрузки и пролета:
r-зq
б ==. "'4 R . (VII.2)
Рис. VH.5. Предельная наrруз-
ка на плоский иастил с шар-
нирным опиранием кромок
Жесткость TaKoro настила проверяют следующим
образом. Проrиб шарнирно опертой полосы от paBHO
мерно распределенной, нормативной наrрузки
5 qH [4
{== 384 й'
rде D==El/1 112 цилиндрическая жесткость пластинки.
Подставив в формулу (УII.3) значение D и учитывая,
что для стали Е==21 000 кН/см 2 , коэффициент Пуассо
на 11==0,3, а 1==163/12 (для полосы шириной 1 см),
можно найти отношение проrиба к пролету:
1... == 5 (1 0,32) 12 qH [3 qH [3
[ 384.21000 ба 1,5.105 б 3 '
Из формулы (УII.2) можно получить наименьшую Ha
rpY3KY, при которой настил И3 стали 3 будет работать
только на изrиб (подставив туда б/I == 1/50). Значение
этой наrрузки составляет 0,01 0,012 кН/см 2 (10
120 кН/м 2 ).
Защемленный настил, Учитывая, что для защемлен-
ной балки
'l,I<H /",.
100
90
1Шf 'l
z z'
.7 '2
80
ставленными rрафиками, по
которым в зависимости от
наrрузки q, кН/м2, можно
найти требуемое отношение
пролета настила к ero тол-
щине 1/6.
Как уже отмечалось, TO -
кие настилы рекомендуется
рассчитывать как шарнирно
опертые. На рис УIl.5 при-
веден rрафик для расчета
настила с шарнирным опиранием, причем во всех слу
чаях при требуемом относительном проrибе f/l== 1/200
и 1/1== 1/150 толщина настила определяется ero жест
костью (а не прочностью), поэтому наrрузка по оси ор-
динат должна приниматься нормативная.
Для. определения требуемоrо отношения пролета
настила к ero толщине может быть ИСПОЛЬЗ0вана также
приближенная эмпирическая формула
+ 0,266 [+ ] (' + - П '
rде [+] отношение пролета к проrибу; qH норматив-
ная наrрузка, кН/см 2 .
Для настилов площадок рекомендуется принимать
допустимый относительный проrиб f/I == 1/200 (в против-
ном случае настил излишне деформативен), для различ-
ных оrраждающих обшивок 1/1== 1/150. По KOHCTPYK
тивным сооб ажениям наименьшая толщина настила
принимается 6 мм.
lVlI.3)
(VII .4)
q12 1 qH [4
М == 12 и f == 384 D (VII.5)
и проделав те же выкладки, что и для шарнирноrо опи-
рания настила, получим необходимую толщину на тила,
см, из условия прочности, а также относительныи про-
rиб:
./lQ
б== V 2R' (VII.6)
..L qH[3
[ 7,5.105 б 3
1. РАСЧЕТ НАСТИЛА ПРИ ОТНОШЕНИИ 50<1/б<300
(изrИБ С РАСТЯЖЕНИЕМ)
В этом сучае расчет значительно усложняется. Дл
практических расчетов по определению необходимом
толщины настила чаще Bcero пользуются заранее со-
51
4
20
10
40 60 80 100 120 140 160 180 2 220 l
;r
(VH.7)
ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА СТАЛЬноrо НАСТИЛА
Пример УН,.. Подобрать толщину стальноrо иастила рабочей
площадки. Настил уложен по балкам (1 N 33, ширина полки Ь===
=== 140 мм), расположенным через 80 см. Материал настила сталь
136
137
Сечения прокатных балок подбирают на основе
данных статическоrо расчета (рис. VII.6). Подобранное
сечение должно удовлетворять требованиям прочности,
общей устойчивости и жесткости.
Предварительно номер прокатноrо профиля опр де
ляют исходя из требуемоrо момента сопротивления оал
ки обеспечивающеrо ее проч-
HO TЬ при изrибе.
Подставив в формулу про-
верки напряжений при изrибе
(11.4) вместо (J значение расчет
Horo сопротивления стали R. MO
жно определить требуемый мо-
мент сопротивления балки
w ММ8НС И W Ммвнс
тр R ил тр 1 12 R '
,
если в балке может быть .допу-
щено развитие пластических де-
формаций (см. с. 30). Далее по
сортаменту определяют номер
профил , имеющий момент co
противления больший или paB
ный W тр, И проверяют прочность, общую устойчивость
и жесткость.
Проверка прочности. Нормальные напряжения от
расчетноrо изrибающеrо момента не должны превышать
расчетноrо сопротивления стали
(J == Мманс <: R или (J == Мманс R
w ' 1,12 w..... .
Эта проверка автоматически удовлетворяется, если
фактический момент сопротивления не меньше требуе
Moro.
Касательные напряжения от расчетной поперечной
силы Qмаис не 'должны превышать расчетноrо сопротив-
ления стали срезу
класса С 38/23 марки ВСт3кп2. Нормативная наrрузка на рабочую
площадку qH 20 кН/м., допустимый проrиб настила [f/I]
1/200. Расчетный пролет настила 1 80 14 66 см. На rрафике
предельных наrрузок для настила (см. рис. VII.5) проводим ropll-
З0нтальную линию с ординатой q 20 кН/м.. Эта линия пересекает
крнвую несущей способности настила в точке, соответствующей
отношению l/б 82 и определяет требуемую толщину настила:
1 1 66
Т == 82; б == 82 == 82 == 0,8 см.
14. ПОДIiОР СЕЧЕНИЯ ПРОКА ТНЫХ IiАЛОК
По приближеннои формуле (VH.7)
1 ( 1660000 )
== 0,266.200 1 + 2 4 == 53,2.1,518 == 81.
б 0,00 .200
Принимаем толщину настила 8 мм.
Пример VIl.2. Нормативная наrрузка на стальиой (С 38/23.
ВСт3кп2) настил чН зо кН/м2, допустимый проrиб [' //] 1/200.
Найти, какой может быть допущен пролет настила. если ero то"-
щина «'5 14 мм. По рис. VH.5 отношение пролета настила к ero
толщине для нормативной наrрузки q 30 кН/м2 по кривой С про-
rltбами f/l 1/200 равняется //«'5 70. По этому отношению опреде-
ляем допустимый пролет настила [ 70 «'5 70.I,4===98 см.
Пример VII.3. Определить толщину плоской стальной обшивки
из стали класса С 38/23, марки ВСт3кп2 rлубинноrо rидротехниче-
cKoro затвора. Обшивка опирается на балки (1 N2 20, ширина полки
ь 100 мм). расположенные через 65 см, и приварена к ним. rидро-
статическая наrрузка от расчетноrо давления воды на обшивку q==
. 200 KH/M. O,02 кН/см2, допустимый проrиб обшивки [f/l]
1/200. Так как наrрузка больше 100 кН/м2, то определим толщину
обшивки исходя из работы ее на изrиб. Приварка обшивки к балкам
дает основание считать ero кромки защемленными. Расчетный пролет
обшивки l 65 10 55 см. Необходимую толщину обшивкн по ус-
ловию ее прочности найдем по формуле (VH.6):
/lq /002
«'5==/ 1 ==55 1 ........2......==12см.
2 R '2.21 '
Здесь R 21 кН/см' расчетное сопротивление стали. Относитель-
ный проrиб обшивки по формуле (VH.7)
f
/
1 ql3 1
7,5.105 fJ3 7,5,105
0,02.553 1 1
1,23 == 389 < 200 .
Отношение расчетноrо пролета к принятой толщине обшивки
QMaHC S
't" == JfJ CT <: R cp ,
1 55
--== ==46< 50
«'5 1,2
л
IIIIII 1111111"11111
R 4
Ммонс
Q"'OKC
Рис. VВД
усилия для
балок
Расчетные
разрезных
(VH.8)
(VII.9)
Здесь S статический момент половины сечения баJIКИ
относительно нейтральной оси; J момент инериии бал-
ки; б толщина стенки балки.
подтверждает, что обшивка действительно работает только на из-
rиб и ее толtЦина подобрана исходя из правильных предпосылок.
138
Аа9
в прокатных балках, поскольку они имеют относи-
тельно толстую стенку, как правило, можно не прове-
рять касательные напряжения. Касательные напряже-
ния MorYT оказаться решающими в балках малых про-
летов, несущих большую наrрузку.
Проверка общей устойчивости. Если верхний сжатый
пояс балки недостаточно раскреплен от боковых "ере-
мещений, то возможно явление потери общей устойчиво-
сти балки. Общую устойчивость балки проверяют по
формуле
Местную устойчивость поясов и стенки в прокатных
балках не проверяют, так как их размеры назначены с
учетом устойчивой работы при различных напряженных
СОСТОЯНИЯХ.
ПРИМЕР РАСЧЕТА ПРОКАТНОй БАЛКИ
a MMaRC <R.
ЧJоW
(УН .10)
Пример VII.4. Подобрать сечение прокатной двутавровой балки
настила рабочей площадки, конструкция которой показана на
рис. VII.2, б. Нормативная равномерно распределенная временная
наrрузка на рабочую площадку qH==20 кН/м 2 . Балки настила рас-
полаrаются на расстоянии 80 см одна от друrой (шаr балок а==
80 см), пролет балок 1==6 м. По балкам уложен стальной настил
толщиной б==8 мм, материал балок сталь класса С 38/23 марки
ВСт3пс6. Допустимый относитель'!ый проrиб балок настила [, /1] ==
== 1/250.
Находнм нормативную наrрузку на 1 м длины балки:
qH (tft + q ) а == (1,1.0,008.78,5 +20) 0,8 == 16,5 кН/м.
Здесь q == 1.1 б'\l наrрузка от настила <'\1==78,5 кН/м 3 , удельный
вес стали).
Расчетная наrрузка на единицу длины балки
q == (п 1 tft+ па q ) а == (1,1,0,63 + 1,2.20) 0,8 == 19,7 кН/м,
rде п\ == 1,1 и п2== 1,2 коэффициенты переrрузки для постоянной и
.временной паrрузок по табл. 1 прил. 1.
Определяем расчетные зrибающий момент М.. акс и попере'll/У'Q
силу Q..aKc (см. рис. VII.6):
q1 2 19.7.62
ММ8НС ==8 == 8 == 88,5 кН,м,
ql 19,7.6
Ql\I8RC == ""'2 == "'"'"""2""' == 59, 1 J<H.
Б лка прокатная и несет статическую наrрузку, поэтому тре-
буемыи момент сопротивления определяем с учетом развития П.'lа-
стических деформаций:
W Мl\Iакс 8850 3
Tp 1,12R 1,12.21 375 см.
ПО сортаменту ДВУfавров (табл. 1. прил. 111) подбираем номер
профиля с требуемым MOMeH'IOM сопротивления: 1 .1'1'2 27а W'='
==407 см З , 1==5500 см.. .
Провериеы прочность подобранной баЛКF по формуле (VH.8):
ММ8КС 8850
а == 1 12W == 1 12.407 19,4 кН/см 2 < R 21 кН/см 2 .
" p f.-t
Общая устойчивость балки обеспечена сплошным опиранием
настила,
Указания по определению коэффициента Ipб пр иве-
дены в Э 27. В случае передачи распределенной статиче-
ской наrрузки через сплошной жесткий настил, непре-
рывно опирающийся на сжатый пояс балки и надежно
с ним связанный (железобетонные плиты, плоские
стальные листы и т. д.), проверять общую ус ойчивость
не надо.
Если не удовлетворяется проверка общей устойчи-
вости балок, то следует стремиться к развязке BepXHero
пояса балки какими-либо связями, так как увеличение
сечения балки для повышения устойчивости неэконО-
мично и приводит К большому расходу металла.
Проверка жесткости. Относительный проrиб балки
f/l под наrрузкой не должен превышать нормативноrо,
который зависит от назначения балки (табл. 4 прил. 1).
Значение проrиба определяется по правилам строитель-
ной механики от нормативных наrрузок (без учета
коэффициентов переrрузки). С достаточной для практи-
ческих расчетов степенью точности относительный про-
rиб разрезной балки от любых наrрузок может быть
определен по формуле
f MHl [ f ]
[== IOEl < [ ,
(УН. 11)
rде Ми наибольший нормаТИЕНЫЙ изrибающий мо-
мент. Если подобранное сечение балки удовлетворило
требованиям прочности, но не удовлетворяет требова-
ниям жесткости, то следует принять больший номер
балки по сортаменту (увеличить момент инерции сече-
ния), В этом случае балка будет работать с недонапря..
жением.
140
141
J11}юверяем жесткость балки:
f МII t 7420.600 1 [ ' 1 1
1 10БJ == 10,21000.5500 == О,ОО385. == 266 <: 1 == 25Q '
qH 12 16 5.62
Здесь МН == == ' === 74,2 кН. м нормативный
8 8'
изrибающий момент.
Таким обр3'Зом, подобранная балка отвечает требованиям
rrрочности, устойчивости и жесткости.
балку с высотой, большей или равной h мин . то мо-жно
подобрать сечение и с меньшей. высотой, удовлетворяю
щее заданному относи;rельному проrибу, но при этих
условиях баJша будет работать с пониженными напря
жениями, т. е. .с перерасходом MeTaJ1Jl.a. Отношение HOp
мативноrо момента к расчетному MHjM .изменяется в за
висимости от характера наrрузок незначительно в
пределах O,7 O,9, .поэтому в практических u расчетах при
предварительном определении наименьшеи высоты бал
ки оно может быть усреднено и принято равным 0,8.
t 15. ПОДБОР СЕЧЕНИJiI РАЗРЕЗНЫХ СОСТАВНЫХ БАЛОК
Сечение составной балки должно удовлетворять тре-
бованиям прочности. жееIJКОСТИ. общей и местной устой-
чивости и в то же время быть возможно более эконо-
мичным по затрате металла. Одной из важнейших за-
дач при подборе сечения составной балки является
установление раuиональной высоты балки h, являющеЙ 1
ся rлавным размером сечения. Обычно составные. балки
имеют высоту h === (lj8 1/12) [, хотя возможны отступле-
ния как в ту, так и в друrую сторону. Высота балки за..
висит от предъяв.аяемых к ней требований жесткости и
наибольшеrо расчетиоrо изтибающеrо момента М.
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫСОТЫ СЕЧЕНИЯ БАЛКИ
Ид УСЛОВНR НАНМЕНiЬШЕrо РАСХОДА МЕ1'АЛЛА
(ОПТИМАЛЬНАЯ BblOOJ'A
Несущая способность сечения при изrибе хар.актери
зуется ero моменто-м сопротивления. Выразим момент
сопротивления двутавровото симметричноrо сечения
(рис. VIl.7), пренебреrая для про !I F n
стоты толщиной поясов по 'сравне-
нию с высотой сечения, -т. .е. считая,
что h hcT:
Ji. ОЛРЕДЕЛЕВНЕ НАИ1ИЕНЬШЕй ВЫСОТЫ
СЕЧЕНИЯ БАЛКИ ИЗ УСЛОВИй ЖЕСТКОСТИ
2/. 2 [ бст h 3 ( h ) ]
W == h == h '"I2"" + 2Р I1 "2 ===
ОтносительныЙ Пр1>rиб разрезной балки определяют
по формуле (УН. 11):
=- F h + CT hl === Fh бет "'2
11 6 2 з'
(VlI .13)
J... == М1Ч
1 10 Е/ .
Подставим СIOда значение момеНта инерции ! ===
=== W.hjZ и учитывая, что при полном использовании Ha
пряжений в балке MjW==R, получим
..L мщ тМII lR МН ,
1 5EIf'h 5EhM 10°11 М '
R и Е в кН/см 2 .
Отсюда можно выразить минимальную высоту сече
ния балки h мин при заданном относительном проrибе
U/l]:
Здесь значение РП выражено чер.ез
всю площа.дь сечения Р:
1 1
РI1 == 2" (Р ECT) == 2" (p lICTh).
,
I
rJCT
t х
-<::
2.c:
F CT
у Fn
Ь п
Рис. УII.7. Симмет
рмчное сечение co
ставной сварной балки
Введем в формулу отношение высоты стенки к ее тол
щине, которое называется rибкостью стенки:
k == h/lI cT .
Подставив в формулу (УII.13) fJcT==h/k, найдем пло..
щадь сечения
lR' МН
h мин == 105 I! / 1] м' (VII.12)
Если по к,а'Ким .ттб6 ус,ювиям, напр'имер оrраничен
ноЙ строительной высоте, невозможно запроектировать
2W 2 h 2
F ==-';+3 J;'
1'42
(УН .14)
l
dF 2W 4h
== + ==0
dh 112 3 k .
===70 и балки получаются менее экономичными, чем
балки, работающие в упруrой стадии, но имеющие более
высокие значения k.
Оптимальная высота клепаных балок принимается
примерно на 10% выше, чем сварных.
Чт.обы определить оптимальную высоту, надо заранее
знать отношение k == hjб ет или толщину <tтенки б ст . Ис
ходя из условия обеспечения местной устойчивости, rиб-
кость стенки в балках имеет значения в пределах
hетjбст (100 200). Как уже отмечалось, необходимо
применять возмоЖНо высокие rибкости, так как это при-
водит к экономии металла.
Толщина стенки балки возрастает с увеличеним BЫ
соты сечения. Она может бь!ть предварительно опреде-
лена по эмпирической формуле
бет == 7 + 3h, (VII.18)
rде бст, мм; h высота ,балки, м.
Так как оптимальная высота сечения еще не опреде-
лена, то' высота балки может 'быть приняrа как h== (1/8
1/12) 1, rде 1 пролет, м. По конструктивным соображе-
ниям толщина стенки обычно принимается не менее 6 мм.
rибкости стенок k или толщина стенок б ст MorYT
быть взяты при подборе сечения из табл. УН. 1, которая
составлена на основе пр.актики проектирования,
ТАБЛИЦА VIl.I. ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗНАЧЕНИЯ k и бет для 6АЛОК
Оптимальную высоту сечения найдем из условия, что
при заданном моменте сопротивления площадь сечения
балки (а следовательно. и расход металла) будет мини-
мальной.
Для этоrо надо взять первую производную по BЫCO
те и приравнять ее нулю (при заданном постоянном
значении rибкости стенки
k==h/б) :
F
"
"
F t,O!f
F 1
F""-f,
/
"
h
Отсюда оптимальная вы-
сота сечения
о,Вh qлт h,лт 1,2h oпr
Рис VIl.8. Зависимость площади
сечения балки от ее высоты ..3 ;з:::
h опт == V ""2 Wk. (VII.15)
Если в формулу (УН, 15) подставить значение k==hjб ст ,
то можно выразить оптимальную высоту сечения в за-
висимости от толшины стенки' бст:
h ODT == } / б: т ' (VII.lб)
На рис. УН.8 приведен rрафик увеличения площади
сечения балки в зависимости от ее высоты. Кривая име
ет полоrий характер и отступление от оптимальной BЫ
соты до 20 % увеличивает площадь сечения не более чем
на 5%. Исходя из этоrо, оптимальную высоту сечения
балок рациональнее принимать несколько ниже теоре-
тической (упрощается конструкция балки, уменьшается
масса ребер жесткости и объем их сварки) и определять
ее для сварных балок по формулам:
3/ tf WTP
h ODT == JI U'!TP k, или Il oDT == 1,1 .
бет
rде WTP==M/R.
в составных сварных балках постоянноrо сечения
разрешается допускать пластические деформации; тре-
буемый момент сопротивления в этом случае находится
по формуле W TP ==M/l,12R. Однако этоrо обычно не де-
лают, так как в балках, работающих с развитием плас-
тических деформаций, rибкость стенки по условиям
местной устойчивости не должна превышать k==h/бет==
Про- б 12 18 24 30 36 42
лет
балки,
м
k
180 IOO 1100 140 111O 150 1130 170 1150 180 1160 200 1 200
I б 8 I 8 12 112 lб 114 18 Ilб 20 118 22 I 22
(VII.17)
бет,
мм
Задавшись на основании вышеприведенных сообра-
жений rибкостью стенки k или ее толщиной бет, по одной
из формул (УII. 17) определяют оптимальную высоту
сечения.
При больших наrрузках на балку rолщина стенки
при найденной оптимальной высоте сечения может ока-
144
1O 950
145
заться недастатачнои по праЧЖМ;LИ, исхадя из работы
ее на срез .от наибальшей поперечнай силы Q (апарlЮЙ
реакции) _ Наименьшую талщину стенки из этих усла
вий праверяют па формуле
1,2 Q
бст.мин> hRcp ,
(VII .19)
Ширину паясн.оrа листа принимают в пределах. ЬП
е/5 I/з) h (h BbIOOTa балки). Исхадя из .обеспече-
ния местнай устайчивасти паяса era ширина
r 21
Ь п <30б п " R
(R расчетное сстраТИ-Бление стали, кН/см 2 ).
Паясные листы целесаабразна принимать из широко-
п.олосной универсалычои СТаЛИ (rOCT 82 70), не Tf!le-
бующей пр.одальнай резки листов
При к.омпанавке сечения требуемые величинuы (Bыca
ту, плащадь паясав) окруrл.яют и фактическии мамент
сапративления мажет нескалька .отличаться .от. W Tp -
П.оэтаму необходима .определить фактические rеометри-
ческие характеристики принятаrа сечения и шо ним
праверить прачнасть и жесткость балки.
Нормальные напряжения
IJ == <= R. (VII .22)
W
rде Rcp асчетнае сопротивление стали срезу.
Если толщина стенки .окажется недостатачной, та
надо ее увеличить.
3. КОМПОНОВКА СЕЧЕНИЯ СВАРНЫХ БАЛОК.
ПРОВЕРl(А ИХ ПРОЧНОСТН И ЖЕСТКОСТИ
Окuнчательна высота сечения балки принимается па
бальшему из значений h мин или h опт . Эту высату следует
акр}тлить (лучше в меньшую старану ), чтабы высата
стенки балки савпадала са стандартнай ширинай пракат-
tюй универсальн.ой или талсталист.овай стали (rOCT 82
70 и [ОСТ 19903 74) или вся высата балки была бы
кратнай мадулю 100 мм. Далее, имея высату и талщину
тенки, леrка можн.о найти площади п.оясав.
Требуемый мамент инерции п.оясав:
WTph б ст /1 3
J и == J тр J ст == '
( VII.20)
Касательные наПРIlЖения у 00.01'101
QS
't" == -----;:-- <= R cp ,
JUCT
Относительный пр rиб
f МН l [ f J
1 == 10 EJ <= l .
Здесь М и Q максимальные расчетные м.омент и папе-
речная сила; МН нармативный изrибающий мамент;
W 2/ /h мамент сапротивления балки; / мамент
инерции балки .отнасительн.о нейтральн.ой аси x x, см 4 :
I\ст h T ( h CT iJп ) 2
J===Jст+Jп== +2Fп 2+2 '
r де J ст И J п м.оменты инерции стенки и пояса в балки
.отнасительн.о нейтральн.ой аси;
(VII .23)
Здесь J Tp требуемый мамент инерции Bcera сечения;
J ст мамент инерции стенки.
С друrай стараны, мамент инерции поясов мuжна вы-
разить через плащади паясав балки F п :
( 11 ) 2 Fп!t2
J и ===2F п 2 === .
(VII .24)
Выразив отсюда значение плащади паяса и падста-
вив мамент инерции паясав из фармулы (УН. 20), наЙ-
дем требуемую плащадь <9ДНаrа I'Iаяса:
2 ( W тр /1 б ст /t 3 )
2J п 2 12
Р и =="'h2 == h 2
W тр бстh
h 6 .
(VII . 21)
S === F ( /ICT + ) + F ст ( h CT )
П 2 2 2 4
статический мамент полусечения .отнасительн.о нейт-
ральнай аси x x.
Обазначения входящих в фармулы величин, приведе-
ны на рис. УН. 7.
по требуемай площади пояса выбирается паяснай
лист F п === ЬпlJп.
14+3
10*
147
Если по каким либо соображениям сечение балки
подбирается с учетом развития пластических дефор
маций
н по нему требуемую площадь ОДIlоrо пояса
w БР
п
F п == O,95h '
(VII . 26)
м м
w . (J <R
Tp 1,12 R ' 1, 12W '
то необходимо еще выполнение следующих дополнитель-
ных условий:
а) отношение ширины пояса сварной балки к ero
толщине не должно превосходить
r 21
Ь и <20б п у /i;
б) отношение высоты стенки к ее толщине fie долж-
но превышать
Здесь коэффициент 0,95 учитывает уменьшение раСС1)ОЯНИЯ между
центрами тяжести поясов I'лепаных балок по сра.внению со свар-
иыми.
4. ПОДБОР СЕЧЕНИй КЛЕПАНЫХ БАЛОl(
о) F, от8
о)
I х
F 20тВ CI:> ...
.. '"
.... .. '"
ь ь ь
:Е
ос::
<::>....
х х
-1:: '1S
S ""
моне 86 еодл <:$ .. <:$
'"
1::'" ь ь
c::s
he'r V 21
<70
бет R
(R расчетное сопротивление стали, кН/см 2 );
в) касательные напряжения в месте наибольшеrо
изrибающеrо момента должны быть не более 0,3 R.
Сечения клепаных балок подбирают в том же порядке, что и
сварных, однако с учетом TOro, что пояса при расчете клепаных
балок состоят из уrолков либо уrолков с rоризонтальными листами
и сечение балки ослаблено отверстиями для заклепок (рис. VII.9).
Предварительно ослабление сечения клепаной балки отверстиями
для заклепок можно принять равным 15%.
Сечение клепаной балкн подбирают следующим образом. По
формуле (VII.12) определяют минимальную высоту сечения балки
h.. ин . По максимальному расчетному изrибающему моменту М вы-
числяют требуемые моменты сопротивления нетто и брутто:
W ; == и w g == 1,15W ;. (VH .25)
По значению W E и выбранной толщине стенки бет или ее rl1б
кости k (см. табл. VII.I) определяют по формуле (VII.17) опти-
мальную высоту сечения lz 0пт и увеличивают ее примерно на 10%'.
По значениям h мии и h опт устанавливают высоту сечения. Прове-
ряют достаточность толщины стенки из условия ее среза макси-
мальной поперечной силой Q по формуле (VII.19) и в случае не-
обходимости окончательно корректируют высоту балки и толщину
стенки.
Далее находят необходимый момент сопротивления брутто по-
ясов
ч> ..!в..
ХО
х
х
F IOт/J
Рис. VII.9. Сечения составных клепаных балок
а типы верхних поясов; б ослабление сечений отверстиЯА,и
По требуемой площади пояса компонуют ero сечение. УrОЛКI1
обычно применяют равнополочные с шириной полки
ь == ( ...!.. ) h
yr 9 12 .
бр бр бет h
W п WTP 6
Толщину полки уrОЛК:l принимают равной толщине стеПКIi балки
или на 2 4 мм бо.'lhше E. )]I1 П.1Ощадь двух уrолков выбрана так,
что она равна требуемой !Iлощади пояса Fn, тоrДа rоризонтаЛЫIые
148
149
листы не нужны. При Рв, большеЙ, чем плошадь двух уrолков, на-
ХОДИМ необходимую площадь rоризонтальных листов
F тор . л ;: F п F 2y l"
Ширину rоризонтальноrо листа приннмают такuй, чтобы лист
свешивался за края уrолков, однако свес .'Iиста не должен быть
больше, чем 8 б,ОР'JI, считая от внешней риски поясных заклепок
(см. рис. УII.9, а).
Если толщина rоризонтальноrо листа получается более 20
25 мм, то ставят пакет из двух ИЛИ в крайнем случае из трех листов.
Для иадежной передачи усилий с поясных листов на стенку реко-
мендуется площадь двух уrолков принимать не менее 30% вс й
площади пояса. Обушки уrолков располаrают на 5 мм выше кро-
мок вертикальноrо .чиста (за исключением подкрановых балок, rде
верхняя кромка стенки строrается и устанавливается заподлицо с
rранями уrолков).
СКОМПОНО.вав сечение клепаной балки, вычисляют ero фактиче-
ские rеометрические характеристики (предварителыю наметив диа
метр и раСПОJIOжение заклепок) и проверяют прочность и жесткость
балки:
нормальные напряжения
образно для больших балок пролетом 12 м и более и
при конструктивно простом выполнении, иначе получае-
мую экономию металла превысит возросшая трудоем-
кость изrотовления. Из этих соображений очень редко
изменяют высоту балки по длине и оставляют толщину и
высоту стенки постоянной, а уменьшают ce Hue за счет
уменьшения площади поясов. В сварных балках это
а' tt
11111 f 111i t 11 (;""111 f 111 t f 1 '1 11
5,
lIапряжеНUR
8 се енuи х
j
l
-1:::
1,
м
a;: <: R;
W ю
касательные напряжения у опоры
(УII.27)
х
.fШ€<ШWJi Ппямии стык
nт '!'Т'1ТТ"1 r
Ра8нопРОЧIIЫЙ
сть,к
QSБР t
.. == <: R cp ;
J бр бет t d
относительный проrиб
L;:
l
(УII.28)
МН l r f ]
<:
IОЕJбр L l .
Рис. VII.l.O. Изменение сечения балки
а схема; б к пров-ерке приведенных напряжеНllй
(VП.29)
в ОТ.1ичие от веШIЧИН, применяемых Д.чя проверки tечения свар-
ной балки (с. 147), здесь:
2J ит
W HT ;: фактичеСIШЙ момент сопротивления нетто; J BT ==
h
==Jбр Jосл момент инерции нетто; Jбр момент инерции брутто;
J осл момент инерции площадей отверстий для З8l{.чепок относи-
тельно нейтральной оси сечения x x; SБР статический момент по-
t
лусечения брутто относительно нейтраJIЬНОЙ оси x x; мно-
t d
житель, учитывающий увеличение касательных напряжений на опоре
из за ослабления стенки отверстиями для заклепок, прикрепляюших
опорное ребро балки (! и d шаr и диаметр этих зак.1епок).
достиrается уменьшением ширины пояса (изменять тол-
щину пояса менее удобно, так как ба.'Iка делается не-
одинаковой высоты), в клепаных балках за счет после-
довательноrо обрыва по мере приближения к опоре ro-
ризонтальных поясных листов.
Сечение изменяют, как правило, один раз. Рацио-
нальное место изменения сечения для разрезных балок
находится на расстоянии х== (I/5 1/6) l от опоры. Задав-
шись этим расстоянием, определяют расчетный момент
Мх и поперечную силу Qx в месте изменения сечения
(рис. VII.IO, а), По моменту определяют требуемыЙ мо-
мент сопротивления измененноrо сечения
5. ИЗМЕНЕНИЕ СЕЧЕНИЯ ПО ДЛИНЕ БАЛКИ
Сечение балки подбирают по наибольшему расчетно-
му моменту Ммане. Ближе к опорам момент в разрезной
балке значительно меньше, и ее сечение может быть
уменьшено. Изменять сечения по ДЛИне балки целесо-
.-е р .'Их
W ==
Х R CB
'р
Так как толщина и высота стенки известны (те же,
Чl0 и в подобранном сечении по максимальному момен-
150
151
.
ту), то по формуле (VII.21) сразу определяют требуе
мую площадь измененноrо сечения пояса
26. друrИЕ ВИДЫ СОСТАВНЫХ &АЛОК
1. БАЛКИ НЕсИММЕтричноrо СЕЧЕНИЯ
w Tp
F .......::..... l)cTh cT
П
h 6
Балки несимметричноrо относительно rоризонтальной оси сечс;
ния довольно широко распространены, Коrда например, к верхиему
поясу кроме вертикальной Р" приложена и rОРИЗО'fi'аЛl?ная Ру по
перечная наrрузка (рис. VII.II) или коrда требуется увеличить
общую устойчивость балки, что может быть достиrнуто развитием
BepXHero пояса.
и окончательно назначают сечение измененноrо пояса.
Новая ширина пояса не должна быть уже 1/10 h и не
должна составлять менее половины ширины пояса пер
воначальноrо сечения. Кроме Toro, из конструктивных
соображений ширина пояса измененноrо сечения не
должна быть менее 180 200 мм.
В измененном сечении одновременно есть большие
нормальные напряжения от изrибающеrо момента Мх и
касательные напряжения от поперечной .силы Qx (рис
VII.IO, 6). В таких случаях необходима проверка пpивe
денных напряжениЙ по формуле (11.5')
апр == V а 2 +3'(2 <: 1,I5R
а)
( Рх.Ру>
6"
,j-'
6 н
.I'
Ру t
l X
8)
.
(УII.30)
611 6!1 6в=6 х "6у
Fн.п
6'ст
!
-<::.
L
6)
Fв.п
x
или
allP Vа2+а аам+з'(2 <: 1,I5R
(УII.31)
при наличии местных напряжений (см. УII.72) в изме
ненном сечении. Напряжения а и 't надо брать для наи
более невыrодно напряженноrо волокна балки, которое
в двутавровых балках будет у места соединения пояса
и стенки (рис. УII.l 0,6).
Напряжение а определяют по общей формуле нор-
мальных напряжений при изrибе
м
а==/у,
Рис. VII.H. К расчету балок несимметричноrо сечения
а и б напряжеnия в степКе и в верхnем поясе; в сечение nесимметриЧllоii
балки
rде 1 момент инерции измененноrо сечения; у рас-
стояние от нейтральной оси до волокна, в котором опре-
деляется напряжение.
Касательное напряжение
QхSп
'(
/б ст '
(УII 32)
При вертикальной и rоризонтальной наrрузках на балку, Ha
пример на подкрановые балки малых пролетов под леrкие краны,
вертикальный момент М" воспринимается всем сечением балки, вы-
зывая эпюру напряжений, приведепную на рис. VII.lI, а, rОРИЗО 1 \-
тальны{\ изrибающий момент М у воспринимается только верхним
поясом. Результирующая эпюра напряжений в верхнем поясе бу-
дет суммой эпюр от вертикальной аж и rоризонтальной ау наrрузок
(рис. VII.II, б). Очевидно, что такое сечение будет работать с пол-
ным использованием материала, коrда наибольшие напряжения в
верхнем поясе ав==uж+а у будут равны расчетному сопротивле-
ниюR.
Асимметрию сечения А выражают отношением моментов сопро-
тивлений для верхних и нижних волокон сечения:
W B h п
А (УН.33)
W п h B '
rде WB==I/h B и Wп==I/h п моменты сопротивления соответственно
для верхинх и нижних волокон сечения h B и h п расстояния от
центра тяжести сечения до BepxHero и нижнеrо края (рис. УII.11, 8).
в зависимости от соотношений вертикальноrо и rОРИЗ0нталь-
rде Sп===Fп(lz/2 бп/2) статический момент измененно
ro сечения пояса относите.rIЬНО нейтра.rIЬНОЙ оси.
152
153
Horo моментов можно ориенmpoвoqlЮ определить, насколько напря-
жения от вертикальноrо момента вверху ах должны быть меньше
напряжений внизу (тв, И выразить это их сотношением
f3 == ах/ан.
Из подобия треуrольников эпюры сжимающих и растяrивающих на-
пряженнй следует, что
h и ан 1
== или А == . (VII.34)
11 B ах f3
Таким образом, соотношение верхних ft нижних напряжениil
даст возможность определить необходимую асимметрию сечения.
Аналоrично симметричному двутавровому сечению можно вы-
разить площадь асимметричноrо сечения с учетом степени асим-
метрии А и также, приравняв нулю первую производиую площади
по высоте, найти оптимальную высоту асимметричноrо сечения:
ИЛ!f
0/ 3А
hoDT == A+I W Tp k
h .. / W Tp
ОПТ V А + I б ст '
(VH .35)
rде W Tp == WB==Mx/R.
Оптима.lьная высота асимметричноrо сечения получается не-
сколько больше, чем симметрично['о. Определение необходимой вы-
соты балки по жесткости, отношения k==hст/б ст или бет, предва-
рительная проверка стенки на срез производятся так же как и для
симметричных сечений. У(:тановив высоту сечения и толи.{ину стенки,
можно определить требуемые площади Bcero сечения и поясов
(формулы приведены без вывода).
Требуемая площадь Bcero сечения
F == (.4 + 1) W )1 I (А+ 1)2M CT
h Т -. 6А '
(VII.36)
Площадь Bepxнero пояса
F p бстh
В.П .4 + 1 2
Площадь нижнеrо пояса
F ==p б ст '1
Н.П А + 1 2'
(VII.37)
(VII.38)
По этим данным компонуют сечение балки
мальные и касательные напряжения:
Мх
ан == -< R и
W H
и проверяют нор-
Мх Му
ав==ах+а у == + -<R;
W B W y
Qx S
1'== I " -<Rcp
ХиСТ
Жесткость проверяют так же, как и дЛя балок симметричноro
сечения, по формуле (VH.24),
154
2. НЕРАЗРЕЗНЫЕ И КОНСОЛЬНЫЕ БАЛКИ
Особенность этих балок заключается в том, что в опорных се-
чеииях одновременно действуют изrибающий момент и поперечная
сила. Поэтому в этих сечениях доЛжны проверяться приведениые
напряжения по формулам (VH.30) или (VIl.31). Сечения таких ба-
лок подбирают по тем же формулам и в том же ПОfядке, что и для
разрезных балок. Разница заключается лишь в том, что если Jjаи-
больший расчетный момент является опорным, то требуемый м()-
мент сопротивления определяется с иекоторым запасом, чтобы при
совместном действии нормальных и касательных напряжений не
было пере напряжения:
М
W Tp 0,9R '
(VII.3 9 )
.
rде 0,9 коэффициент, увеличивающий на 10% требуемый момент
сопротивления.
Нормами разрешается в неразрезных и заделанных балках по
стояниоrо сечения (прокатных и сварных), если смежные пролеты
отличаются не более чем на 20% и наrрузка статическая, расчетный
изrибающий момент определять 'из условия выравнивания опорных
и пролетных моментов. При этом значения расчетноrо момента Прil
нимают равными:
а) в неразрезных балках со свободно опертыми концами
большей из величин
М расч ==
1 .
М 1 или М расч == О.,5М 2 .
и
l+
1
rде М[ и М 2 наибольшие изrибающие моменты соответственно в
крайнем и промежуточном пролетах, вычисленные как в свободно
опертой однопролетной балке; и расстояние от сечения, отвечаю
щеrо моменту М[, дО крайней опоры; 1 крайний пролет;
б) в однопролетных и иеразрезных балках с заделанными кон-
цами М раеч ==0,5 М, rде М наибольший из моментов, вычислен-
ный как в балке с шарнирами на опорах;
в) в балке с одним заделанным и друrим свободно опертым
концом как в крайнем пролете неразрезной балки со своБОДIIО
опертыми концами (пункт а).
Выравнивание момеитов при водит к развитию пластических де-
формаций в сечении, поэ'lОМУ при подборе сечеиия необходимо вы-
полиить дополнительные условия к таким балкам, изложенные Ца
с 148, однако нормальные напряжения следует проверять по уп
pyroMY моменту сопротивления
а == м ;сч -< R.
J55
3. БАЛКИ С ЭЛЕМЕНТАМИ ИЗ РАЗных МАРOf СТАЛЕй
БИСТАЛЬНЫЕ БАЛКИ
в балках с элементами из разных марок сталей (бистальные
балки) пояса проектируют из стали повышенной прочности, а менее
напряженную стенку из обычной малоуrаеродистой стали,
В расчетном предельном состоянии эпюра нормальных напря-
жений в такой балке выrлядит, как это показано на рис. VII.12.
Напряжения в поясах доводятся до расчетноrо сопротивления вы-
сокопрочной стали, а в участках стенки, примыкающих к поясам,
Высокопрочная
стапь
Момент, КGТОРЫЙ должен восприниматься поясами,
М ll == М М СТ == R B . n Рll h,
откуда необходимая площадь одноrо пояса
М п
рп== .
RB.nh
Скомпоновав по этим данным сечение, опред(',JIЯЮТ ero точные
rеометрические характеристики и проверяют прочиость; от нормаль-
ных напряжений по формуле (VII.40), а касательные напряже-
нии по обычной формуле (VII.23):
QS R . )
1: == <: ср (для уrлеродистои стали .
/б ст
Относительные проrибы можно определить полностью по нор-
мативным наrрузкам в преДПОЛQжешiИ полностью упруrой работы
сечения, т. е. так же, как для балки из одной стали.
(\<'Il .42)
6)
4. ПРЕДВАРИТЕЛЬНО-НАПРЯЖЕННЫЕ БАЛКИ
Рис. VII.12. К. расчету балок Рис. VII.13. Примеры предваритель-
с Э.'1ементами из разных ма- Horo напряжения балок
рок сталей
а оттяжкой консолей; б напряеающим
элементом; J эпюры моментов от пред-
варllтельноео напряжеНIlЯ; 2 эпюры мо-
ментов под наерузкой
Предварительным напряжением в металлических балках спе-
циально создаются внутренние напряжения, как правило, обратнOI"О
зна\(а напряжения от внеШliей iIаrрузки. Блаrодаря этому несу-
щая способность балки в упруrой стадии работы увеличивается,
что при водит к экономии металла до 15% при экономии стоимости
до 10%.
Предварительное напряжение ба.'10К осуществляется двумя
способами: реrулированием изrибающих моментов натяжением
консолей балок, смещением опор по высоте в неразрезных балках
и т. п. (рис. VII.13, а); применением напряrающих элементов (затя-
жек) из пучков высокопрочной проволоки или тросов, которыми
сжимается растянутая внешней наrрузкой часть балки (рис. VII.l3, б).
Рассмотрим работу предварительно напряженной балки с прямо-
линейным напряrающим элемен rOM, расположенным вблизи нижнеrо
пояса (рис. VII.l4, а). Будем рассматривать напряжения в сечении по
середиие балки. ОТ силы предварительноrо напряжения (усилие в за
тяжке) в сечении балки возникнут напряжения внецентренноrо сжа
тия силой Х, приложенной с эксцентрицитетом по отношению к неЙ
тральной оси '. Эпюра напряжений показана на рис. VII.14, б. Напря-
жения !3 верхних и НИЖНИХ волокнах балки:
. nl Х n 1 Х,
й в == ------р+ <: R; (\<'I1.43)
, nl х пl Х,
й == <: R ( VII.44 )
н F W и '
rде n\ коэффициент переrрузки усилием предварительноrо напря-
жения, прИнимаемый nl I,1 (табл. 1 прил. 1); F площадь сечения
балки; W N и W п моменты сопротивления BepxHero и нижиеl'О во-
локна балки.
Эти напряжения не должны быть больше расчетноrо сопротивле-
ния, так как иначе бал\(а разрушится силой предварительноrо напря-
жения без наrрузки.
появляется текучесть уrлеродистой стали. Эта текучесть не явля
ется опасной, так как она оrраничена упруrой работой поясов. Бо-
лее Toro, балки с элементами из разных марок сталей Moryт при-
меняться при переменных наrрузках (например, для подкрановых
балок); в этом случае расчетное сопротивление стали поясов (R..п)
не должно превосходить более чем вдвое расчетное сопротивле'ние
стали с енки (Ryr). иначе стенка окажется в условиях знакопе-
ременнои текучести и может быстро разрушиться.
Наибольший расчетный момент, который может выдержать
балка,
М R B . ll рп h + R yr б:'f h 2 [1 -+ с::: )1
Наименьшую и оптимальную высоту сечения таких балок мож-
но определить по формулам (VII.12) и (VII.l7) как для балок из
одной стали повышенной прочности (принимаи везде R R..п).
Предварительная проверка прочности стенки на сре.з по формуле
(VII.19) должна выполняться при Rcp для уrлеродистой стали.
Определив высоту балки и толщину стенки, можно определить
часть изrибающеrо момента, воспринимаемоrо стенкой:
(VII.4O J
М СТ == R yr б ст h 2 [ 1 ( N.yr ) 2 J .
4 3 R B . n
156
(VII.4IJ
157
Эпюра напряжений в балке от действия расчетноrо н-зrибающеrо
MOMeHTI1 М будет обратноrо знака (см. рис. УII.14, в), и напряжеиия
верхних а; и нижних a волокон определяются формулами:
. М М
а == . а (VП.45)
в W B ' Н W H .
Очевидно, что результирующими напряжеииями в сечении предвари-
тельно иапряжениой балки будут с)'Ммариые напряжения от пред'
варительноrо напряжения и внешней иаrрузки.
о)
-'х Х'
о СО = С 20 а
l
1
iflj
5)
x jji
6 6;; 6 н
Рис. УII.14 К расчету I1редварительно напряженной балки
Так как под действием внешней наrрузки балка проrибается и
е.;, нижние волокна растяrиваются, то происходит удлинение напря-
rающеrо элемента, усилие в нем возрастает (самонапряжение) и
будет под наrрузкой равно Х+Х" rде Х[ дополнительная сила
самонапряжеиия Поэтому, складывая напряжения от УСИJIИЯ в за
тяжке и внешней наrрузки, в формулы (УII.43) и (УII.44) следует
подставить Х+Х 1 вместо Х. Тотда окончательно расчетные напря
жения в верхнем а в и нижнем волокнах предварительно-напряжен-
ной бмки в рабочем состоянии) будут равны (рис. VII.l4, е)'
112 Х + Х 1 (112 Х + Х 1 ) 1 М
а в == + -< R. ( УН. 46)
F W B \YI B "
11 2 Х + X 1 (112 Х + X 1 ) 1 М
ан == ---1-- -< R. (УН.47)
F W H W H
Здесь 112 коэффициеН1 возможной недоrрузки усилия предвари
тельноrо напряжения, принимаемый 112==0,9 (табл. 1 прил 1), так
как в данном случае уменьшение этоrо усилия увеличивает OKOH
чательные напряжения в балке.
158
При обеспечении надежноrо контроля усилия предварительнvrо
напряжения разрешается прииимать коэффициенты 111 112 1.
Напряжения в напряrающем элементе проверяют по формуле
111 Х + Xi
а == -< Ra,
Ра
(YH.4 )
rде Р. и Ra плошадь и расчетное сопротивление матерна.lа на.
пряrающеrо элемента.
Необходимо проверить также нижний пояс t5алки на УСТОЙЩI.
вость от СIIЛЫ предваРИJельноrо напряжения Х по формуле
a -< (fR, (УН.49)
rде Ip коэффициент продо.lьноrо изrиба нижнеrо пояса нз плос-
кости балки на участке между креплениями затяжки к поясу бал-
ки. Остальные обозначения уже приводились.
Усилие самонапряжения Х, определяется КЮ{ в однажды ста-
тически неопределимой балке:
4
l a
S МIМ
dx
Е/
Х 1 == .1 IP ==
611 l a
S М; [а [а
Е/ ах+ ЕР + ЕаРа
а
а
(VП .50)
rде М момент в основной СИСТf'ме (баю,е) от внешней наrРУЗIШ;
M, момент от силы Х, 1; Е и Еа модули упруrосТII материала
балки и напряrающеrо элемента; F и Р. площади ба.1КИ и напря-
rающеrо элемента; / момент инерции балки; а расстояни{ от
опоры балки до крепления напряrаюrцеrо элемента (см. рис. VH.14,a)
Для предварительно-напряжениых б лок с прямолинейной за-
тяжкой при симметричной наrрузке
Х ыl
1 ( Е} J ) '
12 + Еа Ра + F [а
(УН.51 )
rде ы площадь эпюры моментов от внешней наrрузки как для
простои балrш на участке под напряrающим элементом
Оптимальное напряженное сосroяние в предварительно-напря
женных балках с затяжкой у нижнеrо пояса будет в том случае,
если напряжения только от усилия предварительноrо напряжения
в нижнем поясе будут равны расчетному сопротивлению R формула
(УII.44), а при заrружении внешней наrрузкой напряжения и в
верхнем и в НИЖнем поясе будут также равняться расчетному co
противлеиию формулы (УII.46) и (УII.47). В этом случае матери-
ал балки и,:пользуется наилучшим образом, 11 балка будет наиболее
ЭКОиомичнои.
159
d) б)
'" j
.....,
..,-
В) JD д д
Д
.., "
т
1"11"1
",":1 J
"' с....; "'>
D
/f
J 4
Рис. VII.15. Типы анкеров
а еайка с нарезкой; 1 рабочий стержень; 2 концевой элемент с реэь
бой; 8 еайка; 4 конструкция; б с эаливкой баббитом; в с мелкиМ!l
клиньями (rllпромез): 1 анкерный стакан; 2 муфта; 8 проволочный пу-
чок; 4 клинья; е еильзовый с опрессовкой: 1 проволока; 2 еильза и
обжимное оль.цо до опрессовки; 8 еU/lьза после опрессовки; 4 стержеftь
анкера с еаикои
"'5
.
{fQJ;, """l1
-....;:'\: -r';:;"
2 2980 l /ОМ 1 , ШОО l 9бil l JOIJO
, l (пр о'л етJ , 1
1<-----
Рис. VII.16. Пример конструктивноrо решения предварительно-на-
пряженной балки
160
Выrодное сечение предварительно-напряженной балки неtиммет-
ричное, с развитым верхним поясом. Асимметрия сечения характери-
зуется коэффициентом асимметрии
W B h 2
A
W H h 1
(УН .52)
.
которая для оптимальных балок имеет значение ,А 1,6 1,8.
Оптимальное распределение материала в сеу'ении составляет:
верхний пояс F в . п == (О,з о,35) Р, стенка Pcт==>,(0,55 0,6) Р, ниж-
иий пояс F н . п == (0,1 0,15) F (Р площадь Bcero сечения балки).
Предварительно напряженные балки изrотовляют из малоуrле
родистой и низколеrированной стали.
Для напряrающих элементов применяются высокопрочная про-
волока по [ОСТ 7348 63 в виде пучков с параллельным располо
жением проволок стержни из ста.lей повышенной прочности, а TaK
же стальные KaH TЫ (rOCT 3064 66, 3065 66, З067 66, 3068 66.
3079 69, 2688 69).
За расчетное сопротивление высокопрочной проволоки и сталь-
ных канатов принимают соответственно временное сопротивление
проволоки или напряжения разрывноrо усилия каната, установлен-
ные соответствующим« rОСТами, деленные на коэффициент безо-
пасности по материалу k 1,6
Модули упруrости напряrающих элементов. принимают:
для пучков из высокопрочной проволоки с параллельным рас-
положеиием 2.10 кН/см 2 ;
для стальных канатов спиральных закрытых 1,7.10 кН/см 2 ; спи-
ральиых и с металлическим сердечником 1,5.10 кН/см 2 .
На концах затяжек устраивают анкеры, которые имеют раз
личную конструкцию (рис. .VII.l5). При сплошиых стержнях из вы-
сокопрочных сталей применяют анкеры в виде raeK, навинчиваю
щихся на резьбу по концам стержня. Значительно труднее анкеро-
вать пучки и тросы, так как усилия в затяжках очень большие, а
анкер должен быть. компактным и не тяжелым.
При меняют анкеры в виде стальноrо стакана с конической CTeH
кой. Распущенный в расширенной части стакана конец каната или
высокопрочные проволоки заливают баббитом. Хорошо работает
аикер для пучков проволоки конструкции rипромеза; в расширенную
часть анкера забивают мелкие клинья разных длин. При вытаскива-
нии из анкера пучок тащит вместе с собой клинья и надежно за-
прессовывается в анкере. Для анкеровки канатов и ,небольших
пучков проволоки применяют анкер с наружной опрессовкой. Наде-
тая на конец троса rильза при !Iродавливании через матрицу плот-
но опрессовывает канат и надежно ero удерживает, затем на rильзе
нарезают резьбу и навинчивают анкерную rайку. Обычно затяжки
изrотовляют отдельно, затем их подверrают предварительноЙ вы-
тяжке усилием, превышаюшим на 10% расчетное, и затем устанав-
ливают в конструкцию.
Предварительное напряжение конструкции чаще Bcero осу-
ществляется rидравлическими домкратами, которые, упираясь в
конструкцию, натяrивают затяжку, и при достижении контр оли ру-
eMoro усилия между анкером и упором на конструкции вставля-
ются вилкообразные шайбы или до упора свинчивается анкерная
rайка (муфта). Есть и друrие способы натяжения: оттяжкой за-
/
I
1
q
1I 950
161
тяжки вниз, при помощи HarpeBa напряrающеrо элемента {электро-
термический способ натяжения) и т. д.
ОДНо из коНструктивных решений преДБаритеJ]ьно напряженнон
балки показано на рис. VII.16.
Определение расчетных усилий. Расчетный
мент в середине пролета и поперечная сила
рис. УII.6):
ИЗfибающий
на опоре
мо-
(см.
ql2 153,2.122
MMaKe 8 8
ql 153,2.12
QM3Ke 2 == 2
2760 кН'м;
ПРИМЕРЫ ПОДБОРА СЕЧЕНИй СОСТАВНЫХ БАЛОК
919 кН.
Пример VIl.5. Подобрать сечение rлавной балки рабочей пло-
ща }(и, конструкция которой показана на рис. VII.l7, а. Ширина
ячеики плошадки a 6 м, длина ее l 12 м
о)
Балки настила
о)
/,
1-< I":'i
о::;
1/ c:!:. ""
I/!/ 1/
1/ 1/ 1/ [; :::i
':::'
:::J
1/ о::::, <s '"
1/ o::::,
1/ ::i5
t:)
::!
400)(25
;:>,
с::.
с::.
с::.
<Q
11}
)(
J( <:::,
<:::,
""
с::.....
""
с::.
с::.
с::.
<Q
r
4QO><25
15><800; 12000
Рис. VII.17. К примеру расчета сварной составной балки
""
.....
В)
-340 "18
I
10
1'------------
x <:::,
I
!:j .....
, !
....
31;0x18
Для подбора сечения балки надо найти также значение HOp
мативноrо нзrибающеrо момента
- q И l2 126,3.122
М Н == == 2275 кН'м.
8 8
Подбор сечения балки. Наим:еньшая высота сечения балки из
условия жесткости формула (VII.12):
lR МН i200.21
h мин [ f ] м 105.1/400
106
1
Здесь R 21 KH/CM2 расчетное сопротивление стали.
Предельный относительныЙ . проrиб [f!l] принят по табл. 4
прил I.
Высота сечения балки из условий наименьшеrо веса {оптималь-
ная высота). Предварительно определим требуемый момент сопро-
тивлении
227 500
83 см.
276 ОО()
м [276 000
W тр ==
R 21
и по эмпирической формуле (VII.l8)
щину стенки
== 13 150 см 3
наЙдем ориентировочно тол
бет == 7 + 3h 7 ---1---3.1,2 10,6 мм.
Здесь. h""I/IO 1 12/10 1,2 м примерная высота балки.
Толщину стенки (или значение k hет/бст) можно взять по
табл. VII.I.
Примем для дальнейшеrо расчета б ет == 10 мм, тоrда оптима.'lЬная
высота сечения по формуле (VII.l7)'
I I
11 0 п т ==I,l l WTP 1,ll 13150 = 126 см.
бет JV 1
Проверим стенку балки на срез по формуле {VII.19):
1,2Q 1,2,919
б мин hRep 126.13 0,68 см,
Здесь Rep== 13 'кН/см 2 .
Принимаем окончательную высоту балки h 120 см и толщину
стенки б е т 1 О мм.
Требуемая площадь пояса по формуле (УII.21):
F W тр бет h 13 150 1. 120 90 см 2 ,
п h 6 120 6
Нормативная равномерно распределенная временная наrрузка
на рабочую площадку tЙ 20 кН/м 2 . По rлавным балкам уложены
балки настила из прокатных двутавров N 27а с шаrом 80 см и по
ним стальной настил толщиноЙ 8 мм. Материал балки сталь
класса С 38/23 (ВСт3пс6).
Сбор наrрузок. Нормативная поrонная наrрузка на балку
н ( Н Н ) ( 0,339 )
lJ == 9]+92 а== +I.I,0,008.7 ,5+20 6==126,3 кН/м.
Здесь qf нормативная наrрузка от собственной массы балок
настила (вес 1 м балки I .J'& 27а, 0,339 кН, а расположены они че-
рез 0,8 м) и настила (78,5 кН/мЗ удельный вес стали)
Расчетная поrонная наrрузка
lJ== (n19 +n29Ю a==(l,I.I,05T I ,2.20)6== 153,2 кН/м,
rде nl и n2 коэффициенты переrрузки для постоянной и временной
наrрузки.
162
11*
163
Принимаем пояса балки из .1JИСТОВ широкополосноЙ универсаль-
ной стали сечением 400х25 мм (F п == 100 см 2 ). Соотношение Ьп/бп==
40/2,5 16<30, по,пому местная усrоiiчивость листа обеспечена.
Сечение балки показзно на рис. VIl.17, б.
Проверка прочности и жесткости балки. Предварительно нахо_
дим точные rеометрические характерпстИI\И принятоrо сечения. Мо-
мент инерции относительно нейтральной оси х х
/ == l}CT h T + 2Р ( hC1' бп ) 2 == 1.1153
12 п 2 + 2 12 +
( 115 25'2
+2,40.2,5 + ) ==817000 см"',
Момент сопротивления
2/ 2.817000
W == == 13600 см 3 .
h 120
Статический МОмент полусечения относительно нейтральной оси
x- x:
Подбор сечения балки. Наименьшая высота сечения по форму-
ле (VIl.12):
hlоШН
lR в . п мн
1200.29 227500 . I
100,1/400 276000 == 1.4 см.
100[+] м
Оптимальная высота балки по формуле (VII.17). Предваритель-
но найдем требуемый момент сопротивления:
М 276000
W тр == == == 9500 d-.f3
R в . п 29
S == F п ( hCT + б п ) + Р ст { h CT ) ==40.2 5 (
22 2\4 '2'
1'115 ( 115 )
_ +2 4 ==7600 см 3 .
2,5 )
+
2
и примем толщину стенки бст 10 мм по тем же соображениям, что
и в примере VII.5. Тоrда
1 / WTP t / 9500
h опт == 1,1 == 1 == 107 см.
/ бст 1
Проверяем стенку балки на срез по формуле (VII.19):
1,2Q 1,2.919
б мин == ............... == == 0,74 см.
hR Y1 114.13
Здесь Ryr 13 KH/cM2 расч тное' сопротивление срезу уrлеродис-
той стали,
Принимаем окончательно высоту балки h 120 см и толщину
стенки бст 10 мм.
Находим по формуле (VII.41) часть изrибвющеrо момента, вос-
принимаемоrо стенкой балки:
М R б с1 ,h 2 [ 1 ( . Ryl' ) 2 ] 21 1'1202 [ 1 ( ) '2 ]
СТ Уl' 4 3 R в . п 4 3 29
== 62500 кН,см.
Часть момента, который должен восприниматься поясами:
МИ == М MCT == 276 000 62 500 == 213 500 кН,см.
Необходимая площадь сечения одноrо пояса балки по форму-
ле (VII.42):
Теперь проверяем прочность и жесткость балки.
Нормальные напряжения в середине пролета по Формуле
(VII.22) :
м 276 000
а == == == 20 3 кН / см 2 < R == 21 кН / с м 2
W 13600 ' ,
Касате.1ьные напряжения у опоры по формуле (VII.23)
QS 919.7600
1; /б с1 , == 817000.1 == 8,5 кН/см 2 < Rcp == 13 кН/см 2 ,
, МИ 1 227500.1200
1 10EI == 10.21000,817000
1 [ ' ] 1
О 00152== < ==
, 660 1 400
м п 213500
F п == == == 61,2 см 2 .
Rв.пh 29.120
Относиrельный проrllб балки по формуле (УIl.24)
м == 2760 кН'м; мн == 2275 кН,м;
Q == 919 кН.
Принимаем пояса баЛl\И из листов сечением 340Х 18 мм (РП
61,2 см 2 ). Сечение балки показано на рис. VII.17, в.
Находим необходимые [еомеl рические характеристики сечения
для проверки прочности и жесткости балки. Момент инерции отно-
сительно нейтральной оси:
/ == бст h T + 2Р ( hC1' ) 2 == 1.116,43
12 п 2 + 2 12
1 8 ) 2
+ == 558 000 см".
( 116,4
+2.61,2 2
Прочность И жесткость балки обеспечены.
Пример VН.б. По исходны"" данным примера VII.5 подобрать
сечение rлавной балки из разных марок стали: пояса низколеrи-
рованная сталь класса С 46/33 с расчетным сопротивлением R
29 кН/см 2 , стенка уrлеродистая сталь класса С 38/23 с расчет-
Hbl'll сопротивлением R==21 кН/см 2 .
Расчетные усилия на балку принимаем по примеру VH.5:
161-
165
Статический момент полусечения:
( hCT б п ) Рст h CT ( 116,4 + Q ) +
S==Fn """""2+2 +24==61,22 2
1.116,4 116,4 5310 8
+ == см.
2 4
Проверка прочности и жесткости балки Прочность по нор-
мальным напряжениям формула (УIl.40):
М ==Rв.пFпh+Rуl' б ст h 2 [ I ...!.. ( R}'t' ) 2 ] ==29.61,2.120+
4 3 Я в . п
}. 1202 [ 1 ( 21 ) 2 ]
+21 1 3 29 ==2760 кН'м.
Касательные напряжения по формуле (УII.23):
QS 919.5310 2
'r == == 9,05 кН/см 2 < Rcp'yl' == 13 кН/см ,
Jб ст 558000.} .
Относительный проrиб по формуле (УIl.24):
f Ми l 227500.1200 1 r f ] 1
1 == 10El == 10.21000.558000 == 0,00233 == 430 < Ll == 400 '
ТАБЛИЦА VII.2. НАИБОЛЬШИЕ ОТНОШЕНИЯ llЬ п . ПРИ КОТОРЫХ
НЕ НУЖНА ПРОВЕРКА УСТОRЧИВОСТИ БАЛОК ИЗ СТАЛИ
КЛАССА С 38/23*
Наибольшие значения llЬ п для балок с СООТ-
ношением размеров
h h/{)п 100 I hltJ п 50
Тнп салки
Ь п при натрузке, прило>кеино!! к поясу
верхнему I ннжнему I рерхнему I нижнему
Сварная 2 16 25 17 26
4 15 23 16 24
6 13 21 15 22
Клепаная
2
4
6
21
18
16
30
28
25
30
25
21
42
35
32
27. ПРОВЕРКА О&ЩЕЙ УСТОЙЧНВОСТН &Алак
· Для балок из сталeil друтнх кла приведенные в таблнце значения
V ' 21
l/b должны быть умиожены на , тде R расqетиое сопротивление
п R.
ИО!lО!! сталн, KH/cM'.
О б о э и а ч е н н я. h высота сечения балкн; Ь п и /lп шнрина 11 толщн
на СЖ8тоrо пояса.
Подобрав сечение балки, удовлетворяющее требова-
ниям прочности и жесткости, необходимо обеспечить
общую устойчивость балки. Проверять устойчивость ба
лок не надо, если:
1) распределенная статическая наrрузка передается
через сплошной жесткий настил, непрерывно опираю-
щийся на сжатый пояс балки и надежно с ним связан-
ный (железобетонные плиты, плоские стальные листы
и т. д.);
2) отношение расчетной длины сжатоrо пояса двутав-
ровой балки 1 к ширине BepxHero пояса Ь п не превыша
ет величин, приведенных в табл. VII.2.
Расчетная длина сжатоrо пояса 1 принимается рав-
ной расстоянию между точками закрепления сжатоrо
пояса от поперечных смещений (узлы rоризонтальных
связей, точки опирания ребер жесткоrо настила и т. д.).
при отсутствии промежуточных закреплений 1 пролет
балки.
Если приведенные выше условия не выполняются.
то необходимо проверить общую устойчивость балки
по формуле
166
м
(J== R,
IfJб WБР
(УII.53)
Для балок двутавровоrо сечения с двумя осями сим-
метрии коэффициент определяют
IfJб == 'Ф !lL ( .!!... ) 2 108.
lх 1
Значения коэффициента 'Ф принимают по указаниям.
приведенным в Нормах проектирования стальных кон-
струкций (СНиП II-В.3-72) в зависимости от статиче-
ской схемы балки, характера наrрузки и rеометрических
параметров сечения.
18. ПРОВЕРКА МЕСТНОй УСТОЙЧИВОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ "АЛКИ
Как конструктивный элемент балка представляет со-
бой систему тонких пластинок, находящихся в напря
женном состоянии. Если напряжения в пластинках до-
стиrнут критических значений, то может произойти их
выпучивание или местная потеря устойчивости (см. 7).
Выпученная часть пластинки выключается из работы 8
данном сечении и балка может потерять несущую спо-
167
собность. Поэтому, подобрав сечение составной балки,
проверив ее прочность, жесткость и общую устойчи-
вость, необходимо убедиться в обеспечении местной
устоЙчивости всех ее элементов.
Критические напряжения потери устойчивости пла-
стинки зависят от ее размеров, характера напряженноro
состояния и типа закрепления концов.
ТАБЛИЦА VП.3. ПРЕДЕЛЬНЫЕ ОТНОШЕНИЯ СВЕСА ПОЯСА
К ТОЛЩИНЕ Ьоlб п В БАлКАХ
Класс 1 с 38/23 С 44/29' 1 ' с 52/40 1 С 60/45
стали С 46/33
Ьо/б п I 15 I 13 I 11 I 10.5
В случае недонапряжения балки эти значения MorYT
быть увеличены в V R/(J раза, но не более чем на 25%
(R расчетное сопротивление стали; (J действитель-
ные напряжения в поясе).
с 70/60
с 85П5
10
9
1, МЕСТНАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ СЖАтоrо ПОЯСА БАЛКИ
Пояс балки является пластинкой шириной Ь о , защем-
ленной по одной продольной стороне (в месте присоеди-
нения к стенке балки) и находящейся под воздействием
равномерно распределенных сжимающих напряжений (J
(рис. VII.18). Критические напряжения для такой пла-
стинки, кН/см 2 :
( 100 l'Jп ' 2
иl;p O,81 ) ,
Если критические напряжения будут выше предела
текучести, то потери устойчивости не 9роизойдет, так
как раньше исчерпается прочность. Поэто'му, подставив
в формулу (VII.54) вместо критических напряжений
предел текучести, можно найти наибольшее отношение
ширины свеса пояса Ь О к ero толщине б п , при котором
местная устойчивость будет всеrда обеспечена:
11
'1
11
I1
1,
1,
Ъ О
ОСТ
168
2. МЕСТНАЯ УСТОйЧИВОСТЬ
СТЕНКИ БАЛКИ
(VH ,54)
Стенку балки можно рассматривать как пластинку,
закрепленную в поясах в продольном направлении и в
ребрах жесткости (если OH есть) в поперечном напра-
б
15
V
Ь О 0,81
== 100 18
l'J п 24'
(VII .55)
Рис. VII.l9. Выпучивание стенки от нормальных и KacaTe.1ЫIЫX на-
пряжений
($
Учитывая возможные поrнутости пояса, не-
блаrоприятно влияющие на устойчивость, пр е-
цельное отношение свеса пояса для балок из
стали класса С 38/23 принимается Ьо/б п == 15
или примерно Ьп/бп 30.
Для сталей с более высоким пределом те-
кучести предельные отношения свеса пояса к
ero толщине получаются меньшими и при ни-
маются по табл. VII.3
влении, находящуюся под воздействием нормальных
или касательных (либо тех и друrих одновременно) на-
пряжений (рис. VII.19).
Потеря устойчивости стенки от нормальных напря-
жений. В средней части балки нормальные напряжения
имеют наибольшее значение, а касательные равны нулю
или имеют небольшое значение, и стенка может потерять
устойчивость от нормальных напряжений изrиба. Крити-
ческие напряжения (кН/см 2 ) в стенке при изrибе
k ( 100 бст ) 2
иKP о h ·
(1
Рис. VlI.18. К проверке местной устойчивости пояса
ба.IJКИ
(VI 1.56
169
rде 110 расчетная высота стенки (рис. VII.20), при ни-
маемая для сварных балок равной высоте стенки, а для
клепаных расстоянию между внутренними рисками
поясных заклепок. Для балок несимметричноrо сечения
под 110 принимается удвоенное расстояние от нейтральной
оси до расчетной (сжатой) rраницы отсека; ko коэф-
фициент, принимаемый по табл. VII.4, в зависимости от
"У, учитывающий степень защеМJlения стенки в поясах;
Ь п ( бп ) З
"( c
h CT ,бст '
rде Ь п и б п ширина и толщина сжатоrо пояса балки;
hc-r и бет высота и толщина стенки; с коэффициент,
принимаемый равным: при непрерывном опирании на
сжатый пояс жестких плит бесконечности. для под-
крановых балок 2. в прочих случаях':"""" 0.8.
ТАБЛИЦА Уl1.4. ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТI\ ko
rде и расчетное нормальное напряжение на rр"аНlще
отсека (у верха /Zo. рис. \;'11.20), определяемое по фор
муле
Мl
a y.
Jбр
х
('>'11. ьи)
О, О',р < 1,
(УН 59)
Здесь J p момент инерuии сечения брутто; у рас-
стояние от нейтральной оси до верха отсека; икр кри-
тические напряжения по-
тери устойчивости, опре-
деляемые по фОРМУJlе
(VII.56) .
Расчетное НОРМilЛЬ-
ное напряжение и опре-
деляется по среднему
значению изrибающеrо
момента М в пределах
Рис. УIl.20. Обозначение расчет-
отсека (межд) смежны-
,иых размеров
МИ поперечными ребра-
ми жесткости). Если
длина отсека больше, чем /Zo, то и определяется по
среднему значению момента для наиболее напряженно-
ro участка с длиной, равной расчетной высоте отсека.
Потеря устойчивости стенки от касательных напря
жений. Вблизи от опор разрезных балок касательные
напряжения имеют наибольшее значение, ПОД влиянием
I\OTOpbIX стенка сжимается по диаrонали (см. рис. VII.
19) и может произойти ее выпучивание.
Критические касательные напряжения \I{H/CM 2 )
'[ир ( 12,5 9 : ) ( 1O б ет /, 'V1l.б1)
rде !l a/d отношение большей стороны пластинки к
меньшеЙ; d меньшая из сторон пластинки (см. рис.
VlI.19) .
Предельное отношение 110/б ст , при котором не надо
укреплять стенку поперечными ребрами жесткости. мож-
но определить по формуле (VII.61), приравнивая крити-
чеСI<ие напряжения пределу текучести при сдвиrе
(TT O,6 иТ) и ПРИНl1мая длинную сторону пластинки paB
ной бесконечности (!l (0). При этом для стали I{ласса
С 38/23 получится отношение hо/б ст равным 95, а ДЛЯ
ДРУI'ИХ сталей 95 V 21/R (R. KHjCM 2 )
(УН.57)
т
s
:: -
ОС!!,
..?I ""
I.I;
v v 1<,
<0.8 63 6 73,2
1 66,2 10 7.3,7
2 70 '> 3() 74,"
4 72,7
Для клепаных балок ko 70.
Приняв наименьшее значение ko 63. можно найти
наибольшее отношение высоты стенки к ее толщине, при
котором ее местная устойчивость будет обеспечена
(иl{p иT) :
для стали К.lасса С 38/23
h k { 63
...JL 100 / ....!!... 100 1 160, (VII .58)
бет J о r t 24
для друrих hлассов стали это отношение не должно
превышать
r
o 21
<;; 160 \ '
бет R
rде R расчетное сопротивление стали, кН/см 2 .
В общем случае условие УСТОIIЧИВОСТИ стенки при
дейсrrши только нормальных напряжений можно за-
писать в впде
170
171
В общем случае местная устойчивость стенки при
действии только касательных напряжений будет обеспе-
чена, если
3. НОРМАТИВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ
МЕСТНОй устойЧИВОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ БАЛКИ
1 / ( ) 2+ ( ...!.. ) 2 '" 1,
О"НР 't'HP
(УII.64)
Исходя из вышеизложенноrо, для обеспечения мест-
ной устойчивости элементов балки по Нормам проекти
рования требуется выполнение следующих условий:
1) местная устойчивость сжатоrо пояса сварной бал-
ки обеспечивается выполнением предельных соотноше-
нИй ширины свеса пояса балки Ь о к ero толщине б п в
соответствии с табл. VII.3;
2) местная устойчивость стенки балки проверяется
в зависимости от отношения hо/б ст и напряженноrо со-
стояния:
а) hо/бст 7G / 21/R CT HKa устойчива при любом
напряженном состоянии. Промежуточные ребра жестко
сти не нужны, если наrрузка даже подвижная;
б) hо/бст 80-vm стенка устойчива при любом
напряженном состоянии. Необходимы промежуточные
ребра жесткости только при подвижной наrрузке; ребра
устанавливаются конструктивно на расстоянии одно от
друrоrо не более чем 2,5 ho;
в) hо/бст 1110 V 21/R стенка устойчива при от-
сутствии местНых сжимающих напряжений (О'м==О), Про-
межуточные ребра жесткости устанавливаются KOHCT
руктивно на расстоянии одно от друrоrо не более чем:
Т/ТНР '" 1 ,
(VH .62)
rде т среднее расчетное касательное напряжение Б от-
секе, определяемое по формуле
Q
T== .
h CT Б СТ
(VH.63)
rде Q среднее значение поперечной силы в пределах
отсека; h CT и бет высота и толщина стенки.
Потеря устойчивости стенки от cOBMecTHoro действия
нормальных и касательных напряжений: В сечениях бал-
ки, rде одновременно действуют нормальные и каса-
тельные напряжения, стенка может потерять устойчи-
вость от их cOBMecTHoro воздействия. Устойчивость стен-
ки в этом случае будет обеспечена, если удовлетворяет-
ся соотношение
rде о' и т расчетные нормальные и касательные напря-
жения, определяемые по формулам (УII.60) и (VII.63);
акр и Ткр критические напряжения пластинки, опреде
ляемые по формулам (УII.56) и (VII.61).
Если сосредоточенная наrрузка прикладывается к
балке в местах, не укрепленных ребрами жесткости, то
в стенке возникают местные сжимающие напряжения О'м
[см. формулу (VII.72)], усуrубляющие потерю устойчи-
вости. В этОм случае устойчивость стенки должна про-
веряться по формуле
(VH .65)
2,5h o при hо/б ст ", 100; }
2ho при hо/б ст > 100.
Вообще rоворя, при обеспечении местной устойчиво
сти стенки по формуле (VII.64) и обеспечении общей
устойчивости без введения коэффициента (jJб предедьные
расстояния между ребрами MorYT быть увеличены;
r) в остальных случаях в зависимости от фактиче-
cKoro напряженноrо состояния необходима проверка
местной устойчивости стенки по одной из формул
(УII.59), (VII.62), (УII.64) и (VII.65). Обычно доста-
точно проверить устойчивость стенки в опорном и сред-
нем отсеках балки и в отсеке с из'менением сечения.
д) в составных сварных и клепаных балках над опо-
рами обязательно ставят опорные ребра (рис VII.21).
Промежуточные ребра жесткости ставят при отмечен-
ных выше соотношениях, а также в местах приложения
к верхнему поясу больших сосредоточенных наrрузок.
(VH.66)
1 ( ( о" + о"м ) 2 + ( Т \ 2
",1
О"нр О"м.кр '{кр! '
rде О'м,кр местное критическое напряжение в стенке
балки, определяемое по Нормам проеК'fирования сталь-
ных конструкций (СНиП II-В.3-72).
172
173
ШИРИНlI nромежут<>чпоro ребра жесткости h p
{рис VIl.21, а) должна бытъ Ire менее h CT /30+40 мм, а
толщина не менее 1/15 Ь р для ребер из стали классов
С 38/23 С 46/33 и Не менее 1/12 Ь р I'!3 стали классов
С 52/40 С 85/75.
При отношении hO/{jCT> 160 стенку балки обычно YK
репляют продольными ребрами (рис. VП.21, 6) или и
11
а)
П о 5Ш
t t
А
p-аБQта-л,и бы на И3'Fиб каждый самостоятельно). В. coe
диненRИ поясов со стенкой при работе балки на изrwб
возникают СДВИI"3ющие усилия (рис. VII.22, 6), на KOT
рые еltЮ должно быть рассчитано.
Значение сдвиrающеrо усилия Т на 1 см по Д.l1ине балки
т QSn
lБР ,
'т :т: :r:
11 II
а)
.51
11 :: " " 11 11 "
!! : ij : !! l' : " !\
б)
(УII.67)
Рис. VII.22. К расчету соединения поясов балок со стенкой
[де Q расчетная поперечная сила в рассматриваемом
сечении; ./ бр момент инерции сечения балки (брутто);
Sп статический момент сдвиrающейся части сечения
относительно нейтрально.й оси. Для сварных балок
SП статический момент поясноrо листа; Sп Fпа
(рис. VII.22, в); для клепаных балок SП сумма стати-
чески моментов поясных уrолков и листов при проверке
rоризонтальных заклепок и статический момент пояс-
ных листов при проверке вертикальных заклепок
(рис. VII.22, z).
В сварных балках сдвиrающую силу воспринимают
два уrловых шва, соединяющИх пояс со стенкой. Разде
лив сдвиrающую силу на рабочую площадь этих швов
(на длине 1 см), получим касательные напряжения в
швах, которые не должны быть больше расчетноrо со-
противления уrловых швов срезу RCB y :
't .!.... QSII св
F ш 2f}h ш lбр <: Ry .
Практически удобнее из этой формулы сразу находить
требуемое значение высоты шва
h ш QSп
2f}1 бр R B
t
Рис. VII.21. Расстановка ребер жесткости
о nоnеречно/е ребра; б поперечные и продольные ребра (пунл.-ТIiРО"" пока-
заны дополнительные поперечные короткые ребра)
продольными, и дополнительными короткими ребрами.
Непрерывными MorYT быть как поперечные, так и про
дольные ребра В случае непрерывных продольных pe
бер они MorYT быть включены в сечение балки при pac
чете ее на изrиб. Расчетные формулы проверки местной
устоЙчивости стенки, укрепленной короткими и продоль
нЬ!ми ребрами, приведены в Нормах проектирования.
i 19. КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ СОПРЯЖЕНИЙ
И УЗЛОВ БАЛОК
1 РАСЧЕТ СОЕДИНЕНИЯ поясов СО СТЕНКОИ
СОСТАВНЫХ БАЛОК
Если бы пояса и стенки б.алки не были соединены
Apyr с ApyroM, то при изrибе они сдвинулись бы один
относительно друrО;fО (рис. VII.22, а) (пояс.а и стенка
174
(VII _ 68)
(УII .69)
175
Сварные швы принимаются постоянной высоты по
всей длине балки с учетом конструктивных требований
к сварным соединениям, изложенным в 18.
В клепаных балках сдвиrающее усилие на заклепки
в данном сечении является произведением единичных
(с 1 см длины) усилий, умноженных на расстояние меж-
ду заклепками t (см. рис. VII.22, е). Это суммарное уси-
лие не должно быть больше Toro, которое MorYT выдер-
жать заклепки в данном сечении:
Tt QSп t <: [N)закл
J бр мин ,
rде [N] Л наименьшее допустимое усилие на одну
заклепку по смятию или срезу.
Практически, исходя из р?змер,?в поясных уrолков,:
принимают рекомендуемый ходовои диаметр отверстии
и заклепок, затем определяют наименьшее допустимое
усилие на принятую заклепку по смятию или срезу и на-
ходят наибольший шаr рассчитываемых заклепок:
[NI и Л J бр
t <; QSп
В балках пролетом до 12 м шаr заклепок принимают
обычно постоянным по всей длине балки, в балках боль-
ших пролетов в опорной части, rде действует наиболь-
шая поперечная сила, может быть принят друrой, более
мелкий шаr.
(VII,70)
(VII.71)
2. ПРОВЕРКА ПРОЧНОСТИ БАЛКИ В МЕСТАХ
ПРИЛОЖЕНИЯ СОСРЕДОТОЧЕННЫХ НАrРУзок
При непосредственном опирании на верхний пояс
<>алки друrой балки (рис. УII.23, а), если расчетная Н31
rрузка от верхних балок невелика (P 100 150 кН),
стенку нижней балки можно не укреплять ребром жест-
кости. В этом случае надо проверить местные сжимаю-
щие напряжения О'м в стенке несущей балки по формуле
р р
иM== == <:R,
РУСЛ Zc')CT
rде Fусл==zбст условная площадь рабочей части стенки,
равная произведению условной длины распределения
давления z на толщину стенки бст.
(VII.72)
116
Условная длина распределения давления
z == Ь + 2h 1 , (VII.73)
rде Ь ширина полки поперечной балки; h 1 расстоя-
ние от наружной rрани полки до начала BHYTpeHHero
закруrления стенки, если нижняя балка прокатная, или
толщина BepXHero пояса балки, если НИЖняя балка свар-
ная (рис. УII.23, а),
а)
р
;1
!f ,
р
5)
р
" ::>
т-тттттт
Рис. VII.23. Опирание второстепенных балок на rлавные
а без ребер жесткости (P";;;100 150 кН); б с ребрсми жеСТкости (Р>
i>100 150 кН)
Местную устойчивость стенки таких балок необходимо
проверять с учетом напряжений им по формуле (УIl.65).
Если расчетная наrрузка от верхних балок P;>100
150 кН, то стенку нижней балки под rрузом укрепляют
ребрами жесткости (рис. УII.23, 6). При очень больших
наrрузках (P>300 500 кН) укрепляющие ребра долж-
ны быть проверены на смятие и устойчивость аналоrично
расчету опорных ребер балки, только вместо опорной
реакции А в данном случае принимают сосредоточенное
воздействие силы Р (см. п. 3 настоящеrо параrрафа),
При отсутствии ребер жесткости местные напряже-
ния возникают также и в полках балок, если опорное
давление Р смещено относительно оси стенки.
рис. УII.24, а (опирание разрезных балок, давление кат-
ков на подвесные пути и т. д.). Пояс балки изrибается
вдоль балки на длине с (рис. УII.24, 6), и в нем возника-
ют местные напряжения изrиба 0'1 поперек полки и 0'2
12 950
171
вдоль полки, которые будут иметь наибольшие значе
ния соответственно у края стенки балки 0'1 и на CBO
бодном краю пояса 0'2_ Эти напряжения MorYT быть
определены по формулам:
k 1 P
0"1 ==:1: ; (УН.74)
hi
0"2 == :1: k 2 : ' (УН. 75)
h 1
а) о} 6)
а а 1 11
pl : 61 IP 2.5 1
2.1
. 1.7
I tJ
0.9 f D
о,5о,6Щ0,8 "ь
о)
е
IP
Рис. УII.?4. К определению
местных напряжеиий в полках
балок
а. б схе...ы приложения наерузки
u обозначения; в ерафики I(ОЭф-
фициентое k, u k.
Рис. VII.25. К определению
местных напряжений в стенке
балки от кручения пояса
а BHelieHTpellhoe прuложенuе Ila
zрузки по QТIlОluенuю к оси стенки
балки при одностороннем опирании
балки u при эксцентричном pac'lO
ложенuu краноеоео рельса; б Ha
пряжения Atecrli020 UЗ2иба в стенке
балки
rде kl и k 2 коэффициенты, принимаемые по rрафику
рис. VII. 24, в в зависимости от соотношения ==a/b (см.
рис. VII.24, а); /ZI толщина листа пояса; в случае про
KaTHoro двутавра с уклоном rрани полки h 1 толщина
полки по линии пересечения верхней и нижней rрани
полки со стенкой двутавра при подстановке в формулу
(VII.74) и /ZI средняя толщина полки при подстановке
в формулу (VII.75).
Если передача наrрузки на пояс балки происходит
с эксцентрицитетом относительно стенки бал и,
рис. VII.25,a (одностороннее опирание вспомоrательных
балок, эксцентричное расположение рельса на подкра
178
\
\'
новой балке и т. Д.), ,т-о возникает местный. кру-
тящий момент М кр , под воздействием KOToporo стенка
балки изrибается и в ней возникают напряжения мест-
Horo изrиба О'м.и (рис. VII, 25, 6). Наибольшее значение
этих напряжений по краям стенки можно определить по
формуле
МИР бет а
О"М.'I == :!: 0,75 J ир h eT ' (VH .76)
rде Мир==Ре крутящий момент; h CT и бст высота и
толшина стенки балки; а расстояние между ребрами
Ьпб
жесткости балки; JHp З момент инерции кручения
пояса балки (или пояса и рельса в случае подкрановой
балки) .
Местные напряжения в балках должны учитываться
совместно с напряжениями от общеrо изrиба при про-
верке прочности определением приведенных напряжений
по формулам (11.3.) и' (VII.31).
3. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ОПОРНЫХ ЧАСТЕй БАЛОК
На опоры балок воздействуют большие сосредоточен
ные усилия (опорные реакции), что требует особоrо вни-
мания к их конструированию и расчету.
Опорные части прокатных балок при небольших ве.
личинах опорных реакций А (примерно до 100 кН) MorYT
не укрепляться ребрами (рис. VII.26. а). Стенка балки
в опорном сечении должна быть провер на на устойчи-
вость
А А
O"== == "'R
q>F оп . ч 'Р (Ь+ k) бет .
rде F оп . ч == (Ь+k)б ст рабочая площадь опорной части
стенки; Ь длина части стенки, расположенной на опо-
ре; k расстояние от наружной rрани балки до начала
закруrления стенки (см. рис. VII.26.a); б('т толщина
стенки.
Коэффициент q> принимается по rибкости как для цен.
трально..сжатой стойки высотой h:
1 h
== == .
r 0,3 бет
опорных реакцияк
опоре торцовым
(УН .77)
При больших
укрепляют на
прокатнrJlе балки
опорным ребром
179
12*
(рис. VII.26, 6), которое проверяют расчетом аналоrично
опорным ребрам составных балок.
Опорные части составных балок всеrда следует укреп-
лять ребрами (рис. VII.27). Широко применяется конст-
а}
б) Опорное ре5ро
/t f H'
fJl
.t 1 '=:
,
..
-<>
:::.
:s-:::s
t:I
<;t.}I:::J=-=
4 Щ
Рис. VII.26. Опирание прокатных балок
а без опорных ребер (А<100 кН); б с опорными ребрами (А>100 кН)
руктивное решение опорной части балки с торцовым реб-
ром (рис. VII.27, а, б), достоинством KOToporo является
четкая передача опорной реакции через строrаный торец
опорноrо ребра, а также универсальность, позволяющая
осуществить опирание на балку, на колонну сверху и
сбоку. Реже применяется решение с внутренним опорным
ребром (рис. VII.27, в), так как оно значительно сложнее
в изrотовлении и не обеспечивает центральной передачи
наrрузки на колонну.
В опорной части балки расчетом должны быть прове-
рены: опорные ребра на с.мятие, опорная часть сечения
балки на устойчивость и крепление опорных ребер к
стенке.
Проверка опорных ребер на с.мятие производится по
формуле
А А
асм == == ь б ..;; R CM . Ti
F СМ опр.р ОП.р
rде FCM площадь опорноrо ребра; RCM.T расчетное
сопротивление стали смятию торцовой поверхности,
(VII .78)
180
11.
,
Обычно поступают так: находят требуемую площадь
опорных ребер из условий смятия FTP===A/RcM.T, З lДаются
толщиной опорноrо ребра 6on.p=== 16 20 мм и затем опре
деляют ширину ребра Ьоп.р===Ртр/60П.р. Наименьшая шири-
о)
iiI
I'fDпp
ОронпоНн{[
f/,'0 15NH
"'"
j ffi
Б)
%р
д---л
4",1'
"'"
шнт
...............
tA
tJ
Рис. VII.27. Опорные узлы составных
балок
на ребра ПРFlнимается 180 200 мм; чтобы ребро не поте..
ряло местную устойчивость, ero наибольшая ширина не
должна превышать
Ь оп . р <: зо ... r 21 .
б оп . р У R
181
Выступающая вниз часть торцовоrо ребра должна
быть не более а::;:;; 1,5 б оп . р и обычно принимается 15
20 мм. Иноrда в сварных балках с внутренним опорным
ребром ero торец не пристраrивают к нижнему поясу
(рис, VII.25, в). В этом случае опорная реакция переда
ется через rоризонтальные сварные швы, прикрепляющие
опорное ребро к нижнему поясу, и их необходимо прове
рить на срез от опорной реакции, а площадь опорных
ребер на смятие. При cTporaHOM торце BHYTpeHHero
опорноrо ребра rоризонтальные швы, крепящие ребро к
нижнему поясу, принимаются конструктивно минималь
ной толщины.
Проверка опорной части балки на устойчивость из
плоскости балки производится как центрально сжатоrо
условноrо элемента по формуле
А
a== <e;:R,
fPF оп . ч
rДе F оп . q расчетная часть опорноrо сечения балки, при
нимаемая равной площади опорноrо ребра и части CTeH
ки на длине 15 ее толщин от ребра в обе стороны (F0n.q
заштрихована на рис. VII.27, а, в); qJ коэффициент
ПрОДольноrо изrиба опорной части сечения балки, опре
де.'!яемый по rибкости
Балки на опорах соединяют между собой или с .колон
ной болтами rрубой или нормальной точности (с зазо-
ром), чтобы была возможность плотноrо опирания торца
и болты не работали бы на срез от опорно реакции
(рис. VII.27, а, б). По высоте эти болты желательно pac
а)
!л
т
РIIС. VII.28. Примыкание вспо-
MOraTCJ1bHbIX балок к rлавным
б)
i
'l'А
Листо6izя
нuнлuiJна
Коротыш
иа $I"ОЛlfQ
Рис. VII.29. ЖССТIше сопря-
ЖСНИС балок
>
(VII _ 79)
+
е : 1 15...25"''''
Н
,/ /оп.q
f F оп . q
здесь 1 оп.ч момент инерции опорной части сечения OT
носительно оси стенки (из плоскости балки).
Проверка крепления опорных ребер к стенке балки.
В сварных балках вся опорная реакция передается на
ребро через вертикальные уrловые швы. Здесь необходи
мо убедиться, что для восприятия реакции достаточен
участок швов длиной =S:;;60h ш от низа балки (см. 18).
Подставляя в формулу требуемой высоты уrловоrо шва
А
lш == предельную длину шва lш==п.60 h ш (п
hш R B
число швов), найдем требуемую высоту шва с учетом
этоrо условия:
h
,
"'
rо п . q
h
.,l
опорныti
столин
" 20 JOMM
--'>
1."
{ А
h ш ==
11. 60 flR B '
(VH 80)
полаrать в нижней части сечения (расстояние 01 низа
на I/з 1/2 h), так как при изrибе опорные сеченпя баЛКlI
поворачиваются и болты вверху будут препятствовать
раскрытию зазора. Это же относится и к соединитеJlЬНЫМ
накладкам между балками (рис. VII.27, в)
При опирании вспомоrательных балок на rлавные в
одном уровне их крепление друr к друrу может быть ocy
182
183
ществлено, как это показано на рис. VII.28, а. Вспомоrа
тельные алки крепят к ребру rлавной, причем у вспомо
rательнои балки срезают полки. Передачу опорной реак-
ции вспомоrательной балки при небольшой ее величине
можно uосуществить через болты или через сварной мон-
тажныи шов, которые должны быть рассчитаны на опор-
ную реакцию А. В обоих случаях надо проверить стенку
вспомоrательной балки на срез
А
"t ==р <е;: R cp ,
ср
4, СТЫКИ БАЛОК
(УН.8О
Различают заводские стыки балок, которые выполня-
ют на заводе металлоконструкций, коrда имеющийся в
наличии прокат меньше требуемой длины балки, и мон-
тажные или укрупнительные стыки балок, выполняемые
на месте монтажа при соединении отправочных элемен
тов. Заводские стыки прокатных балок дел.ают, как пра-
вило, сварными, монтажные стыки сварными. болтовы
ми и клепаными.
Есть несколько характерных решений стыков балок.
1. Встык (рис. VII.30) наиболее простой тип стыка,
при меняется для заводских и монтажных соединений
прокатных и составных балок. В случае прямых стыков
полок (рис. VII.30, а, 6) и ,при ручной сварке с обычными
способами контроля качества шва несущая способность
стыка M : меньше, чем OCHoBHoro сечения Ммакс, так как
расчетное СQпротивление cBapHoro шва встык растяже-
св '
нию R p без специальных физических способов контроля
качества шва меньше расчетноrо сопротивления стали R:
rде Рср площадь среза: Fср===hрбст в случае сварно-
ro соединения; F ср === (h p nd) б ст при болтовом со-
единении; n и d число и диаметр болтов. (обозначе
ния см. рис. УII.28, а).
Приведенное на рис. VII.28, а решение конструктивно
весьма простое, однако очень неудобное в изrотовлении:
требуе:-ся ручная автоrенная резка полок и сверление от-
верстии 1\0 входящих уrлах. Поэтому более технолоrич
ными являются решения TaKoro же узла, приведенные на
рис. VII.28, 6, rде к торцу вспомоrательной балки прива-
ривают листовую накладку или коротыш из уrолка,
Несмотря на наличие дополнительных деталей и их
приварку, изrотовление балки в целом оказывается
проще.
Пониженное сопряжение вспомоrательных балок мо-
жет быть законструировано так же, как и в одном
уровне, только балки будут крепиться ниже, или
при помощи опорноrо столика на стенке rлавной балки
(рис. VII.28, в).
Сварные швы, прикрепляющие столик рассчитывают
на срез u от опорной реакции, а болты rрубой или нор-
мальнои точности ставят конструктивно.
Значительно реже применяют решения с жестким за-
щемлением балок на опорах. Пример жесткоrо крепле-
ния вспомоrательных балок к rлавной балке показан на
рис. VII.29. Вертикальная реакция Q передается в дан-
ном случае через столик, а изrибающий момент М че-
рез поясную накладку и rоризонтальный лист опорноrо
столика. Сечения их, а также прикрепляющие балку ro-
ризонтальные швы должны быть проверены на силу
N===M/h.
R CB
M == Ммакс ; ::::; 0,85 МмаllС'
Поэтому такие стыки располаrают там, rде действующий
изrибающий момент меньше максимальноrо момента не
менее чем на 15% (при полном использовании напряже
ний в балке). В составных балках можно стык нижнеrо
пояса выполнить косым (рис. VII.30, 6), и тоrда он будет
равнопрочным с балкой.
Для уменьшения сварочных напряжений в стыках
больших составных балок при меняют специальные KOH
структивные и технолоrические мероприятия. На
рис. VII.30,6 цифрами 1 3 показан порядок наложения
сварных швов в таком стыке. Сначала сваривают CTЫKO
вые швы 1 стенки и затем поясов 2, имеющие наиболь-
шую поперечную усадку.
Оставленные незаваренными на заводе участки пояс-
ных швов длиной примерно по 500 мм дают возможность
несколько вытянуться поясным листам при усадке швов
2 (в противном случае в этих швах MorYT появиться Tpe
щины). Последними заваривают уrловые швы 3, имеЮ-
щие незначительную продольную усадку.
184
185
2. ВСТЫК с усилением полок накладками (рис.
VII.31, а). Применяется для ПРОК8ТНЫХ и составных ба-
лок. Накладки позволяют получить равнопрочный стык
при прямых швах в поясах. Расчетный момент стыка
воспринимается швами встык и накладками
М==W В+Nиh.
rДе W момент сопротивления сечения балки: N п уси-
лие в накладке; h высота балки.
а) .
+=== t f
1[]J
I
,l t
3. При помощи накладок (рис. VII.31, 6). Достоинст
вом TaKoro стыка является простота выполнения (не тре-
буется ТLЦательной подrонки торцов балки и разделки
кромок при толстых листах), однако применять ero pe
комендуется только прн статических наrрузках из за
большой концентрации напряжений.
а)
б)
N H
'\
M=NHh
/
б}
500l>41>4 "'5001>41>4
r=r 2 t
iJ iJ
.>
N H
N H
1
r1:' '+ ::H
""''''111 "1
EE::SE::E
J J
2
Е:3Е3
8) fW,:==- == j#+
Рис. УII.31. Стыки балок с накладками
а встЬ/к с накладками; б при помощи накладок
ИзrибаюLЦИЙ момент М в этом стыке можно передать
через поясные накладки, а поперечную силу Q через
двусторонние накладки на стенке. Исходя из этоrо нахо-
дим усилие в накладке и ее требуемую ПЛОLЦадь:
м N п
N == и ртр ==
п h н R.
Рис. УII.30. Соеднненне балок встык
а nрокатнЬ/х; б составных (1, 2, 3 последовательность наложения свао.
ных швов); в КОСОй (равноnрочный) СТЫК нижнеео пояса
м WR':,B
Nп == р
h
Уrловые швы, прикреПЛЯЮLЦие накладку к поясу, рас-
считывают на усилие N п .
Сечение накладки на стенках принимается конструк-
тивно; ТОЛLЦина ее примерно равна ТОЛLЦине стенки ба.'1-
ки, ширина 150 200 мм. При большой поперечной
силе Q надо проверить на срез швы, прикреПЛЯЮLЦие Ha
кладки к стенке.
4. Болтовые и клепаные стыки балок применяют боль
шей частью для составных сварных и клепаных балок на
монтаже. Широкое распространение получили монтаж-
ные стыки на высокопрочных болтах. На рис. VII.32 по-
казана конструкция болтовоrо (или клепаноrо, конструк-
ция и методика расчета их одинакова) монтажноro сты-
ка сварной балки. ИзrибаюLЦИЙ момент М в таком стыке
187
Отсюда можно определить расчетное усилие в на-
кладке
(УII .82)
и требуемую ПЛОLЦ8ДЬ накладки
рТР N п
и R .
(VН.8З)
Уrловые швы, креПЯLЦие накладку (по каждую сторо-
ну стыка)! должны быть рассчитаны на усилие в наклад-
ке N п .
186
передается через поясные накладки и накладки стенки,
поперечная сила Q через накладки стенки.
Изrибающий момент балки М воспринимается частич
но поясами, частично стенкой:
М==Мп+М ст . (VIl.84)
rде М П доля изrибающеrо момента, приходящеrося на
пояса; М ст то же, на стенку.
at
a
N H
)м
01:;
т
N H
РИС VII.32. К расчету болтовоrо (клепаноrо) стыка ба.'IOК
Распределение моментов между поясами и стенкой
происходит пропорционально их моментам инерции, по-
этому части момента, приходящиеся на стенку и пояса,
будут соответственно равны:
[СТ
М СТ == М 1;;; М П == М MCT'
rде I ст и Iб моменты инерции стенки и всей балки.
Расчет поясных накладок Поясные накладки рассчи-
тывают на часть изrибающе.rо момента, приходящеrося
на пояса Ми. Усилие в поясных накладках N п (см. рис.
VII.32) и требуемая площадь накладки нетто определя-
ют по формулам:
Ми N п
N п == h; F п == R . (УН .85)
Крепление накладок к поясам осуществляется на силу
N и (по обе стороны от оси стыка); необходимое число
болтов (или заклепок):
N п
п
j
[NJМИIl
(УII.86)
188
J'
rде [N] мин наименьшее усилие по срезу или смятиЮ
болта (заклепки) или усилие, воспринимаемое одним
высокопрочным болтом.
Расчет поясных накладок можно также выполнить
исходя из принципа равнопрочности. Площадь поясной
накладки Р Н принимается равной площади пояса. Усилие
в накладке N п определяется исходя из предположения
полноrо использования ее площади в раБО"'re----1Iа сжатие
или растяжение: NH==F:TR, и по этому усилию определя-
ется необходимое число болтов или заклепок для креп
ления накладки.
Расчет накладки на стенке. Накладки на стенке pac
считывают на часть изrибающеrо момента, приходящеrося
на стенку М СТ и H всю поперечную силу Q. В COOTBeTCT
вии с rипотезой плоских сечений rоризонтальные усилия
в болтах (или заклепках) N i от изrибающеrо момента
возрастают от нейтральной оси по линейному закону
(см. рис. VII.32). Sнешний изrибающий момент М СТ
должен быть воспринят суммой внутренних пар от уси
лий в болтах,
М СТ == т }:,NlIl == т (N 1 1 1 --j--- N 2 / 2 +.. .), (УII.87)
rде т число вертикальных рядов (или заклепок) на
накладке по одну сторону стыка; N i и li соответственно
усилия в болтах и ра стояния между ними.
Все усилия в болтах можно выразить через максималь-
ное усилие N МаИС :
12 12
N 1 == N маис ; N 2 == N 1 == N маис ;
li I макс
13
Nз==Nманс ... И т. д.,
I манс
тоrда
( 12 12 )
Мст==т NMaHc/MaHc+NMaHC 1 2 +NMaHC 1 3 +... ,
манс манс
== mN Mallc (ti + ' + I +...),
I манс
откуда наибольшее усилие в крайнем болте от изrибающе-
ro момента стенки
N М СТ I манс
манс 2'
т li
(УН .88)
189
В этих же болтах (ИJI1f заклепках) возникают вертика,JIЬ'
мые усилия от поперечноЙ СШIЫ Q, которая распределяет-
ся равномерно между всеми болтами накладки,
п
(УII .89\
ки. Толщину накладки принимают на 2 4 мм меньше,
чем толщина стенки балки, но не менее 6 8 мм.
На рис. VII.33 приведена конструкция монтажноrо
стыка клепаной балки с двумя rоризонтальными поясны-
ми листами. Рабочие элементы по сечению стыка зашт-
рихованы на разрезе 1 1 (см. рис. VII.33). Поясные ли-
сты перекрывают накладкой и рабочей прокладкой, по-
ясные уrолки уrолковыми накладками.. стенку
накладками на стенке. Накладки на стенке заводят под
уrолковую накладку, поэтому их толщину принимаю
равной толщине пера поясноrо уrолка. Между накладкои
стенки и поясным уrолком ставят конструктивную про-
кладку также по толщине, равной толщине пера поясноrо
уrолка. Площадь .нетто поясноЙ накладки и рабочих про-
кладок должна быть не менее площади нетто поясных
листов. Число заклепок, прикрепляющих поясную Ha
кладку и рабочую прокладку с одной стороны стыка,
должно быть таким, чтобы полностью воспринималось
все усилие, возникающее в накладке и прокладке при
полном использовании в 'них напряжений (r': T +2F ) R.
То же самое относится и к уrолковым накладкам, при-
чем рабочими заклепками являЮтся только заКJJепки,
общие для поясных уrолков и уrолковых наК.1адок.
Q
rде 11 число бо.ПОВ В наК.lJадке по одну сторону стыка.
Накладка
А
I
"Рас, 1я про/(ладка,_
A A
1
==::J
Рис. УII.33. КОНСТРУКЦИЯ стыка кдспаноЙ балки
s
Равнодействующее усилие, приходящееся на uдин
краЙн ий болт (и ли заК.1]епк),
I '.2 2 / ( Мп/ raRG ) 2 I Q ) 2, r
V N MaKc + V = l/l'Ij\ПIII' (\II.9n)
т /i \ п
Накладки стенки БО.тIтовоrо (или клепаноrо) стыка
сначала конструируют (принимается диаметр БОJJТОВ, их
вертикальный и rоризонтальный шаr, назначаются раз-
меры накладки), а потом определяют расчетом наиболь-
шее усилие S в краЙнем болте, которое не должно пре-
восходить наименьшеrо допустимоrо усилия на один болт
(или заклепку) по УСЛОВИЯ1\r среза iIЛИ смятия [N]l\ШН'
Если это условие не удов.'1етворяется, то уве.1ичиваЮl
диаметр И.1]И число болтов.
Для стыков балок можно применить болты повышен-
ноЙ точности или высокопрочные; болты rрубоЙ и нор-
мальной точности дают деформативное соединение. Чис-
ло вертикальных рядов по одн) сторону стыка принима-
ЮТ не менее двух. Шаr между вертикальными рядами
следует брать минимальным. чтобы не увеличивать раз-
меры стыка. Шаr между rоризонтальными рядами прини
мают увеличенным Желате.1]ЬНО, чтобы он был кратным
основному шаrу болтов или заклепок, принятому для баk
r n а в а УIII
КОЛОННЫ
Ню
Колонны представляют собоЙ вертикально располо-
женные стержневые элементы, по которым наrрузка от
вышележащих конструкций передается на фундаменты
В них различают: верхнюю часть оеоловок, на которыЙ
опираются вышележащие конструкции; стержень ос-
новную часть колонны, передающую наrрузку сверху
ВНИз, и базу (башмак) нижнюю часть колонны, пере-
дающую наrрузку от стержня на Фундамент (рис.
VIII.1, а).
Если KOJlOHHa работает на вuсприятие наrрузки от од-
ной продольной силы, приложенной по центру тяжести
сечения, то она называется центрально-сжатой. Если про-
дольная сила не совпадает с центром тяжести сечения
191
или к стержню приложены какие либо поперечные на-
rрузки, то кроме сжати возникает изrиб, и колонна на-
зывается внецентренно жатой.
Стержни колонн бывают nОСТОЯНН020, nеремеНН020
или ступенчаТ020 сечения по высоте. Сечение стержня
колонны может быть сплошным или сквозным (решетча
тым), состоящим из отдельных ветвей, соединенных рас-
косами или планками.
30. ЦЕНТРАЛЬНО.СЖА ТЫЕ КОЛОННЫ
Сплошные и сквозные колонны со стержнем постоян
Horo сечения наиболее распространены при центральном
сжатии. Сплошные колонны применяют при больших Ha
rрузках и небольших высотах, сквозные, наоборот,
при меньших наrрузках и больших выс().тах.
1. СПЛОШНЫЕ КОЛОННЫ
Типы сечений, широко при меняемые для сплошных
колонн, показаны на рис. VIII.l. Наиболее простая ко-
лонна получается из одноrо прокатноrо двутавра
(рис. VIII.l, 6); однако вследствие относительно неболь-
шой боковой жесткости такая колонна рациональна в тех
случаях, коrда в плоскости меньшей жесткости есть
дополнительные раскрепления (связи). Наиболее распро-
странены составные двутавровые сечения (рис. VIII.l, в),
они }кестки в обоих направлениях и достаточно просты
в изrотовлении. По затрате металла наиболее экономичны
колонны трубчатоrо сечения (рис. VIII.l, 2), однако из-за
недостатка труб они применяются пока мало.
В ближаЙшие [оды широкое применение найдут ко-
лонны из широкополочных двутавров, выпуск которых
налажен на НТМ3. Это сечение обладает достаточно вы-
СОкой жесткостью как в плоскости, так и из плоскости
стенки и является весьма экономичным. Друrие сечения
(рис. VIII.l, д) применяются сравнительно редко.
Прочность и общая устойчивость сплошной колонны
проверяются по формулам:
N
а== <Rиа== <R,
Рит CJ!мииРБР
rде N расчетная продольная сила; F ит и Fбр пло-
щадь сечения стержня нетто и брутто; Ipмив КОЭФФИЦИ-
"1:-. ЧIG'
N
-1
(УIII . 1)
192
ент продольноrо изrиба, взятый по большей из rибкостей:
Лх==lх/rх или Лу===.lу/r у (rде lх, lу и r x , ry COOTBeTcTBeHHo
расчетные длины и радиусы инерции сечения для осей
X x и y y),
A A
б)
б)
I}====={J
н H'jo
а)
Н.О о+
AL
..iA
Cтep eHb
6а34
7-'
Рис. VIII.I. Сплошные колонны
а общий вид; б д тunы сечений
ТАБЛИЦА VПI.l. КОЭФФИЦИЕНТЫ РАСЧЕТНОИ ДЛИНЫ
J,t для СТЕРЖНЕИ постоянноrо СЕЧЕНИЯ
f)
:1 [j t 1
Схема закре- 11 11 11
плеНIIЯ КОН-
цОВ стержня I .....
I
4j
Коэффициент 1 0,7 0,5 1 2
расчетной
длины fA.
При м е ч а н и е. Расчетная длина стержня 1 р определяется умножением
коэффициента расчетной длины J,t на теометрическую длину 1 (lp J,tl).
l'
\
При определении расчетных длин колонн lх и lу сле
дует учитывать условия закрепления ее концов Наибо-
лее часто применяемые коэффициенты расчетных длин
для колонн постоянноrо сечения приведены в табл.
VIII.1.
I
..,
13 950
193
Проверка прочности нужна при расчете клепаных ce
чений или сечений, ослабленных какими либо отверстия
ми. Сплошные сварные сечения проверяют только на
устойчивость по втЬрой формуле (VIII.l).
Необходимо также, чтобы наибольшая rибкость ко-
лонны не превосходил а предельную л;;;:::: [л], равную для
8) g
y
.f
'с;:)
s::
Если стержень колонны имеет недона ряж ение, то
-::;P. 1(;:.-. 1 Я:р
значения Ь о /6 п m-оrут быть увеличены в .. раз (R
расчетное сопрuтивление ста.1И, a===N/F реальное oce
вое напряжение), но не более чем на 25%.
естная устойчивость стенки двутавровдео сечения
также зависит от rибкости стержня и будет обеспечена
при условии, если
h CT 40 ! 21 + 0 4л
,,<е;: Я "
"СТ '
rде R расчетное сопротивление Сfали, кН/см 2 .
В швеллерных и коробчатых сечениях вследствие
меньшей степени защемления стенки это предельное OT
ношение несколько меньше:
h (21
..Е!<е;:4'О 1/ +0.2л.
. 6 ст f R
В обоих случаях это отнuшение не должно быть бо.1ее 75.
Если стержень колонны не1l0напряжен, то пр еде льное
fRIp
отношение IlcT/fJ CT -может быть увеличено в у раз,
однако и в этом случае оно должно быть не более 90.
Если 'предельное отношение hст/б ст не может быть
выдержано, то стенку колонны можно укрепить продоль
ными ребрами. В этом случае предельное отношение
Ilст/б ст может быть увеличено в f3 раз в зависимости от
значения у===l/hстб (rде 1 момент инерции сечения
ребра'). Значения f3 и у приведены в табл. VIII.3.
ТАБЛИЦА VIlI.3. ЗНАЧЕНИЯ К-ОЭФФИЦИЕНТА /:1
(VIII .2)
а)
!J
Ь)
g
tY cт
. J(
-t::-li:::
5 ст
J(
х
J(
' '<:)
s::
Ор
Рис. VIII.2. Сечение сплошной колонны двутавровоrо сечения
а обозначение размеров; 6 ребvа жесткости; в снеучитываемой расче.
ТОМ (неустойчивой) стенкой
(VIII.3)
основных колонн 120 и для второстепенных 150 (см. прил.
1 табл. 6). .
Элементы сечения' колонны (полки, свесы, стенка)
должны быть скомпонованы так, чтобы у них была обес-
печена местная устойчивость.
естная устойчивость полок двутавров020 сечения
(рис. VIII.2, а), широко распространенноrо для колонн,
зависит от класса стали, rибкости стержня (так как с уве-
личением rибкости реальные напряжения в элементе
уменьшаются) и будет обеспечена, если отношение свеса
пояса Ь О к ero толщине б п не будет превосходить величин,
приведенных в табл. VIII.2.
ТАБЛИЦА VIII.2. ПРЕДЕЛЬНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ Ьolб п
ДЛЯ ПОЛОК ДВУТАВРОВ
l'
о
2
4
6
rибкость "
fJ
1,4
1,6
1,8
2
Класс стали
25
50
75
100
125
с 38/23 14 16 18,5 2'0,5 23
С 44/29, С 46/33 12 15 18 2'0 22
С 52/4'0 1'0 14 17 18,5 19,5
С 6'0/45 9,5 13,5 16,5 17,5 18,5
С 7'0/6'0 9 12,5 15,5 16,5 17,5
С 85/75 8,5 11,5 14 15 16
Продольное ребро вводится в расчетное сечение ко-
лонны, рис. VIII.2, б. .
Продольные ребра существенно увеличивают трудо-
емкость изrотовления колонны, поэтому, чтобы их не CTa
вить, неустойчивую часть стенки можно считать выклю-
чившейся из работы и в расчетном сечении стержня
194
13*
195
колонны считать только полки и крайние участки стенки
шириной nб ст с каждой стороны, рис. VIII.2, В. В зависи
мости от класса стали коэффициент n принимается по
табл. VIII.4.
ТАБЛИЦА VIlI.4. ЗНАЧЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА п
I С 38/23\ : '/ С 52/40 I С БО/45 1 с 70/БО I С 85/75
I 15 I 14 I 13 112,5 I 12 I 11
rде О:х И 0:" козффициенты по табл. VIII.5. Подставляя в форму-
.ру определения rибкости л l/r значенне предельной rибкости и
приблнженное выражение радиусов инерции, найдем наименьшие
rабариты сечения, при которых их rибкость не будет больше пре-
дельной:
n
h....... lx ....... ly
о;;:::;- О:х Щ И Ь о;;:::;- О:у [л) . (VIII .б)
ТАБЛИЦА VIII.5. ПРИБЛИЖЕННЫЕ ЗНАЧЕНИЯ РАДИУСОВ ИНЕРЦИИ
СПЛОШНЫХ СЕЧЕНИЯ
(rx O:xh и Ту==О:уЬ)
I(ласс
стали
Рассчитывают такие стержни как сплошные, только
rеометрические характеристики (Р, 1, W, r и т. д.) опре
деляют для расчетноrо сечения (заштрихованная часть
сечения на рис. VIII.2 в),
h CT 320
При >- (R, кН/см 2 ) необходимо ставить по
6 ст V R
перечные ребра не реже чем через 3h cT и не менее двух
на одном отправочном элементе (за исключением CTaH
дартных сварных двутавров специализированноrо произ-
водства). Эти ребра связывают сечение в единое целое и
увеличивают жесткость стержня против скручивания.
Размеры поперечных ребер жесткости принимаются Ta
кими же, как и в балках (рис. VIII.2. 6):
h
Ь р + 40 мм;
30
Сечение L:t 1 Ж' bli ф]
.1'1 J
!/ h=6=d
О:х
0,42
0,32
0,32
0,33
ау
0,24
0,49
6,58
0,33
толщина ребра из стали до класса С 46/33 bp/15, для
более пр очных сталей Ь р /12.
Практически сечения стержней сплошных колонн подбирают
следующим образом:
1. Определяют ориентировочно требуемую площадь сечении
см 2 , для чеrо задаются приближенным значением козффициента
продольноrо изrиба cp O,7 ... 0,9:
N N
Р тр == == О 9 ) R '
q>R (0.7...,
(УIII .4)
Обычно колонны проектируют с rибкостью л БО... 80 (меньше
предельной).. позтому при определении rенеральных размеров сече-
ния по формулам (VIII.б) BM CTO [л] подст вляют значения б 80.
3. Имея требуемую площадь и высоту сечения колонны, с уче-
том сортамента стали, компонуют сечение стержня колонны. В
сварном двутавре (рис. VIII.2, а) толщину стенки принимают обыч.
но 6ст б... 14 мм, а толщину поясов 6" 8. ..40 мм (сечение зко-
номичнее, коrда больше метаЛJJa сосредоточено в поясах, поэтому
стенка должна быть как можно тоньше). Ширину пояса обычно не
деЛaJОТ больше высоты сечения hпо:;;;.h. Компонуя сечения поясов и
стенки, для обеспеч ния их местной устойчивости необходимо BЫ
держать соотношения, приведенные в табл. VIII.2 и в формулах
(УIII.2) и (VIII.3)
4. Вычисляют rеометрические характеристики сечениЯ колонны
и проверяют ее прочность, устойчивость и rибкость. Если сечение
оказалось по какнм либо показателям неудовлетворительным, то
ero теперь леrко подкорректировать.
rx==axh и ту==ауЬ.
(VlII 5)
2. сКВОЗНЫЕ КОЛОННЫ
Типы сечений стержней сквозных колонн приведены
на рис. VIII.3, rде показано также соединение ветвей,
которое может быть выполнено при помощи раскосов (pe
шетки) ИЛИ планок. Соединение ветвей колонны раскоса-
ми придает стержню большую жесткость, поэтому таки-е
колонны применяют при значительных наrрузках, а так-
rде N расчетное усилие в колонне, кН; R расчетное с против'
ление металла, из KOToporo проектируется колонна, кН/см.
2. Определяют ориентировочно высоту сечения колонны h, кото-
рая не должна быть менее 1/15 1/20 высоты колонны. fенеральные
размеры сечения h и Ь можно также находить исходя из предель-
ной rибкости. Радиусы инерции сечения приближенно определяют
по формулам:
196
197
же при возможных незначительных отклонениях про
дольной силы (не учитывае.мых расчетом) с оси стержня.
Прочность стержня сквозной колонны, если ее ветви
ослаблены какими либо отверстиями (например, при
:креплении раскосов или планок заклепками или болта-
ми), проверяют по формуле
N
(J== <R,
F ит
rДе Fбр площадь сечения ветв-ей брутто; (jJx коэффи-
циент продольноrо изrиба, взятый для rибкости
lх
).,x==
' х
(VIII , 7)
(rде lх и 'х расчетная длина и радиус инерции сечения
относительно мат-ериальной оси x x).
Относительно свободной оси y y ветви OHHЫ не
имеют сплошноrо соединения, а соединены в отдельных
местах раскосами или планками, поэтому жесткость
колонны в этом направлении понижена. Это учитывает
rде N расчетная продольная сила; F ит площадь нет-.
то ветвей колонны.
ь ь ь I ь
f !J 1 r !J r fj t =t
! , '11 . 'lI1
r;r +.1: II+} I , f .t
l1. t. I .+ Ijh.J1
!J Раскосы!} !J Планки 1y
, ",
I
о}
Рис. VIII.4. К расчету стержн сквозной кол?нны
а двукветвевое сечение; б четырехветвевое сечение
ся вычислением приведенной 2и6кости стержня Лпр, за-
висящей от конструкции соединения ветвей, и устойчи-
вость стержня колонны относительно свободной оси про
веряется по формуле
Рис VIII.3. Типы сечений и соедннение ветвей сквозных колонн
Стержень колонны должен быть также проверен на
устойчивость. Если сечение стержня состоит из двух вет-
вей (рис. VIII.4, а), то ось, пересекающая ветви, называ-
ется материальной, а ось, пересекающая раскосы или
планки, свободной. В сечении, состоящем из четырех
ветвей (рис, VIII.4, 6), обе оси свободные.
Проверка устойчивости стержня относительно мате-
риальной осп x x ничем не отличается от проверки ус-
тойчивости сплошноrо центрально сжатоrо стержня н
производится по формуле
N
(1== ....R;
Ч'" Fпр
198
N
a== <:R.
Ч'У FБР
rде (jJy коэффициент продол-ьноrо изrиба для своБОk
ной оси y y (рис. VIII.4, а) или для обеих осей (рис.
VIII.4, 6), взятый по приведенной rибкости.
Для сечений с одной свободной осью (рис, VIII.4. а>.
приведенную rибкость определяют по формулам:
при соединении ветвей раскосами
(VIII.9)
(УlII.8)
V 2 FБР
пр == Ау +k. Т;
Р.
(VШ .10)
199
при соединении ветвей пл анками
Л ПР == -( лz + л;, .
Для сечения с двумя свободными
VIII.4, 6):
при соединении ветвей раскосами
(VIII 11)
осями (рис.
1 ') FБР FБР
Л пр = / Л + k j т----- + k 2 р:
Р, Р.
при соединении ветвей планкаJrtU
Л ПР == ]; r Л + .;, + Л;. (VIII.13)
Здесь ').y==ly/ry rибкость стержня КО.10ННЫ относи
тельно свободной оси, вычисленная для расчетной дли
ны Bcero стержня (с учетом условий опирания в этой
плоскости, см. табл. VIII.I, и радиуса инерции по фор-
муле (у== 11 ly/F) .
Момент инерции здесь вычисляется как для сплошно-
[о сечения [у==2 (/0+Р в а 2 ) . для двухветвевоrо сечения
и [у==4 (/o+FBai) для четырехветвевоrо сечения [lo
собственный момент инерции сечения одной ветви отно-
сительно оси 1 1, проходящей через центр тяжести BeT
ви; F B площадь одной ветви и а расстояние от ОСI1
центра тяжести ветви до свободной оси (рис. VIII.4) 1;
F P площадь сечения брутто Bcero стержня; F р, и F Р.
площади сечения раскосов, лежащих в плоскостях, COOT
ветственно перпендикулярных осям 1 1 и 2 2; k 1 и k2
коэффициенты, зависящие от уrла наклона решетки а
(рис. VIII.3) в плоскостях, соответственно перпендику-
лярных осям 1 l и 2 2; а==300, k==45; а==40 0 , k==31;
а==45--7-60, k==27;
(VIII . 12)
1'0,
10
. .l И Л
r в,
о,
== l в ,
r B ,
rибкость отдельной ветви колонны относительно соб-
ственноЙ ОСII 1 l и 2 2 (рис. VIII.4). Расчетная длина
ветви lв для колонн С раскосами принпмается равноЙ
расстоянию между узлами решетки, а для колонн с
планкаМI1 расстоянию между планками (рис. VIII.3).
Сквозная колонна может потерять несущую способ-
ность не только от потери устойчивости стержня в целом,
но и от потери устойчивости отдельной ветви на участке
200
I
между узлами крепления раскосов или планок. Устойчи
Вость ветви проверяется по формуле
N B
а == ЧJвР в <- R, (VIII 14)
[де Nв==N/2 усилие в одной ветви (для колонны с дву-
мя одинаковыми ветвями); р в площадь сечения одной
Ветви; (jJB коэффициент продольноrо изrиба ветви, взя-
тый по rибкости Ав для сечения с двумя ветвями или
большей из rибкостей АВ и },в. для сечения с четырьмя
ветвями.
Устойчивость ветви проверяется только относительно
оси, параллельной свободной оси сечения КОЛОНН I; ус-
ТОйчивость ветви относительно материальной оси x x
обеспечивается проверкой устойчивости Bcero стержня
по формуле (VIII.9),
ДЛЯ обеспечения необходимой жесткости стержня в
сквозных колоннах с планками rибкость ветвей на участ-
ке между планками не должна превышать 40. Наиболь-
шая rибкость Bcero стержня (в том числе и приведенная)
не должна быть больше предельной для сжатых IЮЛОНН
(табл. 6 прил. 1).
Обычно сечения стержней сквозных колонн подбирают в сле-
дующем порядке:
1. За.l!аются приближенным значением коэффициента продоль-
Horo изrиба fjJ и опреде.лЯЮ1. ОРИСН7ИРОВОЧНQ требуемую площадь се-
чения ветвей по форму.ле (\TIII.4):
N
Р тр == .
(0,7.. .0,9) R
2. Так же, как и для спЛОШных колонн, исходя из предельной
rибкости [л] и расчетных длин колонны в обеих плоскостях мож-
но опреде.лить наименьшие rенеральные размеры сечения h и 'ь, при
которых rибкость стержня не будет больше предельной [формулы
(УIlI.6)] :
h ь .....
[ ' и .
ах ",] ау [л]
Коэффициенты ах и а" для наиболее распространенных сквоз-
ных сечений ир.иведены в таб.rr. VIII.6 Ко.лонны редко проектиру'
ют с предельнои rибкостью, поэтому при опреде.rrении rенеральных
размеров сечений Ь н h вместо [л] подставляют значение rибкости
л==60 80. Рациона.льный разнос ветвей получается, KorJla rибкость
колонны в обоих направлениях примерно одинакова:
лх==лпр (равноустойчивый стержень): для этоrо размер Ь должен
l у а х
быть больше 1,3 /1 (rде 1" и 1" расчетные длины стержня
-. J!Xy
колонны).
201
ТАБЛИцА VIII.6. ПРИБЛИЖЕННЫЕ ЗНАЧЕНИЯ РАДИ:VСОВ ИНЕРЦИИ
сквозных СЕЧЕНИИ (rx ах" \1 ry ауЬ)
Сечение
J'T () {Е
pl;T <,
{ }]
'
ТАБЛИЦА VIII.7. УСЛОВНАЯ ПОПЕРЕЧНАЯ СИЛА Ql'СЛ IIН
:: I С 38/23/ С 44/29/ '/ С 60/451 С 70/60 I С 85175
Ql'СЛ / 0,2Р / О.3Р / О.4Р / О,5Р I О,6Р I О,7Р
ах
0,41
0,38
0,33
0,43
силы) зависит от rеометрических размеров сечения. Так
как поперечная сила возникает при условии продольноrо
изrиба, то и называется она условной; по нормам ее Be
личину определяют в зависимости от площади сечения
стержня колонны и класса стали (табл. VIII.7).
Здесь F площадь сечения стержня колонны брутто,
см 2 .
На действие условной I]оперечной силы Qусл должны
проверяться раскосы и рассчитываться соединительные
планки сквозных колонн.
Раскосы, соединяющие ветви колонн, первоначально
подбирают по предельной .rибкости [л] === 150, а затем
проверяют на устойчивость. При действии на стержень
условной поперечной силы в каждом раскосе возникает
продольное усилие (рис. VIII.5)
N Qусл
р 2 sin а ' (УIII .15)
rде N p усилие в одном раскосе; 2 две rрани, на ко-
торых имеются раскосы.
Напряжение в раскосе
N p
а == ...,: пzR, (VIII.16)
rpF p
rде QJ коэффициент продольноrо изrиба, определенный
по rибкости л===lр/rмин; Рр площадь сечения одноrо pac
коса; т===0,75 коэффициент условий работы сжатых
элементов из одиночных равнопЬлочных уrолков, при
крепляемых одной полкой, или неравнополочных уrол
ков, прикрепляемых только узкой полкой (табл. 2
прил. 1).
Иноrда оказывается, что подобранные из условий пре
дельной rибкости сечения раскосов не проходят по ус-
тойчивости и ИХ приходится несколько увеличивать
(в мощных колоннах).
Если решетка колонны кроме раскосов имеет стойки,
то в них не возникают усилия от действия условной по-
перечной силы Bcero стержня,
ау
0,52
0,44
0.6
0,43
3. Имея требуемую площадь и rабариты .сечения с учетом сор-
тамента стали, намечают сечение стержня колонны.
4. Определяют длииу ветвей между раскосами или планками.
В колоннах с раскосами расстояние между узлами решетки опре-
деляют ее видом (уrлом наклона раскосов) (см. рис. VIlI.З); в ко.
поннах с планками rибкос.ь ветви HP должна быть более 40, поэ-
тому ее длину находят из соотношения ln 40r 8, (rде r в, радиус
инерции петви относительно оси. паралле.%ной свободной оси сече-
ния колонны).
5. Далее определяют rеометрические характеристики ветвей
колонны и Bcero сечения и производят проверку прочности стержня
(если это необходимо) по формуле (VIII.7), устойчивости стержня
в обеих плоскостях по формулам (VIII.8) и (VIII.9), устойчивости
веТВII по формуле (VIII.14) и сравиивают наибольшую rибкость
стержия с пределыlй..
При определении приведенноЙ rибкости колоины с раскосами
по формулам (VIII.IO) и (VIII.12) необходимо установить
площадь сечения этих раскосов. Так как усилия в ник
незначительны, то их сечение предварительно назначают исходя из
предельной rибкости для элементов решетки колоии (см. табл, 6
прил 1), равной [л] == 150. ТребуемыЙ минимальный радиус инерцни
равнобокоrо уroлка раскоса (относительно оси Yo Yo) иаходят по
формуле r ==lр/[Л] == lpfl 50 (lp длина раскоса) и затем по сор-
таменту выбирают необходимыЙ уrолок.
Расчет и конструирование раскосов и соединительных
планок. В прямом центрально-сжатом стержне усилий в
раскосах или планках от действия внешней наrрузки не
возникает. В предельном состоянии, коrда продольная
сила достиrает критическоrо значения, стержень может
искривиться, в нем возникнет изrибающий момент М ==
===Ny (у величина стрелки проrиба) и, как следствие
этоrо, поперечная сила. Величина критической про-
дольной силы (и, следовательно, момента и поперечной
202
203
rде Qycn условная поперечная сила стержня кольнны
1 расстояние между осями планок с расстояние Me
жду центрами тяжести ветвей.
Толщина планки принимается б пп ===6...12 мм, высо-
та d пп === (0,5...0,7) Ь, кроме Toro, чтобы планки не вы-
пучивались, должны быть выдер-
жаны соотношения dШl/БШl 30 и
Ьпп/Б Ш1 50.
Проверка швов, прикрепляю-
щих каждый конец планки к ветвям
колонны (рис. VIlI.6, в), произво-
дится на равнодействующее напря-
жение от изrиба (Jш И среза 't"ш план-
ки по формуле
Стойки ставят для уменьшения длины одной ветви ко-
JIОННЫ между узлами раскосов. Поэтому в стойке может
быть только усилие от условной поперечной силы Q сл,
зависящее от площади одной ветви (см. табл, VIII.7),
Усилие в одном уrолке стойки
Q СЛ
N СТ == 2"""'" '
(VIII . 17)
и напряжения в нем
N CT
o== <тR,
rp Р СТ
rде CJ! коэффициент ПрОДОЛьноrо изrиба стойки, взятый
по rибкости 'Л===lст/rмин; Р ст площадь сечения одноrо
уrолка стойки т === О, 75 коэффициент условий работы
сжатых элементов из одиночных уrолков, прикрепляемых
одной полкой.
Крепление одиночных раскосов и стоек должно рас-
считываться также на усилие N p или N ст, но С коэффи
циентом условий работы т===l. В леrких клепаных ко-
JIоннах допускается прикрепление элементов раскосной
решетки одним болтом или заклепкой. Чтобы при крепить
раскосы к ветвям без фасонок, разрешается центриро-
вать решетку на rpaHb сечения или даже на точку, нахо-
дящуюся вне сечения. Минимальное сечение элементов
решетки сварных колонн принимают из равнополочных
уrолков 45Х 4, в клепаных колоннах наименьшее сечение
уrолка определяется выбранным диаметром заклепок.
Планки сквозных колоин рассчитывают на изrиб и
срез, возникающие в них от действия условной попереч-
ной силы. Ветви с планками образуют систему одинако-
вых жестких рамок, наrруженных силами QYCJl (рис.
VIII.6, а). В силу симметрии деформации нулевые точки
изrибающих моментов будут расположены посередине
элементов рамки. Из условия равновесия элементов рам-
ки (рис_ VIII.6, б) определяется перерезывающая сила
одной планки
(VIII . 18)
p /2 + 2 R CB
Ош r Ош 't ш < У'
Здесь
(VIII.21) Рис. VIII.5. К расчету
раскосов решетки
М Ш1 М пп Т пп'
От == == : 'tш ==
W Ш о,7h ш d F ш
6
Т пп
О,7h ш d ПJ1 .
Обычно толщину шва принимают такой же или несколь-
ко меньшей, чем толщина планки, а длину шва равной
высоте планки. Планка прочнее шва, поэтому, проверив
прочность шва, прочность планки проверять не надо.
(VIII,19)
п rJIi
I
'1
о::;;
I1 .1
1: ...
1. '1
t;
1 D!J<Л
ю. .,
6) 6)
О!lСЛ
{
W ....
а)
...
",'"
..."
Т Qусл 1
пJ1 2с '
и изrибающий момент одной планки
М пп == Qусл 1 j
4
(VIII.20)
Рис, VIII.6. К расчету планок
204
205
пояса 2 листа 380Xl6, площадью 2X38XI,6 121,6 см 2 ;"
стенка I лист 368х8, плошадью 36,8XO,8 29,4 см 2 .
Площадь колонны F 151 см 2 .
Находим rеометрические характеристики принятоrо сечения:
l)cTh T ( hCT l)n ) 2 О,8.36,8З
/х== + 2Fп + == + 2. 3 8.1 6.19 22
12 2 2 12 "
. ... == ==
I\, 44; 'А У
r x 17,9
lу 800
== == == 81 3
ry 9,84 ' .
По большей из rибкостей находим коэффициент продольноrо из-
rиба (j!Мllп==О,695 (табл.1 прил.lI) и проверяем устойчивость стерж-
ня колонны по формуле (VIII.I):
.V 2200
а == (j!мин FБР ==, 0,695.151 20,6 кН/см 2 < R == 21 кН/см 2 .
Напуск планок на ветви в сварных колоннах прини
мают 40 50 мм, в клепаных из условия расположе-
ния заклепок.
Крепление планок на заклепках или болтах (рис.
VIII.6, е) проверяют также на равнодействующее усилие
в них от М ПJ1 И Т пл , см. формулу (VII.90), с подстанов
кой М пл вместо М СТ и Т ПJ1 вместо Q.
Чтобы предотвратить закручивание сквозных колонн,
примерно через 3 4 м по высоте в них устраивают жест-
кие rоризонтальные диафраrмы, обычно из листа толщи
ной 8 12 мм.
Проверка прочности, общей и местной устойчивости
центрально сжатых сплошных и сквозных стержней из
алюминиевых сплавов производится по аналоrичным
формулам, что и для стальных стержней. При этом зна-
чения постоянных величин, зависящих от свойств мате-
риала (расчетное сопротивление, модуль упруrости, ус-
ловная поперечная сила, предельные отношения свесов
поясов к их толщинам, BI> COT стенок сечений к толщинам
стенок и т. д.), принимаются по СНиП II 24-74.
== 48 100 см 4 ;
. l)n b
/у== 2 ==2
12
1,6.383
12
== 14600 см 4 ;
r /х r 48 100
'х == 1 F 151
== 17,9 см;
'у== 1 / /у == 1,/ 14600 ==
F JI 151
ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА ЦЕНТРАЛЬНО СЖАТЫХ КОЛОНН
== 9,84 см.
Пример VIII.I. Подобрать сечение сплошной сварной колонны
двутавровоrо сечення из стали класса С 38/23 MapK 1 ВСт3кп2, Ha
rруженной продольной расчетной силоЙ N 2200 кН. Высота колон-
ны l 8 м, опирание через шарнирную базу.
Определяем ориентировочно требуемую ПJJощадь сечения по
формуле (УIII.4)
rибкос.ть колонны в обо-
их направлениях будет соот-
ветственно равна:
2200
== 140 см 2 .
0,75.21
N
F
ТР (О, 7 0,9) R
OJ,r.'! J
Закрепление концов колоины шарнирное, поэтому коэффнциент
расчеrной длины колонны I-t 1 и ее расчетная длина в обоих нап-
равлениях
lх == 111== fll == 800 см.
Проектируя КШlOнну с rибкостью, равной примерно 80, по формулам
(VIII.6) и табл. VIII.5 найдем наименьшие размеры сечения h и Ь:
lх 800
h;> == ==24 см;
ах 'А 0,42.80
lу 800
b == ==41 см.
ау 'А 0,24,80
Так как ширину колонны Ь не рекомендуется принимать больше вы-
соты h, то компои)'ем сечение KO.1JOHHbl с h""b",,40 см (рис. VIII.7,a):
a ) !I
"аО 8 ... :5
X -x
-":
!I
b=J80
б)
1,
!I
){
<:::>
"
",'"
:g
"
......
Рис. VIII.7. Сечения колонн
V/i/2 примеру V//J./; 6 к примеру
Местную устойчивость элементов колонны проверяем по
табл. VIII.2 и формуле (VIII.2):
Ь О 18,6
l)n == I:6 11,5 < 19 для стали С 38/23 при rибкости 81,3;
h СТ 36,8 t /21
6 ==: 08 == 46 < 40 + 0,4"- == 40 + 0,4.81,3 == 72,Б.
СТ, R
206
207
Пример VIII.2. По данным предыдущеrо примера подобрать
сечение сквозной колонны из двух швеллеров, соединенных планка
ми.
Подбор сечения. Определяем ориентировочно трrбуемую пло
щадь сечения по формуле (VIII.4), приняв предварительно коэф
фициент ЧJ == 0,85.
N 2200
Е тр == ЧJR == 0,85.21 == 124 см 2
По сортаменту швеллеров принимаем 2 N2 40, дающих площадь
E 61,5.2 123 см 2 . Из условия равноустойчивости колонны опре
деляем расстояние между швеллерами Ь (см. табл. VIII.6):
l у а х 800.0,38
b 1,3 h==I'3 80 О 40==45 см.
l х а у О. ,44
Принимаем ширину сечения Ь==50 см (рис. VIII.7, б). Находим
rе'ометрические характеристики сечения колонны:
Ix == 2.15 220 == 30440 см 4 ;
Ту == 2 [/0 + р в а 2 ] == 2 [642 + 61,5,22,25 2 ] == 62100 см 4 ;
r 30 440 r62lOO
r == 1 == 15 7 см' ' У = 1, == 22 5 см
х 123 " v 123 ' .
fибкость стержня и коэффшшент продольноrо изrиба относи-
тельно материальной оси х х:
lх' 800
'Ах == == == 51. (Рх == 0,862.
' х 15,7 '
J{ля определения приведенной rибкости относительно свободной оси
у у определим сначала длину и rибкость ветви относительно оси
l l (рис. VIII.7, б). Радиус инерции ветви оrносительно оси 1' 1
(по сортаменту) r В 1 ==3,23 см
Наибольшая длина ветви
l в ...;;: 40rB 1 == 40.3,23 == 129 см.
Принимаем расстояние между центрами планок 1==140 см, что при
высоте планки dпл 30 см [dпл (0,5...0,7)Ь пл ] дает расчетную дли
ну ветви (в свету) 181 II0 см (рис. VIII.7, б).
Определим rибкость ветви относительно оси l l и коэффици-
ент ЧJ 81 :
l В1 110
'А 34'
81 ' 8 3,23 ,
1
ЧJ В1 == 0,928.
Теперь найдем приведенную rпбкость колонны относительно
свободной оси у у по форму.'1е (VIII.II) и соответствующий ей
коэффициент пр одольноr о изrиба ЧJУ:
== V 2 + 'А2 ==.. r 35 52 + 342 == 50' m == 0 , 867.
пр 11 В 1 r , , ....у
208
Здесь
л ==..!L
у r 22 5 35,5.
у ,
Проверим устойчивость колонны по формулам (VIII.8) и
(VIII.9) относительно материальной оси х х и свободной oCQ
y y:
N 2200
о 20,8 кн/см а < R ==21 кн/см а , '
ЧJхF 0,862,123
N 2200
о p == 20,7 кН/см ! < R == 2-! кН/см 2 .
ЧJу 0.867.123
стойчивость ветви колонны относнтельно оси 1 1 по фо р м у ле
(VIII.14)
N B 1100
0== ЧJв р в == 0.928,61.5 .19.3 кН/см ! < R == 21 кн/см а ,
Здесь N B ==N/2==2200/2== 1100 кН продольное усилие в ОДНОй
веmи.
асчеr соединительных план.ок. Принимаем высоту планок
dпл (0,5 0,7)b==O,6'50 30 см, 'lолщину планок (см. рис. VIII.7, б)
JI. d Ш1 30
UПJl:;;;" == == J см.
30 30
Условная поперечная сила для расчета планок Qусл==0,2 р"""
=0.2. J23==24,6 кН (табл. УIII.7).
Усилия в планках по формулам (VIII.l9) и (VIII.20):
QYCn 1 24.6'140
Тип == 2с 2.44.5 == 39.5 кН;
QycJ1l 24.6.140
М ип == 4 4 == 860 кН'см,
Задаемсн '!'UJIЩИНОЙ швов, прикрспляющих планки к ветвям
h ш ==0,8 см и проверяем их прочность по формуле (VIII.21). д.1J.
этоrо сначала находим напряжения в шве от изrиба и среза:
Ош == М ип 860,6
О " h d 2 0 . 7.0 . 8,30jJ 10.3 кН/см 2 ;
, " ш пл
6
'fш ==
Т пп
0,7J!ш d пп
39,5
0.7.0,8.30 == 2.35 кН/см 2 ,
Равноде йствующе е напряжение
О ш Р == /о ш 2 + . .,. ш 2 VIO 2
r . == ,3 + 2,35jJ == 10.6 кН/см2 < B ==
== 15 кн/см а .
14 950
209
t 3t. ВНЕЦЕНТРЕННО-СЖАТЫЕ КОЛОННЫ
rде !рВН коэффициент понижения напряжений при BHe
центренном продольном изrибе, принимаемый по таБЛ.2
прил. 11 в зависимости от условной еuбкостu стержня 'Ах
и приведенноrо эксцентрицитета тl.
Условная rибкость стержня равна:
r .
x == Ах 1 .!i.. == ---. / ..!i. i (УIII.23)
, Е r x f Е
rде R и Е расчетное сопротивление стали и модуль ее
упруroсти,
Приведенный эксцентрицитет тl определяют по фор
муле
Особенность внецентренно сжатых колонн воздей
ствие на них одновременно продольной силы и изrибаю
щеrо момента. Вследствие этоrо их сечения (в отличие
от центрально сжатых колонн) принимают более разви
тыми в плоскости действия момента (увеличивают BЫCO
ту сечения) и часто несимметричными, так как от дейст
вия момента одна сторона сечения доrружается, а дpy
rая разrружается. Применяются колонны сплошнOI'О
сечения и сквозные, постоянноrо сечения по высоте и пе
peMeHHoro.
а симметричные; б HecиM
метриЧНbtе
FБР Мх F бр
тl =='l'jт=='l'jex 'I'j , (УIII.24)
W x N W x
rде 'I'J коэффициент влияния формы сечения, принима
емый по табл. 4 прил. 11 т===ехFбрIWх относительный
эксцентрицитет; ex===Mx/N эксцентрицитет приложе
ния силы относительно оси x x; Fбр площадь сечения
стержня <?рутто; W x момент сопротивления брутто
(у несимметричных сечений для наиболее сжатоrо во-
локна) .
На устойчивость сжато изоrнутых стержней влияет
форма эпюры MOMeHTqB по длине стержня, поэтому при
определении эксцентрицитета е х расчетный изrибающий
момент Мх принимается равным:
а) для колонн постоянноrо сечения рамных систем
наибольшему моменту в пределах длины колонны;
б) для ступенчатых колонн наибольшему моменту
на длине участка постоянноrо сечения;
в) для консолей моменту в заделке;
ТАБЛИЦА VIII.8. Р....СчЕТнЫЕ МОМЕНТЫ Мх СТЕРЖНЕй
С ШАРНИРНО-ОПЕРТЫМИ КОНЦАМИ
1. СПЛОШНЫЕ КОЛОННЫ
ДЛЯ колонн с небольшими усилиями, а также в слу-
чаях, коrда изrибающий момент может действовать как
в одну, так и в друrую сторону, применяют симметрич
а) !J 1 б) ! Ь!J rr \
.tt Тх х Т:. . . .
l i . . i L
Рис. VIII.8. Сечения Blle
центренно-сжатых сплош
ных колонн
ные сечения (рис. VIII.8, а). При больших усилиях с oд
носторонним моментом чаще проектируют несимметрич
ные сечения различноrо вида (рис. VIII.8, б).
Прочность внецентренно сжатых элементов проверя
ют по формулам (11.8) и (11.8'), однако она редко лими
тирует несущую способность колонн. Под воздействием
расчетной продольной силы N и изrибающеrо момента
М колонна может разрушиться от потери устойчивости
Б плоскости действия момента или от потери устойчиво-
сти в перпендикулярном направлении из плоскости
действия момента (изrибно крутильная форма потери yc
тойчивости) .
Устойчивость внецеитреНН<rсжатых и сжато-изоrну
тых стержней в плоскости действия момента, как указы-
валось в 7, проверяют по формуле
N
а == 4;./-R (УIII.22)
'РВ" F бр ,
F бр
т ex
W x
Значение Л1 х при rllбкостн
;;:<4
;;:>4
т 3
л
м == М. == MMaKC Х
4
Х (MMaHc Ml)
т З
M==M + X
2 17
X(MMaкc M2'
м == М!
3<т<20
т З
M==Ml+ X
17
X(MMal!c Ml'
210
14*
211
r) для стержней с шарНирно опертыми концами, име-
ющих одну плоскость симметрии, совпадающую с плос-
костью изrиба, по табл. VIII.8.
В табл. VIII.8 Мманс наибольший изrибающий мо-
мент в пределах длины стержня; М 1 наибольший изrи-
бающий момент в пределах средней трети .Елины стерж-
ня; М2 расчетный момент при т:::::;;3 и л<4; во всех
случаях значение расчетноrо момента принимается не
менее 0,5 Мманс. Расчетные значения тl для стержней с
шарнирно опертыми концами, имеющими дВе плоскости
симметрии, вычисляются по табл. 5 прил. II Расчетные
MOMel}Tbl для алюминиевых стержней с шарнирно опер-
тыми концами принимают по СНиП 11-24 74.
Устойчивость стальных колонн из плоскости действия
момента (относительно оси y y) проверяют по формуле
N
0== < R, (VIII .25)
СЧJу F бр
rде ЧJу коэффициент продольноrо изrиба при централь-
ном сжатии, принимаемый по табл. 1 прил. 11 в зависи-
мости от rибкости Лу ==.!JL; С == f} коэффициент
Ту 1 +атх
влияния момента на устойчивость внецентренно-сжатоrо
стержня.
Коэффициенты а и принимают по табл. 6 прил. 11.
При определении относительноrо эксцентрицитета
т х за расчетный момент Мх принимают:
а) для стержней с концами, закрепленными от сме-
щения перпендикулярно плоскости действия момента,
максимальный момент в пределах средней трети длины
(но не менее ПОЛовины наибольшеrо на длине стержня
момента) ;
б) для консолей момент в заделке.
Если rибкость колонны из плоскости действия момен-
та Лу окажется большей, чем наименьшее значение rиб-
кости, при котором центрально сжатый стержень теряет
устойчивость в упруrой стадии Лс, то коэффициент с не
должен превышать:
для стержней замкнутоrо сечения единицы;
для стержней двоякосимметричноrо, двутавровоrо
сечения значений, указанных в табл. 8 прил. 11.
Наименьшие значения rибкости ЛС В зависимости от
классов стали приведены В табл. 7 прил, 11,
212
Элементы сечения колонны (полки, c.reHKa) полжны
быть проверены на .местную устойчивость.
Местная устойчивость сжатых полок двутавровых ко-
лонн проверяется так же, как и полок центрально сжа-
тых колонн, т. е. предельные значения отношения свесов
полок к их толщине не должны превышать величин, при-
веденных в табл. VIII.2.
Местная устойчивость стенки колонны зависит от Ве-
личин
a a'
а. == и т.
а
N М
Здесь а == F + I Ус наибольшее сжимающее
напряжение в крайнем волокне стенки, определенное без
учета коэффициента ЧJВН (ус расстояние от центра тяже-
сти сечения колонны до сжатоrо края стенки);
N М
I о' == F I Ур соответствующее напряжение на про-
тивоположном краю стенки (ур расстояние от центра
тяжести сечения колонны до разrружаемоrо моментом
края стенки);
't == среднее касательное напряжение в стенке.
h CT б ст
При' а:::::;;О,5 наибольшее отношение h CT /6 CT принима-
ется как для центрально-сжатых стержней, формула
(VIII.2) ,
Y
h CT 21
б ст <40 "R+о,4л,
но не более 75,
При a 1 наибольшее отношение высоты стенки к ее
толщине определяется п о формуле
h CT ..... loo }l 2k3 VIII 26)
..... ( .
б ст а [2 а + У а 2 +4132] ,
rде ==O,07 'tk з (Т и 0', кН/см 2 ); kз коэффициент. при-
а
нимаемый по табл. VIII.9.
ТАБЛИЦА VШ.9. 3НАЧЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА k.
ПЛЯ СТЕНОК ДВУТАВРОВ
а 1.2 1,4 1,6 1,8 2
k8 22,2 26,7 32.6 42 52,5 63
213
При О,5<а< 1 наибольшее значение отношения
h CT /6 cT определяют по линейной интерполяции между
значениями, вычисленными при a O,5 и a 1,
Если стенка окажется неустойчивой, то толщину ее
можнО' увеличить или укрепить стенку продольными реб-
рами. В этом случае наиболее напряженную часть CTeH
ки между поясом и ребром рассматривают как самостоя-
тельную пластинку и ее устойчивость проверяют, как
указано выше. Момент инерции ребра должен быть не
менее Ip 6 6 ThcT' Продольные ребра MorYT быть вклю-
чены в расчетную площадь сечения стержня колонны.
Как уже отмечалось, постановка продольных ребер
3:1трудняет изrотовление колонн, поэтому их ставят редко.
Обычно неустойчивую часть стенки считают выклю
чившейся из работы и в расчетное сечение стержня вво-
дят только ПОЛки и примыкающие к ним устойчивые уча-
стки стенки шириной как и для центрально-сжатых ко-
лонн (см. табл. VIlI.4 и рис. VIII.2, в). При hCT/6cT
320/VR (R, кН/см 2 ) ставят поперечные ребра жt:стко-
сти таких же размеров и на тех же расстояниях, что и в
пентрально-сжатых колоннах (см. с. 196).
Практически подбор сечения внецентренно-сжатых стальных
сплошных колонн удобно выполнять следующим образом.
1. Определяют высоту сечения колонны h, которая не должна
быть менее 1/IO l/l5 высоты KO.1JOHHbl. Так же, как и при опреде-
лении rенеральных размеров сеченнй сплошных центрально-сжа-
тых колонн. для проверки наименьших размеров сечения можно вос-
пользоваться формулами и коэффициентами табл. VIII.5.
2. Определяют ориентировочно требуемую площадь сечения.
Так как пределы изменения срВН весьма большне, то определить пло-
Щадь из формулы (VIII.22), предварительно задавшись значением
ЧJВН, трудно. Поэтому используют приближенную двучленную фор-
мулу
3 Далее с учетом сортамента металла компонуют сечеЮlе
стержня. Необходимо требуемую площадь F Tp распределит":, наивы
rоднейшим образом, обеспечивая при этом местную устои'швость
элементов сечения. Ширина пояса принимается Ьn 1/20 1/30 высо-
ты IЮ.1JОННЫ. ДЛЯ обеспечения местной устойчиво;:тн полок колонны
отношенне ширины пояса к ero толщине в первом приближении
можно принять
Ь п 1 /21
6 п <30 Т'
Толщнну стенки при компоновке сечения определяют из усло-
вия чтобы отношение h CT /6 cT было в пределах 60 120; меньшие
отношения принимаются при БО:IЬШИХ продольных силах и малых
изrибающих моментах, бо.1JЬшие в обратных случаях. Стенку тол
щнной меньше 8 мм делать не рекомендуется. Окончательно мест-
ная устойчивость полок и стенки может быть проверена только
после подбора сечения, так как она завнсит от фактических напря-
жений на краях стенки.
4. Вычисляют rеометрические характеристики принято о сече-
ния и 110 формулам (VIII.22) н (VIII.25) проверяют устоичивость
стержня в обеих плоскостях.
5. Проверяют местную устойчивость полок и стенки колонны.
Если колонна имеет изrибающие моменты в обеих
плоскостях (М х и М у ), то ее устойчивость (при Jx>J y )
проверяют по формуле
N
<R,
(УIII.28 )
{J==
BH F
СРху бр
rде <Р;; ==ЧJ;н V с; ЧJ:Н коэффициент понижения рас-
четноrо сопротивления при внецентренном изrибе отно-
сительно оси y y [с определяется так же, как и в фор-
муле (VIII.25)].
2, СКВОЗНЫЕ КОЛОННЫ
{J
N Мх
+ < R
CjJхFБР W x
(формула Ф. С. Ясинскоrо), подставляя в нее средние значения
СРх==О,8 н p O,35 h.
N ( 1 е х F ) N ( ' 1 е х )
FTP==R + W x ==R" +p; ==
N ( ех \
== R 1,25 +2,8-,;-).
Здесь ex M>JN эксцентрицитет ПРОДОJJЬНОЙ силы, см. (М, кНх
Хсм, и N, кН); h BblcoTa сечения колонны, см; R расчетное
сопротивленне сталн, из которой проектируется колонна, кН/см 2 .
(УIII.27)
Распространенные типы сечений сквозных внецент-
ренно-сжатых колонн показаны на рис. VIIIД Наличие
изrибающеrо момента вызывает существенную попереч-
ную силу, поэтому ветви внецентренно-сжатых колонн со-
единяют обычно раскосной решеткой. Симметричные се-
чения стержней колонн применяют при небольших уси-
лиях или в тех случаях. коrда изrибающие моменты
действуют в обе стороны. При одностороннем моменте
ветви колонн наrружаются неодинаково и более рацио-
нальны несимметричные сечения. Ширина обеих ветвей
часто принимается одинаковой для удобства крепления
раскосов решетки.
214
215
Устойчивость ветви 1 (рис, VIII,lO);
в плоскости колонны
rде CJ!1 коэффициент
продольноrо изrиба
при центральном сжа
тии, взятый по табл. 1
прил. 11 в зависимости
от rибкости ветви на
расстоянии между уз
лам и решетки Ав, =:::;
=:::; lBJrt; rl радиус
инерции сечения ветви
относительно оси 1 1;
«ру коэффициент про-
дольноrо изrиба ветви
относительно оси Y Y,
определяемый по той
же таблице в зависимо-
сти от rибкости: Ау===
===ly/ry (здесь ly рас-
четная длина ветви из
плоскости колонны;
ry радиус инерции
сечения ветви относи-
тельно оси Y Y ); F в , =:::; Рис. VIII.IO. К расчету внецентреНIIО-
сжатой сквозной колонны
площадь сечения вет-
ви.
Точно так же проверяется устойчивость друrой ветви
колонны.
Внецентренно-сжатые сквозные колонны, особенно
узкие и высокие, должны быть, кроме Toro, проверены иа
устойчивость в целом, т. е. в предположении, что колон-
на работает как единый стержень cocTaBHoro сечения.
Устойчивость в плоскости действия момента проверяют
Сквозная колонна работает как ферма с параллель-
ными поясами: расчетные усилия колонны N и М рас-
кладываются по поясам, rде возникают только осевые
продольные усилия. Решетка колонны воспринимает
усилия от поперечной силы фактической или условной
(если условная окажется больше фактической).
о)
из плоскости колонны
N B
а ==..............! ""R.
fPyFB1
(УIII .32)
ь
Рис. VIII.9. Сечения внецентренно-сжатых СКВQЗНЫХ колонн
а симметричные; б неСU.IIметричные
В общем случае несимметричноrо сечения (рис.
VIII.IO) продольные усилия в ветвях колонны определя-
ют по формулам: в ветви, доrружаемой изrибающим мо-
ментом:
У2 М
N ==N + '
8, ho ho'
(УIII .29)
в ветви, разrружаемой изrибающим моментом:
N == NJ!.!. м
в, ho ho'
(УIII .30)
Здесь N и М расчетные продольная сила и изrибаю-
щий момент; У! и У2 расстояния от центра тяжести се-
чения колонны до центра тяжести соответствующих вет-
вей; hO==Yl+Y2 расстояние между центрами тяжести
ветвей колонны.
После определения расчетных усилий в ветвях каж-
дая из них праверяется на устойчивость в обеих плоско-
стях аналоrично проверке ветвей центрально-сжатых
сквозных колонн.
216
N B
a== ""Ri
fP 1 в,
(УIII .31)
Q
Н8 2
...
'ос)
....
.Q
....
Q
Вет8ь2
у
lo
У2 х
ho
h
У,
2
1
217
по той же формуле (VIlI.22):, что и для сплошных BHe
центренно сжатых колонн:
N
a== <R,
rpBH Fбр
IЮ коэффициент <рВН дЛЯ сквозных колонн определяют в
зависимости от условной прuведенной 2uбкостu стержня
Лпр==Лпр t R/E и относительноrо эксцентрицитета Iп х по
табл. 3 прил. 11 для сквозных стержней. Приведенную
rибкость вычисляют, как и для центрально сжатых KO
лонн, по формуле (VIII.IO). Относительный эксцентрици
тет для сквозных сечений определяют по формуле
Fбр М Fбр
т х == е х == Уl' (VIII .33)
W x N Ix
rде Fбр площадь сечения Bcero стержня (обеих BeT
вей); Ix==PB,y + Р в .У1 момент инерции сечения (рис.
VIII.IO); Уl расстояние от центра тяжести сечения ко-
лонны дu центра тяжести сечения наиболее наrруженной
ветви.
Устойчивость СКВозной колонны как единоrо стерж-
ня cocTaBHoro сечения из плоскости действия момента
проверять не нужно, так как она обеспечивается провер
кой устойчивости в этом направлении обеих ветвей по
формуле (VIII.32). Чтобы увеличить сопротивление ко-
лонны скручиванию, ее ветви должны соединяться же-
сткими поперечными диафраrмами, которые располаrа
ют примерно через 375 м.
Элементы решетки сквозной внецентренно сжатоЙ
колонны рассчитывают на ббльшую из поперечных СИJI:
реальную, определенную при статическом расчете, или
условную, найденную так же, как и для центрально-сжа-
тых колонн (см. табл. VIII.7). Подбор сечения элемен
тов решетки выполняется точно так же. как и в централь
но-сжатых колоннах (см. с. 202 204).
Подбор сечения сквозной внецентрснно-сжатой колонны удобно
выполнять в следующем порядке.
1. Опреде.1JЯЮТ высоту сечения h, которая из условиЙ жесткости
не должна быть менее '/15 '/2С высоты колонны.
2. По формулам (VIII.29) и (VIIJ.30) определяют ориентиро-
вочно усилия в ветвях колонны N B , и N B . . Так как заранее неиз-
вестно положение центра тяжесrи сечения, то предварнтельно при-
иимается У'''''' (O,4 O,6) h и ho h. Для симметричных сеченнй уси-
лия в веrвях определяют сразу точно.
3. Далее находят Jl.ебуемую площадь ветв;vй по формулам и
F == в, и F == в. (VIII .34)
в, (O.7 O,9)R в. (O,7 O.9)R
218
,1
компонуют сечения ветвей. Из условия обеспечения общей устой-
чивости шнрину ветви принимают равной 1/20 1fзо высоты колонны,
что соответствует rибкости л"",60 lОО. Ветви колонны работают
на центральное сжатие, поэтому местную устойчивость элементов
сечения (стенки, полок, свесов) обеспечивают твк же, как в цент-
рально-сжатых колоннах.
4. Определяют rеометрические характеристики обеих ветвей и
Bcero сечения. С учетом действительноrо положения центра тяжести
сечения колонны по формулам (VIII.29) и (VIII.30) находят TO<r
ное значение продольных сил в ветвях.
5. Проверяют устойчивость обеих ветвей по формулам (VIII.31)
и (VIII.Э2). Если подбор сечениЙ ветвеЙ оказался неудачным (пе-
ренапряжение или большое недонапряжение), то на основе данных
расч та ВЫПОЛlJяется корректировка сечений ветвей.
6. Подбирают сечения раскосов колонны, находят приведенную
rибкость стержня и относительный эксцентрицитет по формулам
(VIII.lO) и (VIII.33) и проверяют общую устойчивость колонны
по формуле (VIII.22)
Пример расчета внеuентренно сжатоЙ КО,10ННЫ приведен в 41.
Проверка прочности, общей и местной устойчив сти
внецентренно-сжатых сплошных и сквозных стержнеи из
алюминиевых сплавов производится по аналоrичным
формулам, что и для стальных стержней. При этом зна-
чения постоянных величин, зависящих от свойств MaTe
риала (расчетное сопротивление, модуль упруrости, yc
ловная поперечная сила, предельные отношения свесов
поясов к их толщинам, высот стенок сечений к толщинам
стенок и т.д.), принимаются по СНиП II-24 74.
t 32. КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ УЭЛОI3
ИДЕТ АЛЕА КОЛОНН
1. оrоловки КОЛОНН
Оrоловок колонны служит опорой для вышележащей
конструкции (балки, фермы) и распределяет cocpeДOTO
ченную наrрузку на колонну равномерно по сечению
стержня.
Вышележащие конструкции опираются на кол.онну
сверху или примыкают сбоку. При опиравии сверху ши-
роко распространено решение, в котором опорный узел
вышележащей конструкции имеет поперечное ребро с
выступающим на 15 25 мм фрезерованным торцом, че-
рез который передается давление на колонну (рис.
VIII.l1,a, б, в, 2). Реже применяется конструкция узла,
rде опорное давление передается внутренним ребром,
219
расположенным над полкой колонны (см. рис. VIII.ll, д,
е).
Если поперечное ребро имеет выступающий торец, то
опорное давление передается сначала на опорную плиту
оrоловка колонны, затем на опорное ребро оrоловка, с
этоrо ребра на стенку колонны (или траверсу в сквоз-
ной колонне, рис, VIII.ll. в, 2) и далее равномерно рас-
.'"
t;"
.
ОПОl!.ное
реоро
о fq. ZO
В)
I
8)
I
,
д)
A Д
крепляющие торцы ребер к плите. Длина этих швов дол-
жна быть не менее .,
А
Щш> j (УIII 35)
0,7hшR В
rде А полное давление на оrоловок.
В случае установки опорной плиты на фрезерованный
торец стержня колонны обеспечивается плотное прилеrа-
ние плиты к ребру колонны и опорное давление переда..
ется непосредственным контактом поверхностей, а свар-
ные швы, прикрепляющие опорную плиту, принимаются
конструктивно минимальной толщины по табл. V.5; на
чертеже дается указание о фрезеровке торца колонны
(рис. VIII.ll, б).
Площадь опорных ребер оrоловка определяется ус-
ловием их сопротивления смятию опорным давлением
А
FОП>R' (УIII.36)
СМ.Т
Ширина ребер принимается в соответствии с шири-
ной опирающеrося торца фермы или балки. Толщина
ребра ДQлжна быть не менее 1/15 V21/R ero ширины.
Низ опорных ребер оrоловка обрамляется обычно по.
перечными ребрами, которые препятствуют их скручива-
нию из плосКости колонны при неравномерном давлении
торцов балок, возникающем от неточности изrотовления
или монтажа.
С опорных ребер давление на стенку колонны пере.
дается через уrловые швы. Исходя из этоrо находят тре-
буемую длину этих ребер:
й)
/Чl
AL
E
j
...lд
д д
д д
ш 'Hи..
дr
F9
00
Рис. VIII.lI. Оrоловки колонн при опирании на них коиструкций
сверху
lp> А/4,О,7h ш RZB.
(УIII .37)
пределяется по сечению стержня. Опорная плита оrолов-
ка служит для передачи давления с торцов балки на
опорные ребра оrоловка, поэтому ее толщина определя-
ется не расчетом, а конструктивными соображениями
(неточность с впадения ребер балки и колонны, дефор-
мации опор нои плиты от сварки и т. д.) И принимается
обычно 16 25 мм.
С опорной плиты давление передается на опорные
ребра оrоловка через rоризонтальные сварные швы, при-
220
Расчетная длина швов при этом не должна превы-
шать 60 толщин шва, а высота шва 1,2 6.
Ребро следует также проверить на срез по формуле
А А
't == Fp == 21p6 p ...,: Rcp,
(УIII ,38)
rде 6 р толшина опорноrо ребра.
При больших опорных давлениях и тонких стенках
колонн может произойти разрушение металла стенки от
221
ловно принимается, что опорное давление с плиты пере-
дается сначала полностью на траверсу, а затем с травер-
сы на полку колонны; в соответствии с этим рассчитыва-
ют и швы крепления траверсы к плите и колонне.
При опирании конструкций на колонну сбоку (рис.
VIII.12) вертикальная реакция передается через cTpora-
ный торец опорноrо реб-
ра балки на торец опор-
Horo столика и с Hero
на полку колонны. Тол-
щнна опорноrо столика
Принимается на 5 10 мм
больше толщины опорно-
ro ребра балки. Если
опорная реакция балки
не превосХОДИТ 200 кН,
опорный столик делают
из толстоrо уrолка со
срезанной полкой, при
большей величине реак-
ции столик делают из
листа со cTporaHbIM верхним торцом. Каждый из
двух швов, прикрепляющих столик к колонне,
рассчит'ывае1СЯ на 2fз опорной реакции, чем учи-
тывается возможная непараллельность торцов балки и
столика вследствие неточностей при изrотовлении и в
связи с этим неравномерная передача давления между
торцами_ Требуемую длину одноrо шва крепления столи-
ка определяют по формуле (см. рис. VIII.12)
2/3А'
lш
0,7h щ R B
Иноrда столик приваривают не только по бокам, но и
по нижнему торцу; в этом случае общую длину шва оп-
ределяют по усилию, равному 4/3А'.
Опорное ребро балки крепится к полке колонны на
болтах rрубой или нормальной точности, поставленных
в отверстия на 3 мм большие, чем диаметр болтов, так
как иначе при небольших отклонениях отверстий при из-
rотовлении балка может зависнуть на болтах и не Ka
саться опорноrо столика.
среза ее по rраням крепления ребра. Напряжения среза
определяют по аналоrичной формуле
А
't' == l " ",R cp ,
р UCT
rде 2 число срезов; бст толщина стенки сплошной
колонны или толщина траверсы сквозной колонны
Иноrда при очень больших опорных давлениях на-
пряжения среза в стенке превышают расчетное сопротив-
ление. В этом случае увеличивают длину ребра или при-
нимают более толстую стенку. Можно увеличить толщи-
ну стенки только в оrоловке ко.lIОННЫ, однако это
решение, хотя и снижает расход металла, менее техно-
лоrично в изrотовлении.
Дальнейшее распределение давления со стенки по
всему сечению стержня сплошной колонны обеспечивает-
ся сплошными швами, соединяющими полки и стенку.
В сквозных колоннах давление (см. рис. VIII.ll, в, е) с
траверсы передается на ветви колонны через yr ловые
швы, толщина которых должна быть не менее
А
(VIII.39)
hш
4.0, 71 p R B
Оrоловок колонны с опорными ребрами балок, рас-
ПОложенными над полками колонны (рис. VIII.ll, д, е),
КОН,струируется и рассчитывается аналоrично предыду-
щему, только родь опорных ребер оrоловка Выполняют
теперь полки колонны.
Если давление с плиты передается на колонну через
сварные швы (торец колонны нефрезерованный), то ТОД-
щина сварных швов, прикрепляющих одну полку колон-
ны к плите (рис. VIII.ll, д), определяется из условия
среза их реакцией одной балки:
А'
hш
2.0, 7ЬпR В
(VIII .40)
(УIII .41)
rДе А' опорная реакция одной балки; Ь П ШИрИНа
полки колонны.
Если торец КОлонны фрезеруется, то сварные швы
принимаются минимальной толщины.
Чтобы обеспечить передачу ОПОрноrо давления по
всей ширине опорноrо ребра балки при большой ширине
поясов балок и узких полках колонн, приходится проек-
тировать уширенную траверсу (см. рис. VIII.ll, е>., Ус-
222
I
i!
ОпорныОсто.
UJAUtтll
4'25...401>111
\.
Рис. VIII.12. ОrОЛОВОI{ I<ОЛОННЫ
при опирании на нее конструкций
сБОI{У
(VIII .42)
223
2. БАЗЬI КОЛОНН
База (башмак) колонны служит для распределения
сосредоrоченноrо давления от стержня колонны paBHO
мерно по площади опирания и обеспечивает закрепление
нижнеrо конца КОЛОНны в соответствии с принятой pac
четной схемой.
Базы центрально сжатых колонн MorYT быть шарнир
ные или жесткие, Шарнирные базы имеют наиболее про
tV
.:;
OпOPHOfl
плита
Шоiiоы 15=20
'::::"::"'S
"" , '" 111
Рис. VIII.13. Базы центрально-сжатых колонн
а шарнирные; б :жесткие
224
4
стую конструкцию (рис. VIII.13, а). Особенностью их
является крепление анкерными болтамн непосредствен-
но за опорную плиту; анкерных болтов, как правило, два
(иноrда четыре). В сильно наrруженных колоннах для
равномерной передачи давления на опорную плиту уста-
навливают траверсы и ребра.
Жесткие базы имеют не менее четырех анкерных бол
тов. которые крепятся к траверсам (см. рис. VIII.13, 6).
Блаrодаря этому после затяжки болтов исключается по
ворот колонны на опоре.
Толщину опорной плиты базы определяют расчетом,
однако из конструктивных соображений не принимают
менее 20 мм. Диаметр анкерных болтов в центрально-
сжатых колоннах также принимают конструктивно: для
шарнирных баз d==20 30 мм, для жестких баз d==24
36 мм и более (в зависимоtти от мощности колонны).
Для удобства монтажа и возможности некоторой рих
\.
товки при установке анкерные болты заводят в специ
альные проушины, ширина которых на 10 30 мм боль
ше диаметра болта, или пропускают между траверсами.
После этоrо на болты надеваются шайбы толщиной 20
30 мм с отверстием, на 3 мм большим, чем диаметр бол
та, или анкерные плитки толщиной 30 40 мм, заверты
ваются rайки, а шайбы (плитки) привариваются MOH
тажной сваркой к ПЛQте или траверсам.
Опорная плита в леrких колоннах обычно приварива-
ется к траверсам и стержню колонны. Для мощных ко.
лонн может быть применен безвыверочный метод монта.
жа. В этом случае торец колонны и поверхность плиты
фрезеруются, плита при помощи установочных болтов
выверяется на фундаменте в проектное положение, под-
ливается раствором и после этоrо на плиту устанавлива-
етсяколонна. Устройство таких баз описано в 41.
Длину заделки aHKepHoro болта в фундамент, высоту
выступающей части болта, длину нарезки и минималь
ный размер проушин принимают в зависимости от циа
метра aHKepHoro болта по табл. VIII.I0.
Обычно базы колонн устанавливаются на 500
1000 мм ниже отметки пола здания и обетонировываются
для защиты от коррозии.
При расчете базы исходят из Toro, что вертикальное
давление колонны N рассредоточивается траверсами и
ребрами и уравновешивается реактивными напряжения-
ми фундамента О'б (рис. VIII.14, а). Требуемая площадь
15 950
225
ТАБЛИЦА VIII.I0 AHKFPHblE БОЛТЫ (СТАЛЬ
БЕТОН ФVНДАМЕНТОВ
КЛАССА С 38/23 МАРКИ ВСТ3кп2.
МАРОК 100 150)
Характеристика боЛТОВ
Тип I Тип 11
(для a 20-----36 мм) (для a 4 90 мм)
Тип 111
(для a 30 90 мм;
Тип IV
(для a 42 80 мм)
Обозиачеиие и размеры
деталей
ОпОРа
ь оолто
Верх
наруж- внутрен- расчетная nредель- A A Шi -Ю
иыll ни!! площадь ное ...
диаметр днаметр сечения расчетное b 8 Б Б
резьбы уснпие зо Щ
6)т
а: с
\.
Опорная плита . .;, ,"' .;, о> ..
.. , u t =o> =...
Нормальная заделка 1... 35d =.. "" о>
Мнни- "1:.. С 1::0('11) "" !iJu 0>33
= .. :О'" 5!;E 'O
М8nьная == Co ..со: ..с "'..
заделка шири- толщи- с 1:: :О !Е .....= ..о> .... 0>=" U 0.0:
c;E ""1::<:
На на H'i:j", !iJ"" =g ='" ! :s:t:t:
"1:"''''' =>/ =с
.. .. g. E :з: g.: 5 <:..
::r :2.8.t (У)=и (У)"" ....
D, мМ а, мм РИТ' см 2 N, кН 1, мм I/', мм ............... .............:................
с. Мм 11, мм пХа, 1., мм 18' мм а, мм. Ь, мм е, мм а" ММ
ШТ.Хмм
20 16,93 2,25 31,5 700
22 18,93 2,81 39,4 800 35 60 30 30
24 20,32 3,24 45,3 850 40 65 30 35
27 23,32 4,27 59,7 1000 45 70 30 35
30 25,71 5,19 72,5 1050 50 75 35 40
36 31,09 7,58 106 1300 500 140 20 55 80 40 50
42 36,48 10,45 146 1500 600 200 20 65 90 45 60
48 41,86 13,75 192 1700 700 200 20 2027 250 850 70 100 50 70
56 49,25 19,02 266 2000 800 240 25 2030 300 950 80 100 60 80
64 56,64 25,2 352 2300 1000 240 25 2036 350 1100 100 120 70 90
72 64,64 32,8 459 2600 1100 280 30 2036 350 1100 110 130 80 100
80 72,64 41,4 580 2800 1300 280 30 3036 350 1100 120 145 90 110
85 77,64 47,3 662 3000 1400 350 40 4036 350 1100 140 155 100 120
90 82,64 53.б 750 3200 1500 350 40 140 170 120 130
1600 400 40 150 180 130 140
226
15* 227
(УIII 43)
мости от отношения площади опорной плиты базы F nл к
площади поверхности фундамента Р, на которую опира
ется плита (рис. VIII.14, а). Величина 'V не должна пре
вышать 1,5, и, если база рассчитывается до проектиро
вания фундамента, часто принимается 'У== 1,2.
Определив требуемую площадь плиты, устанавлива
ют первоначально ее ширину В, которая зависит от при
нятой конструкции башмака и условия размещения aH
керных болтов. Чтобы плита не получил ась слишком
толстая, ее консольную часть (размер с, рис. VIII.14, а)
принимают не более 100 120 мм. После этоrо находят
длину плиты L==Fпл/В.
Толщину плиты определяют исходя из условия ее pa
боты на изrиб. Наrрузкой на плиту является paBHOMep
ное отпор ное давление фундамента (Jб==N/F пл , а ее опо
рами траверсы, ребра базы и стержень колонны
(рис. VIII.14,б).
Вся площадь опорной плиты может быть расчлеНe{Iа
на различные участки по условиям опирания: 1 KOH
сольные, 2 опертые по трем сторонам u 3 опертые по
четырем сторонам (см. рис. VIII.14, а).
Изrибающий момент в плите консольноrо участка 1
можно о ределить, выделив полосу шириной 1 см:
Об с2
М 1 == ' (УIII.45)
Наибольший момент участка плиты. опертоrо по трем
сторонам 2, будет посередине свободной стороны Ь. Он
определяется по формуле
М 2 == аОб Ь 2 , (УIII.46)
rде Ь длина свободноrо края плиты; а коэффициент.
принимаемый по табл. VIII.ll, в зависимости от отноше-
ния сторон а/Ь.
При отношении сторон а/Ь<0,5 влияние опирания на
сторону а делается незначительным и плита рассчитыва-
ется по формуле (VIII.45) как консоль с вылетом с==а.
опорной плиты башмака обуслов.шшя.ется ПрОЧIlОСТЬЮ
бетона фундамента:
N
F пл "", ----б'
Rc.и
/ /
t
.:t
6)
Ш "
. б.
'5
""
6) fp!/зо6ая площаDь щ-
траВерсы 1
"t:j
'g
!р!/зоВая площаDь стен/(ц
8)
а
Рис. VIII.14. К расчету базы центра.IJЬно-сжатой колонны
rде N расчетное усилие в колонне; R M расчетное
сопротивление бетона при местном смятии:
3 rF
R M == 'I'R == V F R . (УIII .44)
ШI
Здесь R p призменная прочность бетона. Для фунда
ментов обычно примепяется бетон марок 100, 150 и pe
же 200, призменная прочность для которых COOTBeTCT
Еенно равна 0,44, 0,65 И 0,8 кН/см 2 ; 'V коэффициент,
увеличивающий сопротивление бетона смятию, в зависи
228
ТАБЛИЦА VIП.ll. ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА а.
ь /0.5/0.6/0.71°,81°,91 /1,211,41 2 I Более 2
10,06/0.074/0.08810,09710,10710.11210.1210.1261 0,1321 0.133
а
а
229
Расчетный момент участка плиты, опертой по четы
рем сторонам 3. определяется по формуле
М3 == f3U б bI, (УIII.47)
rде Ь 1 длина короткой стороны участка; Jl коэффи
циент, принимаемый по табл. VIII.12, в зависимости от
отношения сторон аl/ы1 (рис. VIII.14, а).
ТАБЛИЦА VII1.12. ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА б
/1 11.1 /1.2 11'3 11.4 11.5 11'6 /1'7 /1'8 11'9 I 2 IБолее 3
fI \0'04810'05510'06310'069/0'07510'081 \0'086/0'091 10'094\0'0981 0,1 I 0,125
При отношении сторон аl/ы133 плита работает как
простая балка с пролетом Ь 1 и изrибающий момент
U б bI
МВ == i (УIII.4В)
что и соответствует последнему столбцу табл VIII.12
(0,125==1/8)'
Больший из изrибающих моментов всех участков бу-
дет расчетным, по которому из условия напряжения в
плите, равному расчетному сопротивлению стали, опре
деляется ее толщина
м 111
u R
WПЛ 1i\2 ,
ЛJI
6
откуда требуемая толщина опорной плиты
r 6111
i\пл==l R'
(УIII .49)
При расчете опорных плит следует учитывать, чт
расчетное сопротивление сталей с увеличением толщины
уменьшается (табл. IV.l). Обычно плиты толщиной до
40 мм применяют из низкоуrлеродистой стали класса
С 38/23, при больших толщннах целесообразно перехо-
дить на НИЗКО.lIеrированные стали повышенной прочности.
Правка стали толщиной более 40 мм вызывает затруд-
нения, поэтому поверхности толстых опорных плит и тор-
ца колонны в этих случаях обычно фрезеруют.
230
I
Давлен не плиты передается на элементы базы с rpy-
зовых площадей, построенных по законам биссектрис
(см. рис. VIII.14, в). Сечения элементов базы и их соеди-
нения рассчитывают на приходящиеся на них доли на-
rрузки. Расч-етную схему траверсы можно представить
себе как двухконсольную балку, наrруженную равномер-
но распределенной наrрузкой (треуrольные участки пло-
щадей у полок колонны для простоты обычно относятся
к траверсам и ребрам) и опирающейся на полки колон-
ны (см. рис. VIII.14.e). Поrонная наrрузка на траверсу
Чт == uб d T ,
rде d T ширина rрузовой площади траверсы (см. рис.
VIII.14, в). Изrнбающий момент и поперечную силу кон-
соли траверсы определяют по формулам
Чт а 2
1I1 т == И QT== ч,са.
2
I
Теперь может быть проверена прочность траверсы на
изrиб и срез:
М т 6М т QT
a== == <:R и 't== <:R (УIII.50)
W т " h 2 i\ h ер.
T т т Т
Необходимая высота швов, прикрепляющих травер-
су к полкам колонны, определяется по формуле
qTL
hш ,
2.0, 7h T B
(УIII.51)
rде qTL полная наrрузка, приходящаяся на одну Tpa
версу; 2 количество швов.
Аналоrично проверяется прочность ребер, которые
также работают на изrиб и срез (см. рис. VIII.14, д):
(J == Мр == Чр а 2 : i\p h < R I
W p 2 6
и (УIII.52)
't !1L. Чр а J
h " " h <: Rep
р Up Up Р
(здесь qр==<Jбd р , остальные обозначения величин понят-
ны из рис. VIII.14, в, д).
231
Сварные уrловые швы, прикрепляющие ребро к KO
лонне, проверяются на равнодействующее напряжение
от изrиба и среза по формуле
p /2 + 2
Ош Jf Ош 't ш '
(VIII.53)
rде
о == Мр Чр а ! О, 7h ш h
ш .2
W Ш 2. 6
Qp
'tm ==
2.0,7/J.ш ltp
Расчет швов, прикрепляющих элементы базы к пли..
те, выполняется в зависимости от принятоrо KOHCTPYK
тивноrо решения. Если торец базы не фрезеруется и все
продольное усилие N передается на плиту через сварные
уrловые швы, то крепление каждоrо элемента к плите
рассчитывается на соответствующую долю давления с
rрузовых площадей (см. рис. VIII.14, в)',
Так, например, требуемая толщина швов, прикреп-
ляющих траверсу к плите, определится по формуле
N T
hш , (УIIl.54)
О, п:,lш RZB
r де N т == (JбdтL давление, приходящееся на траверсу;
lш==L+2а длина швов, прикрепляющих траверсу к
плите (см. рис. VIII.14, а).
Аналоrично требуемая толщина швов, прикрепляю-
щих ребро к плите, должна быть не менее
Qp
h ш , (VIII.54')
О, 7};,lш RZR
rде Qр==qта (Jбdра давление на ребро; !.lrn==2a
ДJlина швов.
Давление плиты на полки и стенку колонны собира..
ется с небольших площадей (см. рис. VIII.14, в), и швы
крепления к плите получаются очень тонкими. Однако,
чтобы не усложнять изrотовления, все швы, при креп..
ляющие элементы базы к плите, обычно принимаются
одной или в крайнем случае двух толщин.
При конструктивном решении базы с фрезеровкой
торца все давление колонны на плиту передается непо.
средственным контактом соприкасающихся поверхностей,
232
I
и швы, прикрепляющие элементы базы к плите, рассчи-
тываются на условную силу, равную 15% общеrо дав-
ления (для восприятия случайных моментов и попереч..
ных сил).:
O,I5N
h m >
О, 7 lш R B
[де },',lш суммарная длина швов.
(УI1I.55)
A.L
Опорная
плита
Рис. VlII.15.
База внецент-
ренно-сжатой
сквозной колон-
ны
Указание о фрезеровке торца базы обязательно oro-
варивается на чертеже.
Базы внецентренно-сжатых сквозных копонн. Конст-
руктивное решение баз внецентренно-сжатых сквозныXi
колонн имеет MHoro общеrо с базами центрально сжатых
колонн, так как ветви колонны наrружены центральной
продольной силой (рис. VIII.15). Поэтому конструиро-
вание и расчет элементов
баз внецент р енно-сжатых
,, (i\ м
сквозных колонн произво- ,
дится точно так же. как баз
центрально-сжатых колонн
(см. предыдущий раздел).
При действии большоrо из
rибающеrо момента и He
значительной продольной
силы в одной из ветвей ко-
лонны может возникнуть Рис. VIII.16. База внецентрен-
растяжение и она будет но-сжатой сплошной колонны
233
F
(Варцонт)
N 6М
О бм и н
. BL ВР'
rде В и L ширина и длина плиты.
При большом значении изrибающеrо момента второй
член формулы (VlII.57) может оказаться больше перво
ro, и под плитой должно было бы возникнуть растяжение
в бетоне О'б.мин (рис. VIII.17). Так как опорная плита
базы лежит свободно на фундаменте и не может тянуть
бетон вверх, то для сохранения СИЛОвоrо равновесия pac
тяrивающие усилия передают на анкерные болты.
Расчет базы внецентренно сжатой плошной колонны
выполняется в той же последовательности, что и ЦeHT
рально сжатой.
Сначала по формуле (VIII.44) определяют сопротив
ление бетона смятию '" с учетом соотношения площа-
дей плиты базы и бетона фундамента. Затем, задавшись
шириной опорной плиты В, определяют ее требуемую
длину
L + / ( ) 2 +
1 (УIlI.58)
2BR M . 2BR M BR M'
которая получена из формулы (VIII.56) при условии,
что О"б.макс R м,
Расчет производится на невыrоднейшую комбинацию
сил N и М, дающую наибольшее сжатие бетона у края
плиты.
Установив окончательно размеры опорной плиты, вы-
числяют фактические напряжения в бетоне фундамента
О"б по формулам (VIII.56) и (VIII.57). Так же, как в
базах центрально сжатых колонн, траверсы расчленяют
опорную плиту на участки консольные 1, опертые по
трем 2 и четырем 3 сторонам (см. рис. VII 1.17). Опреде
лив по формулам (VIII.45) , (VIII.46) и (VIII.47) изrи
бающие моменты в плите, находят по формуле (VIII.49)
ее требуемую толщину. Так как давление бетона на
плиту неравномерно, то при определении моментов в
различных ее участках величину О'б несколько в запа
прочности принимают равной наибольшему значению в
пределах участка (по масштабу с эпюры дав.1Iения).
Сечения и крепления траверс базы рассчитывают по
упрощенной балочной схеме на давления с COOTBeTCT
вующих rрузовых площадей ана.1Iоrично, как и для баз
центрально сжатых колонн.
(УIII .57)
стрем:I'tться оторваться от фундамента. Растянутая ветвь
притяrивается к фундаменту анкерными болтами, по
этому в данном случае болты являются рабочими и их
сечение определяется расчетом.
Базы внецентреllно сжатых сплошных колонн имеют
в плоскости действия момента вытянутую форму н боль-
и
ОСЬ анкерных
оолтоВ
L
Рис. VIII.17. К расчету базы внеIIентренно сжатой сплошной колонны
шее плечо анкерных болтов (рис, VIII.16 и VIII.17).
Конструкции баз колонн желате.1IЬНО проектировать про
стыми, с минимальным количеством деталей, с доступно-
стью сварки всех швов.
Ввиду воздействия изrибающеrо момента база BHe
центренно сжатой колонны оказывает неравномерное
давление на бетон фундамента (рис. VIII.17). Наиболь-
шее и наименьшее давления на бетон по краям плиты
определяют по формулам;
N М N 6М
Об.манс == F ин + W пл == BL -t- BLs ; (VПI.56)
2М
235.
Требуемую площадь анкерных болтов определS\ют
исходя из предположения, что растяrивающая сила Z,
вызванная растянутой зоной эпюры напряжений (см
рис. VIII.17), полностью воспринимается анкерными
болтами. Составляя уравнение равновесия относительно
центра тяжести сжатой зоны бетона, получим
M Na Zy O.
Отсюда суммарное усилие Z во всех анкерных болтах с
одной стороны башмака
M Na
Z==
у
и требуемая общая площадь их сечения
ра M Na
НТ R a R a
р у р
rде R расчетное сопротивление анкерных болтов pa
стяжению, принимаемое для болтов из стали KJlaCCa
С 38/23 равным 14 кН/см 2 (для сталей друrих классов,
см. табл. VI.4); а и у rеометрические размеры, при
нимаемые по рис. VIII.17.
В табл. VIII.I0 приведен сортамент анкерных болтов,
из которой по усилию или площади нетто MorYT быть оп
ределены нужный диаметр болтов, длина заделки их в
фундамент и минимальные установочные размеры.
При расчете анкерных болтов необходимо принимать
невыrодную для них комбинацию наrрузок, дающую
наибольший момент при небольшой нормальной силе
(так как нормальная сила разrружает анкерные болты).
В раздельных базах (рис. VIII.15) BHeцeHTpeHHO
сжатых сквозных колонн усилие в анкерных болтах paB
но растяrивающему усилию в ветви колонны и опреде-
ляется от невыrоднейшей комбинацни усилий М и N по
формуле (VIII.30).
(VШ .59)
Наrрузка на ферму действует, как правило, в узлах,
поэтому во всех ее стержнях возникают толькО продоль-
ные усилия сжатия или растяжения при работе в целом
на изrиб. Блаrодаря этому металл в фермах использует-
ся более рационально, чем в балках, и они экономичнее
балок по массе, но более трудоемки в изrотовлении
Поэтому применяют фермы для перекрытия больших
пролетов при относите.lIЬНО небольших наrрузках. В co
временном строительстве фермы применяют в самых
разнообразных сооружениях.
(УIII .60)
t ЭЭ. ХАРАКТЕРИСТИКА, КЛАССИФИКАЦИЯ, КОМПОНОВКА
И ТИПЫ СЕЧЕНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ ФЕРМ
Фермы состоят из BepxHero и нижнеrо поясов, соеди-
ненных между собой решеткой из раскосов и стоек. Рас-
стояние между узлами решетки фермы называется пане
8ерхниц полс
z , . Стоики Роскосы '
}Ннкнии пояс l-npолет ферм,,/ !
о) t1) ж}
V\I/\J/\V\V\I I"-A/V"-/1
6) lZSlZSlZSJZSJZS 3 ) IXIXI>ФФФФФ<I
8} е} Ц)
VI/I/1/N'\I 1
Ф K)
rn8B8 IX
ФЕРМЫ
Рис. IX.I. Элементы ферм н их классификация по очертанию поясов
и типу решетки
а с nараллельными поясами; б nолиеональные; в арочные (сеементные);
е rреуеольные; д с треуеольной решеткой; е с раскосной решеткой; ж
со шпренеельной решеткой; З. и, к со специальными рещетками
Фермами называются решетчатые конструкции, рабо-
тающие, как и балки, на изrиб. Конструкция фермы со-
стоит из отдельных стержнеЙ, которые соединяются в
узлах и образуют rеометрически неизменяемую систему.
236
лью, расстояние между ее опорами пролетом. Разно
образие областеЙ применения и конструктивных решений
ферм позволяет классифицировать их по различным
признакам:
237
по назначению ферм-ы мостов, покрытий (стропиль-
ные и подстропильные) , транспортных эстакад, rрузо-
подъемных кранов, rидротехнических затворов и друrих
сооружений;
по очертанию поясов фермы с параллельными поя-
сами, полиrональные, арочные и треуrольные (рнс. IX.I,
a z). Очертание поясов зависит rлавным образом от
назначения фермы и принятой конструктивной схемы
Bcero сооружения;
по системе решетки фермы с треуrольной решеткой
и треуrольной с дополнительными стойками решеткой
(рис. IX.l, д), фермы с раскосной (рис. IX.l, е), шпрен
rельной решеткой (рис. IX.1, ж) и решетками специаль-
ных типов: крестовой, ромбической, полураскосной
(рис. IХ.l,з, и, к).
Система решетки зависит от схемы приложения на-
rрузок и специальных требований к ферме. Наиболее
проста треуrольная решетка. Дополнительные стойки
ставят в тех случаях, коrда в месте их расположения
прикладываются сосредоточенные силы нли коrда хотят
уменьшить длину панели BepxHero, сжатоrо пояса.
Особенностью раскосной решетки является то, что
все раскосы имеют усилия одноrо знака, а стойки про-
тивоположноrо; при восходящем направлении раскосов
стойки растянуты, а при нисходящем сжаты. Шпрен-
rельная решетка применяется при более частом при.nо-
жении сосредоточенных сил к верхнему поясу. Фермы
с крестовой решеткой прнменяются обычно при двусто-
ронней наrрузке. Крестовые раскосы проектируют из
rибких элементов или тяжей; они воспринимают только
растяrивающие усилия, а при сжатии выключаются из
работы. Блаrодаря этому фермы с крестовой решеткой
рассчитываются как стат чески определнмые системы.
Решетки ромбическая и полураскосная обладают повы-
шенной жесткостью и применяются иноrда в KOHCTPYK
циях С большими поперечными силами.
В зависимости от вида статической схемы различают
фермы разреЗНЫе, неразрезные и консольные. По значе-
нию наибольших усилий в элементах фермы разделяют
на леzкие (пролетом 1 до 50 м с наибольшим усилием в
поясах NMaKc 5000 кН) И тяжелые; по конструктивному
решению на обычные, комбинированные и с предвари-
тельным напряжением,
1. КОМПОНОВКА ФЕРМ
в задачу компоновки фермы входит определенне ее
рациональной схемы с учетом ряда требований: экоио-
мичности по затрате металла, простоты изrотовления,
транспортабельности, требований унификации и типиза-
ции. Эти требования часто входят в противоречия между
собой, поэтому необходимо найти оптимальное решение,
наилучшим образом УДОВ.I1етворяюшее одновременно
комплексу требований,
Масса фермы зависит от отношения ее высоты к
пролету. Усилия в поясах фермы возникаЮ7 rлавным
образом от изrибающеrо момента, а в решетке от
поперечной силы. Чем больше высота фермы, тем мень-
ше усилия в поясах и их масса, но с увеличением высо-
ты фермы возрастают длина решетки и ее масса, Наи-
меньшая масса фермы достиrается, коrда масса поясов
примерно равна массе решетки. Теоретическое значение
отношения высоты к Ilролету для ферм наименьшей мас-
сы довольно велико: hопт/l 1/4 1/6. Изrотовленные н а
заводе металлических конструкций отправочные элемен
ты ферм в случае доставки их к месту монтажа железно
дорожным транспортом должны иметь высоту не более
3900 мм (см. Э 11, рис.- IV.l).
Таким образом, оптимальные по затрате металла
фермы пролетом более 18 м уже получаются неrабарит
ными для перевозки. Фермы высотой более 3900 мм
приходится собирать на месте монтажа, а это усложняет
и удорожает строительство. Выrоднее сделать более
тяжелую ферму с отношением h/l до 1/10, но rабарит
ную по условиям перевозки.
При компоновке схем ферм важнейшее значение
придается удовлетворению требований унификации и
типизации для снижения стоимости и трудоемкости
заводских и монтажных работ. Например, ширина стан-
дартных сборных железобетонных плит для покрытия
промыШленных зданий диктует постоянный размер пане-
ли ферм независимо от пролета; сопряжение ферм с
колоннами в мноrопролетных зданиях требует одинако-
вой конструкции опорноrо узла и высоты на опоре ферм
разных пролетов; применение сборочных KOHДYKTO
ров, упрощаЮЩИJ! изrотовление ОДНОТИПНЫJ! конст-
рукций, возможно при полном подобин узлов фер-
мы и т. д.
238
239
а) т i
т
)
111
. I 1
i
6) [.}
'1
Ф
В узлах стержни соединяются при помощи листовых
фасонок открытыми, хорошо доступными швами
(рис. IX.2, а). Фермы с элементами из rHYTbIx профилей
на 10 15% леrче, чем фермы из уrолков (рис. IХ.2,б).
Такие профили небольшой мощности поставляет метал-
лурrическая промышлеиность, а более мощные изrотов
ляю'I на rибочных прессах заводы металлических
конструкций
Наиболее рациональной формой сечения элементов
ферм является трубчатое сечение; фермы из труб эконо-
мичны по массе, хорошо сопротивляются коррозии
(рис. IХ.2, в). Некоторое усложнение узлов и дефицит-
ность труб оrраничивают их пр именение.
Весьма рациональна конструкция фермы с примене-
нием разных марок сталей: элементы, имеющие большие
усилия (пояса, опорные раскосы), проектируют из стали
повышенной прочности, а остальные слабонаrруженные
элементы решетки из обычной уrлеродистой стали.
Фермы из алюминиевых сплавов применяют редко,
их элементы изrОТОВЛjlЮТ из специальных прессованных
профилей, rHYTbIx листов или труб.
Сечения элементов тяжелых ферм с усилиями в
стержнях свыше 5000 кН обычно принимаются состав-
ными из 'сварных двутавров или прокатных профилей.
Большие усилия в стержнях леrче передаются в узлы
через две фасонки, поэтому такие фермы называЮ1
двухстенчатыми. Тяжелые фермы при меняют для пере-
крытия больших пролетов. особенности их конструкции
рассмотрены в 46.
t 34. СТРОПИЛЬНЫЕ ФЕРМЫ
1. КОНСТРУКЦИИ ПОКРЫТИй
В конструкциях покрытий наибольшее распростране-
ние получили два конструктивных решения: с примене
нием продольных проrонов и без ннх, В первом случае
по стропильным фермам укладывают с шаrом 1,5 или
3 м леrкие несущие элементы проrоны, на которые
опираются мелкоразмерные кровельные плиты
(рис. IX.3); во втором непосредственно на фермы кла-
дут крупноразмерные плиты или панели, совмещающие
функции проrонов и плит ,(рис. IX.41.
В соответствии с этими треБОВаННЯМИ рациональные
схемы ферм получаются, если: отношение высоты к про-
лету принимается hll==1/7 1/l0; фермы пролетом до
36 42 м имеют высоту не более 3900 мм; уrол наклона
раскосов принимается в пределах 33 550,
2. ТИПЫ СЕЧЕНИй СТЕРЖНЕЙ ФЕРМ
Леrкие фермы пролетом до 36 42 м с наибольшими
продольными усилиями в стержнях до 5000 кН большей
частью делают с сечениями элементов из парных уrол
ков. Комбинируя состав сечения из равнобоких уrолков
или из неравнобоких, соединенных малыми или больши
ми полками, получают равноустойчивое в обеих плоско-
стях сечение, хорошо работающее на продольную силу.
рис. IX.2. Типы сечений стержней ферм
а из nрокатных gеолков; б из енутых профилей; в из труб
240
16 950
241
Кро8ельные
плцть/
Рис. 'Х.3. Схема покрытия по
проrонам
Рис. IX.4. Схема беспроrонноrо
покрытия
Покрытие по nporOHaM
Наиболее простыми проrонами являются балки из
прокатных швеллеров или двутавров (при шаrе CTpO
пильных ферм 6 м). Проrоны устанавливают на верхний
пояс фермы в ее узлах.
Для покрытий по проrонам неотапливаемых зданий
при меняют мелкоразмерные железобетонные плиты с
асфальтовой стяжкой (выравнивающим слоем) и рубе-
роидным ковром (рис. IX.5, а), волнистые асбестоцемент-
ные листы усиленноrо профиля, волнистые листы из
стали или а.цюминиевых сплавов (рис IX.5, 6), а также
плоские стальные листы толщиной 3 4 мм (в roрячих
цехах металлурrических заводов) (рис. IX.5, в).
Для теплых кровель в качестве кровельных элемен-
тов, укладываемых по проrонам, широко применяют
стальной профилированный настил. армопементные и
асбестоцементные плиты.
Стальной профилированный настил (рис. IX.6, а)
изrотовляют из оцинкованной стали толщиной 6==0,8;
0,9 и 1 мм, шириной В==680, 711 и 782 мм, высотой про-
филя h==40, 60 и 80 мм и длиной до 12 м (можно и
больше, но с такими листами трудно работать).
Условное обозначение листов по ТУ 34-5831-71:
Н 40-711-08, Н 60-782-1 (0,9; 0,8), H79 680-1 (настил,
высота профиля h, ширина В, толщина листа 6).
Профилированные листы укладывают по проrонам,
расположенным обычно через 3 м по разрезной или не.
разрезной схеме. Листы крепят к проrонам самонаре-
заюп,I.ИМИ болтами (рис. IX.6, 61 gиаметром 6 мм. Между
24)
II Д
Рис. IX.5. Кровля по
проrонам
12ММ
ci)
д-д
2р
t
,"
0.1
;!)
!iJ(]РО1l3ОЛRlI,UОННЬ'U коВер .
теЛЛllmеflЬ СqмонореSОЮЩiJlJ
Б ОМ'"
qpоuзоляцun t---- K:JMOllHUpo80HHble
про lIЛUРО оН""О 1, 3Q/(леЛ/(1I
настил epe$JfJOMM
JOO
650
I
«::1
vf3v v
I
I
r
Рис. IX.6. Теплая кровля со стальным профилированиым настилом
а профилированный ,!астил; б самонарезающий болт; в комбинирован-
Ная заклепка; ii уеОJl кровеJlЬНоео покрытия
I6
243
ния от нее получаются большими. Чтобы уменьшить
изrибающий момент от скатной составляющей, проrоны
раскрепляют тяжами из круrлой стали диаметром 18
22 мм (рис IX.7,6), уменьшающими расчетный пролет
проrона в плоскости ската. Тяжи ставят между всеми
проrонами, за. исключением KOHbKOBOro В панелях у
коНька тяжи идут наклонно и крепятся к стропильной
ферме или к коньковому проroну вблизи опор.
Составляющие наrрузки на проrон qx И qy В зависи-
мости от уrла наклона ската кровли а определяются:
ЧХ == q cos а. и Чу == q sin а.. (IX.O
Значения изrибающих моментов в плоскости меньшей
жесткости проrона зависят от числа тяжей (рис, IX.7,B).
При шаrе ферм 6 м обычно ставят один тяж, при шаrе
12 м или крутом скате лучше поставить два.
При установке одноrо тяжа изrибающий момент в
плоскости ската находится как опорный момент в двух-
пролетной неразрезной балке (в том же сечении, rде Мх
максимален). Значения изrибающих моментов при уста-
новке одноrо и двух тяжей даны на рис. IX.7, в.
Наибольшие напряжения в проrоне от cOBMecTHoro
действия изrиба в двух плоскостях:
о == ох + Оу == Мх/пr х + Му/ПV у '" R. (IX .2)
Прочность проrонов разрешается проверять с учетом
развития пластических деформаций по формуле
Мх Му
o== + -<:R. (IX.3)
1,12U7 x 1,2U7 y
Если кровельный настил крепится к проrонам жестко
и образует сплошное полотнище (например, ПЛОСКий
стальной лист приварен к проrонам; стальной профи-
лированный настил прикреплен к проrонам само-
нарезающими болтами, а листы настила соединены меж-
ду собой заклепками), то скатная составляющая будет
восприниматься самим полотнищем кровли. В этом слу.
чае необходимость в тяжах отпадает и проrоны мож-
но рассчитывать только на наrрузку qx. Общую устой-
чивость проrонов не проверяют, так как устойчивость их
обеспечена опирающимися на них по всей длине кровель-
ными плитами или настилом.
Проrиб проrонов проверяют только в плоскости ero
ббльшей жесткости. Он не должен превышать 1/200 про-
лета (от нормативной наrРУзкиl.
собой листы соединяют вдоль длинной стороны комби-
нированными заклепками d==5 мм (рис. IX.6, в), уста-
навливаемыми через 300 мм и позволяющими вести
клепку с одной стороны настила (рис. IX.6,z).
Вес профилированноrо настила составляет 0,1
0,15 кН/м 2 .
и)
lJ9"VSinC<
6)
.... ,..1
" ..
" /
1""
I
11
I
.I:r
I
,J,
11111111111111 f IIIII II11 Н I I1 Н 11 J 1111111
tJ]
/.{9
'k! &" 'k!,2
J2 .90 J50
Mx
fJxl2 "Х (2 f/xl2
6" Т т
у
.
lX
rjx"'lcosa
5) Е=:- ..r
.Ysel1 А
А-А
" )
" {
'IJ
I I
тl 'f!
I 1
Ir .Ir
I I
:1: !
lL lL l
J J J
l
Тнж
d"I8...2l
Рис. IX.7. К расчету nporOHOB
а схема действия Наерузки; б развязка nроеона в плоскости ската ТЯЖа-
ми; в к опредeJIению расчетных усилий в nроеоне
Сплошные проrоны, расположенные на скате кровли,
работают на изrиб в двух плоскостях. Вертикальная на-
rрузка q может быть разложена на qx, действующую в
плоскости большей жесткости проrона, и скатную соста-
вляющую qy (рис. IX.7, а) Хотя при небольших уклонах
кровли скатная составляющая невелика, вследствие ма-
лой жесткости проrона относительно оси y y напряжс-
244
245
pporoHbI крепят к поясам ферм при помощи KOpOTЫ
шеи из уrолков, планок, rHYTbIx элементов из листовой
стали. Отдельные варианты узлов крепления проrонов
показаны на рис. IX.5.
При шаrе ферм 12 м применение сплошных проrонов
увеличивает расход стали на 1 м 2 покрытия И тоrда
Беспроrонное покрытие
а) 85 А Б прокатныe
! I I
1 1 "О "О /5 70 - I '
6/02
2.;'.98 В "ОМ
600и ::! Т"утые швеллеры
() 4 мм "', _
--'
.{ \т
:r: ,:: Ait !
Щ1Щ 'f/ \ O "О
rН!lтыешВеллеры
т..
лронатныеУ20л..и4
Для беспроrонноrо покрытия широкое распростране-
ние получшIИ различноrо вида крупнопанельные УНИфll
цированные же,1Iезобетонные плиты шириной 1,5 и 3 м
и длиной 6 и 12 м (рис. IX.9). Высота плит при пролете
6 м равна 300 мм, при пролете 12 м 450 мм. Недостат-
ком крупнопанельных железобетонных плит является их
большой собственный вес (1,2 2,4 кН/м2), что приводит
R утяжелению несущих конструкций здания (ферм,
колонн, фундаментов).
Стремление облеrчить теплую крупнопанельную кро-
влю приводит К поиску друrих конструктивных решений
панелей с применением rHYTbIx профилей, профилиро-
BaHHoro настила, алюминия, леrких утеплителей. В каче-
стве примера на рис. IX.l О показаны конструкции пане-
лей для теплых кровель: панели размером 12Х3 м из
rHYTbIx профилей и профилированноrо настила и панель
размером 6Х 1,5 м из алюминия с утеплителем из пено-
пласта.
Для холодных кровель крупноразмерные панели при
меняются чаще, так как конструкция их получается до-
статочНО' простой. Некоторые решения таких па нелей со
стальными и алюминиевыми листами показаны на
рис. IX.11.
Рис. IX.8. Сквозные проrоны
д ,, CTPYKции ЦНИИПроектстальконструкции; б конструкцuи ЦНИИПРОМ
2. СХЕМЫ СТРОПИЛЬНЫХ ФЕРМ
применяют сквозные проrоны. На рис. IX.8 пока
заны конструкции сквозных проrонов, разработанные
ЦНИИПроектстальконструкцией и ЦНИИПромзданий.
Верхний пояс этих проrонов выполнен из двух прокат
ных или rHYTbIx швеллеров, расположенных полками на-
ружу на расстоянии 80 мм. Элементы решетки из rHYTbIX
швеллеров заводят между элементами пояса и привари-
вают к ним без фасонок. Такое решение обеспечивает
достаточную простоту изrотовления проrонов И сущест
вен но увеличивает их боковую жесткость.
Сквозные проrоны рассчитывают как фермы с соот-
ветствующей системой решетки и неразрезным верхним
поясом. Верхний пояс проrонов работает на сжатие с
изrибом (в одной плоскости, если QTCYTcTByeT скатная
составляющая наrрузки, или в двух плоскостях), осталь
ные элементы испытывают продольные усилия.
246
Схемы стропильных ферм, применяемые в покрытиях
зданий, MorYT быть достаточно разнообразными
(рис. IX.12).
В зависимости от конструкции кровли назначается ее
уклон. При применении для кровли волнистых асбесто-
цементных, стальных или алюминиевых листов, чтобы
предотвратить протекание воды между швами листов,
ее уклон должен быть не менее 1/7 для металлических
кровель и 1/4 для асбестоцементных. В случае рулонных
или стальных кровель (б 3 4 мм) с заваренными шва-
ми уклон может быть меньше 1/8 1/12. Широкое приме-
нение находят кровли с уклоном 1,5 %, которые обычно
проектируют с рулонным покрытием и защитой тонким
слоем мелкозернистоrо rравия на битумных VIaстиках.
Тип решетки ферм определяется конструкцией по-
крытия, а также наличием наrрузок, приложенных к
247
tJ)
r .,
1 I
L J
r .,
I I
1 I
F= ::=,
1
L J
..., r '"
I I
I I
L .J
r '
1 1
I 1
L.. :!
r ,
I I
L J
*]"
'ю 6 .. 10
о)
tиiрои:ЮЛllциОНН6IU коКер
Дсtpальто8ая стяжка
!/теплитель
KPyпlfoпaHMHlЫe плиты
Рис. IX.9. Кровля по
крупнопанельным пли-
там
нижнему поясу (подвесные потолки, коммуникации, под
весной транспорт и т. д.), Обычно размер па нели фермы
кратен 3 м. При выборе схемы стропильных ферм учи..
тывают также архитектурные соображения.
а пJlита; б узеJl кро-
вельноео nок.рытuя
6)
а)
6 6
Рис. IX.12. CJieMbl стро-
пильных ферм
а двускатные; б одно-
скатные
[ 6
\//j)J/\VЗ
tV
Вариант "
rHyтblu прыри.ль S "' 6Iо1И иСЬ сuине/фиu
с лроiJОЛЬН6IИ !/2йЛКОМ Прщpu.лupо8о 'I6Iil ностllЛ
8uрионт
rHljm6lU
ЛРotpиль iM-6НN
35, РАСЧЕТ ФЕРМ
Расчет ферм выполняют В следующем порядке: опре..
деляют наrрузку на ферму и вычисляют узловые силы.
находят расчетные усилия во всех стержнях фермы и
подбирают их сечения. После этоrо рассчитывают и
конструируют соединения, узлы и детали,
D} !/теntfиmeЛ6 иа
пeHoптrcmll
Сомоноре:10lOщие
50лты
По epel/H6Ie
50лт61 J '" ии
8= JOOO
IIAIONHHuelDIe лнсты
8 =1,5",,,, !->
В= 1500
В)
C{l1O/lbНOV лнст
/ 'о IJ-6мм
\( , ;; o ' -8M "
о)
Рис.
248
1, ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАrРУзок
Основными наrрузкамn на стропильные фермы явля"
ются:
постоянные наерузки от веса кровли и собственноrо
веса несущих конструкций покрытия;
на2рузка от сне2а;
прочие наерузки, которые иноrда прикладываются fQ
фермам (подвесной транспорт, воздействие рамных мо"
ментов при жестком защемлении фермы на опорах и др.).
Постоянные наrрузки от веса кровли, собствеНIЮI-О
веса металлических конструкций стропильных ферм,
связей по покрытию принимаются равномерно распреде-
ленными. Если к ферме прикладываются большие cocpe
доточенные силы свыше 30 50 кН, то их учитывают по
фактическому расположению.
Постоянная наrрузка на 1 м 2 rоризонтальной проек-
ции определяется по формуле
Рис. IX.IO. Примеры
конструкций панелей
для теплых кровель
а из 2НУТЫХ nрофилеiJ
спрофилированным на-
стиЛQМ; б алюминиевая
с утеплителем из nено_
ПЛаста
,А
А-А
.......JA
BOI1ItHcт6ll/ олюмultl.lt'
661Ц лuст О q8- 2 нн
q
I
cos а.
(lХ .4)
249
j(
FHyт6f{/
(j) Сворки rHymbItl стольноv ПРОf/J.UЛЬ
D'!,oX/!ecmKj/ /!f/СmО.J-4ММ =-i б 4 бмм
"111'"'' ";. , '.. 'j [-f I7циНКО80нltые
"" Реороо 9-/iмм .1(lКЛСПКЦ
"ерез 600-1000 РОСЛ(}рlfU ., J.
f/ЗL vерсз L - /1(
IX.II. Примеры конструкций панелей для ХQ.JIOДНЫХ кровель
(lХ.7)
Коэффициенты с для однопролетных зданий и MoorO-
пролетныХ зданий при сопряжении кровель 11I ОДНОМ уров-
не приним:ают в соответствии с рис. IX.13. ДЛЯ зданий без
фонарей (рис. IX.l3,6) при уrле наклона кровли a 250
коэффициент с== 1 и с==О при а;:;::: 600; проме:кут.?чныс
значения коэффициентов с определяются линеинои ин-
терполяцией.
Если здание иМеет двускатное покрытие с уrлом на-
клона 200 a 300, то учитывают и второй вариант за-
rружения cHeroM: на одной половине равН()мерно рас-
пределенная наrрузка с коэффициентом с===0,75 и на
друrой половине равномерно распределенная наrрузка
с коэффициентом с=== 1,25.
Для зданий с фонарями существуют два варианта
заrружения cHerOM (см. рИС. IX.13, в), а коэффициенты
с определяются по формулам:
а а а
c==I+O l . cl==1+O,6 ; c2==I+O.4 .(lX.9)
. ь'
Значения с не должны превышать: 2.,5 для ферм и
балок при нормативном весе покрытия более 1,5 кН/м 2 ;
2 для железобетонных плит покрытия пролетом 6 м
и менее; 2,5 то же, более 6 м.
Значение sф принимается равным высоте фонаря h ф ,
но не более Ь.
Фермы с фонарем обычно рассчитывают только на
первый вариант cHeroBoro заrружения, так как он BЫ3Ы
вает наибольшие усилия в поясах и раскосах. На второи
вариант рассчитывают проrоны и плиты нокрытия, для
которых местное повышение наrрузкИ (CHerOBbIe мешки)
является наиболее неблаrОПРИЯТJlЫМ. На повышенную
HarpY3KY ОТ CHeroBblx мешков должны проверяться так-
же стойки фермы, усилия в которых равны непосредст-
венно узловой силе.
При более сложных конфиrурациях покрытия с пере-
падами пролетов по высоте CHer сдувается на нижеле-
жащие фермы с высоких пролетов и образуются зоны
повышенных наrрузок от cHeroBbIx мешков. Данные для
определения этих наrрузок даны в СНиП 11-6-74.
Расчетные узловые силы на ферму от веса cHera так-
же находят умножением расчетной поrОННОЙ наrрузки
на длину панели вepXHero пояса d.
Прочие наrрузки. Если есть какие-либо дополнитель
ные наrрузки на ферму, их принимают в соответствии с
251
rде qф фактический вес кровельной конструкции на
1 м 2 ; а уrол наклона кровли к rОРИЗ0НТУ.
При YKJ'lOHax кровли до 1/8 включительно можно
принимать cos а== 1. Расчетная поrонная наrрузка на
ферму определяется по формуле
qp == qB, (lХ 5)
rде В шаr стропильных ферм.
Узловые силы на ферму находят умножением поrон-
ной наrрузки на длину панели BepxHero пояса d
(рис. IX.13, а):
Р == qp d. (IX .6)
HarpY3Ka от сиеrа, нормативная на 1 м 2 площади
rОРИЗ0нтаЛhНОЙ проекции покрытия, реrламентируется
СНиП 11-6-74 «Наrрузки и воздействия» и определяется
по формуле
rде ро вес CHerOBoro покрова на 1 м 2 , принимаемый
в зависимости от района СССР по карте, приведенной в
СНиП; с коэффициент, зависящий от конфиrураuии
кровли.
Расчетная наrруз-
ка на 1 м 2 кровли оп-
ределяется умножени-
ем нормативной на-
rрузки на коэффици-
ент переrрузки п,
который принимается
равным от 1,4 до 1,6 в
зависимости от отно-
шения нормативноrо
веса покрытия к нор-
мативному весу cHero-
Boro покрова (см.
табл. 1 прил. 1). Рас-
четную поrонную на-
rрузку от cHera на
ферму находят умно-
жением наrрузки с
1 м 2 кровли на шаr
Рнс. IX.13. К определению наrрузок ферм В:
На стропильные фермы Рр == nрН В.
Р И == РоС.
а)
d
5} 111111111111111111111111111111111111,"'!:
r -;
I I
...........,
I Вариflнт
"-'
.....
II Вариант
r ,
I I
а
ь
2:tO
(IX .8)
заданием на проектирование. Эти наrрузки следует
прикладывать к узлам фермы в виде сосредоточенных
сил. Учет наrрузки от опорных моментов в рамных
фермах приведен в Э 40
должно учитываться при подборе сеченИй. Учитывая
неразрезность пояса, местные изrибающие моменты,
найденные как для свободно опертых балок, "v!:oryT
быть уменьшены на 10% для всех панелей, кроме опор-
ной. Местный изrиб сильно утяжеляет ферму по сравне-
нию со шпренrельной фермой, однако шпренrельная pe
шетка значительно увеличивает трудоемкость изrотов-
ленИя фермы.
В фермах с парал.лельными поясами расчетные уси-
лия достаточно просто можно определить аналитическим
способом. При расчете ферм все размеры принимаются
по осевым линиям. проходящим через центры тяжести
сечений элементов.
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСИЛИЙ В СТЕРЖНЯХ ФЕРМЫ
Усилия в стержнях фермы определяют rрафическим
или аналитическим способом. В фермах с наклонными
поясами проще находить усилия rрафическим способом
при помощи диаrрамм:ы усилий Кремоны.
Делается это в следующем порядке: оп-
ределяют опорные реакции фермы, циф
рами и буквами маркируют поля между
силам и стержнями, строят диаrрамму
усилии, причем обход узлов выполняют
с таким расчетом. чтобы в узле было не
более двух неизвестных усилий. Построе-
ние диаrраммы Кремоны дано в примере
IX.l.
Р Х В фермах со шпренrелями У зловые
ИС. 1 .14.
К расчету ферм наrрузки первоначально собирают по ос-
НОвным узлам (как будто шпренrелей
нет) и для такой схемы фермы строят
диаrрамму усилий. Затем отдельно pac
сматривают шпренrельный элемент (по-
казан на рис. IX.14, а жирными линия-
ми) как самостоятельную ферму, и в ней при помощи
диаrраммы Кремоны находят усилия от силы на стойку
шпренrеля Р м . После этоrо к усилиям основной фермы
добавляют усилия от шпренrельноrо элемента на участ-
ках их совпаuдения, которые и будут расчетными для
шпренrельнои фермы.
Иноrда не все силы совпадают с узлами ферм (на-
пример, u при применении плит или панелей покрытия
ширинои 1,5 м в фермах с размером панели d==3 м).
В этом случае продольные усилия в элементах фермы
находят также от всей наrрузки, собранной в сосредото-
ченные силы по узлам фермы Сила Р м , действующая
Me дy узлами, вызовет в стержне дополнительный мест-
Ныи изrибающий момент Мм (как в балке, перекинутой
между узлами, рис. IX.14, 6). В результате такой эле-
мент будет работать на внецентренное сжатие от про-
дольнои силы И MeCTHoro изrибающеrо момента. что
о) 'Р..
а расчетная схе-
JIIа шпренееля;
б JIIес'I"Ный из-
еиб пояса
252
3. РАСЧЕТНЫЕ ДЛИНЫ СТЕРЖНЕй ФЕРМ
Стержни ферм работают на продольные усилия сжа-
тия или растяжения. Несущая способность сжатоrо
стержня (определяемая потерей устойчивости) зависит
от ero расчетной длины
lр == J.tl, (IX. Ю)
rде .... коэффициент, зависящий от способа закрепле-
ния концов стержня; 1 rеометрическая ДЛИНа стержня
(расстояние между центрами узлов).
Так как заранее не известно, выпучится ли стержень
в момент 'потери устойчивости в направлении, лежащем
в плоскости фермы, или в направлении, перпендикуляр-
ном плоскости фермы (из плоскости фермы), то необхо-
димо знать расчетные длины и про верить устойчивость
стержней в обоих направлениях. Несущая способноGТЬ
растянутых стержней не зависит от длины, однако слиш-
ком длинные и тонкие растянутые стержни MorYT прови-
сать под воздействием собственной массы, а также
колебаться при действии вибрационных наrрузок, по-
этому rибкость растянутых элементов ферм оrраничена
нормами и, следовательно, для ее определения таюке
необходимо знать расчетные длины растянутых стержней
в Плоскости и из плоскости фермы.
Расчетные длины всех стержней фермы в ее плоско-
сти принимаются равными расстоянию между центрами
узлов (рис, IX.15, а), за исключением промежуточных
раскосов и стоек, примыкающих к растянутому поясу,
Растяrивающее усилие в нижнем поясе препятствует
повороту нижнеrо узла (РИС. IX.l5,6). поэтому стержни
253
........... .....
Ппu'Т'ы
покрытия
Устойчивость фермы Из ее плоскости обеспечивается
элементами конструкций покрытия и связями по верхним
и нижним поясам. На верхний пояс укладывают проrоны
или крупнопанельные плиты покрытия, которые крепят
к поясу. В коньке фермы устанавливают связевую рас-
порку, которая обеспечивает устойчивость ферм на мон-
таже и служит опорой фермы из плоскости при наличии
фонаря (рис. IX.15, в). Нижний пояс фермы развязыва
ется системой связей по нижним поясам (рис IX.15, ).
Таким образом, за расчетную длину поясов ферм при ни-
мают расстояния между точками, закрепленными от сме-
щения из плоскости фермы связями, плитами или проrо-
нами с коэффициентом ....== 1
Все раскосы и стойки в направлении из плоскости
фермы Имеют расчетную длину, равную расстоянию
между центрами узлов, так как небольшая жесткость
поясов на кручение и rибкость узловых фасонок прибли-
жают работу этих стержней к схеме с шарнирным опи-
ранием концов. На рис. IX.15, a 2 пунктиром показаны
направления выпучивания элементов фермы в ее плоско-
сти и в перпендикулярном направлении. u
Исходя из изложенноrо, расчетные длины стержнеи
плоских ферм в соответствии с нормами проектирования
принимаtoтся по табл. IX.l.
решетки имеют схему с шарнирным опиранием вверху и
частичным защемлением внизу и их расчетная длина
принимается равной 0,8 rеометрической длины (рас-
стояния между центрами узлов). Заметим, что к опорно
a) .
5)
A..L A
L t? < '{: ..l
п A A П
б) Вис по 6епхни;';;;;;lIсам ферм
I
I
l ) Б Б Сбязе6ая
распорка
Вид по нижним ПОllсам ферм
' I IL I
Х xr СВ""
1\ / , 1" / I
ТАБЛИЦА 'Х.l. РАСЧЕТНЫЕ ДЛИНЫ ЭЛЕМЕНТОВ ПЛОСКИХ ФЕРМ
Направление продольноro
изшба стержня
поясов
Расчетная длниа
I опорных рас- I промежуточных
косов н стоек раскосов и стоек
I
O,Bl
1
p
в ПЛОСКОСТИ фермы . . I
ИЗ ПЛОСКОСТИ фермы .
1
11
а)
При м е ч а Н и е. 1 теометрнческая длнна элемента (расстояние между
центрами узлов); I1 расстояние между узлами, закреllлениымн от смещения
IIЗ плоскости фермы.
N, N, Nz N z
f f t
РИС. IX.15. К определению рас-
четных длин стержней фермы
в фермах из труб (с непосредственным креплением
элементов друr к друrу без сплющивания, см.
рис. IX.2, в) промежуточные раскосы и стойки в плоско-
сти фермы имеют меньшее защемление, а из плоскости)"
наоборот, большее. Поэтому их расчетная длина как в
Плоскости, так и из плоскости фермы принимается
Одинаковой, равной 0,9 rеометрической длины. Для поя-
255
му раскосу растянутый
одной стороны, что не
поэтом} ero расчетная
метрической длине,
нижний ПОЯС подх()дит только С
обеспечивает защемления УЗJJa,
длина принимается равной reo-
254
сов и опорных раскосов расчетная длина определяется
так же как и для обычных ферм.
В п нелях ферм действуют разные продольные силы,
и при закреплении из плоскости фермы через узел полу-
чается расчетная схема стержня, имеющеrо переменное
(ступенчатое) усилие по длине (рис, IX.15, д). В этом
случае ero расчетная длина из плоскости фермы опре-
деляется (при N 2 >N 1 ) по формуле
lp==11(0,75+0,25N 1 /N 2 ). (IX.11)
1(
I
I
I
f
ЭТо следует учитывать при существенной разнице
сил (не менее чем на 25%). Кроме Toro, в целях эконо-
fylИИ стали пояса часто проектируют различноrо сечения,
соедИНЯЯ их в узлах. В общем случае стержень может I
оказаться переменноrо сечения по длине и со ступенча- I
тым приложением сил, тоrда коэффициент ero расчет-
ной длины может быть принят по табл. IX.2.
f
ТАБЛИЦА IХ.2. КОЭФФИЦИЕНТЫ РАСЧЕТНОfl длины 11
ДЛЯ СТЕРЖНЕfI ПЕРЕМЕнноrо СЕЧЕНИЯ
I n
Схема и обозиачення а 11 0,5
0,02 0,1
0,2 0,95 0,93 0,93 0,92
0,9 0,6 1,19 0,98 0,97 0,96 С'
-ЛР 1 1,46 1,04 1 1
пJ'l 0,2 1,52 0,92 0,87 0,86
0,8 0,6 2,16 1,13 0,94 0,93
(' fi)P 1 2,61 1,35 1,03 1
1 0,2 3,08 1,44 0,86 0,79
0,6 0,6 3,92 1,82 1,01 0,9
1 4,58 2.15 1,16 1
Р. 0,2 4,37 1,97 0,98 0,79
0,4 0,6 5,32 2,39 1,16 0,89
1 6,15 2,78 1,31 1
п р н м е ч а н и е rнбкость стержня и проверка ето устоl\чивостн опреде-
'nЯЮ1'ся по теометрнческнм характеристнкам сечення более жестко!! частн;
J.tl Р
l.== ИIJ== <:R.
r E
256
4. ПОДБОР СЕЧЕНИй СТЕРЖНЕй ФЕРМ
Стропильные и подстропильные фермы для покрытий
проектируются большей частью с тавровыми сечениями
из парных уrолков. Такие сечения очень удобны в кон-
структивном отношении, обеспечивая простое соединение
стержней в узлах (см. рис. IX.2, а). Кроме этоrо, комби-
нируя типы уrолков (равнополочные или неравнополоч-
ные) и их соединение в сечении (большими или малыми
полками в сторону), можно конструировать стержни с
различным радиусом инерции r x и ry. Это позволяет при
различной расчетной длине lx и ly в плоскости и из пло-
скости фермы отдельных ее элементов подобрать наибо-
лее экономичные, равноустойчивые (с одинаковой rибко-
стью 'Ах и 'Ау) в обоих направлениях сечения.
В табл. IX.3 приведены различные сечения из уrолков
и даны соотношения их радиусов инерции.
ТАБЛИЦА IХ.3. СООТНОШЕНИЕ РАДИУСОВ ИНЕРЦИИ
СЕЧЕНИfl из уrолков
Состав сече- +' + +
ния J( Х
}($/' !/
Соотношение 'х-::::"у 'у <::; 2r x 'x-::::' O ,8r y 'Х=='В
радиусов 'Хо -::::.0, 5,х
инерции
Верхние пояса ферм раскрепляют из плоскости про-
rонами или плитами покрытия в каждом узле, и Тоrда
расчетные длины будут lx ly, или через узел (например.
на участке под фонарем, рис. IX.l5, в), и Torдa соотно-
шение расчетных длин станет ly 21x. В первом случае
наиБО"lее экономичным было бы сечение пояса из двух
неравнополочных уrолков, поставленных малыми полка-
ми в сторону (rx ry). Однако такое сечение применяет-
ся редко, так как из-за небольшой ширины пояса фермы
она неудобна при транспортировании и монтаже. По
этим соображениям при lx ly чаще применяют сечение
BepXHero пояса из двух равнополочных уrолков. При
расчетной длине пояса из плоскости фермы вдвое боль-
Шей, чем в плоскости ly 21XI наиболее рационально
17 950
257
сечение из неравнополочных уrолков, поставленных
большими полками в сторону (ry==2r x ).
Нижние пояса ферм обычно работают на растяжение,
поэтому соотношение радиусов инерции сечения не
влияет на их несущую способность. Однако для обеспе
чения требований по предельной rибкости, а также из
условий транспортирования и монтажа более рацио-
нально широкое сечение из неравнополочных уrолков,
поставленных большими полками в сторону.
Опорные раскосы имеют одинаковую расчетную
длину в плоскости и из плоскости фермы (lx===ly). По
этому лучшее для них сечение из неравнополочных
уrолков, поставленных малыми пОлками в сторону
(rx===r y ).
Промежуточные раскосы и стойки при сжимающих
усилиях проектируют из равнополочных уrолков (rx
0,8r у), что хорошо соответствует соотношению их pac
четных длин в плоскости и из плоскости фермы
(lx==0,8l y ). Растянутые элементы решетки MorYT прини-
маться и из неравнополочных уrолков, если можно по
добрать их сечение с меньшей площадью. Стойки ферм,
к которым примыкают связевые элементы, часто проек
тируют KpecToBoro сечения. В этом случае их rибкость
определяется наибольшей расчетной длиной (ly из плос
кости фермы) и минимальным радиусом инерции r x ,.
Для вспомоrательных элементов решетки (шпрен-
rелей) иноrда принимают сечения из одиночных у олков.:
В этом случае их rибкость также определяется большеи
расчетной Ди1ИНОЙ и минимальным радиусом инерции.
Наибольший неравнополочный уrолок 250Х160Х20
имеет площадь сечения 78,5 см 2 , поэтому при очень
больших усилиях в стержнях приходится для всех эле-
ментов применять равнополочные уrолки, площадь се-
чения которых больше и достиrает 142 см 2 (для уrолка
250Х30).
ДЛЯ ферм из труб диаметр труб поs:сов рекомендует-
ся принимать не БОи1ее чем в 3 раза большим, чем диа-
метр труб решетки. Толщина стенки труб поясов и опор
ных раскосов желательна не менее 3 мм, отношение тол-
щины стенки к диаметру трубы 1/35 1/45_ Для
промежуточны.х раскосов и стоек толщину стенки труб
можно брать до 2 мм с отношением ее к диаметру тру-
бы до 1/80.
Подбор сечения сжатых стержней обычно начинают
258
1
с элементов, имеющих ббльшее усилие. Первоначально
требуемую площадь двух уrолков определяют по фор-
муле
Р тр == ЧJ == (O,6 O.9) R ' (IX.12)
rде N расчетное усилие в стержне; <р коэффициент
продольноrо изrиба, которым ориентировочно задаются:
0,7 O,9 при подборе поясов; 0,6 0,8 при подборе эле-
ментов решетки; R расчеТное соПротивление стали.
Затем по сортаменту (табл. 3. 4 прил. 111) подбира-
ются близкие по требуемой площади уrолки, выписы
ваются rеометрические характеристики сечения из двух
уrолков Р, r x и ry (эти характеристики приведены в тех
же таблицах) и опреде,!J:ЯЮТСЯ rибкости стержня в обоих
напраВи1ениях (в плоскости и из плоскости фермы) по
формулам:
Л Х == !х/Тх И Л у == Лу/Т у .
rде lx и [у расчетная длина стержня в ПЛоскости и из
Плоскости фермы.
Для сжатых стержней следует выбирать по copTa
менту уrолки с наиболее тонкими полками, так как ce
чения из них обладают большей жесткостью и несущей
способностью (даже по сравнению с сечениями, ИМею
щими большую пл'ощадь, но более толстостенными).
Наибольшая rибкость стержней НОрмирована, она за-
висит от вида элемента фермы и ее материала (стали
или алюминиевых сплавов). Поэтому, определив rибко-
сти стержней, их следует сравнить с предельными, KOTO
рые приведены в табл. 6 прил. 1.
Удовлетворив условию предельной rибкости, прове-
ряют напряжения в принятом сечении
N
0'== <.R, (IX.13)
f[!мин Fбр
rде «РМI1Н коэффициент ПРОДольноrо изrиба, ПрИНИмае
мый по ббльшей из rибкостей 'Ах или 'Ау; F бр площадь
сечения выбранных уrолков.
Если напряжение по формуле (IX.l3) окажется
больше расчетноrо СОПРотивления или значительно
меньше ero, то надо взять друrие уrолки и в том же
порядке проверить их расчетом.
УСИJIИЯ в панелях BepxHero пояса фермы ИМеют раз-
личные значения, и, казалось бы, надо подбирать разные
сечения, -Однако такая ферма имела бы MHoro стыков
17*
259
и была трудоеМI<а в изrотовлении. Поэтому при пролетах
ферм 18 24 м ПРИlIимают единое сечение пояса по всей
длине, а при ббльших пролетах пояс делают из двух
сеченпй. В шарпирно опертых фермах крайние панели
BepxHero пояса совсем не И?,fеют усилий, поэтому один
из уrолков пояса часто обрывается в узле у опор-
Horo раскоса. ИIюrда в этой напели обрывают оба пояс..
ных уrОЛl<а 11 вместо них ставят друrие, минимальноrо
(по предельной rиБIюсrи1 сечения.
Длинные rибкие ЭJlементы решетки фермы Moryr
быть леrко поrнуты, IIСКРИВJlены Прl! перевозке, монтаже
или друrих случайных ВО:-lдействиях, поэтому напряже-
ния в раскосах и стойках ферм (исключая опорный
раскос) проверяют с введением коэффициента условий
работы т, учитывающеrо эти факторы:
N
(т == тЧJР <. R, (IX .14)
rде т 0,8 для элементов решетки при rибкости их
более 60. Из этих же соображений для любых сечений
стержней ферм не применяют уrолки менее чем
50х4 мм,
В фермах из труб в зоне примыкания раскосов и
стоек к поясам имеет место неравномерное распределе..
ние напряжений по сечению трубы, поэтому сжатые эле-
менты решетки при rибкости 11,<60 проверяются на
прочность (без учета коэффициента «р) с коэффициен-
том условий работы т==0,8.
Подбор сечения растянутых стержней целесообразно
начинать с элементов, имеющих наибольшие усилия.
Требуемая площадь определяется по формуле
Р тр == N /R. (IX .15)
Выбрав по сортаменту ближайшие по площади уrол-
ки (если узлы соединяют заклепками или высокопроч-
ными болтами, то с запасом на отверстия), выписывают
rеометрические характеристики сечения, составленноrо
из двух уrолков, и определяют rибкости стержня в пло.
скости и из плоскости фермы. Наибольшая rибкость
растянутых стержней также нормирована I1 зависит от
вида элемента фермы, уСJIOВИЙ ее работы и материала
конструкции. Значения предеJIЬНЫХ rибкостей растяну..
тых элементов для стальных и алюминиевых ферм даны
в табл. 7 прил. 1. Если rибкость подобранноro элемента
260
не превосходит предельной, то проверяют фактические
напряжения в стержне по формуле
(Т==N/Fпт<-R. (IX.16)
В фермах из труб по тем же причинам, что и в сжа-
тых элементах, при проверке Прочности вводится коэф-
фициент условий работы т ==0,8.
Нижние пояса ферм в целях экономии стали иноrда
принимают по ДЛИне из двух различных сечений со
стыком в узле.
Усилия в раскосах по мере их приближения к середи-
не фермы уменьшаются, поэтому фактором, определяю-
щим сечение средних раскосов, является предельная
rибкость. Если среДние раскосы ИМеют небольшое растя-
жение u (примерно до 100 KHJ, то при случайной односто-
роннеи наrрузке (например, монтаже плит покрытия
оч стке cHera и др.) усилие может уменьшиться и пе
реити в сжатие. Учитьwая это, в средних растянутых
раскосах не опускают rибкость более 150 (подбирают
по предельнои rибкости для сжатых стержней).
Если по ДЛИНе поясов принимаются различные се-
чения, то необходимо следить за тем, чтобы смещение
центров т жести уroлков (эксцентрицитет осей) не пре-
вышало 5 Уо высоты пояса, иначе в узле возникнут зна-
чительные изrибающие моменты, которые должны учи-
тываться расчетом.
При определении радиусов инерции сечения из двух
уrолков необходимо знать расстояние в свету между
параллельными полками, которое определяется толщи-
нои фасонок фермы. Эта толщина зависит от усилий
стержнях фермы и может быть принята по табл. IX.4.
Фасонки обычно принимаются одинаковой толщины
однако в фермах больших пролетов допускается опор
ные фасонки делать на 2 мм толще, чем промежуточные.
ТАБЛИЦА IX.4. РЕКОМЕНДУЕМЫЕ ТОЛЩИНЫ ФАСОНОК ФЕРМ
Наибольшее о о о о о
55 о IC IC О
расчетное уеи- IC <о C'I
О IC I '1 СУ) 8
о '<1> 1'- I I I
,lJие в опорном C'I I I g
о 55 о о
раскосе, кН о о 55 55 IC IC О
J:::( О C'I
C'I '<1> 1'- C'I
Толщина фаса- I 8 J 10 / 12 I 14 I 16 118 I 20 I 22 25
нок, мм
,261
Подбирать сечения стержней ферм удобно непосред-
ственно в табличной форме без промежуточных вычисле-
ний (форма таблицы дана в примере IX.1). Такая таб-
лица позволяет выполнить расчет в наиболее компакт-
ной форме и в то же время служит контролем учета
всех факторов расчета.
Определив необходимые сечения всех стержней фер-
мы, надо проследить, чтобы уrолков различных калибров
было не слишком MHoro. Если в фермах пролетом до
24 м их окажется больше пяти-шести и в фермах боль-
ших пролетов больше семи девятИ, то близкие сечения
принимаются по большему уrолку и число калибров
уменьшают.
в случаях коrда изменяют сечение поясов по длине
фермы, принимают одну осевую линию поясов в reoMeT-
рической схеме и к ней привязывают обушки поясных
уrолков.
При разных калибрах уrолков поясов желательно
наружную кромку уrолков выдержать на одном уровне
для удобства устройства стыков и укладки элементов
кровли. При этом смещение центров тяжести поясов с
оси не должно превышать 5% высоты пояса, иначе надо
учитывать возникаюшие в узлах моменты.
а)
01:::
j .
, I
IE i
I '
,
I
<::
01:::"'"
t :16. КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ уЗЛОВ
ИДЕТ АЛЕИ ФЕРМ
1. rЕОМЕТРИЧЕСКАЯ СХЕМА ФЕРМЫ И ЦЕНТРАЦИЯ УЗЛОВ
Осевые линии стержней фермы образуют ее reOMeT-
рическую схему (рис. IX.16, а). Сами стержни распола-
rают на rеометрической схеме так, чтобы центры тяже-
сти сечения совпадали с осевыми лиииями. В сварных
фермах со стержнямИ из уrолков привязка обушков к
осевым лиииям 2 (рис. IX.16, б) берется из таблиц сор-
тамента уrолков и окруrляется до 5 мм, в клепаных фер-
мах с осевыми ЛИНИЯми совмешаются риски уrолков
(табл. 1 прил. IV).
Часто первоначально задаются внешние rабариты
фермы, например, высота стропильных ферм по rраням
поясных уrолков h (рис. IX.16, б) . В этом случае reo
метрическая высота фермы на опоре h оп будет зависеть
от привязки к осям поясных уrолкоВ 21 и 22, уклона верх.
Hero пояса i и расстояния от разбивочной оси до rрани
фермы а:
б)
NJ
# ' '5
е)
/ ./ '"' Nj
/ '"
.
h on == (h + ia) (Zl + Zs -v 1 + i 2 ) .
Осевые линии стержней в узлах должны сходиться в од-
ной точке (см. рис. IX.16, в); в противном случае сходя-
щиеся в узле силы не уравновешиваются (рис. IX.16,z)
и в узле возникнет дополнительный изrибающий
момент М==N з е, который будет изrибать сходящиеся в
узле стержни.
262
t 3000
а
ЗОоо а
Рис. IX.16. rеометрическая схема фермы и центрация узлов
= еО п метрическая схеМа фермы; б опорный узел; в промежуточный I/зел'
е равuль-но Jf#lllТРUfЮВанный узел . .
263
При разработке рабочих чертежей КМД длины всех
стержней фермы в rеометрической схеме должны опре-
деляться с точностью до 1 мм.
леиия элемента и возможиость их размещения, а также
размер узловых фасонок. Элементы решетки привари-
вают к фасоикам флаиrовыми швами (коицы которых
для уменьшения концентрации напряжений выводят иа
торец элемента примерно на 20 мм). Продольная сила
N воспринимается швами пера и обушка частями, обрат-
но пропорциональными расстояниям от центра тяжести
уrолка до ero краев. Длина шва на обушке
b Z
N
lоб == Ь (IX .17)
ш 2.0, 7h ш R B
аналоrично на пере
2. ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ УЗЛЫ
Типичные конструкции промежуточных узлов ферм
с сечениями из уrолков показаны на рис. IX.17. Конст-
руируют такие узлы обычно в следующем порядке.
а}
Сначала к осевым линиям привязываются поясные
уrолки, чем определяется возможное приближение тор-
цов стержней решетки к узлам. Чтобы уменьшить сва-
рочные напряжения, края элементов решетки не доводят
до поясов на расстояние 40 50 мм (рис. IX.l7, а, в,
е). Далее рассчитывают необходимую Д.'lину швов для
крепления стержней в узле и по этой длине швов опре-
деляют требуемые размеры фасонки. В клепаных фермах
определяют необходимое количество заклепок для Кl--еп-
"
!lзелJ
n) IIзел 2
N 1
t,.O 50
10 15
t N,m
z)
Н'III
!J...
264
N
lП == ' ь (IX 18)
ш 2.0 7 h R CB
, Ш У
Здесь z расстояние от центра тяжести уrОЛI<а до ero
обушка; Ь ширина полки Уrолка.
При практических расчетах долю силы N, приходя-
щуюся на обушок и перо, можно принимать в зависимо-
сти от типа уrолка по табл. IX.5.
ТАБЛИЦА IХ.5. доля УСИЛИЯ НА СВАРНЫЕ ШВЫ 06УШКА И ПЕРА
Тип утолка и схема
ero крепления
Доля усилия N
на обушок иа перо
t'
0,7
0,3
}-
Рис. IX.17. Промежу-
точные узлы ферм
F
0,75
0,25
r
0,68
0,32
265
такой, чтобы была обеспечена прочность ослабленноrо
сечения по линии a a (рис. IX.17,e). Это сечение пред
ставляет собой тавр, работающий на внецентренное рас-
тяжение или сжати,е. Прочность ero проверяют по фор-
муле
a==Np/FT+M/W'r<.R, (IX.19)
rде N p расчетное усилие в элементе, которое вследст"
вие некоторой нечеткости работы узла рекомендуется
принимать на 20% больше действительноrо, т. е. N p ==
== 1,2 N 1 ; М ==Npe изrибающий момент (е эксцент-
рицитет силы N 1 относительно центра тяжести тавра);
F T и W T площадь и момент сопротивления тавра.
Можно пользоваться упрощенным практически м при..
емом проверки таких сечений по формуле
(J == NрJIF усл <. R., (IX.20)
rде Fусл=='2.Fн+бф. 2Ь:-- условная расчетная площадь,
равная сумме площадеи накладок и части площади фа-
сонки высотой 2Ь (Ь ширина полки прикрепляемоrо
уrолка, рис. IX.17, 2).
Швы, прикрепляющие листовую накладку к поясам,
рассчитывают на усилие в накладке
N H == р н а, (IX .21)
тде (J напряжение 'в накладке,. определенное по фор-
муле (IX.20), а швы, прикрепляющие уrолкн пояса к
фасонкам, на расчетные усилия в поясах за вычетом
усилия, передаваемоrо с уrолка на уrолок накладкой:
соответственно 1.2 NI 2NtJ и 1,2 N2 2NH, но не меньше
чем
1,2N 1 1,2N s
и
2 2
Узловые фасонки выпускают за обушки yro.'IKOB на
15 20 мм ДЛЯ возможности наложения уrловых швов,
а уrол обреза фасонки по от-
ношению к элементу делают
Не менее 15 200. Очертание
узловых фасонок должно быть
Простым, с наименьшим коли
честном резов, допускающим
раскрой листов с минимальны
ми отходами.
В фермах из труб при бес-
фасоночном соединении эле-
Вследствие радиуса закруrления у пера наибольшая
толщина шва может быть приията: для уrолков толщи-
ной ДО 6мм h ш ==4мм, для уrолковтолщиной 6==7 16MM
hш===б 2 мм и для уrолков толщиНОЙ Ь> 16 мм hш===б
........4 мм. Со стороны обушка наибольшая толщина шва
не должна превышать 1,2 {j (rде (j меньшая из толщин
уrолка или фасонки). Большое количество швов раз-
личной толщины в одном отправочном элементе услож-
няет изrотовление конструкции, поэтому швов разной
толщины должно быть не более трех четырех. Отклады-
вая требуемые длины швов для определения размеров
фасонок, надо увеличивать длину шва примерно на 1 см
на непровар у концов.
Раскосы и стойки крепят к узловым фасонкам на рас-
четные усилия в этих стержнях. Крепление поясов к
фасонкам в тех случаях, котда сечение поясов не изме
няется, рассчитывается на разность усилий в смежных па
неляхпояса (например, N2 Nl для узла 1, рис. IX.17,a).
Эти швы по расчету часто получаются небольшой длины,
однако их обычно принимают сплошными по всей дли-
не фасонки и минимальной толщины.
Разность усилий в поясе, rде к нему подходят только
стоики (узел 2, рис. IX.l7, в), равна нулю. Крепление
стойки к фасонке и пояса к фасонке здесь производится
на расчетное усилие в стойке N CT ' При опирании на
верхний пояс стропильных ферм крупнопанельных желе-
зобетонных плит, коrда толщина полок уrолков при ша-
[е ферм 6 м составляет менее 10 мм, а при шаrе ферм
12 м менее 14 мм, целесообразно усиливать поясные
уrолки в местах опирания приваркой сверху опорных
листов толщиной 10 12 мм (рис. IХ.17,б).
Если уrолки пояса прерываются в узле, они должны
быть перекрыты уrолковыми или листовыми накладка-
ми (рис. IX.17, е). Решение с листовыми накладками
более универсальное, так как уrолковыми накладками
можно перекрывать уrолки только с одинаковой толщи-
ной полок. Работа узла с прерванными поясами доста-
точно сложна, поэтому рассчитывается он в значительной
степени условно. Уrолок с большим усилием обычно за
водится на 300 500 мм за центр узла, между соединяе-
мыми поясами оставляют зазор 40 50 мм. Толщину на-
кладки принимаю'] не менее толщины фасонки, а пло-
щадь ее должна быть не менее площади выступающеrо
пера меньшеrо пояса. Площадь накладки принимается
266
Рис. IX.18. К расчету соеди-
нения раскосов к поясам
ферм нз труб
261
ментов решетки с поясами сварные швы по перимет
,ру примыкания MorYT в зависимости от уrла наклона
примыкаемоrо элемента и способа обработки кромок
изменяться от стыковых до уrловых (см. рис. IX.18).
Поэтому прочность сварных швов, прикрепляюших эле-
мент, можно проверить по формуле
N <: [( hш) lyR B+61cRCB] т, (IX.22)
rде N расчетная продольная сила, действующая в
прикрепляемой трубе; ly и h ш длина и толщина участ-
({ов шва, которые можно отнести к уrловым; lc и б
длина участка шва, который отнесен к стыковым, и TOk
IЦИна стенки примыкаемой трубы; т==0,85 коэффи-
циент условий работы шва, учитывающий неравномер-
1I0е распределение усилия по пери метру шва.
Если сварной шов на большей части своей длины мо-
жет быть отнесен к стыковому, то проверку ero прочно-
сти допускается производить по формуле
N <: O,95FRcB, (IX .23)
rде F площадь сечения прикрепляемой трубы.
3. ОПОРНЫЕ УЗЛЫ
Опорные узлы ферм MorYT иметь разнообразную кон-
струкцию в зависимости от условий опирания.
При опирании стропильных ферм сверху часто при-
меН:яют решения, показанные на рис. IX.19, а для поли-
rональных ферм и на рис. IX.19, б для ферм с боль-
шим уклоном BepxHero пояса. Широко распространено
опирание стропильных ферм сбоку колонны на опорный
столик (рис. IX.19, в). Такое решение надежно в работе,
просто в изrотовлении и монтаже, допускает и шарнир-
ное, и жесткое опирание фермы. Расчет и конструирова-
ние узла TaKoro типа приведены в Э 40. На рис. IX.19,?-
показан пример решения опорноrо узла фермы из труб.
Конструкция опорных узлов типовых стропильных ферм
для покрытия производственных зданий приведена в
Э 40 рис. Х.21,
4. УКРУПНИТЕЛЬНЫЕ УЗЛЫ
Фермы больших пролетов перевозят железнодорож-
ным транспортом в виде двух полуферм (иноrда и мень-
шими частями}, которые перед установкой на место
укрупняют.
268
а)
б)
t--==
C .... ....
....:.:: ,.
E=,.........."f""""
=-r
........ ........,J
Рис. IX.19. ОПОрНЫе уз-
ЛЫ СТРОПИЛЬНЫХ ферм
& "
'"
'- ""
1-,-.
r " I
I '- .
. .T
"':""--=-..d'"
............ ........
Опорный
стилик
l)
2119
а}
f
Б Б
6J .и.
#g i
A A
'L ro i' ши",
у,м,"
.k tl
( I
т
jД т tl A A
+
7
В)
А
I
51
1:4
5 5
8 lr + Б
... ==
}
болты tlЛJl l(P пленUJ'
ZОРU30НClIИ6Н6IХ с8liзеа
A A
I
14
Ff
'-В B
tб
8 B
..
Рис. IX.20. Укрупнительные узлы ферм
а ёварной с уеолковыми наКАадками; б сварllОЙ с лиСТ08ЫМИ накладКQAlи;
в на высокопрочных болтах с листовЫМI/ накладками
Укрупнительные или монтажные узлы осущеСТВ.JIЯЮТ-
ся на строительной площадке, поэтому они должны быть
простыми В выполнении и надежными в работе. KOH
струкция укрупнительных узлов ферм, расположенных
посередине фермы, должна обеспечивать полную иден
тичность правоrо и левоrо отправочных элементов полу-
ферм, что при водит К уменьшению числа марок. По
этим же соображениям желательно иметь одни и те же
Марки для фонарных, бесфонарных, торцовых и друrих
Мало отлИчающихся ме}кду собой ферм.
27О
. 2п
Пояса ферм MorYT быть соединены при помощи уrол
ковых или листовых накладок, которые для удобства
сборки и приварки первоначально ставят на болты. На
рис. IX.20, а показан укрупнительный узел, в котором
Верхний и нижний пояса перекрыты уrолковыми иаклад-
ками. Для удобства сварки вертикальное перо уrолка
накладки подрезают на 15 30 мм, а обушок срезают
для возможности плотноrо
прилеrания ОДНоrо уrолка к
друrому. Для BepxHero пояса
уrолок накладки принимается
обычно Toro же калибра, что и
уroлок ПОЯса. Некоторое
уменьшение площади сечения
в месте стыка компенсируется
тем, что здесь отсутствует ко-
эффициент продольноrо изrиба
q:>, т. е. площадь стыковых
уrолков подбирается из усло-
вия прочности. Нижний пояс
работает на растяжение, по-
этому при полном использова-
нии в нем напряжений сечение
накладок со срезкой должно
иметь не меньшую площадь; здесь MorYT быть использо-
ваны уrолки с такими же размерами полок, но большей
толщины.
Крепление уrолковых fiакладок рассчитывается на
усилие в поясах N п, причем вследствие Toro что сварные
швы расположены по перьям уrолков, усилия в них рас-
пределяются поровну. К накладке Bepxнero пояса при-
варены листовые детали, которые соединяют фасонки
полуферм, а также служат для крепления связевых рас-
порок по коньку.
Большим недостатком укрупнительных узлов с уrол-
ковыми накладками является необходимость rнутья
уrолка в случае переrиба пояса, что делается в rорячем
состоянии, а также снятия с уrолка фаски.
На рис. IX.20, б, в показаны более технолоrичные в
изrотовлении конструкции укрупнительных стыков с ли-
стовыми накладками. Так же, как и в промежуточных
'узлах с листовыми накладками, пояса рекомендуется
крепить иа силу 1,S"N п (N п усилие в поясе).
Листовые накладки монтажноrо стыка, показанноrо
Рис. IX.21. Укрупнительный
стык поясов с уrолками
вразбежку
272
на рис. IX.20, в, крепятся на высокопрочных болтах
(стык BepxHero пояса решается аналоrичным образом).
Нижние пояса ферм иноrда стыкуют с размещением
поясных уrолков вразбежку; один из уrолков несколько
не доводится до оси стыка, а друrой заводится за Hero
(рис. IX.21). Достоинством TaKoro решения является то,
что в ослабленном сечении пре ывается только один
поясной уrолок, который перекрывается yrолковой на.
кладкой и фасонкой, при этом марки полуферм сохра.
няются одинаковыми.
5. СОЕДИНИТЕЛЬНЫЕ ПРОКЛАДКН
Чтобы сечения элементов ферм из двух уrолков рабо-
тали как единый стержень, эти уrолки соединяются
между собой прокладками (Pi1c. IX,22, а, б). Соедини-
. .. ; t
A Д
'1
х х
!J
(
Х. 9..
Рис. IX.22. Расстановка соединительных прокладок
тельные прокладки располаrаются по Длине сжатых
стержней на расстоянии [ 40r, по длине растянутых
стержней [1 80r (rде r радиус инерции уrолка отно-
сительно оси, параллельной плоскости расположения
прокладок) , причем между узлами в сжатых элементах
должно быть не менее двух прокладок.
При отсутствии соединительных прокладок под воз-
действием сжимающей силы каждый уrолок работал бы
раздельно. Несущая способность двух отдельных уrол-
ков меньше, чем несущая способность тех же уrолков,
но соединенных прокладками, так как одиночный уrолок
ИМеет значительно большую rибкость [ero радиус инер-
ции следовало бы взять минимальным относительно
18 950
273
оси УО (см. рис. IX.22, в)]. Прокладки делают ширино
60 80 мм, длиной на 20 50 мм больше ширины уrол
ков. Для всех уrолков одной фермы следует иметь не
более ДBYX Tpex типоразмеров прокладок.
Коэффициенты с, характеризующие снеrовую наrрузку на участ-
ках по длине пролета для Gбоих вариантов, определяют по форму.
лам (IX.9):
с== 1 +0,1,12/9== 1,13; Сl== 1 +0,6'12/4==2,8;
с 2 == 1 +0,4.1214==2,2.
ПРИМЕР РАСЧЕТА СТРОПИЛЬНОЙ ФЕРМЫ
а) Постоянная наzрузкп l{. == 18,5 К Н /М
li I i t t I + t + t + t t + + 1++ +
При мер IX.I. Рассчитать и запроектировать шарнирно опертую
ферму производственноrо здания про летом 30 м. На ферме имеет
ся светоаэраиионный фонарь высотой 4 м и шириной 12 м. шаr
ферм в продольном направлении 12 м. Покрытие состоит из сталь-
Horo профилированноrо настила Н 79-680 1, уложенноrо по nporo-
нам, утеП.'lителя ФРП I, рубероидноrо ковра и защитноrо rравиЙ-
но битумноrо слоя толщиной 15 мм. Нормативная снеrовая наrруз-
ка рП 1 кН/м2 (IП снеrовой раЙон). Материал фермы сталь клас-
ТАБЛИЦА IХ.б. ТАБЛИЦА ПОСТОЯННЫХ РАСЧЕТНЫХ ндrрузок
Нормативная I I\ОЭффll' I Расчетиая
натрузка. Ulleli1' наrрузка.
KHfM' перетрузки KHfM'
Наrрузка
о) СнеzоDая наерузиа.
J бариант Р Р'=1з'ЧНН/М Р==19КН/М
H lil+ +11+++j j lj
п Вариант Р,="-7 иН/",
Pp=I 6,
81p=hlp
Р2=пКН/1If
8KHI'"
::g
""
ф
о.
е.
0,27 1,2 0,32
0,15 1,1 0,17
0,05 1.2 0,06
0,15 1,1 0,17
0,25 1,1 0,27
0,5 1,1 0,55
1,37 J ,54
са С 38/23. Схема фермы в осях приведена на рис. IX.23, в (высота
фермы по оБУШl\ам поясных уrолков равна 3150 мм).
1. Определение расчетных нarрузок. Постоянная наzpузка. На-
rрузка от веса 1l0КРЫТИЯ принята равномерно распреде.'lенной по
про лету, ее значение на 1 м 2 подсчитано в таБJI. IX.6.
Расчетная наrрУзка на единицу длины фермы (рис. IX.23, а);
q==I,54.12 18,5 кН/м.
Сне;:овая на;:рузка. Для фермы с фонарем должны рассматри,
ваться два варианта снеrовой наrрузки (см. рис. IX.l3, б). Равно-
мерно распределенная расчетная наrрузка на единицу длины феРМиl
pp 1,4.1.12== 16,8 кН/м,
rде коэффициент переrрузки n== 1,4 в зависимости от отношения
нормативных наrрузок веса покрытия и CHera 1,37/1 == 1,37,
Защитный rравийно битумный
слоЙ (6 15 ММ) ...' .
Рубероидный ковер на битумной
мастике . ....
Утеп.'lитель ФРП I
Ста.'lЬНОЙ профилированный Hд
стил Н 79 680-1
Проrоны . . . . . . . .
Собственный вес металлических
конструкциЙ (фермы, связи,
фонари) . . . .
и Toro
274
Рис. IХ.23 К при-
меру расчета стро-
пильной Ф рмы,
10Х ЗОБО= 30000
2)
2 2
0.0 J
11
'7'
Расчетная поrонная наrрузка на ферму с учетом коэффициентов
С (рис. IX.23, б) :
для первоrо варианта:
р == СРр == 1,13.16,8 == 19 кН/м;
р' == О,8р;! 0.8.16.8 == 13.4 кН/м:
для BToporo варианта:
РI == C1Pp == 2,8.16,8 == 47 кН/м;
'Р2 == С 2 Рр == 2,2.16,8 == 37 KHjM.
18*
275
Узловые силы (табл. IX.7) дЛЯ определения усилий в ферме на.
ХОДИм от постоянной наrрузки и снеrовой наrрузки 1 варнанта.
Вариант 11 снеrовой наrрузки дает меньшие усилия в стержиях, за
исключением усилий в стойках под снеrовыми мешками (стойка
z д на рис. IX.23, в). которые определим отдельно.
ТАБЛИЦА IХ.7. ТАБЛИЦА узловых СИЛ
::t:
"" I }
с::: (о
9
,
1ft..)
.!
Обозначение узловых
сил
I Значение сил, кН
БычислеIOlе узловых СИЛ
Pl P
Р2 РЗ Р Р2
Р 4 P
P5 P 6 P;
(18,5+19)1,5
(18,5+19)3
(18,5+19)1,5+(18,5+13,4)1,5
(18,5+13,4)3
56,25
112.5
104,1
95,7
2. Определение расчетных усилий в стержнях фермы. Сначала
находим опорные реакции фермы
R A R Б 18,5.15 + 19.9 + 13,4.6 == 528,9 кН
и затем при помощи диаrраммы усилий (рис. IX.23, z) определяем
усилия в стержнях фермы. Расчетные усилия в стойках z a z' a'
под снеrовыми мешками будут равны узловой силе Р З от постоян-
ной наrрузки и cHera по 11 варианту:
Р з == 18,5.3+47{1,5+ 1)+ 16,8.0,5== 181,5 кН.
:t:
'"
""
"'"
1
;,;
'"
j/ 09S Ol
;
t;i'
С>:>.
ппdшаwwпз qзо
<:!-
'"
'"
..,
'"
'"
,;;
""
"
'"
,;;
Обозначения стержней и расчетные усилия вписаны в табл IX.8.
3. Определение расчетных длин. В плоскос rи и из плоскости
фермы расчетные длины ее элементов принимаются в соответствии
с табл. IX.I. Из плоскости фермы закрепленными от смещения в
этом направлении ТО'lками BepXHero пояса будут узлы опирания про-
rOHoB на первых трех панелях и коньковый узел, раскрепленный
связевой распоркой. Таким образом, расчетная длина из плоскости
фермы первых трех панелей равна 3 м и следующих двух 6 м. По
нижнему поясу даны продольные св язевые фермы, раскрепляющие
от смещения вторые от опоры узлы. Поэтому расчетная длина из
плоскости фермы стержней в I и B' I будет 6 м, а стержней I e.
I ", J 1C', J e' равна 18 м. Значения расчетных длин всех стер-
жней также вписаны в табл. IX.8.
4. Подбор сечений начинается с наиболее наrруженноrо стер-
жня сжа-.оrо BepxHero пояса (панель 6 ж). Расчетное усилие в
нем N 1260 кН, расчетные длины в плоскости фермы lж 3 м и из
плоскости ly 6 м. При таком соотношении расчетных длин наиfiо-
лее рациональным будет се'lение из двух неравнополочных уrолков,
поставленных большими полками в сторону (см. табл. IX.3). Ориен-
тировочно по формуле (IX.12) определяем требуемую площадь се-
чения:
N
F 1'р ==
(0,6 O,9)R
1260
0,7.21
86 см!,
276
Ol OOl
:а
=-
Q,
Q)
-90
,=
о
:r:
.Q
<;:
O!iJ Н :r:
t::
о
Q,
1-<
<:)
I:Q
О
<;:
'"
>.
>.
1-<
Q)
::z'
'-'
C;J
Q,
.,,;
C>:I
s=
11
<t:> <.i
:r:
cl.
:а
:Е
'"
11I
6-
IS:
11I
:r:
'"
11I
1-
U
IS:
:s:
:r:
IIJ
tr
11I
U
.о:
'"
Q
u)
I:!
Q
С
.о:
::r
:s:
u)
.о:
1-
I I
I 1 1 I I I \g I
,w /H}J
'нинаЖНdUвн
1: I I I I I I
If:) If:)
i "" 00 I I
"" ф
Е!- е е
о> м со 00
'" ... ..,.. о
.. ..,. <D
"
о
:<
>D
" о> If:) "" ..,..
L.. ..... <D 00
ь. 00 <D ""
(l) If:) <D
"':» ...
"" <D Q) "" 00
:о .
""
'a м ..,. ""
"i .. М If:) "".
'" ... м
"- ..,. м
(l) о о о о о о
:О" О о о
'" СУ;) о о о 00 00
....: СУ;) Ф <D
",-"
",,,,
,," е о о о о о
"''' .. о
"-"i О О О О О
с') cv:> СУ;) <D с.о <D
ilW;) 'Q\1emo If U <D 00 ..,.
..,. "" ..,. ""
If:) 00 c'<j <D
""
х
S х о
о.- Х If:) ""
'" C'
'" с < х
(l)
;:;- ..;- х о о
(l) о>
, о
L о
r c'<j I ...J
L
r I
If:) о С'-1 :::> о
Н" 'аиtfИ Л о If:) <D с.о <D
00 C'I ..,.. ...... :з
aOHI.ab:JE'd О I ...... +
I + +
ннжdа.L \Q .... со (1) о.:
аинаьuщ;ооо I I I .l I I
cv:> ..,. <D ......
:о
:» '-' '-'
с- о< о<
ос g О
--=- !::
... .;,: .",
'"
(l) =: ::о:
:» '" '"
(l) х IE
с\5 о-
;]) :s:
a:J :з::
w
..:
::!
:s:
.о:
i-"
278
I I
11
о
;;;
::е
«
а>
..,.
11
>:
"
I
C'I
C'I
о
""
......
с'>
с')
11:>
Х
LQ
""
L
с
о
'о
I
'"
/il
с'>
..,.
""
о
<о
LQ
LQ
""
""
<о
""
с')
..,.
<D
C'I
00
ос
""
'0>
Х
о
о
х
о
<D
L
r
""
11:>
с.о
I
..,
I
'о
I I 1;:1
ю
I о
LQ
О
с')
C'I
......
<D
о
..,.
""
""
-<>'1
LQ
C'I
""
о
""
с')
<D
..,.
C'I
""
х
о
cr.
L
[
с.о
LQ
+
<'u
I
'"
::а
:.:
'-'
6::
If:)
LQ
<D
О
а>
""
о
о>
00
..,.
LQ
<о
о()
cv:>
с')
""
If:)
""
с')
..,.
""
(;J)
х
If:)
C'I
L
r
00
<D
<'?
I
I
f!;)
..,.
......
If:)
C'I
I I i 1
""
..,.
с')
с')
C'I
If:)
о
..,.
с')
00
""
..,.
If:)
х
LQ
r-..
L
r
<D
C'I
+
I
",
I I
I "" 00 ос)
"" "" C'I
...... ....
00 00
о о I
"" ""
<D ..,.
<D I!J I
о о
I!J
If:) о
"" ......
11
t>
:IC
00 I!J '"
00 з
C.D ""
""
"" с')
11
r-- ...... 11;
"" с') 151
:I!
...
If:) I!J I!J
О О с>
с') с') с')
..,. ..,. ""
..,. "" ..,.
00 ао
C.D ""
..,. ..,. ..,.
C'I ......
"" I!J I!J
Х Х Х
о LQ IQ
а> "" ""
L L IL
r r
If:)
""
......
00 I!J
...... '/
I +
са ;::s
I I I
<\>
:s:
:.:
.:;:
о
t-o
ао
о
о>
о
с")
о
C.D
cv:>
""
с')
с;:;
""
......
с')
""
LQ
""
cv:>
ао
r-..
""
......
If:)
х
I!J
""
L
r
.....
.....
I
I
;::s
u
279
По таб.Т. 4 прил. 111 принимаем два неравнополочных уrолка
200х 125Х 14 и выписываем rео:иетричсшие характеристики сечения:
F==87,8 см 2 , r x ==3,5.i см, r y ==9,58 см.
rибкости принятоrо стержня в П.1l0СКОСТП И из плоскости фермы:
, [. 300
лх 85< [120J;
r" 3,54
'у 600
Лу 63< [120]
ry 9,58
По наибольшеЙ rпбкосrи находим l\Оэффициент ПРОДОJlьноrо
изrиба (РМlIlI == 0,685 (табл. 1 прил П) и проверяем напряжения в
стержие по формуле ОХ.13):
N 1260
а==
(jJмин F 0,685,87,8
Таким образом, rибкость стержня и напряжения в нем не пре-
восходят допустимых величин, и он может быть принят. Все резуль-
таты расчета заносятся в таблицу подбора сеченпii (IX.8). Анало-
тичным образом подбираются и остальные стержни. При подборе
сечений нужно стремиться к наиболее полному использованию
напряженпЙ, поэтому если с первой попытки подобранное сечение
педонапряжено, нужно ero уменьшить и вновь проверить напряже
ния. В таб,п. IX.8 раскос е ж имеет небольшие напряжения, одна-
ко уменьшить сечение нельзя, так I\8К оно лимитируется предель
ноЙ rибкостью (в табл. IX.8 в рамках указаны напряжения или
rибкости, определившие сечение стержня).
Некоторые стержни фермы, приведенные в табл. IX.8, моrли бы
иметь меньшее сечение (например, стойка 2 д имеет зацас rиб-
кости и прочности), однако сечение ее принято из уже имеющихся u
ферме уrолков, чтобы не иметь в одноЙ ферме большоrо количества
типоразмеров уrолков.
Обычно сечения подбирают непосредственно в таблице, без
промежуточных вычислений
5. Расчет и конструирование узлов и деталей. Толщины
фасанок фермы принимают по табл. IX.4 в зависимости от усилия в
опорном раскосе N 652 кН; фасонка опорноrо узла б == 12 мм, ос-
тальные фасонки б 10 мм. .
опорный узел (рис. IX.24, а). Торцовнй лист принимаем толщи-
ноЙ 20 мм и шириной 180 мм (из условия размещения болтов). На-
пряжения смятия у торца:
R A 528,9
О"СМ = == 14.7 кН/см 2 < R CM . T = 32 кН/см 2 .
Роп 2.18
Толщину швов крепления onr'pHoro раскоса назначаем: на обуш-
I,e 10 мм, на пере б мм (пз-,а скруrленпя пера). Их длины по фор
му.там (IX.17), (IX.18) с учетом табл. IX.5:
0,75Nб в 0,75.652
23,4 см;
2.0,7.1.15
То же для швов нижнеrо пояса при rолщине нх у обушка
6 мм и пера 4 мм:
[об
Ш
O,7N 1 -----fJ
0,7.462
=> 25,6 см;
2.0,7.0.6.15
20,9 кН/см 2 < R == 21 кН/см 2 .
0,3.462
[::, 16,5 см.
2.0,7h ш R B 2'0,7,0,4.15
По требуемым расчетным длинам швов с учетом конструктивных
требований (добавки 1 см длины шва на непровар и зазоров между
Ilшами) намечаем rрафически (по масштабу) конфиrурацию и раз-
MrpbI опорной фасонки. Проверяем опорную фасонку на срез, а так-
же швы ее крепления к торцовому листу (толщину швов назнача-
ем 6 мм):
R A
'{ hб
R A
't"ш ==
2.0-,7h ш [ш
2.0,7h ш R B
0,3Nl B
528,9
56.1,2
7,9 кН/см 2 < R cТJ 13 KH/cM 2 ;
528,9
2.0,7.0,6(56 1)
11,4 кН/см 2 < R B ==
15 кН/см 2 .
Промежуточные узлы. Узел 2 (рис. IX.24, б). Толщину швов
крепления стойки к фасонке у обушка назначаем 6 мм. у пера
4 мм. длины швов 110 формулам ОХ.17) 1-1 ПХ.18):
О,7Nе д 0,7.181,5
l б == == 10,1 см;
2,О,1hшR В 2.0,7.0,6,15
0,3Ne a 0,3.181,5
lП == 6,4 см,
ш 2,О,7hшR В 2.0,7.0,4.15
Толщину швов, прикреПЛЯЮЩI-IХ фасонку к верхнему поясу,
назначаем 6 мм, требуема их длина
Ne......iJ
"1:,Zш ==
0,7h ш R B
181,5
== 28,8 см.
0,7.0,6.15
0,25Nб в
ZП
ш св
2.0,711 ш R у
0,25.652
2.0,7.0,6.15
12,9 см.
По расчетным длинам швов устанавливаем конфиrурацию и
размеры фасонки
Узел 3 (рис. IX.24, 6). Длины швов, прш(репляющих раскосы и
стойку к фасонке, определяем аналоrично предыдущи'>l стержням по
формулам (IX.17) и (IX.18). Сечение каждой из листовых накладок
Нижнеrо пояса принимаем 150 Х 1 О мм. По формуле ОХ.20) проверя-
е\1 прочность ослабленноrо сечения:
N p 1,2.462
(J == ==о 11,6 кН/см 2 <::i R == 21 кН/см 2 .
F усл 2.15.1 --j 1.2.9
Длину швов, прикрепляющих накладку к нижнему поясу, рассчи-
тываем на усилие наклаДlШ, формула (IX.21):
NH==(JFH 11,6,15.1 == 174 кН.
lоб
ш
2.0,7fl ш R B
280
281
174
27,6 см.
0,7.0,6,15
Суммарная длина швов, прикрепляющих одну накладку к yroJl
кам BepXHero пояса при толщине швов 1 О мм,
N R 537
ЩШ 51 см.
О,7h ш R B 0.7.1.15
Расчетное усилие для крепления уrолков пояса к вертикальной
фасонке:
N р 1,2N7 u 2N H 1 ,2.1260 2,537 == 440 кН;
1 ,2N7 u 1,2.1260
N p 2 2 == 755 кН.
Требуемая длина ЭТИХ швов у обушка (h m == 10 мм) и пера
(hllJ==6 мм):
Толщину этих швов принимаем для крепления к уrолкам 90X7
4 мм, а ддя крепления к уrолкам 180 х 11 ОХ 12 6 мм; соответствен-
но их суммарная длина:
N H
lш ==
0,711 ш R ,B
N и
r/ш
0,7h ш R R
174
0,7'0,4.15 == 41.5 см;
Расчетным усилием для швов, прикрепляющих левые уrолки поя
са к фасонке. будет большее из:
N p == I,2N 1 ------в 2N H == 1 ,2,462 2,174 216 кН;
1,2N I ------8 1,2.462
N p == == 277 кН.
2 2
Требуемую длину швов у обушка (h m ==6 мм) и у пера (h m ==
==4 мм) находим по формулам (IX.17) и (IX.18):
об O,7N p O,7.Z77
[ == == 15,4 см;
ш 2.0 7h пСВ 2.0,7.0,6.15
, ш "у
[ П == 0,3N p 0,3.277 9 9
ш == , см,
2.0,71t ш R B 2.0,7.0,4.15
РасчеТlюе усилие для правых уrолков
N p == 1,2Nl e 2NH== 1,2.111O 2.174==982 кН;
1 ,2NI e 1,2.111O
N P == == 666 кН
22'
/ об O,75N p 0,75.755
ш ==21 см;
2'0, 7h ш R B 2.0,7.1.15
/ П == O,25N p 0,25.755
ш --= 15 см.
2.0,ih ш R B .2,0,7.0,6.15
На УСИЛ1,lе N р == 755 кН рассчитываем швы вертикальных пис
товых накла.z('OК, перекрывающие фасонки смежных форм. Требует-
ся длина одноrо вертикальноrо шва при толщине шва h m "'" 12 ММ.
N p 755
l ш == == .. .... 30 см.
2.0, 7h ш R B 2.0,7.1,2.15
Толщину накладок принимаем Ь== 12 мм.
Длину швов. прикрепляющих раскосы и стойку, определяют 110
формулам (IX.17) и (IX.l8).
Узел 5. Рассчитывается аналоrично и в том же порядке, как и
зел 4.
Требуемая длина швов у обушка и пера при толщине ИХ 6 мм:
[об == 0,75N p 0,75,982
ш 2.071r R CB == 2.0,7.0,6,15 == 60 см;
, ш у
[П == 0,25N p 0,25.982
ш 20 см.
2.07.h R CB 2.0,7,0,6,15
, ш у
rnaBa Х
КАРКАСЫ ОДНОЭТАЖНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ
ЗДАНИЙ
Конструктивно длина этих швов ПРИНlIмается по всей ДЛИне фа-
СОНI\И (см. рис. IX.24, в).
Также рассчитывают остальные промежуточные узлы фермы.
Укрупнuтельные узлы. Узел 4 (рис. IX.24,2). fоризонтальные
листовые накладки принимаем сечением 220Х 14 мм. Прочность сты-
ка по формуле (IX.20).
N p 1,2,1260
u == F усл == 2.22,1,4 + 2.12,5.1 == 17 ,4 кН/см 2 <:; R == 21 кН/см 2 .
Усидие в листовой накладке: N п ==F п u==22.1,4.17,4==537 кН.
37. ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ПРОЕКТНРОВАННЯ КОНСТРУКЦН'"
ПРОНЗВОДСТВЕННЫХ ЗДАННft
1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КАРКАСОВ
ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ
Производство разнообразной промышленной продук-
ции осуществляется в специальных зданиях, называемых
производственными зданиями или цехами.
282
283
1
Конструктивная схема стальноrо каркаса двухпро-
летноrо производственноrо здания показана на рис. X.l.
Основу каркаса составляют поперечные рамы, со-
стоящие из колонн, жестко защемленных в фундаменте,
и риrелей (стропильных ферм), жестко или шарнир но
соединенных с колоннами. Расстояние между осями
колонн в поперечном направлении здания называется
пролетом. Расстояние между рамами называется ша20./l1
рам. В прОдольном направлении на рамы опираются
подкрановые балки, элементы покрытия и фонари
)Кесткость и устойчивость каркаса И ero отдельны
элементов обеспечивается системой связей: вертикаль
ными связями по колоннам, воспринимающими продоль
ные усилия от действия ветра на торец здания и сил про.
дольноrо торможения кранов; rоризонтальными и верти-
кальными связями по шатру здания, обеспечивающими
устойчивость конструкций покрытия.
К элементам каркаса крепят оrраждающие KOH
струкции. По риrелям рам и фонарю укладывают кон-
струкции покрытия. Для поддержания стен, переплетов
остекления и ворот устанавливают элементы cTeHoBoro
каркаса фахверк, который также крепят к рамам.
Производственные здания бывают однопролетнымu
и МН020пролетными.
По условиям ПРОИЗВОДства здание может быть обо-
рудовано мостовыми кранами в двух ярусах с мощными
рабочими площадками для тяжелоrо оборудования, что
приводит к существенному усложнению несущих кон-
струкций каркаса.
Наиболее широкое распространение получили OДHO
этажные производственпые здания, оборудованны
мостовыми злектрическими кранами. Перемещаясь по
подкрановым балкам на требуемой высоте, такие краны
MorYT обслуживать практически всю площадь цеха, что
весьма удобно для орrанизации caMЫ разнообразных
производственных процессов.
Рис. X.I. Конструктивная схема стальноrо каркаса двухпролетноrо
производственноrо здания
1 I<ОЛОННЫ; 2 стропильные ферJКЫ; 8 подкрановые балки; 4 светоаэра
ционные фонари; 5 связи по I<ОЛоннаJК
Современные производственные здания имеют боль-
шие пролеты и высоту, часто оборудуются мощными
кранами, вследствие чеrо в несущих конструкциях зда-
ния возникают большие усилия.
Комплекс несущих конструкций, воспринимающих
наrрузки от веса оrраждающих конструкций здания
(кровля, стеновые панели, переплеты остекления и т. п.),
атмосферные наrрузки (cHer, ветер), Наrрузки от кранов,
а в некоторых случаях и от друrоrо технолоrическоrо
оборудования, называется каркасом здания.
В зависимости от размеров здания, rрузоподъемно-
сти и режима работы кранов, определяемых технолоrи-
ей производства, а также от условий и сроков строитель-
ства конструктивные элементы каркаса здания делают
из стали или из железобетона. Помимо стальных или
железобетонных широко применяются смешанные кар-
касы ПРОИЗВОДственных зданий, в которых отдельные
конструкции (чаще Bcero конструкции покрытия и под
крановые балки) из стали, а колонны из сборноrо
железобетона.
2. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ. ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ
1( КАРКАСАМ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ
Конструкция здания должна полностью удовлетворят',
назначению сооружения и в то же время быть наиболее
экономичной Поэтому при проектировании производст-
венных зданий в первую очередь необходимо учитывать
эксплуатационные требования и экономические факторы
Чрезвычайно большое влияние на работу каркаса
здания оказывают воздействия кранов. Являясь дина
мическими, MHoroKpaTHo повторяющимися и большими
по величине, крановые воздействия часто приводя'I к
раннему износу и повреждению конструкций каркаса,
284
285
особенно подкрановых балок 1.. Поэтому при проектиро
вании каркаса здания особое внимание должно быть уде-
лено учету эксплуатационноrо режима работы мосто-
вых кранов, который зависит от назначения здания и
производственноrо процесса в нем.
ПО правилам [осrортехнадзора 2 различают пять ре-
жимов работы кранов: с ручным nриводом (Р); с ма-
шинным nриводом ле2кий (Л), средний (С), тяже-
лый (Т) и весьма тежелый (ВТ).
Краны с ручным приводом (Р) имеют небольшую rpy-
зоподъемность и в современных производственных зда-
ниях применяются очень редко (для ремонтных и вспо-
моrательных работ).
Краны леZК020 режима работы (Л) имеют большие
перерывы в работе и редко поднимают rpузы предельной
величины Примерами кранов леrкоrо режима работы
являются крюковые краны, предназначенные для монта-
жа оборудования и выполнения ремонтных работ.
Краны cpei)He20 режима работы (С) характеризуют
ся более интенсивной работой. Типичными для этоrо ре-
жима работы являются крюковые краны механических
и сборочных цехов со среднесерийным производством,
а также краны ремонтно-механических предприятий.
Краны тяжеЛ020 режима работы (Т) работают еще
более интенсивно, поднимая rрузы, близкие к предеЛh
ным. Сюда относятся крюковые краны цехов с крупно-
серийной продукцией, а также .ТIИтейные, ковочные и за-
ва.ТIOчные.
Краны весьма тяжеЛ020 режима работы (ВТ) ха-
рактеризуются интенсивной круrлосуточной работой с
rрузами предельной величины. К этой rруппе кранов от-
носятся также специальные краны с повышенными ди-
намическими воздействиями. К кранам весьма тяжело-
ro режима работы относятся преимущественно мостовые
краны некоторых металлурrических цехов, rрейферные,
маrнитные с жесткой и rибкой траверсой, маrнитно-
rрейферные, маrнитные краны шихтовых, скрапных 11
копровых отделений, ульдомаi-нитные, литейные, ко-
1 К И К И Н А. И., В а с и л ь е в А. А., К о ш у т и н Б. Н. По-
вышение долrОБечности металли'lеских конструкций промышленных
зданий. М., Стройиздат, 1969.
2 Правила устройства и безопасной эксплуатации rрузоподъем-
ных кранов. М., «Металлурrия», 1970.
лодцевые, краны для раздевания слитков, краны с ла
пами и траверсами на жестком подвесе 1..
Несущие конструкции каркасов зданий с кранами
«особоrо» режима работы подверrаются весьма интен-
сивным силовым воздействиям динамическоrо характера,
поэтому при конструировании и расчете элементов кар-
каса таких зданий необходимо учитывать специальные
требования (особые коэффициенты условий работы,
меньшие предельные rибкости, проrибы и деформации,
конструктивные оrраничения и т. д.), приведенные в нор-
мах проектирования стальных конструкций.
На работу строительных конструкций здания боль-
шое влияние оказывают внутрицеховая среда, степень
аrрессивноrо воздействия которой определяется скоро-
стью коррозионноrо поражения поверхности металла D
мм/rод: слабая (ДО 0,1 мм/rод), средняя (ДО 0,5 мм/rод)
и сильная (свыше 0,5 мм/rод).
При riроектировании металлических конструкций зда-
ний со средней и сильной степенью аrрессивноrо воздей.
ствия среды следует применять rладкие, открытые эле.
менты, леrКОДоступные для очистки и окраски, с соот-
ветствующим видом лакокрасочноrо защитноrо покрытия,
. При проектировании зданий, эксплуатируемых в yc
ловиях. низких температур (климатический пояс с рас-
четными температурами От 40 до 650 С), вследствие
возможности хрупкоrо разрушения стали необходимо
также учитывать специальные требования, приведенные
в «Нормах проеRтирования стальных конструкций». Кон-
струкции рассчитывают только по упруrой стадии рабо-
ты, предусматривают дополнительные связи по покры-
тию, уменьшают размеры температурных отсеков, преду-
сматривают мероприятия, уменьшающие концентрацию
напряжений.
Кроме удовлетворения эксплуатационным требова-
ниям строительные конструкции должны быть эконо-
мичны в самом широком смысле слова.
К :'Jкономическим факторам относятся прежде Bcero
затраты, связанные с возведением сооружения, включаю-
щие стоимость материалов, изrотовления, перевозки и
Монтажа конструкций. Необходимо учитывать эффект,
получаемый ?т сокращения времени строительства и бо-
1 CorJIacнo енип II-В.3-72, такие краны относятся к кранам
t;Особоrо» режима работы.
286
287
Смешанные каркасы рационально применять ддя зда-
ний леI'коrо и среднеrо режима работы при меньших
пролетах и высоте, оборудованных кранами rрузо-
подъемностью до 30 т. При еще меньших параметрах
зданий возможен жедезобетонный каркас, подкрановые
балки в котором цедесо-
образно выподнять стадь-
ными.
Основным критерием
выбора материала конст-
рукций каркаса во всех
случаях являются стои-
мостные показатели, оп-
ределяемые вариантным
проектированием 2.
Стоимость стальных конст- J стоиМОСТЬ металла; 2 стои..юсть
рукций В деле в ОСНОВНОм оп- изеотовления и монтажа; 8 суммар-
ределяется стоимостью метал- ная стоимость
ла, изrотовления и монтажа.
Оптимальное решение, учитывающее одновременно стоимость
метал.ла, изrотовления и монтажа, цает 7uпизацuя конструкций,
которая ДОЛ1Киа рассматриваться как основное направление совре-
MeHHoro проектирования. Под типизацией подразумевается комплекс
прави.л и требований, которым должна быть подчинена конструк-
тивная фОР,ма однородиых коиструкций, чтобы она в целом наибо-
.лее полно отвечала призиакам оптимальности: была наибо.!Jее эко-
номичной по затратам металла, иаименее трудоемкой в изrОТОВ.!Jе-
нии и удобной в монтаже.
Принципиальное решение основной технико-экономической за-
дачи типизации коиструкции показано на рис. Х.2. Кривая 1 харак-
теризует умеиьшение стоимости и расхода металла при увеличении
числа типоразмеров конструкций. Естественно, чем полнее учтены
индивидуальные особенности каждоrо объекта, тем экономичнее по
затрате металла будут конструкции, однако такой объект будет
иметь свои, частные размеры конструкций и их число в целом для
всех проектируемых производственных зданий будет очень велико.
Сокращение числа типоразмеров вызывает перерасход металла, так
как в пределах каждой установлеиной rрадации должен применять-
ся ббльший типоразмер с запасом для Bcero интервала, Кривая 2
о ажаl"Т снижение стоимости изrотовления и монтажа конструк-
ции при уменьшенин числа применяемых типоразмеров, т. е. с уве-
Jiичеиием серийности конструктивных элементов. Это снижение
СТОимости происходит блаrодаря упрощению и удешевлению про-
ИЗВОдства и монтажа: применению типовой оснастки и приспособ-
лее paHHero начала производства продукции, а также
расходы, связанные с поддержанием сооружения в со-
стоянии, обеспечивающем условия ero нормальной экс-
плуатации в течение Bcero срока службы.
Эти факторы очень сложны, порой зависят от
конъюнктурных условий, часто противоречат один др у-
rOMY (например, расход стали и трудоемкость иЗrотозле-
ния конструкций: затраты на возведение сооружения и
расходы на поддержание конструкций в необходимом
состоянии и т. д.). При проектировании конструкциЙ
здания все это должно учитываться; необходимо найти
оптимальное технико-экономическое решение, наилуч-
шим образом удовлетворяющее всем условиям 1 .
Вопрос о выборе материаJ1а для каркаса здания (ме-
таллический, железобетонный или смешанный) должен
решаться с учетом назначения сооружения (эксплуата-
ционные требования) и экономических факторов.
Металлический (стальной) каркас особенно рациона-
лен по условиям ЭКСПJ1уатации для зданий с кранами тя-
желоrо и весьма тяжелоrо режимов работы, ПОСКОJIЬКУ
при больших, непрерывно повторяющихся динамических
воздействиях металлические конструкции наиболее на-
дежны.
Особенно рациональны стальные каркасы для про-
изводственных зданий, возводимых в труднодоступных
районах или при значительном удалении объектов строи-
тельства от производственных баз, что определяется
относительно малой массой стальных конструкций.
Необходимо отметить, что применение стальных кон-
струкций позволяет сократить сроки возведения зданий,
а это предопределяет не только удешевление строитель-
ства, но и быстрейшее введение в эксплуатацию произ-
водственных мощностей.
Исходя из условий экономии стали в обычных усло-
виях, металлические каркасы СJ1едует применять в зда-
ниях с большими пролетами (L 30 м, а в неотаплива-
емых зданиях L 18 'м), значительной высоты (при
расстоянии до низа ферм более 14 м), при большом
шаrе колонн (B 12 м), в зданиях с тяжелыми кранами
(Q>50 т), при двухъярусном расположении кранов..
,
попт п
Рис. х'2. Принципиальное решение
осиовной технико экономической
задачи типизации конструкций
I С Т Р е л е ц к и й н. С., С т р е л е ц к и й д. Н. Проектирова-
ние и изrотовление экоиомичных металлических конструкций. M.
Стройиздат, 1964.
I Технические правила по экономному расходованию основных
Стро:тельных материа.!JОВ. ТП 101-76.
Л и х т а р н и к о в Я. М. Металлические конструкции. Мето-
ды теХнико-экономическоrо анализа при проектировании. М. Строй-
ИЗдат, 1968. '
288
19 950
289
лений, специальных поточных линий, наличию rOToBblX типовы'{
НQрмалей, '1с[:'тежей и пр. Суммарная стоимость конструкций (кри-
вая 3) Юlест наименьшее значение при оптимальном числе типо-
размеров попт.
Основной предпосылкой типизации ЯВ.'lЯется прИ/-lцип модуль
НОС1 и, т. е. соизмеримости размеров элементов, кратности их опре-
делеиной величине, называемой модулем 1. Для объемно-планиро-
вочных и конструктивных решений всех строитедьных конструкциti
установлен основной модуль М, равный 10 см. В целях сокраще-
ния применяемых типоразмеров конструкций для отдельных объ.
еМ/IO плаНИРОВОЧIlЫХ 11 конструктивных размеров установлены
укрупненные 1I-юдулu, равные 2М, ЭМ, 61\1. /1 т. д.2 Так, для основ.
ных планировочных размеров (ПрОJlеты, шаrи колонн) одноэтажных
производственных зданий установлен укрупненный модуль 60М==
6 м; ПрОJJеты зданиЙ 18, 24, 30 и 36 м и более; шаr наружных
колонн 5 и 12; шаr внутренних колонн 5, 12 и 18 м, а если необхо-
димо и более (кратный 6 м). Полез/шя высота зданий (от отмет-
ки чистоrо пола до низа конструкций покрытия) принимается крат-
ной 6 М==60 см. Этому же модулю кратны размеры высот оrраж
дающих конструкций (стеновых па нелей, окон, проемов Д,1Я ворот).
U1ирина фонарей принимается 6 и 12 м (кратно укрупненному мо-
дулю 60 М).
Унификация объемно планировочных и конструктивных решений
позво.'!яет резко СOI(ратить число типоразмеров конструктивных ЭJlе-
ментов "аркасов зданий и открывает возможность разработки типЬ-
вых J(ОНСТРУКЦИЙ дЛЯ MHoroKpaTHoro применения.
В настоящее время для производственных зданий общеrо наз-
начения разработаны чертежи типовых колонн, ферм, подкрановых
балOJ(, фонарей и вспомоrательных конструкций, применение кото-
рых резко УСlюряет проектирование и изrотовление конструкций,
снижает их стоимость, улучшает качество и повышает надежность.
выбирается схема поперечной рамы, устанавливаются
внутренние rабаfJИТЫ здания, назначаются rенеральные
размеры основных КОНСтруктивных элементов каркаса,
решается система связей по колоннам и шатру здания.
1. РАССТАНОВКА КОЛОНН
в плане колонны промышленных зданий должны
расставляться по модульной сетке разбивочных осей
(рис. Х.3, а). Размеры пролетов принимаются кр<>тными
q) 1iJqZ КМОНН
38. КОМПОНОВКА КОНСТРУКТИВНО'" СХЕМЫ КАРКАСА
8}
5)
11
Проектирование каркаса производственноrо здаНИil
начинают с компоновки ero конструктивной схемы. Нс.
ходным материалом является технолоrическое задание,
в котором даются расположение и rабариты arperaToB
и оборудования цеха, число кранов, их rрузоподъемность
и режим работы. Технолоrическое задание содержит
данные о районе строительства, условиях ЭКСПJIуатации
цеха (освещенность, температурно-влажностный реЖИl\1
и т.д.).
При компоновке конструктивной схемы каркаса ре.
шаются вопросы размещения колонн здания в плане,
I I l /i, r I 1
'-Ч ШW " '11
1.!1.jJa Т I 5ilU
2 Ф@66 6t180 606
\. i / r
ДЛllНО теМl7eрот!lРНМ" отсекоВ
Рис. Х.3. Сетка колонн
а vдНQЭТQЖНОZО здания; б 14hО20пролетн.ОZD ЗОG.НllЯ с поперечным Te1l1le
paTypHbi.1t швом; в зданuя с прvдольны.ч Te.1tflCpaTypHblJ1l ШВQ.Ч
6 111 (12, 18, 24, 30, 36 м и т. д.,, наиБО;lее употреаитель-
ыe из них 24, 30 и 36 м. Шаrи рам (шаr колонн) также
l aTHbI 6 м и ,принимаются: для наружных рядов 6 или
м, Д.'Iя внутренних рядов в соответствии с техноло
rИческими требованиями (передача продvкции из проле
та в пролет) 6, 12, 18 м ИJIИ более (рис: Х.3, б). В это!\!
1 Единая модульная система в строите.!Jbстве Основные rюло-
жения проектирования СНиП II A.4-62.
2 Основные ПО,10жения по унификации объемно-планировочных
11 конструктивных решенпй промышленнЬ!х зданий. СН 223-62.
290
19*
291
случае между КОJIоннами средних рядов приходится
устанавливать подстропильные фермы, на которые опи
раются фермы покрытия. Колонны у торцов здания
обычно смещают на 500 мм внутрь для удобства выпол
нения уrлов цеха из стандартных кровельных и стеновых
панелей.
Продольные элементы каркаса зданий больших раз
меров УД.пиняются или укорачиваются от колебаний тем-
пературы и в конструкциях возникают большие ДОПОk
нительные напряжения. Поэтому большие здания
разрезают в продольном и поперечном направлениях на
отдельные отсеки температурными швами (т. ш.). У по-
перечных температурных швов (см. рис. Х.3, б) ставят
две колонны на расстоянии 500 мм от разбивочной оси.
Если устраивается продольный температурный шов, то
колонны устанавливают на разных осях с расстоянием
1000 или 1500 мм (рис. Х.3, в).
Предельные расстояния между температурными шва-
ми, при которых соrласно нормам можно не производить
специальноrо расчета на температурные ВОЗДIFИСТВИЯ,
зависят от катеrории здании (отапливаемые или неотап-
ливаемые) и материала конструкции (сталь или алю
миниевые сплавы). Эти расстояния приведены в таБЛ.8
прил. 1.
rде ННТ 100 rабаритный размер от rоловки рельса до
верхнем точки тележки крана плюс установленный
по тр бованиям техники безопасности зазор между этой
точкои и строительными КОНСтрукциями, равный 100 мм;
а - размер, учитывающий проrиб конструкций покрытия
(ферм, связей), принимаемый равным 200 400 мм, в
IO
88 "8
01;;
'"
-<::
::t::
I
:5
ч:>
L
""
""""
j
L
Рис. Х.4. Компоновка поперечных рам
а схема поперечной рамы одноnролетноео здания' б в крайние КОЛОНflЫ
с nрохода.ии вдоль подкрановых путей (внутри к';ло';ны и сбоку КОЛОflНЫ)
Компоновку поперечнои рамы начинают с yCTaHOB
ления основных (rенеральных) rабаритных размеров
элементов конструкций в плоскости рамы. Размеры по
вертикали привязывают к отметке уровня пола, прини
мая ее нулевой (рис. ХА). Размеры по rоризонтали при-
вязывают к продольным осям здания. Все размеры при
нимают в соответствии с основными положениями по
унификации. Сначала целесообразно установить верти
кальные размеры.
Вертикальные rабариты здания зависят от техноло
rических условии производства. Они определяются рас-
стоянием от уровня пола до rоловки KpaHoBoro рельса
h 1 и расстоянием от rоловки KpaHoBoro рельса дО НИЗ1
несущих конструкций покрытия h2. В сумме размеры h 1
и h 2 определяют полезную высоту цеха Н.
Размер h 2 диктуется высотой MocToBoro крана:
h 2 == (Ну. + 100) + а,
зависимости от величины пролета (для б6льших проле
тов больший размер).
rабаритные размеры мостовых кранов даются в со-
ответствующих стандартах' и заводских каталоrах.
Окончательный размер h 2 принимается обычно крат-
ным 200 мм.
Далее устанавливают высоту иеха от уровня пола
до низа стропильных ферм:
Н == 1/2 + h 1 ,
rде h 1 наименьшая отметка rОЛОБКИ KpaHoBoro рельса,
которая задается по условиям технолоrическо-
ro процесса (обусловливается высотой подъ-
ема крюка крана над уровнем пола).
Размер Н в соответствии с «Основными положениями
П 1 0 унификации принимается кратным 1,2 до высоты
0,8 м, а при большей высоте кратным 1,8 м (8,4; 9,6:
2. КОМПОНОВКА ПОПЕРЕЧНЫХ РАМ
1 [ОСТ 3332 54. Краны мостовые электрические общеrо назна-
: :ия rрузоподъемностью 5 50 т; [ОСТ 671 1 70. Краны мостовые
КТрические общеrо назначения rрузоподъемностью 80 320 т.
292
293
10,8; 12,6; 14,4; 16,2; 18 м) из условия соизмеримости со
стандартными оrраждающими конструкциями. В отдель
ных случаях при соответствующем обосновании размер
Н принимают кратным 0,6 м.
Далее устанавливают размеры верхней части колон
ны h B , нижней части h H и высоту У опоры риrелей h оп .
Высота верхней части колонны
h B hб + hp + h 2 ,
rде h б высота подкрановой балки, которая предвари
тельно принимается 1/8 1/10 пролета балки
(шаrа колонн);
hp высота KpaHoBoro рельса, принимаемая пред
варительно равной 200 мм.
Размер нижней части колонны
h H == Н h 2 + (600 1000) мм,
rде (600 1000) мм обычно принимаемое заrлубление
опорной плиты башмака колон
ны ниже нулевой отметки пола.
Общая высота колонны рамы от низа башмака до
низа риrеля
h hB+hH'
Высота колонны у опоры риrеля h оп зависит от при-
нятой конструкции стропильных ферм и равна их высоте
на опоре. В типовых стропильных фермах под рулонную
кровлю с уклоном BepxHero пояса i===0,015, hоп 3150 мм.
Если на здании есть светоаэрационные или аэраци
онные фонари, то их высоту h ф определяют светотехни-
ческим или теплотехническим расчетом с учетом требо-
ваний унификации. После этоrо устанавливают основ-
НЫе размеры по rоризонтали.
Привязка наружной rрани колонны кразбивочной
оси Ь О может быть нулевой (Ьо===О) или иметь размер
250 или 500 мм. Нулевую привязку принимают в здани-
ях без мостовых кранов, а также в невысоких зданиях
(при шаrе колонн 6 м), оборудованных кранами rpy-
зоподъемностью до 30 т включительно.
Привязку размером Ь о ===500 мм принимают для очеНI:
высоких зданий с кранами rрузоподьемностью 80 т и
более, а также для зданий с кранами «особоrо» режима
работы, если в верхней части колонны устраиваются
проемы для прохода. В остальных случаях Ь о ===250 мм.
lllирина верхней части колонны из условия необхо-
294
димой жесткости не должна быть меньше bB 1/12 h B .
Очень часто ширину колонны Ь В принимают равной 500
и 1000 мм, тоrда ось колонны располаrается посередине
верхней части колонны,
В каркасах зданий с кранами «особоrо» режима pa
боты безопасность сквозноrо прохода вдоль подкрано
вых путей (для их обслуживания) может быть обеспе
чена устройством проемов в стенке верхней части колонн
(рис. Х.4, б) или свободным пространством между BHYT
ренней rранью колонны и концом KpaHoBoro моста
(рис. Х.4, 8). в первом случае ширина верхней части
колонны Ь В должна быть не менее 1000 мм, так как наи
меньшие размеры проема для прохода установлены в
400 мм по ширине и 1800 мм по высоте (в чистоте).
Чтобы кран при движении вдоль цеха не задевал ко-
лонну, расстояние от оси подкрановой балки до оси ко-
лонны (размер л) должен быть не менее
л 81 + (Ь В Ь О ) + (60...75) мм,
rде 81 часть KpaHOBoro моста, выступающая за ось
рельса, принимаемая по [ОСТам на краны; bB bo
расстояние от оси до внутренней rрани верхней части
колонны; (60 75) мм зазор между краном и колонной
по требованиям безопасности. принимаемый по [ОСТам
на краны.
Прl'! устройстве прохода вне колонны размер л вклю-
чает еще 450 мм (400 мм rабарит прохода и ,....50 мм на
оrраждение). Пролеты кранов имеют модуль 500 мм.
поэтому размер л должен быть кратным 250 мм. Исходя
из этоrо принимают:
1,===750 мм для кранов rрузоподъемностью до 50 т
включительно при отсутствии проходов В надкрановой
части колонны;
л === 1000 мм для кранов rрузоподъемностью более
50 т при отсутствии проходов И для кранов rрузоподъем
НОстью до 125 т при наличии внутренних проходов;
л=== 1250 мм (или более, кратно 250) для некоторых
специальных и очень тяжелых кранов, а также при на-
личии прохода вне колонны.
Ширину нижней части колонны Ь Н назначают в за-
ВИСИмости от rрузоподъемности кранов и высоты здания.
Ось подкрановой ветви колонны обычно совмещают с
осью ПОдкрановой балки. В этом случае ширина нижней
Части колонны ьп===л+ь о .
295
Из условия обеспечения жесткости цеха в попереч-
ном направлении ширину нижней части колонны Ь И Ha
значают не менее 1/20 h в промышленных зданиях со
средним режимом работы и 1/15 h в зданиях с тяже-
лым режимом работы.
Верхнюю часть колонны обычно проектируют сплош-
ной двутавровото сечения, нижнюю часть принимают
сплошной при ширине до 1 м включительно, а при боль-
шей ширине ее экономичнее делать сквозной.
ДJ1Я леrких промышленных зданий с кранами не-
большой трузоподъемности инотда применяют сквозные
или сплошные колонны постоянното сечения (Ьв==Ь и ) с
расположением подкрановых балок на консолях, шири-
на таких колонн не должна быть менее 1/25 h.
Размеры пролета здания L и пролета крана L K свя-
заны зависимостью
пролет, конструируют связи портальной и полупор-
rальной схем (рис. Х.5, д). Связи между колоннами на
уровне опорных частей риrеJ1ей в связевом блоке и тор-
цовых шатах проектируют н вИде фермы (одноrо мон-
тажноrо элемента), в остальных местах ставят распорки.
Вертикальные связи между колоннами воспринимают
усилия от ветра, действующеrо на торец здания, и про-
· f, '':'"'t::r; ....... . """"""'"
1 L l (; Ь темперотl/РНО20 ш60
РоспОРКl1 ;///. /// , Низ q.ирм
Y.fp'
КОЛОНIIЫ
ЛоОхоо//О-
Ош buлкu
в)
L == L R + 2л.
Колонны средних рядов в мноrопролетных зданиях
компонуются точно так же. Они обычно hроектируются
симметричными с шириной нижней части Ь н ==2л.
3'. ПРОДОЛЬНАЯ КОМПОНОВКА КАРКАСА
Роспоркu
Устойчивость колонн в продольном направлении обе-
спечивается вертикальными связями между колоннами.
Связи располаrают посередине здания или температур.
ното отсека чтобы меньше препятствовать температур.
ным дефор ациям продольных элементов (рис. Х.5, а).
При длине здания (или температурноrо отсека) бо-
лее 120 м между колоннами обычно ставят две системы
вертикальных связей (рис. Х.5, б), причем расстояние
между связями и торцом здания не должно превышать
допустимоrо, приведенното в табл. 8 прил. 1.
Наиболее простая схема связей крестовая, она при.
меняется при шате колонн до 12 м. Рациональный утоп
наклона связей 35 550, поэтому при небольшом шате,
но большой высоте колонн устанавливают две крестовые
связи по высоте нижней части колонны (рис. Х.5,8).
В таких же случаях иноrда проектируют дополнительную
развязку колонн из плоскости рамы распорками
(рис. Х.5, 2). Вертикальные связи ставят по всем рядам
здания. При большом шате колонн среднИХ рядов, а TaK
же чтобы не мешать передаче продукции из пролета в
Рис. Х.5. Вертикальные связи Между КО.'lоннами
дольноrо торможения кранов. Ветровую наrрузку соби-
рают с площади торца в сосредоточенные силы W 1 и W2
(см. рис. Х.5, б), Сила ПрОДольноrо торможения опреде
ляется от двух кранов одното или смежных пролетов
по формуле (для каждоrо крана)
т пр == O.lnP MaRc по. (Х .1)
тде n коэффициент переrрузки крановой наrрузки
(табл. 1 прил. 1); Р манс максимальное давление коле
са крана; ПО число тормозных колес на одной стороне
крана (обычно оно равно половине колес одной стороны
крана) .
Элементы крестовых и портальных связей работают
на растяжение. Сжатые стерЖНИ вследствие большой
тибкости выключаются из работы и в расчете их не учи
ТЫвают. rибкость растянутых элементов связей, распо
Ложенных ниже уровня подкрановых балок, не должна
296
297
превышать 300 для обычных зданий и 200 для зданий
с «особым» режимом работы кранов, ДЛЯ связей выше
подкрановых балок соответственно 400 и 300 (табл.1
прил. 1).
4, СВЯЗИ ПО ПОКРЫТИЮ
ки, причем такие распорки в коньковом узле фермы обя-
зательны. В процессе монтажа (до установки плит по-
крытия или проrонов) rибкость BepxHero пояса И3 плос-
кости фермы должна быть не более 220, Поэтому, если
коньк?вая распорк не обеспечивает этоrо условия, меж-
ду неи и распоркои в плоскости колонн ставят дополни-
тельную распорку,
а)
,:E:: Jft=i = = ===
. Поперечные сDJ1зеDые
А fi . 1рермы
б) B B
r ) , } r ,, ) r::Х:::ХЖХ:: J r х ,, ) r .r }:JЮ I
, ... .. j.. L """' L L JL L........fL........J/ j
Верт//кальные с6нз// О
Связи по конструкциям покрытия (шатра) здания
ставят для обеспечения пространственной жесткости
каркаса, устойчивости покрытия в целом и ero элемен-
тов в отдельности. Связи по покрытию располю'ают
(рис. Х.6):
1) в плоскости верхних поясов стропильных ферм
поперечные связевые фермы и продольные элt:менты
между ними;
2) в плоскости нижних поясов стропильных ферм
поперечные и продольные св язевые фермы. а также ИНОf-
да продольные растяжки между поперечными связевыми
фермами;
3) между стропи.льными фермами вертикальные
связи;
4) по фонарям.
Связи по верхним поясам ферм состоят из попереч-
ных связевых ферм и продольных элементов между ни-
ми (рис. Х.6, а),
Элементы BepxHero пояса стропильных ферм сжаты,
а потому необходимо обеспечить их устойчивость при
продольном изrибе из плоскости ферм. Ребра кровель-
ных плит и проrоны MorYT рассматриваться как опоры.
препятствующие смещению верхних узлов из плоскости
фермы при условии, что они закреплены от продольных
перемещений связями, расположенными в плоскости
кровли. Такие связи наиболее целесообразно распола-
raTb в торцах цеха, чтобы вместе с поперечными rоризон-
тальными связями, расположенными по нижним поясам
ферм, и вертикальными связями обеспечить пространст-
венную жесткость покрытия. При большой длине здания
или температурноrо блока целесообразны дополнитель-
ные промежуточные поперечные связевые фермы, рас-
стояние между которыми должно быть не более 60 м.
Чтобы обеспечить устойчивость BepxHero пояса ферм,
необходимо обращать особое внимание на завязку уз-
лов ферм в пределах фонаря, rде нет кровельноrо насти-
ла, Здесь для раскрепления узлов BepXHero пояса ферм
из их плоскости предусмариваются специальные распор-
298
е)
ОСЬ Т.Ш.
.x
х
Рис. Х.6. Связи по ПОКРЫТIIЮ
а по верхним поясам ферм' б п
связи между Фермами; е связи у т м ,:::ти;;н / Я :'овФерм; в вертикальные
Система связей по нижним поясам ферм Состоит из
поперечных и ПРОДОJ1ЬНЫХ связевых ферм (рис. Х.6, б).
Эти связи обеспечивают пространственную неизме-
Няемость конструкций каркаса в плане, уменьшают сме-
lЦение отдельных плоских рам распределением сосредо-
точенных K aHoBbIxv воздействий на соседние рамы, слу-
Жат верхнеи опорои стоек торцевоrо фахверка, обеспе-
чивают боковую развязку нижних поясов стропильных
ферм из 'плоскости рам.
Поперечные связевые фермы располаrают у торцов
здания. Продольные связевые фермы в однопролетных
299
цехах располаrают по краям здания, в мноrопролет
ных обязательно по краям и в промежутках через
60 90 м, в цехах с пролетами разной высоты у краев
здания и в местах перепада высот. В плоскости нижних
поясов целесообразно также устраивать промежуточные
поперечные связи, расположенные в тех же панелях, что
и поперечные связи по верхним поясам ферм (см, рис.
х'6, а, б).
В длинных зданиях, состоящих из нескольких темпе-
ратурных отсеков, поперечные связевые фермы по верх-
ним и нижним поясам ставят у каждоrо температурноrо
шва (как у ТОРЦОВ, рис. Х.6,е) с учетом Toro, что каж-
дый температурный блок представляет собой закончен-
ный пространственный комплекс.
Вертикальные связи между стропильными фермами
Взаимно их связывают и препятствуют опрокидыванию.
В типовых конструкциях покрытий производственных
зданий принят а иная система связей по шатру здания.
Поперечных связевых ферм по верхним поясам стро-
пильных ферм не устраивают и передают их функции на
вертикальные связи между фермами, устанавливаемые
в местах раСПОJ10жения поперечных связевых ферм по
нижним поясам стропильных ферм, но более часто че-
рез каждые 6 м (рис. Х.8,е). Такую схему связей при-
меняют при шаrе стропильных ферм как 6, так и 12 м.
Если в здании имеются фонари, то они развязывают-
ся rоризонтальными свяЗfIми в уровне верхних поясов
фонарей и вертикальными связями между фонарями
(рис. Х.7).
По верхним поясам фонарей в крайних шаrах уста-
навливают поперечную связевую ферму, аналоrичнуlO
ферме по верхним поясам стропильных ферм. В этих же
шаrах ставят вертикальные связи между фонарями, слу-
{ащие для обеспечения их устойчивости в продольном
направлении. При длине фонаря более 60 м и в ero сред-
ней части устраивают промежуточную систему связей
(такую же, как и у торцов), которую располаrают в том
же шаrе, rде и поперечные связевые фермы по покры-
:rию. Крайние стойки фонаря из плоскости фермы развн-
зывают проrонами остекления.
Конструктивная схема связей зависит rлавным об-
разом от шаrа стропильных ферм. Для rоризонтальных
связей при шаrе ферм 6 м может быть применена крес-
товая решетка, раскосы которой работают только на
300
растяжение (рис. Х.8, а). При этом стойки, работающие
на сжатие, конструируются из двух уrолков (обычно
KpecTOBoro сечения), а раскосы из одиночных уrол-
ков В последнее время в основном применяются связе.
Рис. Х.7. Связи по фонарям
O) Il 5) \ i I l I ' I ]
' i )1 ,=
/k I ZL I } j ! = 1i
о 6 6 L '" 6 <.>
><8 I = I } i , "'--. /"'"
Х '/ . :I!:
I 1/ I ! ' I
.
Шaz QJI!PM Ом ШО2 rpepM11M
Рис. Х.8. Системы связен по покрытию
а, б при шаее ферм б м; в, е при шаее ферм 12 м
вые фермы с треуrольной решеткой (рис. Х.8, б). Здесь
раскосы работают как на сжатие, так и на растяжение,
поэтому их rибкость должна быть не более 200. Блаrо-
даря уменьшению числа элементов значительно упро-
щается монтаж таких связей, а применение трубчатых
301
(
12000
JOOOO
,
нелей, оконных переплетов, аэрационных проемов, ворот
(рис. Х.9). При шаrе наружных колонн 6 м стеновые па
нели (или кирпичная стена) крепятся непосредственно
к колоннам; при шаrе наружных колонн 12 м и стеновыХ
панеляХ длиной 6 м устанавливаются промежуточные
фахверковые стойки (рис. Х.9, а).
Торцовый фахверк состоит из вертикальных стоек,
которые ставят через 6 или 12 м (рис Х.9, б). Верхние
концы стоек в rоризонтальном направлении опирают на
поперечную связевую ферму в уровне нижних поясов.
Чтобы не препятствовать проrибу стропильных ферм от
временных наrрузок, опирание стоек осуществляется с
помощью листовых шарниров (рис. Х.9, в). Такой шар
нир представляет собой тонкий (б==8 10 мм) лист ши
риной 150 200 мм, который в вертикальном направле
нии леrко ИЗI"ибается, не препятствуя проrибу фермы; в
rоризонтальном направлении он работает на продоль-
ное усилие. К стойкам фахверка крепят риrели д.'1Я
оконных проемов, при большой длине стоек в плоскости
торцовой стены ставят распорки, сокращающие их сво-
бодную длину.
Стены из кирпича или бетонных блоков устраивают
самонесущими, т. е. воспринимающими весь свой вес, и
только боковая наrрузка от ветра передается стеной на
колонну или стойку фахверка. Стены из крупнопанель
ных. железобетонных плит устанавливаются на столики
колонн или фахверковых стоек (один столик через три
пять плит по высоте), и в этом случае фахверковая стой
ка работает на внецентренное сжатие. Расчетная схема
стойки торцовоrо фахверка показана на рис. Х.9, е.
или холодноrнутых замкнутых профилей позволяет сни
зить расход металла на 35 40%.
При шаrе стропильных ферм 12 м ширина связевых
ферм может быть как 6, так и 12 м. В первом случае
вводится дополнительный пояс св язевой фермы, опира.
ющийся на 12-метровые распорки (рис. Х.8, в), а диаrо-
нальные элементы вписываются в квадрат со стороной
6 м. Во втором случае дополнительноrо пояса нет, и ди-
аrональные элементы вписываются в ячейку 6Х12 м
(рис. Х.8, е).
Вертикальные связи между фермами и фонарями
лучше Bcero делать в виде отдельных транспортабель-
ных ферм, что возможно, если их высота будет менее
3900 мм.
5 ФАХВЕРК
Система фахверковых стоек и риrелей образует не.
сущий каркас для оrраждающих конструкций стен: па.
о)
а)
1l1l.lL
I IJI ,Т : лромежу.
тOIlHOR
' ............... 11 д 1 :;:;:
Распорко
111 L стойко
ф т
" -e " ' 6
LrEZl'1.tzПZZ:ZП:ZD ra:t1
В) ()
r,- СтРОЛlJЛЫliJR
I ljJepMO
I
I
I
I
,
: ПiJперецНОR
I ("Н.зеВая tpCpMO
j
.; Т.
p
r--
2)
"' !
" "'\ .
! II \ .лuстоВоii шарнир
",1
"cl
'-
Лшт080ti шорнир б В" 10 мм
6. ОСОБЫЕ РЕШЕНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ СХЕМ
КАРКАСОВ
Рис. Х.9. Фахверк
а продольный; б торljовый; в крепление стойки фахверка листовым шар-
RЩJOМ; е Расчетная схема
Рассмотренные выше конструктивные схемы металлических
каркасов производственных зданий являются традиционными, имею
щими преобладающее распространение. Однако экономические Про-
изводственные и эксплуатационные требования а также поя ление
OBЫX мате иалов и КОНСТРУIЩИЙ диктуют поис новых конструктив
IЫХ решении каркасов зданий.
аЦИональным компоновочным оешением для высоких и неболь
щих 110 дл - .
см ине здании является конструктивная схема каркаса с He
В ещающимися в попсречном направлении верхними концами колонн.
зан:аК IХ зданиях проектируют жесткий торцовый фахверк, раЗБЯ-
ro и:и диаrональными связями (рис. х.l0, а), и развитую систему
р Онтальных связей по ннжним поясам стропильных ферм. Верхиие
302
303
концы колонн опирают на продольные связевые фермы по ннжним
поясам стропильных ферм, которые в свою очередь опираются на
жесткие тор-цы здания. Вследствие большой жесткости rоризонталь-
НЫХ связей и торцов смещения верхних концов колонн незначи-
тельны и имн можно пренебречь. Расчетная схема колонны
получается такой, как это показано на рис. X.lO, б. Соединения
риrелей с колоннами при таком решении обычно принимают шарнир-
ными. Вследствие повышенной поперечноЙ жесткости рекомендуе-
мые для обычных решений пре-
дельные отношения bs t/12 hs и
bR I/20h (или Ьп t/15h в зда.
ниях с тяжелым режимом рабо-
ты) в колоннах таких каркасов
MorYT быть уменьшены на 20
25%, остальные компоновочные
размеры устанавливаются так же,
как и для обычных рам.
В последнее время при строи-
тельстве больших по площади
производственных зданий начал
применяться конвейерный способ
монтажа конструкций. На рель-
совый путь, расположенный око-
ло строящеrося цеха, устанавли-
ваются телеЖКI1 платформы, ко-
торые периодически передвиrают-
ся с одной стоянки на друrую,
образуя своеобразный конвеЙер.
На этих платформах собираются
укрупненные блоки конструкций
покрытня массой 30 60 т и за-
тем целиком устанавливаются на
заранее смонтированные колонны здания.
Конвейер позволяет расчленить операции сборки, хорошо ор-
rанизовать рабочие места, механизировать ПОвторяющиеся операции,
задать определенный ритм всей работе.
На первой стоянке конвейера с помощью сборочных кондукто-
ров собирают основу блока две подстропильные балки или фер-
мы и стропильные фермы между ними. На каждой следующей
стоянке выполняются только определ('нные -операции: устанавлива-
ются связи, монтируются фермы фонаря, проrоны, укладывается
кровельный настил и т. д. Bcero орrанизуется 12 15 стоянок. На
последнюю стоянку блок кровли приходит полностью rOToBblM с
наклееиным рубероидным ковром кровли, остекленным фонарем и
окрашенным ,
fотовый блок (рис. X.lI, а) башенным краном устанавливает-
ся на колонны или подается на установщик, представляющии
собоЙ леrкую конструкцию, похожую на мостовоЙ кран, кото-
рыЙ может двиrаться с помощью лебедки по подкрановым
путям. Установщик транспортирует блок вдоль цеха до места
fстановки.
Специфика конвейерноrо монтажа требует соответствующей
компоновки конСтрукций покрытия. Ячейки шатра здания офор-
мляются в виде жестких пространственных блоков. Основой блока
CJ)
Лроем iJЛR 86eai/a
5}
-с:::
-с::
Рис. Х.I0. Компоновка жестко-
ro торцовоrо фахверка
а схема фахверка; б расчетная
схема колонны здания
,О'::
304
ИВлиютси подстропи;[(ьные балки или фермы, при этом по каждому
среднему РЯДУ колонн приходится ИМ61Ь две подстропильные ка н-
струкции. ДЛя обеспечения пространственной жесткости блока
устанавливается система свиэей. Одно нз решений схемы БЛОКа
КОНС1'РУКЦИЙ покрытия показано на рис. X.II, б.
Конвейерный способ монтажа требует дополнительных затрат
на устройство конвейера и установщика, приводит к некоторому
увеличению расхода металла и несколько большей трудоемкости из-
rОтовления конструкций, однако резкое увеличение производитель-
ности труда на монтаже и сокращение сроков строительства обус-
ловливают в KOHe'lHOM итоrе зкономическнй эффект применения
этоrе способа. Практика применения и экономические расчеты
покааывают, что конвейерный способ монтажа становя:тся ра-
циональным для зданий с площадью кровли 40 50 тыс. м 2 Н
более.
Радикальным решением Аля уменьшения воздействии от кра-
нов на конструкции каркаса здания является применение для об-
служнван и технолоrическоrо процесса козловых кранов
(рис. X.12, а). В этом случае каркас здания воспринимает атмос-
ферные наrрузки и наrрузки от оrраждающих конструкций, а Har-
рузки от кранов передаются на крановые пути, уложенные в уров-
не пола. Возможно и промеЖУТОlfное решение с полукозловыми
кранами, коrда наrрузка от кранов нередается частично непосред-
ственно на основание пути, частично на колонну крановой эстакады
(рис. X.l2, б). С точки зрения расхода металла конструктивное ре-
шение с применением козловых кранов. очевидно, наиболее эконо-
мично, однако оно не всеrда прнемлемо по теХнолоrическим тре-
БQВаниям (затруднение с передачей ПрОДУIЩИИ в смежные проле-
ты, Понщкенная скорость кранов и увеличение эксплуатационных
расходов). Поэтому такая заманчиваи на первый взrляд ком-
пеновочнаи схема праlпическоrо распространенни пока не полу-
чила.
. СущеСТllеннаи ДОЛЯ металла в каркасе производственноrо зда-
нии расходуетси на ПрОДОJlьные конструкции средних рядов, осо-
бенно при тяжелых кранах и больших шаrах внутренних колонн,
обусловленных требованиями производства. Облеrчение конструк.
ций по средним рядам колонн может быть достиrнуто различными
способами.
На рис. X.l3, а показана подкоснаи система. Вследствие умень_
шении пролета подкрановых балок, опирающихся на парные подко-
сы, а также ВЫrодноrо перераспределения усилий в балках, блаrо-
даря приrруsке их колоннами, несущими покрытие, получается су.
ще€твенная экономия металла. Идеи использовании подкосной схе-
мы ПОлучила дальнейшее развитие ДJ1Я продольной конструкции
каркаса (рис. X.l3,6), в которой стропильные фермы опираются на
ПОДКосы, продленные выше подкрановой балки, блаrодаря чему
при большом шаrе колонн отпадает необходимость в ПОдстропильных
фермах.
В производственных зданиях, имеющих очень большие пролеты
и высоту (например, Судостроительные, авиа сборочные цехн) , плОс-
костные несущие конструкции оказываются невыrодными по рас-
ходу металла -и неудобными на монтаже. В этом случае рациональ-
нымн оказываются конструктивные схемы каркасов с элемен'I'ами
пространственноrо се'lения ( в виде замкнутых блоков), На рис. X.l4
иоказана скема каркаса судостроительноrо цеха с продольным рас-
20 950
305
r
I
-й
!II!i w:<,rnшщ_ .,...
"2
:"
@;;'
.
'у.
>: ;--;:"
'{ '. o.i{
.r\ ! 0"0 "
'",
tW
fJ
'''''''' , : . ,( . : ,. А . ' $ ,, ..
. ,
: .:0.
't
,
' 1
"
,. "
, ,,' W' ' : .. '2 \
· .,.J. .
t .
1
1"
f {;
Н\
,
: .;:
.
t
j
;J ;
,.'
ж--
Ъ::'Y'
..>.'111:
,.y
'.-- .
,1
\.
i'
..w
t'-t.
положением кранов. В зданиях TaKoro ТИПа, имеЮщих про.11етЫ бо-
лее 40 м, переходят на поперечное расположение кранов, устанавли-
вая подкрановые балки у нижних поясов ферм rлавных рам.
Есть и друrие интересные идеи дЛЯ КОМПОНОВIШ конструктив-
ных схем каркасов, в том числе с применением оболочек, складок,
висячих систем, предварительно напряженных конструкций и т. д.
ОсобещlOСТИ таких решений освещены в специальной литературе.
З06
б)
Проzон
Пl10qJUЛUl1uбанный ""-
настил J\1 1/ 1
Пuuкuс . 121
I
I
I
I
I
",n
I
:;;
>:
'"
'"
'"
'"
"'-
'g
<::
Рис. X.ll. Конвей-
ерный способ мон-
та>ка конструкций
IЮКРЫТИЯ
а подъем 20тоtюео
{jлока; б конструк-
тивные схемы БАоков
;
Ферны
З000х 10 = 30000
6
а}
б)
:t w
.,
. \ I
\ I
\ I
\ I
\1
Рис. Х.12. Схемы каркасов ЗД2lНИЙ
а с козловыми кранами; б с пОflJj"озловыми кранами
rfl B1D fB1
Рис. X.13. Схемы ПОДI<рановых снстем дли средних рядов КШЮЩj
20*
A A
.7 р
t 39. OCOEiEHHOCTH РАСЧЕТА ПОПЕРЕЧНЫХ РАМ
Поперечные рамы промышленных зданиЙ статически неопре-
делимые системы. Для расчета рамы необходимо наметить ее рас-
четную схему, собрать деЙствующие на раму наrрузки, произвести
статический расчет и выявить комбинации наибольших расчетных
усилий. По этим комбинациям подбирают сечения элементов рамы.
Расчетная схема рамы. Для расчета рамы ее конструктивную
схему надо привести к расчетной. На рис. X.l5, а показаны конст-
руктивная схема однопролетной рамы с жестким з щемлением риrе-
ля в ступенчатых колоннах и расчетная схема этои же рамы. Оси
стоек в расчетной схеме совмещают с центрами тяжести (ц. т.) се-
чений надкрановой и подкрановой частеЙ колонн. В колоннах край-
Hero ряда центры тяжести сечений верхней и нижней частей лежат
не на одной оси, и поэтому стоЙка в расчетной схеме имеет уступ
с эксцентрицитетом
е == (0,55.. .0,5) Ь Н 0,5Ь в ,
rде Ь В и Ь В соответственно ширина верхней и нижней частей ко-
лонны.
Расчетная ось риrеля рамы совмещается с точками крепления
нижнеrо Пояса стропильноЙ фермы с колоннами и при небольших
уклонах ero принимается прямолинейной. При расчеТе статически
неопределимых систем требуется знать жесткости ЕI i элементов
илн при одном И том же модуле упруrости Е соотношение мо-
ментов инерции. Этими моментами инерции предварительно зада-
ютси на основе прикидочных расчетов или ранее запроектирован-
ных анаJJоrичных рам. Обычно соотношения моментов инерции
(рис. X.l5, а, б) элементов рамы находятся в пределах (по отно-
шению к самому rибкому li2):
11
== 7 10'
12 '
18 ! 10 30
l;== 20 60
1 1'5 3
1,
1;== 2,5 7
(Х.2)
................................................
A
Рис. "'14. Схема каркаса здания с колоннами и риrелями простран-
СТВеН'lюrо сечения
.
.d :. :: ' .72 -<: ..
З=с-..>
е е ..с:
4: 6
0,000 .7, З,
Z J- Z-2e (,
Iр
==25 40'
1 '
2
о) т
;т, , 11
1 1
при одинаковом шаrе внутренних и на-
ружных колонн;
при шаrе внутренних колонн вдвое боль-
шем, чем наРУЖН!>IХ;
В)
е)
при одинаковом шаrе внутренних и на-
ружных колонн;
при шаrе внутренних колонн вдвое боль
шем, чем наружных.
308
< ...
р"
Отклонение в Соотношениях жесткостей элементов рамы до 30%
мало сказывается на расчетных усилиях в раме, поэтому, если
после подбора сечениЙ элементов фактические соотношения момен-
тов инерции отличаются от первоначально принятых не более чем
на 30%, перерасчет рамы можно не производить.
При кранах rрузоподъемностью более 30 т и высоте цеха свы-
ше 10 м однопролетные рамы осуществляют с жестким .защемлени-
ем риrеля в коловнах (для увеличения ее поперечной жесткости).
Рамы двухпролетные или с большим числом пролетов с риrелями в
ОДном уровне чаще принимаются с шарнирным опиранием риrелей.
Иноrда Сложные поперечные рамы разбивают на ряд П- и r-образ-
ных с.истем с жестким или шарнирным соединением (см. рис. Х.l5,б).
Рис. K15. Расчетные схемы РI1М
а '-'- конструктивная u расчетная схемь, однопролетной рш.сы; 6 "иды рас-
чеТI/ЫХ схем рам; 13, 2 выделе//ие расчетноао блока
309
При одинаковом шаrе наружных и внутренних колонн MHoro
пролетных рам расчетной является плоская рама по одной из осей
(рис. X.15, в). Если шаr колонн различен, то выделяют расчетный
блок, определяемый полушаrами внутренних колонн (рис. X.15,2).
Этот расчетный блок приводится к плоской раме: крайние колонны,
входящие в зону блока, заменяются одной условной колонной сум-
марной жесТJЮСТИ.
Наrрузки на раму собирают раздельно по видам (от собствен
Horo веса конструкций, cHera, кранов, ветра и т. д.) С тем, чтобы
от каJКДОЙ наrрузки определить усилия и затем составить их HeBЫ
rоднейшие сочетания, которые для разных элементов рамы MorYT
быть от различных составляющих.
При статичеСI(ОМ расчете поперечных рам разрешается ряд
предпосылок, мало влияющих на величину определяемых усилий,
однако существенно упрощающих и сокращающих расчет.
1. На все наrрузки, кроме непосредстве но приложенных к ри-
reлю, можно рассчитывать раму, приняв JКeCTKOCTЬ риreля [р::=ОО.
если отношение
/р [1
l:h
1. СХЕМЫ СТРОПИЛЬНЫХ И ПОД СТРОПИЛЬНЫХ ФЕРМ
Как уже отмечалось, для несущих конструкций по-
крытия производственных зданий в большинстве случuаев
применяется рамная система, состоящая из риrелеи
стропильных ферм, опирающихся на колонны. В MHoro.
пролетных зданиях при шаrе внутренних колонн боль
СтРОПU/16I1ые f{ЩJМ6f
i=1,5%
ПоiJстРОПl//16Ные rpepMbl
Л/1Я шиш ом
6
r [1
1+I,ty l
(Х.3)
Обозначения даны на рис. X.l5, а.
2. В мноrопролетных зданиях при rpex пролетах и более разре
шается определять усилия в стойках рамы от наrрузок, приложен-
ных в отдельных местах здания (например, крановых), без учета
смещения верха стойки.
3. При расчленении рам сложной конфиrурации на отде:т,>ные
расчетные схемы допускается не учитывать взаимной связи этих
схем, если влияние, оказываемое ими друr на друrа, невелико.
Установив с допустимыми упрощениями расчетную схему рамы,
расчет ее на отдельные заrружения выполняют или непосредствен-
но способами строительной механики (метод сил, перемещений, рас-
пределения моментов и др.), или практическими методами с исполь-
зованием вспомоrательиых таблиц, формул, rрафиков, или с по.
мощью электронно вычислительных машин.
Рнс. X.l6. Схемы типовых ферм для покрытий с уклоном кровли 1,5%
40. КОНСТРУКЦИИ ПОКРЫТИЯ
Система покрытия производственных зданий состоит
из кровельных (оrраждающих) конструкций, несущих
элементов (проrонов, ферм, фонареЙ), на которые опира-
ется кровля, и связей по покрытию, обеспечивающих
пространственную неизменяемость, жесткость и устойчи-
вость Bcero покрытия и ero отдельных элементов.
Конструкции кровель, расчет и конструирование про-
[онов и ферм рассмотрены в rл. IX, устройство связей
изложено в 38. В настоящем параrрафе рассматрива-
ются особенности проектирования и расчета конструкций
покрытия, относящиеся к производственным зданиям.
шем, чем наружный, по внутренним колоннам устанавли-
вают подстропильные фермы, которые служат опорами
для промежуточных стропильных ферм.
При рулонных кровлях рекомендуется применять
фермы с rоризонтальными поясами,. образующие П"10С-
кую (вернее малоуклонную кровлю, так как для орrани:
Зованноrо стока воды пояса фермы имеют уклон, равныи
1,5%). Плоские кровли защищают тонким (10 15 мм)
слоем мелкозернистоrо rравия на битумных мастиках,
блаrодаря чему получается более долrовечная кровля,
И хотя расход металла на трапецеидальные фермы с ук-
ЛОном BepxHero пояса меньше, приведенная СТОИМОСiЪ
311
310
(с учетом эксплуатационных расходов) покрытия оказы-
вается меньшей при плоскоЙ кровле.
Для одноэтажных производственных зданий разра-
ботаны и утверждены типовые стропильные и подстро-
пильные фермы с уклоном кровли 1,5%, схемы которых
приведены на рис. Х.16.
Холодные кровли с применением волнистых асбесто-
цементных, стальных и алюминиевых листов требуют
большоrо уклона, поэтому для этих кровель применяют
фермы трапецеидальноrо или треуrольноrо очертания.
Подстропильные фермы имеют rоризонтальные поя-
са, треуrольную систему решетки со стойками, к которым
крепятся стропильные фермы.
Если типовые фермы применить не удается (напри-
мер, при жестком сопряжении стропильных ферм с ко-
лоннами, на что типовые фермы не рассчитаны, при не-
обычных наrрузках на фермы и т. п.), проектируют
индивидуальные фермы, схемы которых целесообразно
принимать близкими к типовым.
tJ) 'i
rтl>f Ef
H,
:= 1"
н. Hz
становится наrруженной не только вертикальной на-
rрузкой q, но и парами rоризонтальных сил
М 1 М
Н 1 И Н 2 ..........!.
h оп h оп
[h оп расстояние между осями BepxHero и нижнеrо поя-
сов фермы на опоре (рис. х'17, б)].
Величина опорных моментов берется из таблицы
расчетных усилий колонны ДJIЯ ее BepxHero сечения (мо-
';ieHTbl в узле рамы ОДИН8IЮВЫ на стойке и риrеле); при
этом, взяв наибольший момент для левой опоры фермы
Мl, надо определить момент для правой опоры М 2 ДЛЯ
той же самой комбинации наrрузок.
Опорные моменты М 1 и М 2 вызывают в стержнях
фермы дополнительные усилия. Расчетные усилия, по
которым подбирают сечения стержнеЙ фермы, получают
сложением усилий, вызванных вертикальноЙ наrрузкой,
и дополнительных усилий от опорных моментов. При
этом, если усилие в каком либо стержне от опорных мо-
ментов Toro же знака, что и от вертикальноЙ наrрузки
(стержень доrружается), оба усилия суммируются; если
знаки их разные и усилие от опорноrо момента меньше,
чем от вертикальноЙ наrрузки, то берется наибольшее
усилие только от одной вертикальной наrрузки (разrруз-
ка стержня не учитывается). Так делается потому, что
опорное крепление риrеля может несколько ослабеть и
разrружающее усилие уменьшится или даже пропадет
совсем. Если же усилия имеют разные знаки и усилие от
опорных моментов больше усилия от вертикальноЙ на-
rрузки, то стержень должен быть проверен также и на
алrебраическую сумму этих усилий.
Определив расчетные усилия в стержнях фермы с уче-
том опорных моментов, подбирают сечения ее элементов
точно так же, как и обычных свободно опеРТIoIХ ферм.
Подстропильные фермы имеют, как правило, шарнир-
ное опирание на колонны, поэтому их расчет и подбор
сечениЙ выполняются так же, как и для обычных ферм,
2, ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА СТРОПИЛЬНЫХ
И ПОД СТРОПИЛЬНЫХ ФЕРМ
ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗДАНИй
Сопряжение риrелей (стропильных ферм) с колонна-
ми проектируют шарнирным или жестким. При шарнир-
ном опирании стропильной фермы на колонны ферма
а) 9
HHHHHIHHHH+IHH
11, M z -<:
Рис. X.17. К расчету фермы
с учетом рамных моментов
рассчитывается как отдеЛhная самостоятельная система.
Расчет и подбор сечений таких свободно опертых ферм
см. в 35.
Друrое положение будет при жестком сопряжении
фермы с колонной Рамный момент у сопряжения риrеля
с колонной воздеЙствует на ферму (рис. Х.17, а), и она
З12
3. ОПОРНЫЕ УЗЛЫ
Конструкция опорных узлов ферм может быть дo
вольно разнообразной и решается в зависимости от спо
соба сопряжения риrеля с колонной. Широко распрост-
ранено опирание стропильных ферм сбоку колонны на
313
Ejp
"":,::"'::Wa
Опорный столик делается из листа () ==30 40 мм или
при небольшой опорной реакции A<200 250 кН из
уrолка со срезанной полкой. Каждый из двух фланrовых
швов, крепящих опорный столик к колонне, рассчитыва
ют на усилие, равное 2fзА, вследствие возможной HepaB
номерности передачи реакции опорным фланцем. Опор
ный фланец крепят к полке колонны на болтах rрубой
или нормальной точности, которые ставят в отверстия на
3 мм больше диаметра болтов (чтобы они не моrли при
нять на себя опорную реакцию фермы в случае возмож
ных неточностей разметки отверстий).
При шарнирном опирании фермы на колонну сварные
швы, прикрепляющие опорный фланец к фасонке, рабо-
тают на действие опорной реакции А; их длину опреде
ляют по формуле
опорный столик (рис. X.l8, а). Такое решение обеспечи
вает надежную работу, просто в изrотовлении и удобно
при монтаже. Оно позволяет осуществлять как шарнир-
ное, так и жесткое соединение фермы с колонной.
Вертикальная реакция А передается с onopHoro флан-
ца фермы толщиной () == 16 20 мм через cTporaHbIe по
о) Li.
h
t
I
,t
'[}(lОРНЫЦ
rтОЛl1/(
6)
А
l ш "> '(Х.5)
2 llш R B
В фермах с жестким опиранием риrеля эти швы рабо-
тают на одновременное действие опорной реакции А и
внецентренно приложенной силы Н (вследствие эксцен
тричности приложения силы Н по отношению середины
шва, см. рис. Х.18, а). Наибольшее равнодействующее
напряжение в шве в этом случае проверяют по формуле
р V 2 2 ...... R CB ( Х . 6 )
U Ш uш"i. ш """ у'
.
'"
t
Здесь
н + 6Не
2 llш l ш 2 hш 1
А
Т ш == 2 hш l ш '
r де lш длина одноrо шва; е эксцентрицитет силы Н
по отношению к середине длины шва.
Сила Н прижимает фланец к колонне, вызывая He
большие напряжения смятия, проверка которых не Tpe
буется. В узле крепления BepxHe.ro пояса сила Н отрыва-
ет фланец от колонны и вызывает ero изrиб (вид по Б
Б на рис. Х 18,а). Если фланец сделать тонким ({)==8
10 мм), возможно малой длины, а расстояние между
болтами принять достаточно большим (Ь== 160 200 мм),
то он будет столь rибким, что не сможет воспринимать
Существенной по величине rоризонтальной силы Н Опи-
U Ш ==
Рис. X.18. Узлы опирания стропильной фермы на колонну
а общий вид; б, в вор!;'аЮbl крепления верхнеео пояса при рамном со-
пряжении риееля с КОJlоннои
.н..
. 'F::::: -=-1
L 1
верхности на опорный столик. Опорный фланец для чет
кости опирания выступает на 10 20 мм ниже фасонки
onopHoro узла. Площадь торца фланца определяют из
расчета на смятие
А
F "> . (Х.4)
СМ.Т
rде RCM.T расчетное сопротивление смятия торцовой
поверхности.
H
315
чеС'I'ве примера на рис. Х.19 показано крепление стропиль-
ной фермы к подстропйльной, имеющей стойки KpeCTOBO
ro сечения из уrолков. Для удобства монтажа на стойке
есть монтажный столик. После установки ЛИСТОВОЙ Ha
кладки и сболчиваыия соединения выполняется монтаж-
ная сварка трех вертикальных швов. Верхний пояс CTpO
пильной фермы крепят на
болтах нормальной точно- Ъ--:"7'::::::;.::;
сти, что обеспечивает неко- .,.. ) I
торую подвижность при за- '"'''' \ 1. .
rружении и не приводит к k-:"'
защемлению фермы на ',' 1
опоре. ''-, . I
Опирание подстропиль ,. : I
ных ферм на колонны часто I
делают по тому же принци
пу, что И опирание стропиль-
ных. На рис. Х.20 показан
узел опирания подстропиль-
ной фермы на колонну при
жестком присоединении
стропильных ферм к колон
нам. Для У добства монтажа
Ни /l.I1l; пJJAC ODg
подстропильная ферма име- rпfнНмшЫliil .
ет нисходящий опорный рас-
кос и опирается на колонну
сверху (при восходящем
опорном раскосе подстро-
пильную ферму трудно было
бы завести между полками
колонны), Опорная реакция
подстропильной фермы пере-
дается через строrаный TO
рец на столик, привареннып
к cTeFIEe колонны. Фланец опорноrо узла фермы крепится
к стенке колонны болтами нормальной точности. Нижний
пояс подетропильной фермы делают укороченным (что-
бы не заводить внутрь колонны) и крепят накладкой к
ребру кодоины.
На рис. Х.21 показаны опорные узлы типовых стро-
пильных и подстропильных ферм. Одно из важнейших
требований, предъявляемых к ТИПОВЫМ конструкциям,
Универсальность их использования. Поэтому опорные
узлы стропильных ферм запроектированы так, чтоБы1
рюше риrеля в этом случае можно считать шарнирным"
Если же надо запроектировать опорный узел жест-
ки,'И, то толщину фланца принимают б==16 20 мм, рас-
стояние между болтами Ь назначают минимальным, и
крепление необходимо рассчитать на силу Н.
Момент при изrибе фланца определяют как в защем-
ленной балке пролетом Ь, равным расстоянию между
болтами:
НЬ
M
8 '
(Х.7)
напряжение в нем
М НЬ аб 2 3 НЬ
a==w == 8: 6" == 4"" аб! <- R, (Х.8)
rде а и б длина и толщина фланца.
Обычно стремятся запроектировать верхний узел так,
чтобы линия действия силы Н проходила через центр
фланца. В этом случае напряжение в швах, прикрепляю-
щих фланец к фасонке, проверяют по формуле
'{ == 2 :ш а <- R B. (Х .9)
Необходимое число болтов для крепления фланца к
колонне
N
n -------б ' (Х .10)
(Nl p
rде [N] несущая способность одноrо болта на растя-
жение.
Если по каким либо причинам не удается законст
руировать узел так, чтобы линия действия силы Н про
ходила через центры cBapHoro и болтовоrо соединении,
то швыI и болты рассчитывают с учетом имеющеrося экс-
центрицитета.
В высоких рамах с леrкой кровлей и. тяжелыми кра-
нами расчетный опорный момент может быть друrоrо
знака. В этом случае нижний узел фермы должен быть
проверен на растяrивающее усилие Н, отрывающее ero
от колонны.
Возможны также друrие решения прикрепления верх-
Hero пояса фермы в рамных узлах (рис. Х.18, б и Х.18, в).
Опирание стропильных ферм на подстропильные так-
же может быть выполнено различными способами. В ка-
З16
y
....
', ' ,T
,""
1....
I '",
r . ,
........"Т
....._.......
E
.' . ,
.
Pnc. X.19. Узел опираНИfl стро-
пильных ферм на подстропиль-
ную ферму
317
A A
A
Рис. Х.20. Узел опирания подстропидьной фермы на колонну
можно было осуществить опи
рание фермы как на сталь а)
ную, так и на железобетонную KO
лонну, как на подстропильную
ферму, так и на колонну, на KOTO
рую одновременно опираются
подстропильные фермы. Такая . l
универсальность, естественно,
усложняет конструкцщо узла
(для каждоrо KOHKpeTHoro слу
чая опирания узел Mor бы быть
проще) , однако это позволяет
существенно уменьшить число ти
поразмеров ферм.
Aj...-
Рис. Х.21. Узлы опираllИЯ типовых ферм
а строnttЛЬНЫХ 1lа колонны; б стропиль_
ных на подСlропильньиt; в подстроf1ttЛЬ1lЫХ
па колонны.
218
Опорноя
стоикй
СтропUЛМUIl
ферми
Колонни
'"
.,
)
A Д
Д II
.,.
"
'1
11
t
319
Рис. Х.22. Схемы светоаэрационных фонаре.й
а стоечноео ти"а; б с "о"еречной КОНСТРllкцией в виде фермы
% C 9 .
.............. .............
q}
=1:
:t
1000 3000 JOOO JOoq
а}
;,;:
;,;:
51
:t:
3000
ву
n
но IJpuМR тР.IШCf1qp .
/Пl.lроDw поlJернуmtJ
и t7p1.l&эоmtJ J: CI1J()IiKR
tpOHOpHOJ r;эерМDI
ПЛОЩДОI<O пои ме.хоншмы
oт/rpb!6aHUfl переплето/J
'il)
JOOb
32О
4 ФОНАРИ
В зависимости от назначения фонари производствен.
ных зданий подразделяют на светоаэраЦUО1i1iые u аэра-
ционные.
Наиболее часто применяемые схемы конструкций
светоаэрационных фонарей показаны на рис. Х.22 и
Х.23, а. Ширина фонарей из условия опирания стоек в
JOOO 3000 3000 3000
Рис. Х.24 Схемы аэра-
ционных фонарей
а типовые с поворотными
ветроотбойными щитами; б
с не"одвижными щитами
l= 1,570
узлы ферм имеет модуль 6 м. При пролетах здания до
18 м применяются фонари шириной 6 м, при пролетах
24 м и более 12 м, фонари большей ширины делают
редко.
Высоту фонаря Н принимают в зависимости от требу-
емой освещенности и определяют светотехническим ра-
счетом. Типовые фонарные переплеты остекления имеют
высоты 1250, 1500 и 1750 мм. Для фонарей шириной 6 м
при меняют одну ленту остекления ВЫСОтой 1750 мм или
две высотой 1250 мм, для фонарей шириной 12 м исполь-
зуют ТaI{же одну ленту остекления высотой 1750 мм или
две ленты по 1250 или 1500 мм. Полная высота фонаря
Н складывается из высоты переплетов остекления, а так-
же высота борта и карниза фонаря.
Борт фонаря (rлухая часть фонаря от кровли до низа
остекления) должен иметь высоту 600 800 мм, чтобы
остекление не заносило cHeroM. Суммарная высота бор-
та и карниза фонаря составляет 900 1000 мм.
На рис. Х.23 показаны схемы и конструктивное реше-
Ние типовых светоаэр.ационных фонарей с продольными
фонарными панелями. Поперечная конструкция фонаря
t= Lб п
3000
Рис. Х.23. Типовые светоаэрационные фонари с продольными фоиар-
Ными панеЛЯМII
а схе....ы Фонарных ферм; б. схемы Фонарных "анелей; в конструктивное
решение фонарл шцриной 12 м
1200п---+
21 950
321
состоит из одной (при ширине фонаря 6 м) ИЛИ двух
(при ширине 12 м) ферм заводскоrо изrотовления. Край
ние панели BepxHero пояса фонаря шириной 12 м при пе-
ревозке поворачиваютея на болтах и привязываются к
стойке (рис. х'23, в).
Боковые rрани фонаря проектируют в виде продоль-
ных фонарных панелей (см. рис. х'23, 6), которые на
монтаже соединяются с поперечными фонарными ферма-
ми. Фонарные панели изrотовляют целиком на заводе из
леr их профилей; они включают в себя промежуточные
стоики и проrоны остекления. Фонарная панель в нижней
части имеет раскосы, блаrодаря чему она воспринимает
вертикальную наrрузку от остекления и бортовых плит
на пролете 12 м. Конструктивное решение светоаэраци
онных фонарей с продольными панслями увеличивает
степень их заводской rотовности, а ТaI{же упрощает мон-
таж конструкций.
Для eCTecTBeHHoro освещения здzннi\: в последнее вре-
мя начали применять оrраждающи:е конструкции из
светопрозрачных материалов: светопрозрачные кровель-
ные плиты с использованием стеклоблоков, листов Шi)ЛИ-
винилхлорида или орrаническоrо стекла, зенитные фо-
нари.
Аэрационные фонари предназначены только для аэра
ции зданий, производственные процессы в которых свя-
заны с большими тепловыделениями (рис. Х.24). Осо-
бенность аэрационных фонарей наличие оrрадитель-
ных (ветроотбойных) щитов, блаrодаря которым фона-
ри H задуваются при ветре любоrо направления, а BeT
ровои поток служит побудителем тяrи.
Размеры rорловины (проема) аэрационноrо фонаря
В должны быть увязаны с размерами типовых кровель-
ных конструкций и поэтому принимаются равными 6 или
12 м (более широкие фонари применяются крайне редко).
Высоту проемов фонарей Н определяют расчетом в соот"
ветствии с заданным тепло- или rазообменом. Произво-
дительность фонарей при суточных и сезонных изменени"
ях атмосферной среды реrулируется поворотом ветроот"
бойных щитов.
На рис. Х.24, а показаны схемы типовых аэрацион ых
фонарей с шириной rорловины В, равной 6 и 12 м Такие
фонари имеют высоту 1260 или 1700 мм при 8===6 и
Н ===2400 м для фонарей при В=== 12 м. На консольной
части фонаря установлен ветроотбойный щит, который
822
может поворачиваться Bot<.pyr нижнеrо шарнира, реrули
руя ero производительность. Поворот щитов типовых
аэрационных фонарей осуществляется механическим
способом.
Рассчитывают фонари на вес покрытия, снеrовую и
ветровую наrрузки по упрощенной схеме в предположе-
нии шарнирности всех узлов. Раскосы стоечных фонарей
рассчитывают только на растяжение, второй (сжатый)
раскос считают выключившимся из работы.
В r,Jноrопролетных зданиях фонари иноrда располаrа-
ют не посередине пролета, а по оси колонн (один фона рь
на два пролета) . В этом случае необходимо обеспечить
такое конструктивное решение, при котором фонарь не
включался бы в работу при проrибе ферм. Иrнорирова-
ние этоrо требования может привести к увеличению уси-
лий в элементах фонаря и перераспределению усилий в
элементах стропильной фермы, что может повлечь за
собой серьезные повреждения конструкций покрытия и
даже их разрушение.
41. ОСОIiЕННОСТИ РАСЧЕТА И КОНСТРУИРОВАНИЯ КОЛОНН
ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ
1. ТИПЫ КОЛОНll
Стальные колонны MorYT быть трех типов: постоянно-
ZO по высоте сечения, пepeMeHHOZO по высоте сечения
ступенчатые и раздельные.
В колоннах постоянноrо по высоте сечения (рис.
(Х.25, а) наrрузка от мостовых кранов передается на
стержень колонны через консоли, на которые опираются
подкрановые балки. Стержень колонны может быть
сплошноrо или сквозноrо сечения. Достоинства колонн
постоянноrо сечения (особенно сплошных) их KOHCT
руктивная простота и небольшая трудоемкость изrотов-
ления. Эти колонны применимы при сравнительно не-
больших крановых наrрузках (Q дО 15 20 т) и незначи-
тельной высоте цеха (h до 8 10 м).
При кранах БОЛБШОЙ rрузоподъемности выrоднее
переходить на ступенчатые колонны (рис. Х.25, 6 Z)t
которые для одноэтажных производственных зданий яв-
Ляются основным типом колонн. Подкрановая балка в
этом случае опирается на уступ нижнеrо участка колон-
ны и располаrается по оси ее ветви, называемой подкра-
новой ветвью. Верхний участок колонны проектируют
21* 323
сплошноrо сечения, нижний при ширине до 1 м включи
тельно сплошноrо (см. рис. Х.25, 6), при большей ши
рине сквозноrо сечения (рис. Х.25, в).
В зданиях с кранами «особоrо» режима работы необ
ходимо осматривать и ремонтировать подкрановые пути
без остановки мостовых кранов. Поэтому колонны таких
а) о) 6) 2)
,'
i // "'-.
А
Б
б
rYT иметь три участка с разными сечениями по высоте
(двухступенчатые колонны), дополнительные консоли
для кранов и т. д.
rенеральные размеры колонн назначают при компо
новке поперечной рамы.
В раздельных колоннах (рис. Х.26) подкрановую
стойку проектируют из одноrо прокатноrо или cBapHoro
двутавра, связанноrо
с шатровой колонной
rибкими rоризонталь
ными планками тол
ЩИ ной б 10 12 мм.
Блаrодаря этому стой
ка работает только на
осевую силу с расчет
ной длиной ИЗ плоско
сти рамы, равной рас-
стоянию от НИЗа баш
мака до ни а подкра-
новой балки, и в плос-
кости рамы, равной
расстоянию между
планками. Раздельные
колонны. применяют
сравнительно редко,
они рациональны при
низком. расположении
кранов большой rрузо Рис. Х.26. Раздельные КОЛОННI.r
подъемности и удобны
а при расширении здания; 6 при низ--
при расширении цеха. ко расположенных тяжелых кранах
2, ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА КОЛОНll
.
А
/
...
..о::
...
"
-<::
Б
t
Б
Б
'"
-<::
о О
Д-/I Lд А-/I
>f-i ж I-<!I-j
А- ,1 иб-Б Б Б I
.!
+ +--з: I'=i- J L+.1
5)
'T' 7
'---.. ./
. . .
.!.
I
Колонны промышленных зданий работают на сжатие
с изrибом. Расчет внецентренно-сжатых стержней сплош-
Horo и сквозноrо сечений разобран в 31. Исходными
данными для подбора сечений таких стержней являются
продольная сила N, изrибающий момент М и расчетные
длины в обеих плоскостях.
Расчетные усили'я N и М для верхней и нижней час-
тей колонны получаются при определении расчетных
усилий в элементах рамы, затем определяются расчетные
длины верхней и нижней частей колонны, что и является
rлавной особенностью расчета колонн производственных
зданий,
Рис. Х.25. Колонны произволственных зданий
а постояннеzо по высоте сечения; б z ступеН,чатые
цехов или делают с уширенной нижней частью, чтобы
иметь rабарит прохода между краном и внутренней
rранью верхней части колонны, или для прохода устраи
вают проем в верхней части колонны (см. рис. Х.25, в),
однако это решение является более трудоемким при из
rотовлении.
В производственных зданиях с перепадами пролетов
по высоте или при двухъярусном расположении кранов
конструкция колонн усложняется (рис. Х.25, z), они мо-
324
325
Расчетная длина одноступенчатых колонн в плоско-
сти рамы. Первоначально надо установить условия опи
рания BepxHero конца колонны. В соответствии с HopMa
ми проектирования их может быть четыре.
1. Колонны однопролетных рам с шарнирным опира
нием риrеля (рис. Х.27, а). Предполаrается, что обе KO
лонны находятся в одинаковых условиях и MorYT одно-
4. Колонны двух (и более) пролетных рам с защем-
ленными риrелями (рис. Х.27, z). В этом случае колон-
на имеет неподвижный и закрепленный от поворота KO
нец.
Расчетная длина ступенчатых колонн в плоскости
рамы определяется для каждой части отдельно:
для нижней части
. +
Ul ,,' , . r
5) 1j 1 I I I
: ;1 j 1 1 1
6)
[Рl == I1J[l;
(Х .11)
D)
III
для верхней части
....
--;
[р! == 112[2' (Х .12)
rде 1] и 12 rеометрическая длина соответственно верх-
ней и нижней частей колонны (рис. Х.27, д).
Коэффициенты приведения расчетной длины f-tl и f-t2
для колонн, У которых выполняются соотношения
[2 N 1
[ <:0,6 и >3, (X.18)
J N 2
MorYT приниматься по табл. Х.l. Здесь N) . Рl+ Р 2 И
N2==P2 cooTBeTcTBeHHo продольные силы для нижней
..
"f'
....
Ij
fi+'l
ТАБЛИЦА Х.l. КОЭФФИЦИЕНТЫ I-tl н I-t. для ОДНОСТУПЕНЧАТЫХ
колонн РАМ ОДIIОЭТАжtiых ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИй ПРИ
[2 Ni
<О 6 и 23
[1 ' N 2
Рис. Х.27. к: определению расчетных длин колонн
а КQНtЩ КОАОННЫ свободен; б конец закреплен только от поворота; в He
подвижный Ulарнирно оnерТЫЙ коnец; IJ неnодвижный и закрепленный от
поворота конец; д обозначения
Ко ффициенты I-t, и I-t,
Условия закрепления 1-t, Дл" нижнеil части
верхнеro конца колонны о,з;;;..ь.. :'-0')/ О,J>.ь..:.- о ,05 I-t, дпя верх-
не!! части
1. 1,
Свободный конец 2,5 3 3
Конец, закрепленный толь-
ко от поворота 2 2 3
Неподвижный шарнирно-
опертый конец . 1,6 2 2,5
Неподвижный и закреп
ленный от поворота ко-
нец. , . 1,2 1.5 2
временно потерять устойчивость (удерживающеrо влия
ния второй колонны нет). Считается, что конец колонны
свободен.
2. Колонны однопролетных рам с защемленным риrе-
лем (рис. Х.27, б). Обе колонны находятся в одинаковых
условиях и MorYT одновременно потерять устойчивость,
однако в отличие от первоrо случая поворота концов сто-
ек не происх дит. Считается, что колонна имеет конец,
вакт!епленныи только от поворота.
3. Колонны двух (и более) пролетных рам с шарнир
ным опиранием риrелей (рис Х.27, в). В этом случае
счн ается, что в момент потери устойчивости рассчитыва-
емои колонны смещения ее BepxHero конца не происхо
дит (есть только поворот), так как она удерживается
друrими УСТОЙЧИ2ЫМИ колоннами. При такой схеме ко-
.донна имеет неподвuжный шарнирно опертый' конец..
326
и верхней частей колонны от комбинации наrрузок. дa
ющей их наибольшие значения (см. рис. Х.27, д).
Если параметры колонны не вписываются в оrрани
чения табл. X.l, то значения коэффициента расчетной
Длины f-tl для нижней части колонны при верхнем сво-
бодном конце и конце, закрепленном только от поворота,
27
определяются по таблицам, приведенным в Нормах про-
ектирования (СНиП II В.3 72) в зависимости от соотно-
шений
N]
rде t ==
N 2
При неподвижном шарнирно оr.ертом верхнем конце
колонны, а также при неподвuжном и закрепленном от
поворота коэффициент J,t l определяет ся по формуле
1-11== \f l-li2+1-I;1(t 1) . (X.15)
Здесь J,t12 и J,t11 коэффициенты, принимаемые по табли-
цам СНиП II В.3 72 в зависимости от отношений /2/11 и
Мll.Коэффициенты расчетной длины для верхнеЙ части
колонны во всех случаях
J.lj
1-12 == (но не более 3).
С]
Иноrда при расположении мостовых кранов в два
яруса колонны промышленных зданий имеют три участ-
ка разной ширины (двухступенчатые колонны, см. рис,
Х.25, 2). Определение расчетных длин участков таких
колонн про изводится по формулам Норм ПрОf'ктирова-
ния (СНиП II В.3 72).
Расчетная длина верхней и нижнеЙ частей KOJlOHHLI
из плоскости рамы принимается равной наибольшему
расстоянию между точками закрепления колонны про-
дольными конструкциями. Для нижней части колонны
такими точками являются подошва башмака и нижний
пояс подкрановой балки, если нет промежуточных рас-
порок, поставленных специально для сокращения рас-
четной длины колонны (см. рис. X.5,z), Для верхней ча-
сти колонны такими точками будут тормозная балка или
ферма, распорки по колоннам в уровне нижних поясов
стропильных ферм и нижние пояса подстропильных
ферм.
3. УЗЛЫ колонн
..!..!. == 1 2 1i
ii /112
(см. рис. Х.27,д).
V
1. 1]
и С] == 4 1 2 t '
(X.14)
Опирание сверху применяют при шарнирном присоеди-
нении риrелей к колоннам, опирание сбоку как при
шарнирном, так и при жестком. Конструирование и рас-
чет таких оrоловков рассмотрены в 32 и 40.
В колоннах постоянноrо по высоте сечения подкрано-
вые балки опираются на специальные консоли (рис.
о)
т---т!"Т
I 11 r
I 11 I
kы
F rr
I 11
....
.....
....""
5)
A A
l=;i: J
(Х. 16)
[ 1 ]
-+ -
Рис. Х.28. Подкра-
новые консоли
а при сплошных
колоннах; б при
СКВОЗНЫХ колоннах
Оrоловки, уступы и стыки. Опирание стропильных
ф€рм на колонны может быть запроектировано сверху
(см. рис. VIII.ll, а, X.21, а) или сбоку (см. рис. X.l8).
328
Х.28). В' сплошных колоннах проектируют одностенча-
тые консоли двутавровоrо сечения, в сквозных кон-
соль делают из двух швеллеров, присоединенных к вет-
вям колонны. Консоли сплошных колонн и швы, при-
крепляющие их к КОлонне (рис. Х.28, а), рассчитывают
на изrибающий момент M===De и срез силой D (D
максимальное давление обеих подкрановых балок). На-
пряжения проверяют у основания консоли и в швах ее
крепления, предполаrая, что изrибающий момент БОС-
принимается только поясами, а поперечная сила Q===D
воспринимается стенкой. Консоли из швеллеров в сквоз-
ных колоннах также проверяют на действие момента
M==De и поперечной силы D. Усилие в швах, креш...щих
консоли к ветвям колонн, находят по правилу рычаrа:
для швов на внутренней ветви колонны и для швов на-
ружной ветви они будут соответственно
Jl+e е
N==D . и N' ==D
h 1I
(обозначения см. на рис. Х.28, 6),
329
При опирании каждой из подкрановых балок на свою
консоль последнюю рассчитывают на наибольшую ре-
акцию подкрановой балки.
В ступенчатых колоннах подкрановая балка опира-
ется на уступ колонны у места сопряжения надкрановой
и подкрановой частей. Типичные конструктивные реше-
ния узлов для колонн со сплошной и сквозной нижними
крепят четырьмя сварными швами, можно определить их
тр€буемую длину
N М
N п ==2 :!; Ь.
(Х . 17)
N п
l ш == (X.18)
4f1h ш Я В
Наибольшее усилие, на которое следует рассчитывать
крепление полки, можно найти также исходя из предель-
ной прочности полки:
Nп==FпR,
rде F п и R площадь сечения полки и расчетное сопро-
тивление стали.
В сквозных колоннах верхнюю и нижнюю части сое-
диняют через траверсу (рис. Х.29, б), которая представ-
ляет собой балку двутавровоrо сечения, наrруженную
усилиями N и М и имеющую пролет, равный расстоянию
между ветвями колонны Ь Н (рис. Х.29, в). Эта балка ДОk
жна быть про верен а на изrиб и срез по формулам:
М ТР QTP
a== -< R и '(== -< Я ср , (X.19)
W тр h CT бст
rде Мтр::::::С ( + ) а наибольший изrибающий мо-
2 он
мент в тр.аверсе;
N М
QTP == + расчетная поперечная сила;
2 ОН
W 1 ,p момент сопротивления траверсы у rрани верх-
ней части колонны; h CT и бст высота и толщина стенки
траверсы.
Высоту траверсы обычно принимают равной O,5 O,8
ширины нижней части колонны. Для большей надежно-
сти в ветвях мощных колонн иноrда делают прорези, Б
которые вставляют стенку траверсы и приваривают к
каждой ветви четырьмя уrловыми швами. Траверсу к
ветви колонны крепят на реакцию траверсы и давление
подкрановых балок (см. рис. Х.29, б):
N М
N' ==2" +-ъ: +D. (Х.20)
rде D опорная реакция подкрановых балок.
Конструктивное оформление уступа колонны в месте
опирания подкрановых балок аналоrично конструкции
оrоловков колонн.
При большой длине ступенчатых колонн промышлен-
ных зданий их верхние части присоединяют на монтаже,
n)
Lд..
8Eti
..} .
т
Рис. х.29. Узлы сопряжения
верхней и нижней частей
колонн
а сплошных; б ...... сквозных;
в расчетная схеМа траверсы
!!. M
2 H
частями колонны показаны на рис. Х.29. Сопряжения
верхней и нижней частей колонны надо рассчитывать на
продольную силу N и изrибающий момент М BepxHero
участка колонны у места ero примыкания к нижнему.
Чтобы упростить расчет, несколько в запас прочности
допустимо считать, что усилия полностью передаются
только через полки верхней части колонны. Исходя из
этоrо определяют длину шва 1 ш , необходимую для креп-
ления полки к траверсе колонны.
Усилия в полках от продольной силы и момента, дей-
ствующих в верхней части колонны
.Для более надежноrо соединения в полке колоннЫ
иноrда делают прорезь (рис. Х.29, а, деталь 1), в кото-
рую заводят стенку нижней части колонны (или травер-
су 13 колонне сквозноrо сечения). Учитывая, что пол. у
азо
:331
l
"" ..,
.
.
1
332
tiJ
Рис. Х.зо. Монтаж-
1l 1l ные стыки колонн
а верхней части колон.
ны; б нижней СКIJОЭНОЙ
части
Надкрановую часть колонны устанавливают на подкра
новую через листовые прокладки толщиной 2 3 мм, чем
обеспечивается необходимый зазор для сварки. Колонну
фиксируют с помощью монтажных коротышей из уrол
ков и стяжных болтов (рис. Х.зо, а). После выверки
верхыей части полки колонн прихватывают в нескольких
точках, листовые прокладки выбивают и сваривают ce
чение встык. Если свариваемые листы толще 10 12 мм,
то необходима разделка кромок. Чтобы уменьшить CBa
рочные напряжения, полки колонн у стыка не привари
вают к стенке примерно на 400 500 мм в обе стороны
от c:rbIKa. На монтаже первоначально варят швы полок,
потом стенки и в последнюю очередь заваривают остав-
шиеся уrловые швы.
Иноrда при очень большой длине колонн приходится
делать монтажный стык и в подкрановой части. На рис.
Х.30,6 показана конструкция TaKoro стыка с монтажны
ми фиксаторами, которые устанавливаются на колонне
при контрольной сборке на ЗaIюде металлических KOHCT
рукций. При монтаж верхний элемент колонны YCTa
навливается на нижний, причем опирание происходит по
строrаным торцам трех фиксаторов; болты служат для
BpeMeHHo.ro крепления. После контроля правильности
взаимноrо расположения соединяемых элементов выпол
няется .монтажная прихватка в нескольких точках, за
тем срезаются фиксаторы и производится сварка листов
всты'к с подваркой корня. Затем фланrовыми уrловыми
швами приваривается стыковой уrолок со срезанными
обушком и полкой, перекрывающий уrолки наружной
ветви колонны. Раскосы, первоначально зафиксирован
ные временными болтами, также привариваются к BeT
вям колонны.
Для возможности решения типовых колонн в виде
Б-заимозаменяемых законченных заводских марок Bepx
них и нижних частей разработан их узел сопряжения,
показанный на рис. Х.31 (см. также узел на рис. Х.37,6)
Решение узла, показанноrо на рис. Х.31, интересно еще
и тем, что наружная ветвь колонны имеет двутавровое
сечение.
В зданиях. с кранами «особоrо» режима работы вдоль
подкрановых путей необходимо предусматривать проход
для обслуживания. В случае коrда проход устраивают в
стенке колонны, ослабленный участок колонны необхо
Димо проверить расчетом. Для этоrо по данным статиче
jЛ
..J д
5)
r
t
..
"
( I
333
cKoro расчета рамы определяют наибольшие усилия N.
М и Q в нижнем и верхнем сечении по rабарит,у прохо
да. Иноrда при расчете ослабленноrо проходом участка
колонны принимают комбинацию расчетных усилий N.
М и Q. П,о которой подбирают сечение надкрановой части
колонны (сечение по проему делают раВНОПDОЧНЫМ oc
д д
r=5
" '...../
,
6
B B
13
,
БL""
<::>
...,
ц
I
I
B L I
I
iE
E
':1r'
J t
{Ша
.J!
Рис. Х.32. Проем для прохода в Il)
стенке колонны
а конструктиВl-lOе оформление; б
расчетная схема
1)
,r1-\M
мин
"""
i
OO
I
.1.6
меняется парой сил с пле
чом а. равным расстоянию
между центрами тяжести
ветвей (рис. Х.32, 6) .
И Т
сходя из этоrо расчет 11
11
ные усилия для ветви KO ..IL
лонны определяют по фор
мулам:
продольная сила
N М
N == + .
В 2 а'
1000
Устойчивость ветви провеJ>ЯЮТ по формулам вне-
центреНноrо сжатия:
в плоскости действия момента
N B
a== R.
!рВИ F '" .
х, в
(Х.21)
изrибающий момент
М .!L!!:... Qh
B 2 2 4 .
(Х .22)
Б Б
(Х .23)
1i:'1!l ';!#
LШ J
""
в плоскости, перпендикулярной к действию момента.
N B
а == <. R (Х.24)
С!Ру Р В .
rде F B площадь сечения одной ветви.
Коэффициенты ЧJ; и «ру определяют при расчетной
длине, равной высоте проема h (обозначение осей на
рис. Х.32, а).
Базы колонн. База является весьма ответственной и
в то же время сложной и трудоемкой частью колонны
поэтому при проектировании необходимо стремиться
ВОЗможно большей конструктивной простоте при наи
меНьшем расходе стали.
Реruение базы зависит от типа сечения и мощнос-ти
Колонны. Для сравнительно леrких колонн целесообраз-
Рис. Х.31. Монтажный стык типовых колонн
новному сечению). Конструктивное оформл ние проема
в колонне показано на рис. Х.32, а.
Из за выреза колонна на участке проема работает
аналоrично панели внецентренно сжатоrо сквозноrо
стержня, ветви KOToporo соединены жесткими планками..
От поперечной силы в ветвях возникает местный изrи-
бающий момент Мв. а общий изrибающий момент М за
334
335
а)
НОIl.I/ЖНОR
Вет!.
ЛиiJКfJоно8f111
6ет6Ь
i
....
Шоii5f1
8ШJО
/
IA
Д: ,,,' d.,. ., ffi
I
I
6
Рис. Х.33. Раздельные базы сквозных колонн
а наружной колонны; 6 мощной вНlIтренней колоннь.
336
но применять базы с одностенчатой траверсой (см.
рис. VIII.16), а для более мощных колонн с двухстен-
чатой (см. рис. VIII.17).
ДЛЯ сквозных колонн большой ширины применяюr,
как правило, раздельные базы. являющиеся достаточно
экономичными и удобными в изrотовлении. Примеры
конструктивных решений баз крайних и средних сквоз-
ных колонн приведены на ри . Х.33.
В базах колонн с несимметричным сечением
ветвей необходимо центр опорной плиты совмещать с
центром тяжести сечения ветви, а анкерные болты раз-
мещать на оси, проходящей через центр, иначе в ветви
колонны возникает дополнительный изrибающий момент.
Конструкция базы должна обеспечивать удобство
прихватки деталей при их сборке и доступность сварки
всех швов.
В последнее время для установки тяжелых колонн
стали применять способ, получивший название безвыве-
рочноrо метода монтажа. Сущность ero заключается в
том, что первоначально на фундамент с большой точ-
ностью устанавливают опорные плиты с верхней фре-
зерованной поверхностью (рис. Х.34). Точную выверку
плит производят с помощью установочных бол в или
специальноrо кондуктора. После выверки под плиты под-
ливают цементный раствор. Ветви колонны имеют фре-
зерованные торцы, а саму колонну собирают в кондук-
торе, обеспечивающем точное совмещение опорных
плоскостей обеих ветвей. На монтаже колонну устанав-
ливают по осевым рискам на опорную плиту, что обеспе-
чивает ей проектное положение без дополнительной вы-
верки. После этоrо на анкерные болты надевают анкер-
ные плитки, опирающиеся на траверсы колонны, и
анкерными болтами колонну плотно притяrивают к фун-
даменту. При наличии больших сдвиrающих усилий
колонну приваривают к опорной плите после установки.
Конструкция баз колонн при безвыверочном монтаже
(рис. Х.35) упрощается (меньше деталей и сварных
швов), упрощается и ускоряется монтаж колонн и опи-
рающихся на них конструкций (блаrодаря более точной
установке колонны).
Расчет баз внецентренно-сжатых колонн (площади
опорной плиты и ее толщины, траверс, анкерных болтов),
рассмотрен в Э 32.
22 950
337
'"
УсmаНОВОI/НЫЙ Оолm
сл" рuхmo6...,и пAUn76l
лotJ КОЛОНН!!
Рис. Х.34. Опорные плиты баз колонн для безвыверочноrо монтажа
ЛcUкpunoloн
ВетВ6
6ерсо
qf!l1enmnun
iю&ю4ка
тpz8epCIJ
От6ерстuR 6 плит-
ке d OНK ' 6ftft
::,:;;ерю/К
Рис. Х.35. Ваза колонны для безвыверочноrо монтажа
338
ПРИМЕР РАСЧЕТА ВНЕЦЕНТРЕННО СЖАТО1f КОЛОННЫ
Пример Х... В том при мере приведены подбор сечений и pac
чет узлов ступенчатой колонны производственноrо здания. Колонна
состоит из сплошной верхней и сквозной нижней частей. Так как
сечения верхней и нижней частей такой колонны подбир.аются не-
о)
14.4
....с
500
AL
500
jA
I
J.61
""t
61
,;о
""
I I
д-д
,X
j ;.. Хt.ю. j
6
6 5
8)
I X ,
!I
х,
14 272
14 14
)
"," 2 1
'";...'"
"'t
'"
Рис. Х.36. К примеру X.I
91=127
)( 1000
1
а кон.струк.тиВtLая схежа колонны; б. В. 2 сечения колонны
зависимо одно от друrоrо, каждое на свои расчетные усилия N и М
при расчетных длинах 1" и 1", то этот пример иллюстрирует подбор
сечений любых внецентренно сжатых колонн и стоек (сплошных,
сквозных, постоянноrо по всей длине сечения и т. д.) друrих coopy
Жений. Это также относится к расчету узлов и деталей.
Исходные данные. Требуется рассчитать и подобрать сечения
элементов колонны производственноrо здания с проходом в верхней
22*
339
части, КОНС'Iруктивная схема которой приведе"а на рис. Х.36, а.
Расчетные усилия для верхней части колонны имеют величины:
N==740 кН, M==1127 кН'м и Q==197 кН; для нижней части колон-
ны N 1 ==3360 кН и M 1 ==1960 кН,м (изrибающий момент доrружает
подкрановую ветвь); N2==3140 кН и М 2 ==2570 кН'м (изrибающий
момент доrружает наружную ветвь), Q==312 кН.
к.омбинация усилий для расчета анкерных болтов N мив ==
===580 кН, М== 1360 кН'м. к.олонна имеет шарнирное соединение
с риrелем и жестко защемлена в фундаменте; бетон фундамента
марки 150.
Расчетные длины верхней и нижней частей колонны в плоско-
сти рамы соответственно равняются:
[ВХ == l12[2 == 2,92.6,2 == 18,1 м;
[их == l11[1 == 2,45,9,2 == 22,54 м,
rде I и 2 коэффициенты приведения расчетной длнны, опреде-
ляемые по СНиП II-В.3-72 (см. 41). Расчетные длины .верхней и
нижней части колонны из плоскости рамы:
[ву == 4,6 м; [иу == 9.2 м.
Материал колонны сталь марки ВСт3кп2.
Подбор сеченИя верхней части колонны. Сечение верхней части
колонны прииято в виде cBapHoro двутавра высотой h== 100 см.
Необходимую площадь сечения определяем ориентировочно по фор-
муле (VI1I.27):
FTP==!i. ( 1,25+2.8..!.... ) == 740 ( 1.25+2.8 152'3 ) ==194CM2.
R 11 21 100
rде
м
e
N
112700
740 152,3 см;
R == 21 кН/см 2 ,
( 100 1,4 ) 2
+2.38.1,4 '""""2 2 ==320000 см';
б п b 1.4.383
/u==2 ==2 12 1 2800 см';
./ /х == r 320000
'х; f F У 184.2 41,7 см;
-. r / у ---. r 12 800
'у == V F == V 184,2 == 8,34 см;
W 2/ х; 2.320000
х == == 100 == 6400 см 3 .
Определяем rибкость стержня колонны в плоскости и из плоскости
рамы:
lвх 1810 [ву 460
АХ == == ==43.4; лу== == ==552.
'х 41,7 'у 8,34
Проверка устойчивости верхней части колонны в плоскости
действия момента по формуле (VIII.22). Предварительно опреде-
лим условную rибкость в плоскости рамы по формуле (VIII.23).
Y R У 21
Ах==Ах E ==43.4 ==1.37
21 000
и приведенный эксцентрицитет по формуле (VIII.24)
т FБР 157 112700 184,2
1 11 N W x , 740 6400 6,8.
rде 1f== 1.75 O,13Ax== 1,75 O,13.1,37== 1,57 коэффициент влияния
формы сечения по табл. 4 прил. 11 ( <5; 0,1 <т х ==4,32<5).
к.оэффициент IjJ'JВ==0,19 принимаем по табл. 2 прил. 11 в за.
внсимости от 1...:==1.37 и ml==6,8. Производим проверку устойчиво-
сти прииятоrо сечения в плоскости действия момента:
Компонуем сечение колонны, учитывая, что отношение высоты
стенки к ее толщине должно быть в пределах 80 120. отношение
ширины полки к ее толщнне не более
Ь П У 21
<ЗО
б п R
И ширина полок не менее 1/20 ! /зо длины колонны ИЗ плоскости
рамы. Принимаем стенку толщиной б ст ==8 мм и полкн из листов
380Х 14 мм (рис. Х.36, б):
F == 2 (38.1 ,4) + 97.2.0,8 == 184.2 см 2 ;
h CT 97,2 1215' 27'
бет 0.8 ,. б п 1.4 ,
[у 460 12 '
Находим reометрические характеристики принятоrо сечения /х.
/11' 'х. '11. W,,:
БС1'h т ( ) 2 0.8.97.23
/х == 12 + 2F п 2 2 12 +
740
fJ == 21 кН/см 2 == R
q,ВНFБР 0,19.184,2 .
Проверка устойчивости верхней части колонны из плоскости
действия момента по формуле (VIII.25). Предварительно нужно
найти коэффициент с для формулы (VIII.25):
J} 1
с== I+a.mx; == 1+0.796.2,92 ==0,301.
Здесь J} и а. принимаются по табл. 6 прил. 11 с учетом TOro, что
i.,1I==55,2<i.,c== 100, значение KOToporo для стали класса С 38/23
дано в табл. 7 прил. 11:
J} == 1; а. == 0.7 + 0,05 (mx 1) == 0.7 + 0.05 (2,92 1) == 0.796;
М FБР 2/3,112700 184,2
NW x 740 6400
N
mх==
2.92.
340
341
Коэффициент 2/8 перед И3fибающим моментом принят потому,
что за расчетиый момен,' в '1той формуле принимается максималь-
ный момент в пределах средней третн длины. В нашем случае из
rибающий момент на верху колонны равен нулю (шарнирное опи
рание риrеля) и в случае линейной эпюры моментов ето наибольшее
значение в средней трети будет составлять 2/8 момента в нижнем
сечении.
Производим проверку устойчивости стержня колоины из плос-
кости действия момента
N 740
0== 3 184 == 15,9 кН/см!! < R == 21 кН/см 2 .
ССру FБР 0,301.0,84. ,2
Здесь СРII===О,843 коэффициент продольноrо ИЗfиба при цент-
ральном сжатии в зависимости от ЛII==55,2 по табл. 1 прил. 11.
Проверка местной УСТОЙЧИВОСТИ Местная устойчивость полок
колонны являеТся обеспеченной, так как отношение свеса полки к
ее толщине 18,6/1,4== 13,3< 16 (по табл. VIII.2).
ДЛЯ проверки местной устойчивости стенки найдем
o o'
I 2,43
== 100 1 ==
. 21,14 (2 1,62 + VI,62 2 + 4.0.362)
97,2
==138 > == 121 5
0,8 ' ,
тде
k з 43
fl==O,07'( ==0,07.2,53 ==0,36;
k8==43 коэффициент, принимаемый по табл. VIII.9.
Таким образом, местная устойчивость полок и стенки колонны
являртся обеспеченной.
Проверка сечения колонны, ослабленноrо отверстием для np«r
хода. ИЗfибающий момент в нижнем сеченни прохода при шарнир-
но-опертом риrеле
4,6 Н
М == 1127 == 836,2 к 'м.
6.2
а.==
и '[;
Остальные расчетные усилия останутся такими же, как для основ-
Horo сечения: N == 740 кН и Q === 197 кН. Внутренние полки прохода
примем из листов 10ЛЩИНОЙ 6===14 мм, расчетное сечение КОЛОЮIЫ
по проходу указано на рис. Х.36, в. Найдем расчетные усилия для
ветвей прохода по формулам (Х.2l) и (Х.22):
N ==.!!.... + == 740 + 836,2 == 1570 кН'
в 2 а 2 0,7 . ,
Qh 197.1,8
МВ == == == 88.7 кН.м,
4 4
О
N М 740 112700 ( 97,2 )
0== F + 1; Ус == 184.2 + 320000 ==
==4,02+17,12==21,14 кН/см 2 .
Фактическое сжимающее напряжени-е в сечении несколько пре-
восходит расчетное сопротивление стали R===21 кli/см 2 , однако эrо
не значит, что прочность колонны не обеспечена Прочиость BHe
це тренно сжатых элементов, не подверrающихся непосредствеll-
iюму воздействию динамических наrрузок, проверяется по формуле
(11.8), УЧlП'ывающей развитие пластических деформаций в сече ии:
( N ) 3/2 М ( 740 ) 3/2 112700
+ == + ==0,833< 1.
FR W'I! R 184,2.21 1,12,6400,21
хит
Здесь W OТ ==1,12 WЖВТ пластический момент сопротивления;
N М 740 112700
O'==F I;YP== 184,2 320000
== 4,02 17,12 == 13,1 кН/см 2 ;
а. == o o' 21.14 ( 13,1) == 162'
О 21,14 . ,
Q 197
'( == 8 == 2,53 кН/см8.
h CT {)СТ 97,2,0,
Величина о; больше, чем 1, поэтому местная устойчивость стенки
проверяется по формуле (VIII.26)
h CT 1 -. / 2k3
{)СТ == 00 v (1 (2 а + V 0;2 +4f}2 )
( 9;2 ) ==
тде а расстояние между центрами тяжестн ветвей, равное 0,7 м;
h высота прохода, равная 1,8 м.
rеометрические характеристики ветви прохода:
р в == 2.38.1,4 + 27 ,2.0,8 == 128,2 см 2 ;
{)cTh T ( hCT 6u ) 2 0.8.27,2
/Х 1 В== 12 + 2Рu 2 +2 == 12 +
( 27,2 1,4 ) 2
+2.38.1.4 +2 ==23100см 4 ;
() b 1 1 4.383 .
/ у в == 2 п п == 2 ' == 12 800 см.;
12 12
,,! / х, в ==... r 23 100
'х,в У р в У 128,2
'ув == 1,[ 'ув == [ 12800 == 10 см;
f р в t 128,2
2,23100
== 1540 см 3 ,
30
13,43 см;
2/
W
.кlB , ........
r'B
342
343
Находим rибкости ветви в обеих плоскостях:
I I
А == == == 13 4' А == == == 18
х 1 в т Х 1 В 13,43 "ув Т ув 10 .
Проверяем устойчивость ветви в плоскости действия момента
по формуле (Х.23), для чеrо сначала находим условную rибкость,
приведенный эксцентрицитет и ерВП:
[/i f 21
Ах В == Ах В 1 == 13,4 1/ = 0,424;
1 1 Е t' 21 000
1] == 1,75 0,IЗ1Х1В == 1,75 0,13.0,424== 1,7;
Мв р в 8870-128,2 О 8
тl==1]т==1] N B WX 1 B == 1.7 1570,1540 == , ;
ерВН == 0,78,
в наружной ветви
Yi М 2 0,75 2570
N ==N + ==3140 + ==3280 кВ
в. 2 ho ho 1,5 1,5 '
rде предварительио принято: ho""h; Yt ""0,51ц1 и У2""0,5 ho.
Находим ОРиентировочно требуемую площадь сечения ветвей
по формуле (УIII.34):
подкрановой ветви
F ==
ТР'В 1
N B1
(О, 7 0,9) R
2990
== 159 см 2 ;
0,9.21
N B
ерВН р в
Устойчивость ветви
по формуле (Х.24):
из плоскости действия момента проверяем
для подкрановой ветви:
N 3280
F == в. == 174 см 2 .
тр.в. (0,7 0,9)R 0,9.21
Назначаем сечения ветвей колонны. Для подкрановой ветви
сварной двутавр высотой 70 см, толщиной стенки 12 мм 11 полок
сечением 300Xl6 мм (f B1 ==2.30.16+66,8-1,2== 176,2 см 2 ). Наруж-
ную ветвь принимаем из двух уrолков 200Х 14, соединенных листом
650XI0 (Р в ==2.54,6+65==174.2 см 2 ) (см. рис. X.36,z). Точные
rеометрическ е характеристики ветвей колонны (обозначения осей
принимаем по рис. Х.36, z):
для подкрановой ветви
0==
1570
0,78,128,2 == 15,3 кВ/см 2 < R==21 кН/см 2 .
Мх FБР 8870.128,2
m == О 47
Х1 В N B W х1 п 1570-1540 .,
За расчетный момент Мх здесь принимается наибольший MO
мент по Д.1Jине ветви МВ как для колонн постоянноrо сечения paM
ных систем:
с==
tI
1 +ат х1в 1 +0,7.0.47
еру == 0,974;
0,752;
1,2.66,83
РВ 1 == 176,2 см 2 ; lu == I CT + 2F п а 2 == 12 +
+ 2,1,6.30.34,22 == 1420 00 см 4 ;
V . Iy == V . 142000
Ту =... F 28,3 см;
В 1 176,2
1 6.3QЗ
11 == 2 ' 7200 см 4 ;
12
N B 1570
0== серуРв 0,752.0,974.128,2 ==16,7I{H/cM 2 <R==21 кВ/см 2 .
Несущая способность колонны по ослабленному проходом ce
чению также является достаточной.
Подбор сечения нижней часrи колонны. Сеч ние нижней ча
сти ко.лонны сквозное, состоящее из двух ветвей, соеднненных pe
шеткои. Продольные усилия в ветвях различны в зависимости от
знака момента в комбинациях расчетных усилий, приведенных в
исходных данных примера.
Подкрановую ветвь колонны принимаем из cBapHoro ДnYTaB
ра, а наружную из двух yrOJIKOB, соединенных листом. Высота се-
чения колонны h== 1500 мм, расстояния между узлами решетки при-
нимае \ равными 1800 мм (рис. Х.Зб, а).
Определяем ориентировочно nродольные усилия в ветвях KO
лонны по формуле (VIII.29):
в подкрановой ветви
У2 М 1 0.75 1960
N ==N + ==3З60 + ==2990 кН-
вl 1 ho ho 1,5 1,5 '
Ti ==
v : 1 == 1 !
7200
176,2
6,37 см;
для наружной ветви:
1,653
Р В . == 174,2 см 2 ; Iy == 1 л + 2 иХТ + Р УТ а 2 ) ==""'"l2"" +
+2 [2097+54,6 ( 7 5,46Y] == 122400 см 4 ;
V Iy V 122400
Ту == F == == 26.5 см,
в. 174,2
Расстояние от центра тяжести ветви до края наружноrо листа:
P, Zl 65.1,0,5 + 2.54,6.6,46
Z2 == 4,24 см;
p 174.2
344
345
1 ==р а2+2 ( ТУ о Т+Р a2 ) ==65'1(4,24 0,5) +
2 ЛП утут
+ 2 (2097 + 54,6 (5,46 + 1 4.24) ) == 5640 см 4 ;
(1; r 5640
, == \/ F == / == 5,69 см.
f в. f 174,2
Определяем положение центра тяжести Bcero се"ения нижней
части КЫlOнны и по формуле (VIII.29) нахОДИМ точные расчетные
силия в обеих ветвях:
из плоскости колонны:
Проверяем устойчивость ветвей колонны по формулам (VIII.З 1)
и (VIII.32). Подкрановая ветвь:
в плоскости рамы:
. 9
lв , == 180 см; л - 28,3, epi == О, 48;
в, 'i 6,37
3030
== 18,2 KH/CM < R == 21 KH/cM ;
0,948,176,2
N B ,
a
ерl F в,
1 920
lу == 920 см; 'Ау ==.:JL == == 34,7; еру == 0,925;
Ту 26,5
N B . 3330
(J == == О 925.174 2 ==20,7 KH/CM H==21 KН!CM .
Ту 82 ' ,
Проверка устойчивости колонны как едuноzо стержня COCTaв
HOZO сечения. Для этой проверки необходимо найти при-веденную
rибкость стержня, зависящую от сечения раскосов, поэтому пред-
варите.1JЬНО подберем сечение Э.1Jементов решетки KO.1JOHHbl.
Раскосы решетки рассчитывают на большую из поперечных сил:
фактическую Q 312 кН (см. ИСХОДные данные примера) И.1JИ yc
ловную Qусл 0,2 Fбр 0,2 (Р в + р в ) O,2(176,2+174,2) 69.9 кН
(табл. VШ.7). ,.
Продольное усилие в раскосе по форму.1Jе (VIП.l5):
N == QM811C 312 == 182 кН
р 2sina 2.0,857 .
Здесь а уrол наклона раскосов, равный 590.
Требуемая площадь раскоса
F N p 182
тр тepR 0,75 (О, 7 0,9) R 0,75.0,8.21 == 14,4 CM .
Здесь т коэффициент условий работы сжатых одиночных
уrолков, прикреП.1Jяемых одной полкой, равный 0,75. Принимаем
раскосы из уrолков 110Х8. F 17,2 см 2 ; ,,,ин j2,18 см (ТJ:lбл, 3
прил. ПI)
Расчетная длина раскоса
ho
l
р sin а
145,8
== 171 см.
0,857
110 == h 22 == 150 4,24 == 145,76 см;
FB.ho 174,2,145,8 7 7
Уl == == 2, см;
J:.F 176,2 + 174,2
y == ho Уl == 145, 76 72,7 == 73,06;
У2 М 1 . 73,06 196000 О
N D , == N 1 J;; + h;: == 3360 145,8 + 145,8 == 303 кН;
Yi М 2 72,7 257000
N ==N + ==3140 + ==3330 кН.
В. 2 ho it o 145,8 145,8
из плоскоС1'И рамы:
ero rибкость
1 == 180 см'
В 2 '
lB 180
л == == ==31 8'
в. '2 5,69 ' ,
lp 171
л 78 ер==О,726,
'мин 2,18 ,
Проверяем напряжение в раскосе по формуле (VIП 16)
N p 182
(J == == . == 19,5 кН/см 2 < R == 21 KH/CM II .
терР р 0,75,0,726.17,2
Определяем rеометрические характеристики Bcero сечения ко-
лонны (см. рис. Х.36, z) и приведенную rибкость стержня:
F == рв, + р в . == 176,2 + 174,2 ==360,4 см2;
lх == /1 + рв, Y + 12+ р в . Y == 7200 + 176,2.72,72 + 5640 +
+ 174,2,73,0&2 == 1 866 000 см 4 ;
r == ---. ( 1;& == / 1866000 ==73 см
;& \1 F t' 350,4 '
Iу == 920 см;
1 920
'Ау ==....JL == == 32,5; еру == 0,933;
. Т,/ 28,3
о' 3030 == 18 50 KH/cм < R == 21 кН/см..
еруРв, 0,933.176.2 '
Наружная ветвь:
в плоскости кслокны:
ep == 0,935;
N в 3330
(J == ..............! == == 20 ,40 кН/CM R == 21 кН/см 2 ;
Ч>2Fв. 0,935.174,2
346
84'1
rибкость стержня колоииы относите.1JbНО свободной оси x x:
lих 2254
Ах == == == 30,9.
r x 73
Приведенная rи бкость по фо рмуле (VIII.lO):
r k. r
пр == у ;+Fбр Р: == V 30,92+350,4 2,17,2 35.
Условная приведенная rибкость:
соединяющих опорные ребра со стенкой колонны, 8 мм, и из этоrо
условия по формуле (VIII.37) находим требуемую длину ребер:
N 740
22 см,
4.0,7.0,8.15
lр ==
4.0.7h ш RZ B
Проверяем ребро и стенку KO.1JOHHbI на срез по формулам
(VIII.38) и (VIII.39):
N 740
"t == 21p 6 р == 2.22.1,2 == 14,0 кН/см 2 > Rcp == 13 кН/см 2 ;
N 740
T== 2 == 21 ,О кН/см 2 > Rcp == 13 KHjCM 2 ,
lр 6с]' 2.22.0,8
V V
R 21
пр == Апр Е == 35 21 000 == 1,11.
Проверяем УС1'ойчивость колонны в плоскости действия момента
по формуле (VIII.33).
Предварительно нужно найти относительные эксцентриситеты
по формуле (VIII.33) и коэффициенты ер""' по табл. 3 прил. 11. Для
комбинации усилий, доrружающих подкрановую ветвь:
Mi
т х ==
N 1
F бр Уl
lx
196 000
3360
350,4
1866000 72,7 == 0,795;
ерВН == 0,518;
N i 3360
(J == ерВН Fбр == 0,518.350,4 18,6 кН/см 2 < R == 21 кН/см 2 ,
Для комбинации усилий, доrружающих наружную ветвь:
М 2 FБР 257000 350,4
т" == N 2 1; У2 == ---з-i4O 1866000 73,06 == 1,12,
ерВН == 0,451;
N 2 3140
(J == ерВН F бр == 0,451.350,4 == 19,9 кН/см 2 < R == 21 кН/см 2 .
Усто чивость сквозной колонны как единоrо стержня из П.1JОС-
кости деиствия момеНта проверять не нужно, так как она обеспечи-
.вается проверкой устойчивости отдельных ветвей.
Ра чет и конструирование узлов колонны. Оzоловок КОЛОННЫ
(рис. Х.37, а). Давление со стропильной фермы N==740 кН пер -
дается на плиту оrоловка, толщину которой конструктивно назна-
чаем 6==20 мм. С плиты оrолоnка давление фермы передается на
t!ертикальные ребра оrОЛовКа колонны через их фрезерованные
торцы.
Необходимую площадь вертикальных ребер oro.1JOBKa колонны
из УС.1JОВИЯ их смятия определим по формуле (VIII.36):
N 740
F см == == == 23,1 см 2 .
R CM . T 32
Конструктивно приннмаем сечение ребра 160Xl2 мм, площадь
двух ребер 2X16XI,2==38,4 cM 2 >23,1 см 2 . Назначаем толщину швов,
348
Рис. Х.37. К примеру X.I
а --:- оеоловок; б сопряжение верхней и нижней частей КОЛОННЫ; 8 6a. a
Так как иапряжения среза в ребре и стенке Iш.1Jонны превышают
Rcp, увеличиваем длину ребра до 450 мм.
N 740
T == 10,3 кН/см 2 < Rcp == 13 KH/cMI!.
21p 6cr 2'45'0,8
Сечения поперечноrо ребра я остальных швов принимаются по
конструктивным соображениям, величины их показаны на
рис. Х.37, а. Толщина швов, прикрепляющих полки колонны к
стенке, опреде.1Jяется поперечной силой в KO.1JOHHe и может быть
проверена по формуле (VH.69):
h QSП
Ш А св
2t'Ry 1 бр
197.2620
2.0,7,15.320000
== 0.077 см,
rде Sп==38'I,4'49,3==2620 см 3 статический момент пояса.
349
Назначаем сечения вертикаJlЬНЫХ ребер траверсы, к которым
крепится полка верхней части колонны 200Xl4 мм (из условия
ра!!нопрочности их площадь должна быть больше или paBli3 П.Ы
Щади ПО.1JКИ колонны).
ТО.1Jщина швов, соединяющих эти ребра с траверсой, по фор-
муле (X.l8):
N п 1497
h ш ==, 0,30 см.
4.0, 7l ш R B 4.0,7.120.15
Расчетная длина одноrо шва должна быть не более 60 h ш , что
в данном с.1Jучае не удовлетворяется, поэтому находим требуемую
толщину швов по ф ормуле ( VIl.80):
f N V 1497
I/ш 1 == 0,77 см
J 60n R B 60.4.0,7.15
Расчетные усилия в траверсе как у балки, опирающейся на
ветви, от наrрузки с верхней части колонны будут (см. рис. Х.29, В):
давление траверсы на подкрановую ветвь
N Ь В М 740 1127
Ql == Ь Н '"2 + ь н == 1:5 0,5 +I:5 == 998 кН;
изrнб!!ющий момент у rрани верхней части колонны
M. rp == Qla == 998,0,5 == 499 кН,м;
расчетная поперечная сила траверсы с учетом части давления
от подкрановой балки на траверсу
1)М8НС 2620
QTP == Ql + == 998 + 2 == 2308 кН;
Соединение верлней части КОЛОННЫ с нижней (см. рис. Х.37, б).
Назначаем высоту траверсы O,8.hB O,8.150 120 см. УСи.1Jие в
полке верхней части колонны по форму.1Jе (X.17):
N М 740 1127
N == -т == + == 1497 кН.
п 2 Ь 2 1
напряжения в траверсе от изrиба и среза:
M. rp 49900
(J == == 5,25 кН/см 2 < R == 21 кН/см 2 ;
W МИН 9 00
QTP 2308
1: h 120 . 1 8 == 10,7 кН/см 2 < Rcp == 13 кН/см 2 .
'rp U'rp ,
Крепление вертика.1JЬноrо листа траверсы к подкрановой BeтBII
проверяем на СИ.1JУ QTP 2З08 кН.
fребуемую толщину швов определим по формуле (VII.80):
и принимаем их равными 8 мм.
На уступ дейст)ует усили..е п М8НС . Если усилия N 1 И N опре-
делены для I-ro OCHoBHoro сочетания, то DMaKc NI N 3360
740 2620 кН.
То.1JЩИНУ опорноrо листа принимаем c') 20 мм. Толщину стенки
траверсы и вертикальnоrо ребра колонны определим из условия ИХ
смятия давлением подкрановых балок:
., [}макс 2620
UTP ZR CM . T (42 + 2 + 2) 32 1,78cM,
rде z рабочая Д.1Jина траверсы, воспринимающей даВ.1Jенне (см.
рис. Х.37, б)
Толщину листа траверсы и вертикальноrо ребра колонны при-
нимаем бтр с')р 18 мм.
Ltавление с опорной плиты на траверсу и ребро передается че-
рез фрезерованные торцы траверсы и ребра. Нижний пояс травер-
сы принимаем конструктивно из .1Jиста 660Xl4 мм, а верхние rори-
зонтальные ребра траверсы из двух листов по 180XI4 мм; рас-
четное сечение Tpa.BCRcbI ПОК.I\зщlO на разрезе A A рис. Х.37 б. Най-
дем rеометрические характеристики траверсы и проверим ее проч-
ность по форм"Улам (X.19).
По.1Jожение центра тяжести сечения траверсы:
2.18.1,4.105,7 + 120.1,8.61,4 + 66.1, 4.0,7 5
Ун== 2.18.1,4+120.1,8+66.1,4 O> == 1,5с м ;
1 8,I20 З
Ix == · 12 + 1,8.120.9,92 + 2.18.1 ,4.54,22 +
+ 66.1 ,4.50,82 == 663 000 CM 1 ;
J x 663000
W МИН == == == 9500см 3 .
УВ 69.9
h ш
/ N ! 2308
1 1, == 1,35см.
6On B f 60.2.0,7.15
Принимаем эти швы толщиной hш 14 мм.
Вертика.1JЬное ребро подкрановой ветви колонны воспринимает
сдвиrающую силу, равную половине опорноrо давления подкрано-
вых балок,
2620
== 1310 кН
2.
Толщина ребра б р так же, как и толщина траверсы, из условии
СМЯТИя принята равной 18 мм. Высоту ребра.и швы ero крепления
к стенке подкрановой ветви колонны конструктивно lIРинимаем та.
кими же, как для вертика.1JЬноrо .1Jиста траверсы.
Проверим на срез стенку подкрановой ветви. колонны у места
крепления вертикальноrо листа траверсы и ребра по формуле
(VIII.39) :
N 3618
1: == == 12,6 кН/см 2 < Rcp == 13 кН/см 2 .
2lp б ст 2.120.1,2
Здесь N QI+DMaKc 998+2620 3618 кН вертикальное давле.
ине траверсы и ребра.
База колонны (см. рис. Х.37, В). Рассчитываем базу подкрано-
вой ветви KO.1JOHHbl. Расчетное продольное усилие в ветви NB
350
351
==3030 кН. Требуемая площадь опорной плиты по формуле
(VШ.43) :
fеометрические характеристики Траверсы:
N в 3030
F пл == == == 3890 см 2 .
RCM 0,78
Здесь R M==VR p=== 1,2.0,65==0,78 кН/см 2 расчетное сопротивление
бетона марки 150 при местном смятии.
Назначаем размеры П.'lиты 800Х500 мм; фактическое напряже-
ние под опорной П.1JИТОЙ
N в 3030
аб == ..........L == == 0,76 кН/см 3 .
F пл 80.50
Изrибающий момент в консольном участке плиты 1 по форму.1Jе
(VШ.45)
р т == 50.1,4 == 70 см 2 ;
1,4.502
W T == == 584 см 3 .
6
Прочность траверсы:
Uбс2 О 76,862
Mi == == ' , == 28,2 кН,см
2 2
М Т 7700
u == == == 13 2 кН / см 2 .
W T 584 ' ,
QT 458
't == == == 6 5 кН / см 2 .
р т 70' ,
апр == 11 а 2 + 3'(2 == 1113,22 + 3.6,52 == 17,4 кН/см 2 < 1, 15R ==
== 24,2 кН/см 2 .
Момент на участке П.1JИТЫ 2, опертом по четырем сторонам, по
формуле (VШ.47):
М 2 == аб ь1.
Однако поскольку соотношение сторон 66,8/14,4==4,63>2, то
момент находим как в однопролетной ба.1Jке пролетом Ь. по формуле
(VШ.48) :
Швы, прикрепляющие траверсу к полкам колонны, рассчитываем
на сдвиrающее усилие
, 13,1,80
Q'r== ==524KH.
2
UБЬ 1 076.1442
М 2 == == ' , == 19,7кН,см
8 8
Требуемую ТО.1JЩИНУ П.1JИТЫ опреде.1Jяем по наибо.1Jbшему моменту
по формуле (VIII.49):
" r 6М f 6,28,2
б пл == V R'== У 2l==2,84cM.
Требуемая ТО.'lщина швов
Q;
f3h. r :
h m ==
524
0,7.50.15 == 1 см.
Принимаем плиту толщиной 30 мм.
Назначаем сечение траверс высотой 500 мм из .1Jиста толщиной
14 мм и проверяем ее прочность как однопро.1JетноЙ балки, опи
рающейся на полки KO.1JOHHbI. Равномерно распределенная наrруз\\а
на траверсу
. 14'4 )
qТ==U б d т ==о,76(8,6+ 1,4+2 == 13,1 кН/см.
Момент в середине ПрОJJета
13 1.702
М т == '
8
Давление колонны на опорную П.1JИТУ передается через фрезеро-
ванный торец колонны.
Анкерные болты рассчитываются на специальную комбинацию
усилий (см. исходные данные примера) N==580 кН и M==1360KH'M:
У2 М 73,06 136000
z== N B == N + == 580 + ==642KH,
. ho ho 145,8 145,8
Требуемая площадь нетто болтов по формуле (VIII.60):
Z 642
:E.r == == == 45 8 см 2
НТ Ra 14 ' .
б
13,1.52
== 7700кН,см,
2
По табл. VIII.lO принимаем четыре болта диаметром 48 мм с
площадью нетто 4XI3,75==55 см 2 . Д.1Jина нарезанной части БО.1Jта
100 мм, длина заделки болта в беТОll 1700 мм.
Плитка под анкерные болты рассчитывается как ба.1Jка, свободно
лежащая на траверсах и наrруженная сосредоточенными СИ.1Jами от
анкерных болтов.
Уси.1Jие одноrо знкерliоrо болта
Поперечная сила
13,1.70
QT == == 458 кН,
2
642
Na== == 160,5кН.
4
352
23 950
353
Изrибающий момент в анкерноА плитке
М === 160,5.6 === 963 кН,с:.1.
Назначаем сечеdие анкеРНQЙ ПJ1ИТКИ 200Х 40 мм с OTBepCТHe
для болта диаметром 54 мм. OMeHT сопротивления нетто анкернои
плитки
w === М2 === (20 5,4) 42 === 38,9 см3.
6 6
Напряжения изrиба по ослабленному сечению П.1JИТКИ:
М 963 2
(J === === === 24 8 кН/см 2 > 19 кН/см (б пл > 30 м:.1).
W 38,9 '
Уве.1Jиченне размеров плитки нецелесообразно, поэтому прини-
маем Д.1JЯ П.1JИТКИ cTa.1JЬ IOr2CI (K.1JaCCa С 46/33) с расчетным со-
против.1Jением R==29 кН/см 2 .
Аналоrично конструируются и рассчитываются элементы базы
наружной ветви колонны. При этом необходимо обратить ВlIима.:
ние на то, что центр тяжести Еетви KO.1JOHHbl, середина опорнои
плиты и равнодействующая анкерных БО.1JТОВ должны лежать на
одной оси.
41. ПОДКРАНОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ
1. ХАРАКТЕрИСТИКА ПОДКРАНОВЫХ КОНСТРУКЦИй
Комплекс подкрановых конструкций (рис. Х.38, а)
включает в себя подкрановые балки, тормозные балки,
крепления балок к колоннам, крановый рельс с крепле-
ниями ero к подкрановой балке и крановые упоры в TOp
цах здания.
Основные несущие элементы подкрановых конструк-
ций подкрановые балки MorYT быть различными по
своей конструктивной форме. Наиболее часто при меня-
ются сплошные подкрановые балки как разрезные
(рис. Х.38,6) так и неразрезные (рис. Х.38, В). ДЛЯ
этих балок разработаны типовые чертежи, которые сле-
дуе1 широко при менять при проектировании производ-
ственных зданий. При леrких кранах и больших шаrах
колонн целесообразны решетчатые подкрановые балки
(рис. Х.38, 2), применение которых позволяет экономить
сталь. При больших пролетах балок и тяжелых KpaH8f'
часто применяют комбинированные системы, объеди-
няющие в себе подкрановую балку и подстропильну
ферму подкраново подстропильные фермы (рис.
Х.38, д). Применяют и друrие виды специальных подкра
новых балок, например с ездой по нижнему поясу, длЯ
консольных катучих кранов, подвесных краноВ и т. п.
354
Работа подкрановых конструкций происходит в очень
тяжелых условиях: вертикальное давление катков мое-
товых кранов Р достиrает весьма больших значений
(до 600 800 кН) и прикладывается в виде ДDижущейся
сосредоточенной си.ТIЫ, что требует обеспечения повы-
шенной надежности всей верхней части балки. При тор-
о)
6)
L r"ZIIIl 11 IIf' 11 111111.1
/J)
II IIIII IIIIII II 11111'1
1
Il А
r
L
t
Рис. Х.38. Подкрановые конструкции
а элемеюbt: I подкрановая балка; 2 тормозная балка; 3 крановый
рельс; б д конструктивные схемы подкрановых балок
МОЖении тележки, а также из-за перекосов моста крана
при движении, непараллельности крановых путей и
друrих причин возникают существенные rоризонтальные
поперечные воздействия Т, дЛЯ восприятия которых
устраивают специальную rоризонта.ТIЬНУЮ тормозную
балку. Приложение вертикальных и rоризонтальных си.ТI
от кранов носит динамический характер и часто сопро-
ВОЖдается рывками и ударами. Все это требует особоrа
ВНимания к расчету и конструированию подкрановых
23*
355
конструкций; в противном случае в них MOrYT быстро
появиться повреждения в виде усталостных трещин,
расстройств соединений, расшатывания узлов, приводSJ
щие к нарушению нормальной эксплуатации.
Особенно в тяжелых условиях работают подкрановые
конструкции в зданиях, rде эксплуатируются краны тя-
желоrо и весьма тяжелоrо режима работы при круrло.
суточном их использовании и систематическом переме-
щении rрузов, близких к предельной rрузоподъемности
кранов (краны «особоrо» режима работы). При расчете
и конструировании таких подкрановых конструкций
учитывают специальные требования, реrламентирован
ные нормами проектирования,
2. НАТРУЗКИ НА ПОДКРАНОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ
Наrрузки от крана передаются на подкрановую кон-
струкцию через колеса (катки) крана, расположенные
на концевой (поперечной) балке KpaHoBoro моста. На
одной стороне моста бывают два, четыре катка и более
(для уменьшения вертикальной силы на один каток,
рис. Х.З9, а). В мноrокаТКОВЬ,IХ кранах для равномерно-
сти передачи вертикальных сил от катков применяются
балансирные устройства.
Наибольшее нормативное давление на каток Р макс
(при приближенной тележке с максимальным rрузом к
балкам рассчитываемоrо ряда) дается в стандартах
на краны:
rOCT ЗЗЗ2 54. Краны мостовые электрические об-
шеrо назначения rрузоподъемностью 5 50 т;
rOCT 6711 70. Краны мостовые. электрические об-
шеrо назначения rрузоподъемностью 80 З20 т;
там же даются ширина крана В и ero база К (рас-
стояние между колесами).
Нормативные поперечные rоризонтальные силы от
торможения тележки ТО, действуюшие вдоль KpaHoBoro
моста, определяется по формулам:
для кранов с rибким подвесом rруза
To==o,1 (Q+G r )2/4== Q OGT I (Х.25)
для специальных кранов с жестким ПОДвесом rруза
Q+G T Х 26)
То == 0,2 (Q + й т ) f./« == w-----. ( ,
356
rде 0,1 и 0,2 коэффициенты трения катков тележки
при тОрможении; Q rру оподъемность крана; От
:ес тележки, принимаемыи по стандартам на краны;
/4 дробь, rде в числителе указано число тормозных
колес, а в знаменателе общее число колес тележки
(так как сила трения передается под теми колесами
rде установлены тормоза). '
t1)
6)
( )
р
/)
т р т р
т/I
р
l Риокс
8Мi
Рис. Х.39. Наrруэка от краиов
а четырехкатковl>/Й и восыникатковый
"раны; б расчетная наерузка ОТ двух
сближеННl>/Х кранов
Как правило, краны имеют четырехколесную тележ-
ку с двумя тормозными колесами.
На подкрановую конструкцию сила от торможения Te
лежки ТО передается равномерно через колеса моста
крана. Таким образом, нормативная rоризонтальная
сила на каждом катке крана
ТО
Т Н == . (Х.27)
по
rде по число колес на одной стороне MocToBoro крана.
Эта сила может быть направлена как в ту, так и в
друrую сторону.
Покрановые конструкции, как правило, рассчитыва-
ют на наrрузку от двух сближенных кранов при наиболь-
Ших вертикальных и rоризонтальных силах и располо-
Жении кранов на балке, вызывающем в ней наибольшие
усилия .
На рис. х.З9, б показана обычная схема крановой
наrрузки, принимаемая для расчета подкрановых балок.
При на.ТlИЧИИ 1ИШЬ одноrо крана в пролете и при
Условии, что второй кран не будет установлен в течение
эксплуатации сооружения, разрешается принимать на-
rрузку от одноrо крана.
357
Расчетные значения вертикальных и rОРИЗ0нтальных
сил (см. рис. Х.39,б) определяются по формулам:
Р == kппc Р манс ;
т == nnс ТВ,
(Х .28)
(Х .29)
rде k коэффициент динамичности, учитывающий по
движной характер наrрузки и принимаемый равным 1,1
для кранов тяжелоrо и весьма тяжелоrо режимов рабо
ты и равным 1 для кранов среДнеrо и леrкоrо режимов
работы; п== 1,2 коэффициент переrрузки; пс коэффи-
циент сочетания, учитывающий вероятность появления
одновременно наибольших наrрузок на кранах. При pac
чете покрановых конструкций на два сближенных крана
коэффициент сочетания принимается: п с == 0,95 при
кранах тяжелоrо и весьма тяжелоrо режимов работы;
nс == 0,85 при кранах леrкоrо и среднеrо режимов ра-
боты. Если учитывается наrРУЗК8 только от одноrо Kpa
на, то п с == 1; Р макс И Тв нормативное вертИкальное- и
fоризонтальное давление на колесо MocToBoro крана.
При расчете подкрановых конструкций в зданиях с
«особым» режимом работы кранов расчетное значение
вертикальных сил Р определяется также по формуле
(Х.28), а расчетное значение rоризонтальных си,/I Т 1
по формуле
Ti == O,lnn c Р мавс .
(Х . 30)
Расчетная вертикальная наrрузка при расчете под-
крановых конструкций на выносливость определяется
умножением нормативной наrрузки от крана на коэф"
фициенты: 0,8 при кранах тяжелоrо и весьма тяжело-
ro режима работы: 0.6 при кранах cpenHero режима
работы.
3 СПЛОШНЫЕ ПОДКРАНОВЫЕ БАЛКИ
Конструктивные решения. Сплошные подкрановые
балки имеют весьма широкое распространение, так каК
их конструктивная форма наиболее удачно COOTBeTCTBY
ет особенностям работы подкрановых конструкциО
(большие наrрузки при сравнительно небольших проле-
тах, минимум концентраторов напряжений, простота Q
изrотовлении). Для подкрановых балок пролетом 6
при кранах небольшой rрузоподъемности (менее 10 !'),
прнменяют прокатные двутавры с верхним поясом,
358
ti)
8)
2)
6)
"'-
д)
е}
Рис. ХАО. Сечения сплошных подкрановых ба.1JОК
а IIЗ 7lpOкаТII.ЫJ< пpoфuлей; б, в сварное двутавровое; е двутавровое с
усиленным веРхним поясом; д двухстенчатое; е клепаное двутавровое с
лам.еля.мu
усиленным листом или уroлками (рис. Х.40, а) для вос-
приятия rоризонтальных сил, или сварные несимметрич.
ВЫе сечения (рис. Х.40, б). Для балок больших пролетов
и больших rpузоподъемностей кранов применяют CBap
ВЫе двутавровые покрановые балки с rоризонтальной
тормозной балкой, которая обычно одновременно служит
ПЛощадкой для обслуживания подкрановых путей
(подтяжка креплений, рихтовка и замена крановых
359
рельсов и т. д.) (рис. Х.40, в). В зданиях с «особым», pe
жимом работы кранов устройство таких площадок с
обеспеченным rабаритом прохода при работающем Kpa
не является обязательным. Часто подкрановые балки
проектируют бистальными.
Значительно более высокая интенсивность работы
кранов в зданиях с «особым» режимом работы краН08
' ,
L> ..,
-
-
A A A
Л1'" Ii 111: б
ll J: БаU Ip /l Дере ЯJilIЫU
'L Ь , (' 1 тю",
Б Б
'S
: A!
Рис. XAl. Устройство тормозной фермы с площадкой для обслужи-
вания путей
часто приводит к появлению повреждений в зоне верх-
Hero пояса подкрановых балок, поэтому в таких зданиЯХ
целесообразно применять балки с верхним поясом, уси-
ленным rоризонтальными или наклонными продольными
элементами (рис. Х.40, 2); иноrда проектируются двуХ-
стенча тые балки (рис. Х.40, д), в клепаных балках при:"
меняЮтся вертикальные ламели стенки (рис. Х.40, е).,
Все эти конструктивные решения приводят к уменып
нию местных напряжений в стенке от давления каткОВ
крана и обеспечивают лучшее сопротивление скручива-
нию BepxHero пояса и стенки моментом, возникаюЩИМ
при смещении оси рельса с оси стенки балки. Величина
смещения рельса с оси стенки балки допускается по
360
нормам на приемку конструкций после монтажа (СНиП
111-18-75) до 15 мм, а во время эксплуатации по нормам
rосrортехнадзора до 20 мм. В действующих цехах эта
величина иноrда достиrает 40 мм и более.
Тормозные балки при их ширине (расстояние от оси
балки до rрани поддерживающеrо швеллера или рас-
стояние между балками в средних рядах колонн) до
1,25 1,5 м обычно проектируются из рифленоrо листа
толщиной 6 10 мм. В крайних колоннах, rде имеется
только одна балка, рифленый лист с одной стороны
опирается на пояс подкрановой балки, а с друrой на
поддерживающий швеллер при пролете балки 6 м (см.
рис. Х.40, в) или на вспомоrательную ферму при проле-
тах 12 м и более (см. рис. Х.40, 2).
Возможно также промежуточное крепление пояса
тормозной балки в пролете между колоннами к проме-
жуточной стойке cTeHoBoro каркаса листовым шарниром
толщиной 6 8 мм (см. рис. Х.40,2) с тем, чтобы rори-
зонтальные колебания балки не передавались на стену.
у средних колонн поясами тормозной балки обычно
явлЯются верхние пояса подкрановых балок смежных
Пролетов (см. рис. Х.40, в). Листы тормозных балок
рекомендуется (а в зданиях с «особым» режимом рабо-
ты кранов. обязательно) приваривать к верхнему поясу
подкрановых балок сплошным швом с применением пла-
стичных электродов повышенноrо качества (индекс А),
с обязательной подваркой с нижней стороны. С нижней
стороны листа устанавливаются поперечные ребра жест-
кости через 1 1,5 м.
Если ширина тормоЗной балки более 1,25 1,5 м, то
по условиям экономии металла целесообразно проекти-
ровать тормозную ферму с устройством на ней площад
ки шириной не менее 600 мм для прохода (рис. ХА1):
настил для площадки в rорячих цехах проектируется из
рифленой стали, в друrих цехах иноrда применяется
деревянный настил.
Во избежание чрезмерных колебаний нижних Поясов
подкрановых балок их свободная длина не должна пр е-
Вышать 12 м. Для этоrо у балок пролетом более 12 м
Между нИЖними поясами (у балок крайних рядов между
Нижними поясами балок и вспомоrательной фермой)
устанавливаются св язевые фермы (см, вид Б Б,
РИс. ХА1).
361
ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА СПЛОШНЫХ
ПОДКРАНОВЫХ БАЛОК
Расчет подкрановых балок во MHOrOM аналоrичен
расчету обычных балок. Однако подвижная наrрузка,
вызывающая большие местные напряжения под катками
крана, воздействие не только вертикальных, но и rори-
зонтальных боковых сил, динамичность наrрузки и мно-
а)
5)
Про!ильно
JP
}
Pl P
t
/
t Q<QJofO"C I
{ j-
Рис. Х.42. К определению расчетных усилий в разрезной подкрановой
балке
а наиБОllьший изеибающий момент; б наибольшая поперечная сила
rOKpaTHocTb ее приложения приводят к ряду особенно-
стей расчета покрановых балок.
Имея в виду, что обычные балки были рассмотрены
VII ниже приведены только отличия и дополнения
a :eTa OДKpaHOBЫX балок, вызванные специфичностью
их работы.
Расчетные усилия (наибольшие изrибающие момен-
ты и поперечные силы) в подкрановых ба"lках на.ходя
от наrруЗКИ двух сближенных кранов наибольшеи rpy
зоподъемностИ. .
Так как наrрузка подвижная, то сначала надо наитИ
такое положение ее, при котором расчетные усилия в
балке будут наибольшими.
Наибольший изrибающий момент в разрезной баЛ4
от заданной системы сил возникает при таком положе
нии коrда равнодействующая всех сил, находящихся на
бал'ке и ближайшая к ней сила равноудалены от середи й
ны пр'олета балки (рис. Х.42, а); при этом наибольший
изrибающий момент Мманс будет находиться ПОД сило ·
362
ближайшей к середине пролета -б!3-лки (правило Вин-
клера) .
Наибольшая поперечная сила QM8KC в разрезной бал-
ке будет при таком положении Н8I'рузки, КOI'да одна
из сил находится непосредственно над опорой, а осталь-
ные расположены как можно ближе к этой же опоре
(рис. Х.42, б).
В неразрезных подкрановых балках наибольшие уси-
лия определяют заrружением линий влияния, постро-
енных для опорных и промежуточных сечений (обычно
применяют имеющиеся в справочной литературе l таб-
лицы ординат линий влияния с разбивкой балки на 8
10 равных частей). Необходимо иметь в виду, что наи-
больший момент над опорой возникает внеразрезной
балке не при сближенных кранах.
Влияние собственноrо веса подкрановых конструкций
и ВОЗМожной временной наrрузки на тормозной балке
обычно учитывают умножением Мманс И QMaKC от кра-
новой наrрузки на коэффициент al, равный для балок
пролетом 6 м 1,03; пролетом 12 м 1,05 м и пролетом 18 м
1,08:
М == аlМмакс И Q == ctIQMaHC. (Х. 31)
Расчетные изrибающий момент М . и поперечную
силу QT оТ rоризонтальноrо воздействия наrрузки нахо-
дят при тех же положениях наrрузки, что Мманс И QMaHc,
поэтому их можно определить (при кранах одинаkОВОЙ
rрузоподъемности) из соотношения величин rоризон-
тальных' Т К И вертикальных Р м8нс сил от одноrо колеса
крана:
Т Н Т и
М Т == Р Ммаис И QT == p Qмаис. (Х.32)
моис маис
Компоновка сечения подкрановых балок выполняется
в том же Порядке, как и обычных балок. Сначала опре-
деляют минимальную высоту балки из условий жестко-
сти по формуле (VII.12), при этом величину предельноrо
Относительноrо проrиба принимают в соответствии с
нормами проектирования (см. табл. 4 прил. 1).
Далее по формуле (VII,17) вычисляют оптимальную
высоту балки. При этом, если проектируется балка
симметричноI:'О сечения, то требуемый момент сопротив-
1 Справочник проектировщика промышленных, общественных и
ЖИлых здаиий и <:ооружений. Расчетно-теоретический. М., Стройиа-
дат, 1972.
363
для нижнеrо пояса
М
О'н == '" тR,
W ИТ
н
(Х.34)
(в сварных подкрановых балках ослабление отверстия
ми для болтов, крепящих рельсы, можно не У читывать ) '
W HT ,
Н момент сопротивления нетто для нижних воло
кон подкрановой балки; W;;Т момент сопротивления
сечения тормозной балки относительно вертикальной оси
y y; в расчетное сечение тормоЗной балки включаются
верхний пояс подкрановой балки, rоризонтальный лист
и окаймляющий пояс (или пояс смежной подкрановой
балки), а в случае отсутствия тормозной балки толь
ко один верх ий пояс подкрановой балки; m коэффи
циент условии работы.
Если тормозная конструкция запроектирована в ви
де фермы (см. рис. XAl), то устойчивость BepxHero пояса
Подкрановой балки проверяют по формуле
М N T ММ
O'== + + ",тR (Х 35)
wбр m р бр WB П '
в "t' в.п .
rде NT==MT/h T расчетное ПРОДольное усилие в Bepx
He поясе балкн от момента М т , который заменяется па
р и сил с плечом, равным высоте тормоЗной фермы h T ;
Fв:л площадь сечения BepxHero пояса балки брутто;
<р коэффициент продольноrо изrиба BepxHero пояса
из плоскости балки при расчетной длине, равной pac
стоянию между узлами тормозной фермы; Мм==0,9 т:
местный изrибающий момент в верхнем поясе балки в
rоризонтальной плоскости от боковоrо давления катка
крана Т (d расстояние между узлами тормозной фер
мы; 0,9 коэффициент, учитывающий неразрезность
пояса в узлах); W В . П момент сопротивления сечения
BepxHero пояса балки брутто относительно вертикально
оси.
Иноrда (если в балке MHOro отверстий) решаюшей
будет проверка прочности, которую выполняют по фор
муле (Х.35), но при <р== 1 и rеометрических характсри
стиках нетто.
Напряжения в нижнем поясе для балок с тормозной
фермой определяют по формуле (Х.34).
Касательные напряжения у опоры разрезных Подкра-
Новых балок проверяют по той же формуле, что и для
обычных БС1лок (VII.23), с введеНием коэффициента
т==0,9 для балок в зданиях с тяжелым и весьма тяже
лым режимом работы кранов rрузоподъемностью 5 т
и более.
ления балки определяют исходя из расчетноrо сопро
тивления стали, уменьшенноrо на 1,5 2,5 кН/см 2 . Это
делается потому, что в верхнем поясе возникают допол
пительные напряжения от rоризонтальных боковых сил,
которые потом суммируют с напряжениями от верти-
кальной наrрузки.
В зданиях с кранами rрузоподъемностью 5 т и более
тяжелоrо и весьма тяжелоrо режимов работы расчетное
сопротивление для балок уменьшают умножением на
коэффициент условий работы т==0,9, что также необхо
димо учитывать при определении требуемоrо момента
сопротивления.
Установив высоту балки, проверяют прочность при-
пятой стенки из условия ее работы на срез по формуле
(VII.l9), определяют необходимую площадь поясов и
компонуют сечение балки с учетом сортамента стали.
Проверка прочности в подкрановых балках произво-
дится от действия нормальных, касательных и местных
(под катком крана) напряжений.
Обычно напряжения в подкрановых балках от изrи-
ба в вертикальной и rоризонтальной плоскостях уuсловно
определяют в предположении, что ввертикальнои П.'Iос-
кости момент воспринимается только сечением подкрано-
вой балки (без учета тормозной конструкции), а rори-
З0нтальный момент только тормозной балкой, в состав
сечения которой включают верхний пояс подкрановой
балки, тормозной лист и окаймляю ий ero элемент (или
верхний пояс смежной подкрановои балки на средних
рядах) ,
Учитывая изложенное, наибольшие нормальные на-
пряжения в волокнах BepxHero и нижнеrо поясов разрез-
ных балок определяют по формулам:
для BepxHero пояса
М М Т
о' == + ",тR; (Х.33)
в w ИТ w ит
В У
rде М расчетный изrибающий момент от вертикаль-
ной наrрузки; М Т расчетный изrибающий момент оТ
rоризонтальных поперечных сил; W T момент сопро-
ивлеиия нетто для верхних волокон подкрановой балкИ
364
365
В опорных сечениях неразрезных подкрановых балок
следует проверять приведенные напряжения, так как
там одновременно действуют наибольшие нормальные и
касательные напряжения [см. формулу (VII.31)].
Действующее на балку сосредоточенное давление ко-
песа крана распределяется рельсом на некоторый уча-
Сток стенки и в ней возникают местные вертикальные
Ь)
f:f' j 1G:1 CE!J
е
. l
{т
напряжения (пунктир на рис, ХА3,а).
местное напряжение в стенке проверяют
n 1 P 1
aM <тR,
бс"z
в подкранО'вых балках с кранами О'соБО'rо режима работы ре-
комендуется проверять местные напряжения в стенке с учето'l! осех
компонентов напряжений, в том числе О'Т возможноrо эксцент р иш!-
п;та ре.!!ьса:
Рис. ХА3. К О'преде-
лению местных напря-
жений в стенке под-
крановых балок пО'д
кО'лесом крана
а, б вертикальное мест-
ное давление; в крутя-
щий момент, приложен-
НЫй к верхнему поясу
балки
0 + м
ах ах иХ ....,:: тR; и им + и И ....,:: тR'
у у у ,
Т: ХУ == '{ y + т;у + 't y ....,:: тR cp
Опр V (a + ст;)2 + (a )2 ( + и; ) a +3( Т: y + 't;y)2""'::nтR ,
В этих формулах (О'сь х направлена вдоль балки'
каJJьная О'сь): ' y верти-
u Мх
их == \\7 х нормальные напряжения от общеrо пО'переЧНОfО ИЗfиба;
м n'Р 1
и у 0CT Z [пО' формуле (Х.36)] местные нО'рмальные напряже-
ния О'т средот чеННОfО' воздействия кО'леса крана в направлении
oc у; а k o,25ay местные нормальные напряжения О'Т раСПО'рНОfО
деиствия сосредО'точеннО'й силы под кО'лесом крана в направлении
оси х;
и Мир б ст а 2М кр ОСТ
ау О 75! h J [1]0 формуле (VII.76), с учетом
, "р ст ир
осредненноrо расстояния между ребрами жесткости а, пр"нятоrо
равным 1,5 h CT ] местные нормальные напряжения в направлении
О'си у О'Т нщ'иба стенки, вызваНIiOl'О сО'средО'точенным моментом М
приложеНIIЫМ к верхнем у пояс у балки р ис Х 43 в . ир,
Q S ' ...,
т:O ............2!. [ Ф
xy J " по ормуле (VII.32)] касательные напряжения
ХиСТ
от общеI'О попереЧНОfО ИЗfиба под колесом крана'
м 3 м'
'[ху o, ('J у .. местные касательные напряжения от сосредоточенно-
то давления колеса крана; Т;у 0,4 a; местные касательные напря-
жения вследствие MecT,:O'rO ИЗfиба стенки моментом М"р; n ко-
эффициент, ПРИ!lимаемьш для разрезных балок равным 1,15 и для
опО'рных сеченни неразрезных балок равным 1,3; т O,9 коэффи
циент УСЛО'вий работы для подкрановых балО'к с кранами тяжелOl'О'
11 весьма тя елО'rО' режимов работы fрузоподъемнО'стью 5 т и более.
Местныи изrиб стенки вызывается сО'средоточенным крутящим
моментом М"р вследствие эксцеНТРИЧНОfО по отношению к ОСIl ба.!!-
ки распО'лО'жения редьса, а также вО'здействия поперечной fО'РИЗО'I-
тальной силы (рис. Х.43, в). Этот мО'мент .
(Х ,3В)
Максимальное
по формуле
(Х .36)
rде Рl==п Р макс величина расчетноЙ сосредоточенной
наrрузки (без учета коэффициента динамичности, но с
учетом коэффициента переrрузки); пl коэффициент,
учитывающиЙ неравномерность давления колес и повы-
шенную динамику под стыками рельсов, принимаетсю
1,5 для подкрановых балок в зданиях с кранами «осо-
боrо» режима работы при кранах с жестким подвесом;
1,3 то же, при кранах с rибким подвесом; 1,1 для
прочих подкрановых балок; l)CT толщина стенки бал-
ки; z условная длина распределения MecTHoro давле-
ния (рис. ХАЗ, а, б), определяемая по формуле
3 1['
Z с 1/ .......!! , (Х .37)
ост
rде с коэффициент, принимаемый для сварных и про-
катНЫХ балок равным 3,25, для клепаных 3,75; /п
сумма моментов инерции сечения BepxHero пояса балки
и KpaHoBoro рельса относительно собственных осеЙ; в
случае приварки рельса швами, обеспечивающими сов-
местную работу рельса и пояса, /п общий момеит
инерции рельса и пояса.
3613
Мир (Ре + О, 75Т ,hp)n,
rде Р== MaKC нО'рмативное давление колеса крана; е== 15 мм
расчетныи эксцентрицитет рельса; T==O,1 P нормативное боковое
давление ко-!!еса крана; h p высО'та рельса; 0,75 коэффициент,
УЧИтывающии неодинакО'вость распределения мО'мента по длине ба.JJ-
Rи от вертикальной и rО'ризонтальнО'й наrрузок; п кО'эффициент
переrрузки.
367
При определении напряжений MecTHoro изrиба моменты инерции
кручения рельса и пояса балки суммируются:
Ьпб
J ир == J ир . р + J KP . B . n == J ир . р + '
Моменты инерuин кручения крановых рельсов принимаются
равными: К 8 0 387 4.
КР-50 78 см 4 ; KP 70 253 см 4 ; P см ,
KP 100 765CM4; KP-120 1310см 4 ; KP 140 2130CM4.
Расчет подкрановых балок на выносливость, с учетом компо
нентов местных напряжений, изучен недостаточно. С учето.м б ряда
прощающих предпосылок, выносливость стенки подкрановои алки
может быть оценена по формулам:
а;;..;;: mR и + / (a )2 + 4 (0,3't y)2 + О,4а; + О,5а:..;;: RB' (Х.39)
rде R ==4,5 кН/см 2 ; RB==7 KH/cM 2 (разрезные балки); RB'='
==6 кН/см 2 (неразрезные балки). .
в формулах (Х.39) компоненты напряжении те же, что и дл:
формул (Х 38) но величины напряжений находятся от заrружени
балки OДH M paHOM и расчетное давление KO. eca крана принима-
ется авным нормативному (по [ОСТ или каталоrам», умножен-
ному a коэффициенты: 0,8 при кранах тяжелоrо н весьма яо :r.
лоrо ежима работы и 0,6 при кранах сре:щеl'О режима ра .
rfpoBePKa проrиба подкрановых балок производится
по правилам строительной механики или приближен
ным способом. С достаточной точностью проrиб разрез
ных подкрановых балок может быть определен по фор-
муле
МЧ2
f== 10E/ '
rде МН изrибающий момент в балке от нормативных
наrрузок (без учета коэффициентов переrРУЗIШ и дина-
мичности) .
В неразрезных балках проrиб
( мН М II + М II ) {2
ср Л пр .....:......
f w 72 Е/ '
н 11 МII МН соответственно моменты
rде ,Уl л' - ер' пр
тивной наrрузки на лсвой опоре, в середине
на правой опоре.
Общую устойчивость подкраноuвых
щих необходимых раскреплении в
плоскости, проверяют по формуле
М
a== ..;;:mR.
'Рб W бр
(Х .40)
(X.41)
от норма-
пролета и
балок не имею-
rори'зонтальной
(Х . 42)
368
При наличии тормозной балки или фермы общая
устойчивость, как правило, является обеспеченной.
А\естная устойчивость элементов подкрановой балки
проверяется так же, как и у обычных балок. Устойчи
вость BepxHero пояса обеспечивается по предельному
соотношению свеса сжатоrо пояса к ero толщине (см.
табл. VII.З).
Поскольку в стенке подкрановой балки возникают
дополнительные напряжения от MecTHoro давления под
катком крана, ее устойчивость проверяют с учетом трех
компонентов напряженноrо состояния и, им, и 't по фор
муле (VII.65)
V ( а: Р + a::J 2 + ( T:J 2 ..;;: т, (Х.4З)
I'де m==О,9 коэффициент условий работы для стенок
подкрановых балок.
Расчет соединений поясов покрановых балок со CTeH
ной. В отличие от обычных балок, [де поясные швы или
заклепки воспринимают только сдвиrающие усилия
между поясом и стенкой, в подкрановых балках соеди
нение BepxHero пояса со стенкой работает на местное
давление под колесом крана (см. рис. ХАЗ, а).
В подкрановых балках сварные швы, прикрепляю
щие верхний пояс к стенке, следует выполнять с про
варом на всю толщину стенки. При сварке с проваром
на всю толщину стенки соединение считается paBHO
прочным со стенкой и ero можно не рассчитывать.
В клепаных подкрановых балках заклепки, соединяю-
щие верхний пояс со стенкой, также вОспринимают до-
полнительные усилия от сосредоточенноrо давления.
Считается, что местное давление распределяется равно-
мерно по заклепкам, расположенным на участке дли
ной z (см. рис. Х.4З, б).
Поэтому наибольший шаr заклепок t (при одноряд-
ном их расположении) определяют по формуле
(Nl Л
t<
(Х .44)
11 (;:: )2+ (aп Pl у
fде [N] нл наименьшее расчетное усилие, допусти-
Мое на одну заклепку по срезу или смятию; а==
24 950
369
==0;4 в случае, еСЛil стенЮl vал.ки приo<nр{)rана за-
подлиц-о с обушками веРХНИХ поясных yrOOlKo8; а=== 1,
если такой пристрожки нет.
В подкрановых балках рекомендуется Бс€rда делат&
такую пристрожку.
с)
4. УЗЛЫ И ДЕТАЛИ ПОДКРАНОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Узлы крепления покраНО8ЫХ и rормозных ба,II0К к
колоннам. Подкрановы€ и ТOpM03Hble балки опираются
на колонны. В местах опирания происходит передача
"" 151 l" ' H:J.
М Л
[.р
М
т ОРNО!ШО/j
фврмо
iJ)
mtm"4nO
Рис. Х.45. Узлы крепления под.кр:iНОВЫХ балок к КОЛОннам
а креплеJ;1.fе типовых балок; 6 крепление zuБКU l,ll стержнями
Рис. Х.44. Схема работы крепленm'\
подкрановых балок к колоннам,
а вертикалыJ88 и еораЗСЖ1а.АЬНЬ/1! nере-
.мещенuя; б усилия от пере.мещений
мозной фермы воспринима-
ется планкой. В то же время
вследствие небольшай жест-
касти планки в rоризоиталь-
НОМ наllр.авлении и неболь-
шой жесткости диафраrмы
коланны, к которой крепится
планка в вертикальном на-
правлении, праисходит сво-
бодное перемещение апор-
Horo сечения балки и тор-
мозной фермы.
На рис. Х.45, б ПрИВеде-
на друrая конструкция узла
крепления подкрановых ба-
.тток К колоннам. Здесь rори-
зонтальные бокавые силы
воспринимаются круrлыми
rибкими стержнями, кота-
24"
больших вертикальных и rоризонтальных усилий. Кра-
ме Taro, при прохождении крана па балкам они праrи-
баются и их опорные сечения нескалька паворачиваются
и сжимаются (см. рис. Х.44). Такой же паворот праис-
хадит и в опорных сечениях тормозных балок при ваз-
действии rаризонтальных сил. Поэтаму rлавной конст-
руктивной осабенностью узлав опирания подкрановых
и тормазных балок на коланны является то, что ани
далжны «жестко» передавать на колонны вертикальные
и rоризонтальные реакции подкрановой И тормазноЙ.
балок, допуская при этом свободу поворота опорных се-
чений. Если КОНСТРУКЦИИ крепления будут сильно пре-
пятствовать обжатию и повороту опорных сечений, то
в них возникают большие, MнoroKp.aTHo повторяюшиеся
усилия и ОНИ быстро повреждаются.
На рис. Х.45, а показан узел опирания типовых под-
крановых балок на стальную колонну при наJl1НЧИИ тор-
мозной балки и фермы. [оризонталыrа-я p.e-а'кцИ'fl' тар-
370
/"
то.рмОЭflОfl
щ"дма
Рис. Х.46. Узед опирании не.
разрезных подкрановых балок
на K'.I.1'>HHY
371
(Х .49)
Расчетные напряжения в элементе крепления определяются как
во внецентренно-сжатом стержне по формуле (VIII.22):
Тир
a == p -<:R. (Х.50)
'Р ВН
rде 'Р ВВ коэффициент понижения напряжений при внецентренном
продольном изrибе; F площадь элемента крепления.
Вертикальные болты, прикрепляющие балку к опор
ной пJIите колонны, проверяются на срез от силы про
дольноrо торможения кранов
Т пр == О.l Рмаис nп с . (Х .51)
rде }:.р сумма давлений всех. тормозных колес моста
крана на балку (число тормозных колес обыч
но равно половине Bcero числа колес крана).
При неразрезных подкрановых балках (см.
рис. Х.46) может возникнуть большая открывающаяся
реакция, для восприятия которой болтов не хватает и
приходится ставить специальные ламели.
Крепления крановых рельсов. Для мостовых кранов
примеНЯЮl специальные крановые рельсы КР (KpaHO
вый рельс) по [ОСТ 4121 62*, которые приведены в
прил. 111. Требуемый тип KpaHoBoro рельса указывается
в [ОСТ ах на краны. При кранах rрузоподъемностью до
20 т включительно разрешается применять железнодо
рожные рельсы Р38 по [ОСТ 3542 47** (для кранов
rрузоподъемностью 5 и 10 т) и Р43 по [ОСТ 7173 54.
l1ноrда в качестве KpaHoBoro рельса применяется KBaд
ратная сталь.
Специальный крановый рельс типа КР крепится на
лапках (см. рис. Х.47, а). устанавливаемых через 600
750 мм.
Железнодорожные рельсы имеют высокую шейку,
и их крепление выполняется спеllиальными крючьями
(рис. Х.47, б).
Крепления должны обеспечивать рихтовку рельса
в пределах 20 30 мм, так как он смещается в процессе
эксплуатации. Поэтому крепить рельс к поясу балки
наrлухо (например, сваркой) не следует.
В зданиях с «особым» режимом работы кранов pe
комендуется применять только специальный крановый
рельс КР. В железнодорожных рельсах в ослабленной
отверстиями шейке часто возникают трещины. Кроме
Toro, отверстия для крючьев в тормозном листе являют
ся концентраторами напряжения, и там также развива
373
рые также не препятствуют перемещению опорноrо сече
ния балки. При больших rоризонтальных силах каждая
балка может крепиться двумя стержнями, расположен
ными один над друrим. На рис, Х.46 показан узел опи
рания неразрезных подкрановых балок на колонну.
Рассчитывается крепление подкрановых балок на
rоризонтальную силу ТЕР:
hf
Т кр == QT h ' (Х.45)
2
[де QT наибольшая rоризонтальная реакция тормоз-
ной балки; h 1 и h 2 расстояния от низа балки (точка
поворота) до силы QT И уровня конструкции крепления
(см. рис. Х.45).
В зданиях с «особым» режимом работы кранов си-
ла QT находится от rоризонтальных сил Т 1 , определен
ных по (Х.30).
Рекомендуется при расчете крепления учитывать дополнительные
напряжения изrиба, возникающие в элементе крепления при пере
мещении опорноrо сечения балки (см. рис. Х.44). Эти перемещеllИИ
можно определить приближенно:
rоризонтальное перемещение
Mlh
11 - .
l' 6El o '
вертикальное перемещение
Rh
I1 в == ,
ЕРоп
(Х.46)
(Х .47)
rде М расчетный изrибающий момент в балке; R вертикальная
опорная реакция; 1 и h пролет и высота баЛI<И; lб момент инер
ции сечения балки; F оп расчетная площадь опорноrо сечении
балки (сумма площадей опорных ребер балки и части стенки длиной
15 беТ от опорноrо ребра).
Изrибающий момент в элементе крепления от перемещения каК
в балке с защемленными концами (см. рис. Х.44, б).
м == 6Е/ кр 11, (Х.48)
2
[кр
rде Iкр момент инерции сечения элемента I<репления;
'кр длина элемента крепления.
rоризонтальное и вертикальное перемеtЦении происходят одно-
временно, поэтому расчетный момент будет возникать от их reoMeT-
рической суммы:
11 == v I1 + 11; ,
372
ются трещины. Под стыками рельсов ВQioJникают повы
шенные напряжения в стенке балки, -сами стыки быстpQ
повреждаются и движение колеса через них сопровож
дается ударами и повышенным динамическим воздей
6)
I
:::
<5
'
""
'"
щеroся крана настолько велика, что запроектировать
упор, ударившись о который, кран бы остановился и
упор остался неповрежденным, очень тру дно. Поэтому
у кранов устраивают концевые выключатели и систему
автоблокировки, обеспечивающие отключение и тормо-
жение крана у торцов здания. Условно упор рассчиты-
вают как консоль на силу удара крана об упор, вели
чина которой определяется по СНиП П.б--74.
ДЛЯ кранов общеrо назначения применяют 1иповые
конструкции упоров (рис. Х,48), ДЛЯ кранов очень боль-
шой rрузоподъемности и ТЯ2ке.'IЫХ специальных кранов
проектируют усиленные упоры. Для таких кранов иноr-
да применяют пружинные демпфирующие устройства
(вместо деревянноrо бруса}, уменьшающие энерrию
В03МОЖНОro удара по упору.
ПРИlИЕР РАСЧЕТА
СПЛОШНОй СВАРНОЙ ПОДКРАНОВОfl БАЛКИ
. /
ЛоiJкрано8аfl балка
Пример Х.2. Рассчитать сварную подкрановую балку краЙнеrо
ряда пролет.ом 1 12 м под два крана «особоrо» режима работы
rрузоподъемностью Q 50/1f} r. Пролет здания 30 м, ПJIOлет крана
28,5 м, материал баJFКff сталь ВСт3сп5.
1 Наrрузки на подкраfЮ8'YIO 6аJfl(У. ДЛЯ "'ранов rJJУЗОПОдъем-
ностью Q==50/l0 т по [ОСТ 332 берем нео6 одимыe данные:
схема крановой наrрузки приведена на рис. х.49, а; наибольшее
нормативное даВJreние колеса Р:ш{с 50,5 тс==505 кН, вес тележки
крана G T ==18,5 Tc==185 кН, тип крановOI'О рельса KP-IOO.
Определяем нормативную rарИЗОН'l'альную поперечную силу на
одном колесе крана по формуле (Х.30):
т J{ О, IP taRC =ос 0,1.505 50,5 ин
Рис, Х.47. Кр.епление крановых рельсов
а типа l\P; б железнодорожных
о)
I::t::
"
\/1 "/ 'V,
<::>- <:::O-
o;jt:j<:>
I:i
...............
ТАБЛИЦА Х,2. ТАБЛИЦА РАСЧЕТНЫХ СИЛ
ствием. Поэтому стыки рельсов рекомендуется свари-
вать ванным способом в медных форм.ах в пределах
между температурными швами каркаса здания.
Крановые упоры. В торцах здания на подкрановых
балках устанавливают крановые упоры, которые отра-
ничивают рабочую зону крана, Энерrин удара движу
374
Коэффициент '"
".,-
:r: "''''
НанмеНОЕанне и оСозначенне "''''>: '"'"
"''''
сипы 2'" перетруз I динаllfИЧ- r""""aJilИJI "':>,
С-:.,I CJ
O3: ки п НОСТН k Ilс
"''''
Вертикальное давление KO I
леса крана для расчета 0,95 633
балки Р 505 1,2 1,1
Вертикальное давление KO
леса крана для проверl<И 606
местных напряженнй Р 1 505 1,2
rоризонтальное давление 0,95 57,5
колеса крана Т 5О,5 1,2
Рис. Х.48. Упоры
а для кранов еРУЭО1l0дъе.мность/О до 50 1; 6 ТО же. для 80 т и более
375
Расчетные значения вертика.%-
ных и rоризонтальных сил на коле-
со крана опреде. яются по формулам
(Х.28) и (Х.30). Эти силы удобно
определять в табличной форме
(табл. Х.2).
2. Определение расчетных уси
t лий. Устанавливаем два сближенных
. крана в невыrоднейшее положение,
при котором в балке будут наиболь
шие изrибающие моменты от вертикальных и rОРИЗОlIтальных снл.
Положение равнодействующей R трех сил, действующих на ба.1lКУ,
определится (рис. Х.49, 6):
х == 633 (5, 25 1 ,4) == 1,28 м.
3.633
D)
с)
)
6JJ
'МОО ' 5250
fJJ
5J50
)ис. Х.49. Схемы крановых наrрузок
l схема и размеры одноео крана; б
)асчеТliая схема для определения наиболь
'..Ue2Q момента; в расчетная схема для
зпределения наиболыией попереч,юrl силы
на Olюре
Вертикальная поперечная сила в месте наибольшеrо изrпбаю.
щеrо момента:
Q' == 1,05 (1050 633) == 438 кн.
3. Подбор сечения балки. Проектируем балку несимметричнOI о
ДвутавровOI.О сечения (рис. Х.50).
Минимальная высота балки по формуле (VII.12) при ОТНОСJl-
тельном проrибе [{/1] == 1/600 (табл. 4 прил. 1) и отношении нор-
мативноrо момента к расчетному МН/М==0,8:
lmR МН 1200.0 9,21
h мин == 100 [+ ] м == 100 [ o ] 0,8 == 109 см
Определим оптимальную высоту балки по формуле (VII.35).
дЛЯ чеrо предварительно задаемся r-ибкостью стенки k==ll/б ст == 120
(см. табл. VII.1), величиной А == 1,15 н определим требуемый мо-
мент сопротивления сечения балки:
М 3&5000
W Р == == == 20 300 см 3
Т mR 0,9,21 .
Здесь m == 0,9 коэффициент условий работы, понижающий расчет-
ные сопротивления для подкрановых балок в зданиях с особы..t
режимом работы кранов rрузоподъемностью 5 т (см. табл. 2
прил. 1);
3 r 3А з.r 3.1 5
IlollT==V A+I WTpk '1 1,15+1 20ЗОО ,120==157СМ.
Прини-Маем высоту стенки балки h== 160 см. Из соотношения
k==hjб ст == 120 определим толщину стенки бет==h/k== 157/120==
== 1,31 см. Минимальная толщина стенки из УСЛОВИя среза иа опоре
от наибольшей поперечной силы по формуле (VII.19):
1,2Q 1,2.1550
u lcM
МИН mRcph 0,9.13.160 .
Принимаем толщину стенки б ет == 14 мм.
Имея сечение стенки, по формулам (VII.36) (VII.381 опре-
деляем необходимые площади Bcero сечения и поясов:
Устанавливая середину балки между равнодействующей и блн
жайшим колесом (на расстоянин xj2 от колеса), получим остальные
размеры, определяющие положение крана,
Вертикальные реакции балки:
633
R A == (1,39 + 6,64 + 8,04) == 850 кВ;
12
R B ==3.6зз 850== 1050KH,
Наибольшие изrибающие моменты:
вертикальный с учетом собственноrо веса по формуле (Х.31)
М ==а.Ммаие == 1,05(1050.6,64 633.5,25) ==3850 кН. м;
rоризонтальный по формуле (Х.32):
т к 50,5
М Т == Ммзнс == 3670 == 367 кН.м.
Р макс 505
Устанавливаем крановую наrрузку в невыrоднейшее положеНI!С,
I!рИ котором будут наибольшие поперечные силы на опоре от верти-
кальной и rоризонтальной: наrрузок (рис. Х.49, в).
Наибольшая вертикальная поперечная сила с учетом собствен-
I!oro веса по фОРМУ.1lе (Х.31):
633
Q == GGIQ шнс == 1,0512 (5,35 +- 10,6 +- 12) == 1550 иН.
F == (А + 1) Ifl + (А + 1)2 hб ст
h тр 6А
(1,15 + 1)2 160.1,4
+ 6.1,15 423см 2 ;
F ==p l5 cT h ==423 1,15 1,4,160
в.п А + 1 2 1,15 + 1 2
F == F ...J......... б ст h == 423 1 1 , 4. 160
'I.П А + 1 2 1,15 + 1 2
По полученным данным с некоторым запасом для восприятия
дополнительных rоризонтальных боКОВЫХ сил окончательно назна-
чаем сечение баЛIШ: стенка 1600Xl4 (Рст==224 см 2 ); верхннй по-
1,15 + 1 20300 +
160
115 см 2 ;
86 см 2 .
Наибольшая rоризонтальная поперечная сила:
Т к 50,5
QT == QM3HC == 1480 == 1481<Н,
Р мзнс 505
376
377
яс 500Х25 (Рn.п 125 см"); ниж !Ий пояс 380Х25 tFп.ll
==95 см 2 ) (см. рис. Х.50). .
Лист тормозной бадки ПРИНЮl3ем из рифденой СТ".lИ ТШIЩИН.Л!
6==6 мм, поддерживающий шве.1Лf'Р N2 16 (имеется ero опирание
на стеновую стойку посереДilне ПРOJ.ета).
4. Проверка прочности балки. Ддя 310ro надо вычисдить reo\!er-
рические характеристики баJIКИ, которые определяем вначаде OTHO
сительно оси x x. Расстояние от низа балки до центра тяжести ее
сечения
50.2,5.163,75+ 160.1,1.82,5+38.2,5.1,2 5 ==-88см
Zx 50.2,5 + 160.1,4 + 38.2,5
Момент ин(;рции
момент сопротивления крайнеrо волокна на поясе подкрановой
балки
W 3
y 38+25 9420CM.
W B ==-
1915000
==- 24 900 см 3 ;
77
Проверка нормальных напрЯЖений. Так как балка сплошная и
сварная, то ее прочность допускается ПРоверять по rеометрическим
характеристикам «брутто». Имеющиеся в верхнем поясе отверстия
для крепления KpaHoBoro рельса оказывают незначительное влияние
и их можно не учитывать.
Напряжения в верхнем поясе по формуле (Х.33):
о" ==- + М Т == 385 000 36 700
в \У/в W y 24900 + 9420
== 18.8 кН/см 2 < 0,9.21 == 18,9 кН/см 2 .
Напряжения в нижнем поясе по формуле (Х.34)'
М 385000
о н == == == 17 7 кН / см 2 < 18 9 К Н /см 2
W п 21 800 ' . , .
Проверка касательных напряжений на о/юре по формуле (VII.23):
QSx 1550.13350
Тх == / " == 1 9 000 == 7,7 кН/см 2 < 0,9.13 == 11, 7ИН/см 2 .
XUCT 15.1,4
Проверка местных напряжений в стенке балки. Предварительно
найдем составляющие напряжений для проверки по формулам (Х.38).
Нормальные напряжения от общеrо поперечноrо изrиба:
о Мх 385000
о" == == == 15 5кН / см 2
х W x 24900 ' .
Местные нормальные напряжения от сосредоточеннOI'О воздей-
ствия к()леса крана в направлении оси у:
м п 1 Р 1 1,3.606
о" == == == 13 5 кН/см 2
У {jCT Z 1,4.41,6 ' .
11;00 k
1 1020 Е5
14 iб 185 250
[16
"JO
.
"''''
..., .... ....
....«> ::5
«>",
" '"
,,'"
"''';-
1,4.1603
lx == 12 + 1,4 . 160 Х
Х5,5 2 + 50.2,5.75,752 +
+ 38.2,5.86,752== 1 915000 см 4 .
Момент сопротивлення:
W H ==-
1915000
== 21 800 см 3 .
88
500
Статический момент полусе.
.чения:
Рис Х.50. Сечение балки и крсп
ление ее к колонне
Sx == 50.2,5.75,75 + 74,5.1,4 х
Х37 ,25 ==- 13350 см 3 .
rеометрические характерщ.тики тормозной балки относите'lЬН
вертикальной оси y y (в состав тормозной балки входят ерхнии
пояс подкрановой б<JJНШ; рllфd1СНЫЙ лист И ноддерживаЮЩIШ Шllед-
лер):
расстояние от оси подкрановой балки до центра тяжести сечения
18,1.138,2+ 120.0,6.78,6
==- 38 см;
Zy ==- 18,1 + 120.0,6 + 50.2,5
Здесь
3 r J n 3 r 2930
z == с V == 3 25 V == 41 6 СМ'
{jCT' J,4 ' ·
50.2 53
J п ==- ' + 2865 ==- 2930 см3.
12
момент инерции сечения тормозной балки
О 6. 120 З
/ ==-18 1.100 22+ ' +0,6.120.40,62 +
у .' 12
2,5.503
+ + 2,5.50.382 ==- 594000 см 4 ;
12
Mt:cTHbIe нормальные напряжения от распорноrо действия со-
средоточенной силы под колесом крана в направлении оси х:
0"; == 0,25<J: ==- 0,25.13,5 == 3,38 кН/см 2 .
Местные нормальные напряжения в направлении оси у от IIЗ-
I'иба стенки. Предварительно найдем:
Мир == (Ре + О, 75Т1z р )п == t505.1,5 + 0,75.50,5.15)1,2 == 1325 кВ. см;
379
378
Ьп.б
J 1 ;/1 JJ:P.P+ ==765+
поэтому требуется установка поперечных ребер жесткости, расстоя-
ние между которыми принимаем 1500 мм.
Проверим местную устойчивость стенки среднеrо (наибольшие
нормальные напряжения) и опорноrо (наибольшие касательные Ha
пряжения) отсеков (рис. Х.51, а). Так как местная устойчивость
проверяется от усредненных напряжений по длине отсека, надо опре.
делИТЬ расчетные усилия на rранице отсеков (точки а, Ь, с, d) от З3
50.2,53
== 1025 см 4 .
3 '
2М ир .б ст 2.1325.14
u и == ' ==3,62кН/см 2 .
У J ир 1025
Касательные напряжения от общеrо поперечноrо изrиба под
лесом крана:
о Q' 'Sп 438.9470 2
т == == 1 47кН/см,
ху J х' бст 1 915000. 1 ,4 '
KO
( 2'5 )
Sп==Fпа 50.2,5 74,5+ ==9470см 3 .
. 2
Рис. Х.51. Заrруже-
нии балки для про-
верки устойчивости
стенки
и}
l 11 Iq 11 " 11
/ 500 l' /5{}{} } / 5fJ 0 t:J '5 {}O j
53З 53J зз
J ь с d
J '" "O I ",! ИDD ! "с;о", j а"
5ПО J З55{} j"'
rде
. y O,3U; == 0,3.13,5 == 4,05 кН/см 2 .
Местные касательные напряжения от изrиба стенки:
. y == О,4а: == 0,4.3,62 == 1,45 кН/см 2 .
Местные напряжения в стенке балки по формулам (Х.38):
U x C a + a 15,5 + 3,38 == 18,88 кН/см 2 < 18,9 кН/см 2 ;
иу и;'----I а == 13,5+3,62== 17,12 кН/см 2 < 18,9KH/cM 2 ;
.ху . . !I + . y == 1,47 + 4,05 + 1,45 ==
==6,97кН/см 2 < II,7 кН/см 2 ;
и пр ==- V (a + a )2 + (u;)2 (a + U ) и; + 3 (. y + . y)2 ==
== v 05,5+3,38)2+13,52 (15,5+3,38) 13,5 + 3 (1,47 + 4,05)2 ==
== 19,4 кН/см 2 < 1,15.0,9.21 == 21,7 кН/см 2 .
а проверяе.ltые отсеки;
б заеруженuе для сред-
I-Iе20 отсека; в заеру
жение для опорноео OT
сека
Местные касательные напряжения от сосредоточенноrо давления
колеса крана'
5 Проверка жесткости балки. Относительный проrиб балки оп-
ределяем по формуле (VII.24):
L МН l == 29 200. 1200 1 [ 1 ]
l 10Е! 10.21000.1915000 1150 < 600 .
М 3850
Здесь Ми == == 2920 кН/м нормативный изrибающИЙ
kn 1,1.1,2
момент.
6. Проверка местной устойчивости стенки баJlКИ. Отношение вы-
соты стенки к ее толщине
h CT 160
бст == 1:4 == 114> 80,
rружений, дающих в них наибольшие нормальные (рис. Х.51, б) и
касательные (рис. Х.51, В) напряжения. -
Средний отсек
Мб == (850.4,5 633.0,54) 1,05 == 3640 кН.м;
МС == 3850 кН,м (определен раньше);
Md == (850,6 633 (2,04 + О,64)] 1,05 == 3560 кН.м;
3640 + 3850 + 3560
Мср == 3 == 3683 кН.м;
Qb == (850 633) 1,05 == 228 кН;
Qd == (850 2.633) 1,05 == 437 кН;
228 437
Qcp == 2 == 104 кН.
Средние напряжения в отсеке:
Мср 368300.74,5
U == у == . . 14 4 кН/см 2 .
lx 1915000 ' ,
Qcp 104
.. == == == О 46 кН/см 2 .
hO{jCT 160.1,4' ,
п 1 Р l 1,1.606
им == 11 5 кН/см 2 .
{jCTz 1,4.41,6 ' ,
при про верке устойчивости стенки пl==I,I.
381
380
Определим критические напряжения для стенки среднеrо отсека.
Так как значения
d 1500 и м 11,5
h;; = 1600 == 0,938 > 0,8 и ----;.; == 14,4 == 0,8
больше предеЛЬНОf"О .-шачения, укзззнноrо в та6.1. 29 СНиП II-В.3-'12,
нормальные критические напряжения находятся по фОРМУ.lе:
( '100б ст ,2 ( ' 100.1,4 ' 1 2 , . .,
u Rp == R 2 ) -== 7,95 == 6,08 rC;CM" == 60,8 кН/см",
ho 160 I
значение k 2 взя.то по таБД.30 СНиП II В.З 72
Критические касательные наflряжения по формуле (У 11.б1),
( 9,5\ ( 100б еr ' ) 2
.нр == ,12,<:> + -;; J ==
( 9 \ ( 100.1 4 '2
== 12,5 + ) , ) == 18,2 кН/см 2 ,
\ 1,0672 150
160
r д е 't == == 1 067
t 150 '
Средние напряжения:
97500.74,5
и== 1915000 ==3,81KH/c ]2;
1290
Т== 160.1,4 == 5.76 кН/см 2 ;
им -== 11,5 кН/см 2 (определено ранее).
Критические напряжение такие же, как и для стенки в среднем
отсеке, поэтому с разу проверяем УСJlОВП местной устойчивости:
/ ( з,81 11,5 2 ( '5,76 \2
"\; 60,8 + 36,2) + ,18,2) -== 0,5 < 0,9
Определим требуемое сечение промежуточных ребер жt:сткости:
ширина ребра:
h CT 1600
Ь + 40 -== " 40 -== 93 мм
р"", 30 за '
принимаем 100 мм;
толщина ребра
принимаем 8 мм.
7. Расчет сопряжений и узлов балки. Сопряжение eepxн.ezo по.
яса со стенкой конструируем с разделкой кромки стенки и полным
проваром на всю тv.лщину стенки. В этом случае сварное соеДИRСJ'ие
равнопрочно основному меrаллу и расчета швов не требуется.
Требуемая толщина Nижних поясных швов
определяется по формуле (УН.69):
h QSп 1550.8240
Ш""'2Р./ mR CB 2.0,7.1915000.0,9.15==
t-' х У
КрИТИ4ескне наПрЯIhСНИЯ от MecTHoro сжатия:
Ь р 100
б р == ==6 7мм
15 15 ' ,
( l00бе'r ) 2 ( 100. I ,4 ) ! t
U M . RP -==Rl ==4,16 1 0 ==3,62TC/CM ==36,2KH/CM,
. а , <:>
зна4ение k 1 взято ПО табл. 28 СНиП 11 B.3 72 в завнси IОСТИ от у:
ь l\ ) 8 50 ( 2 5' 3
'f ==c...l!. ( .......!!... ==2 ) ==3,56.
ho бст 160 ,1,4
Местная устоtrчшюсть сrенки по формуле (ХАЗ):
( U им, 2 ( 1: ) ' 2
\ + ) +
,и"р и М . ЕР T Rp
==О,35см,
('14,4 11,5\20,46'2
\ ( 60,8 + 36.2 ) + С8.2 ) == 0,56 < 0,9.
rде Sп==F п па==38.2,5.86,75==8240 см З .
Принимаем швы ТОлщиной h ш ==8 мм, ми
нимально допустимые при толщине сваривае-
Moro металла 6==25 мм (см. табд. У.5)
РаС'IeТ ОnОРНО20 ребра Опирание ПОk
крановой балки запроектировано 4ерез cTpora
IJЫЙ торец опорноrо ребра (рис. Х.52).
Необходимая площадь ребра из условия
rrп смятия по форму.'!е (УII.78):
Аналоrично проверяем местную устойчивость стенки ОnОРНО20
отсека (заrружение по рис. Х.51, в) :
Ма == [ 613; (3,85 + 9,1 + 10,5) 1,5 J 1,05 == 1950 кН.м;
1950
Мер == """'2 == 975 кН.м;
633
Qa ==12 (3,85+9,1 + 10,5) 1,05== 1290кН (по всему orceKy).
Q 1550
F СМ == == == 54 см 2
. тR eM . T 0,9.32 .
Принимаем се4еше опорноrо рt:бра 300><
Х2() мм.
382
f;:g
,
:;;:
. Rl 'ОеоftlиЦ
o..J 'р
торец
21i !
PIIC. Х.52. К рас-
чету опорнOI"О реб-
ра
383
Определяем reометрические характеристики сечения опарной ча
сти балки, работающей на сжатие (см. рис. Х.52):
F оп . ч == 2.30 + 1,4.15.1,4 == 89,4 см 2 ;
2.303
l on Ч == == 4500 см 4 ;
. 12
t f I"п.ч \; r 4500
ron. ч == == == 7,1 см.
F оп . ч 89,4
rоризонтальные и вертикальные перемещения в центре креп-
ления (с учетом ero пони}Кення относительно верха балки) по фор-
мулам (Х.46) и (Х.47):
240000.1200.154 (77 30)
t.I' == 6.21000.1915000 77 ==0,056 см;
Rh 1550.167 137
t. B == ЕР оп . ч == 21 000.89,4 167 == 0,113 см.
fибкость ОПОрllоrо сечения из плоскости балки:
Результирую щее пере мешен ие в центре креп ления:
t. == У t. + t. == V 0,0562 + О, 1132 == 0,129 см.
.'2 167
Л ==23 5' 'Р==О,961.
. r оп . ч 7,1 ' ,
fеометрические характеристики сечения стержня диаметРом 30 M'II<
:лd 4
Jv ==- о 05d 4 == О 05.34 == 4 05 см4'
64' , "
:лd 3
W == :::::; о Id 3 == О 1.33 == 2 7 см 3 '
Х 32' , "
Проверяем напряжения: .
смятие в опорном ребре по формуле (УII.78):
Q 1550 2
исм == == == 25,8 кН/см 2 < 0,9.32 == 28 кн/см ;
F см 2.30
устойчивость опорноrо сечения по формуле (УII.77):
rv == .... [ 1 ==!!.... == 2. == о 75 см
Ур 44"
Изrибающий момент в одном стержне от перемещения по фор-
муле (Х.48):
М == 6El;'p А == 6.21000.4,05 О 129 2
. 2 L> 502 . == 6,3 кН,см,
lKP
Нормальная сила в одном стержне
Т нр 196
N== == ==98 кН
2 2
Проверяем устойчивость стержня крепления при внецентренном
сжатии по формуле (Х.50):
rибкость стержня
а 1550 == 18кН/см 2 < 0,9.21 == 18,9 кН/см 2 .
tpFоп.ч 0,961.89,4
Требуемая высота сварных швов, прикрепляющих опорное ребро
к стенке балки, по формуле (УII.80):
h r Q
ш' V п.60l3mR B
v
1550
== 1,17cM,
2.60.0,7.0,9.15
принимаем h ш == 12 мм.
Расчет креплеNИЯ подкраNО80Й балки к КОЛОNNе. Крепление
балки к колонне проектируем в виде двух стержней диаметром
d==30 мм (Рст==7,07 см 2 ) из стали класса С 52/40, марки IOf2CI
(см, рис. Х.50).
fоризонтальная поперечная сила по центру крепления по фор-
муле (Х.45):
1 50
л == == == 66 7'
r 0,75 ' ,
!Условная rибкость стержня
h 1 182
Т нр == QT == 148 == 196 кН.
n 2 137
V V
R М
v..==л ==66 7 ==268.
Е ' 21 000 "
Наибольший изrибающий момент в балке при положении, даю-
щем максимальную поперечную силу на опоре (заrружение см. на
рис. Х.49, 8):
633
М == 12 (1,4 + 6,65) 5,35,1,05 == 2400 кН.м,
относительный эксцентрицитет
М F 26,37,07
т== == ==o 7'
N W 98 2,7 "
приведенный эксцентрицитет
тl == 1)т == 1,0,7 == 0,7,
384
25 950
385
з есь == 1 коэффициент влияния фОрМЫ сечения IЮТОры10i опре.
M'fJno табл. 4 прил. 11 ДЛЯ сп.пОlПНоrо сечения типа 1.
д Коэффициент IpEH==O,454 принимаем по табл. 2 прил. 11 в заВИ-
симости от А==2,68 и тl==0,7,
Проверяем устойчив{)сть принятоrо сечения стержня
N
и== ==
IfВИ F
98 == 30,5 kJ--I/а.;2 < D,9-З4 == 30,6 KH/cM 2 ,
0,454.7,07
ЦИJlХ, на металлурrических, нефтехимических и иных
предприятиях.
Ряд специфических особенностей расчета, проекти
рования и изrотовления листовых конструкций выделя
ет их в самостоятельную rруппу металлических KOHCT
рукций. Рабочими элементами ЛИстовых КОнструкций
являются пластинки и оболочки, расчет которых выпол
няется довольно сложными методами. Поверхности обо
лочек образуются rеометрическими построениями с BЫ
сокой степенью точности. Листовые конструкции долж
ны иметь плотноnpочныIe соединения, поэтому в них
MHoro сварных швов. Конструкции больших размеров
приходится собирать на монтаже из отдельных листов,
что увеличивает трудоемкость при одновременном Tpe
бовании очень Бысокоrо качества работ.
Контакт листовых конструкций с Жидкостями и ra
зами, аrрессивными по отношению к стали, часто силь
но снижает долrовечность конструкций (известны слу-
чаи разъедания резервуаров и трубопроводов жид-
Костями с сернистыми примесями за 2 3 rода
эксплуатации). В таких случаях весьма рациональны
алюминиевые _ листовые конструкции, которые, несмотря
на ВЫсоt<ую первоначальную стоимость, в результате
увеличения срока службы становятся HaMHoro ЭКОНО
мичнее стальных.
УстоЙчивость стержней крепления обеспечена.
rna8a ХI
ЛИСТОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ
t 43. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЛИСТОВЫХ конструкциА
Листовые конструкции представляю собой азлич
ные сооружения типа оболочек, несущеи основои KOTO
рых являются плоские или изоrнутые металлические
листы (пластинки и оболочки). Они применя ся Ядя
хранения переrрузки, транспортирования, технолоrи
ческой п рераБОТКII жидкостей, rазов и СЫПУЧИХ мате-
риалов. Листовые конструкции находят очень широкое
распространение во всех областях промышленности и
составляют по массе около 20% всех применяемых Me
таллических конструкций.
Номенклатура металлических листовых KOHCTpyK
ций весьма широка. Они MorYT быть клас(;ифицированы
по назначению: Ф
резервуары для хранения жидкостеи (нефти, не те ) :
продуктов, спирта, кислот, сжиженных rазов и пр..,
rазrольдеры для хранения и выравнивания состава
rазов;
бункера и силосы для хранения и переrрузки сыпучих
тел (руды уrля известняка, цемента, песка и 1. п.);
ЛИСТОВ lе ко струкции ДOMeHHЫ цехов (кожухи .z:o ) :
менных печей, воздухонаrревателеи, пыл-еуловителеи,
листовые конструкции специальных технолоrическиХ
установок химических и нефтеперерабатывающих за-
водов; . .
трубопроводы большоrо диаметра для транспортиро
вания воды и rазов, используемые в rидроэлектростан-
t 44. ОСНОВЫ РАСЧЕТА ЛИСТОВЫХ КОНСТРУКЦИА
Элементами, оБJ}3ЗУЮЩИМИ листовую конструкцию,
являются плоские металлические листы пластинки
или изоrнутые листы оболочки. Работа и расчет пла
стинок и оболочек зависят от их rеометрических пара-
метров.
1. ПЛАСТИНКИ
Работа и расчет плоских пластинок зависят от от-
ношения l/б (rде 1 ПрOJlет пластинки или наименьший
размер в плане при опирании пластинки по контуру.
(j ее толщина).
Толстые пластинки имеют отношение l/б 5. При их
расчете должны учитываться напряжения в трех взаим
но перпендикулярных направлениях. Такие пластинки
в Строительных конструкциях при меняются очень редко
и здесь не рассматриваются,
386
25*
387
щ Наиб,:льшее напряжение на опоре и проrиб в центре жестко за-
емленнои пластинки MorYT быть найдены по формулам:
0,5q'1 2
a
б 2 (1 + О ,б23 О)
f O,0284qa 4
манс
Еб 3 (1 + 1 ,О5б 5) .
В Ф ь ормулах (XI.4) (XI.7) ===a/Ь (а меньшая сторона пластин-
ки, большая ее сторона)
б) Пластинки большоzо 'nроzиба при шарнирно неподвижном
опирании по четырем сторонам.
Напряжения в центре пластинки от изrиба:
ах == 5,4ЕбfмаRС (l/a 2 + 0,3/Ь 2 ); }
ау == 5,4ЕбfмаRС (1 /Ь 2 + 0,3/ а 2 ).
Цепные напряжения в центре пластинки.
а:== 1,35Ef aKc (1,91/a 2 + о,з/ь 2 );
a == 1,35Ef aKc(I,91/b2+0,3/a2). (XI.9)
Наибольший проrиб fмаис предварительно определяется из урав-
нения (которое решается методом последовательных приближений)
Iбq DfM
== О/а 2 + l/b 2 )2+
- по Iб
Ебf ,акс
+ 1I ,2/а 2 Ь 2 +2,91 (l/a 4 + 1/lJ4)J,
Е6 З
rде D ==
12(1 2)
Ось Х направлена вдоль стороны а, ось у вдоль стороны Ь
Наибольшие расчетные напряжения в центре пластинки от изrиб
и распора:
а == а + и' и а + '
хманс Х Х Уманс ау ау,
в) Мембрана, опертая по контуру. Наибольшие напряжения и
проrиб определяются по формулам:
3/' q2Ea 2
ах == а. 462" ;
3 / q2Ea 2
ay== V 462;
Зr
V qa4
'манс == '1' IБЕБ ' (XI.14)
с I(оэффициенты а., /3 и '\' принимаются по табл. XI.I в зависимо-
тн от отношеиия Ь/а (а Меиъшая из сторон контура мембраны).
Пластинки малоrо проrиба имеют отношение 5-<;:-
<1/б<50. Такие пластинки работают только на изrиб,
Чтобы можно было пренебречь напряжениями от рас-
пора, наибольший проrиб пластиНКИ не должен превы"
шать половины ее толщины (f Iaj{,, б/2).
Пластинки большоrо проrиба имеют обычно отноше
ние пролета к толщине 50<I/б<300. Вследствие боль-
шоrо проrиба цепными напряжениями от распора "ре-
небречь недьзя. Такие пластинкИ работают на совмест-
ное действие изrиба и растяжения. Проrиб плаСТИНОI}
может превосходиrь подовину ее толщины (fмаRс>б/2)'.
rибкие пластинки (мембраны) имеют отношени
l/б>300 и работают как rибкие нити только на растя-
жение от распора.
ПРOI'ибы и напряжения в пластинках зависят 011
опирания ее контура, которое может быть шарнирным,
жестким шш свободным по различным краям плас
тинки.
Расчет прямоуrольных пластинОК при равномерно распределенной
иаrрузке q по всей ее площади.
1. Пластинки шарнирно или жестко оперты по aBy},t nараллель
ным сторонам (или по четырем сторонам, но при отношении стороп
Ь/a 3, rде а меньшая сторона):
а) пластинки малых и больших проzибов. Расчет таких пласти-
нок рассмотрен в 23;
б) ме,мбраны. Распор Н для полосы шириной 1 см:
3 r
/ q2 а 2Еб
Н V 24 (1 2) (XI.I)
rде q наrрузка, кН/см; Е модуль упруrости металла пластинки
(стали или алюминия); fl.===O,3 коэффициент Пуассоиа.
Цепные напряжения в середине пролета
а Н /6. (XI.2)
цилиндрическая жесткость пластинки.
Наибольший проrиб
qa 2
'манс . 8Н .
. Пластинки оперты по четырем сторонам (Ь/а<3).
а) Пластинки малоzо nроzиба. Наибольшее напряжение и про-
r б в центре шарнирно опертой пластинки определяются по фор-
i.lYлам;
0,75qa 2
и==
б 2 (1 + 1 ,бl 3) ,
O,I422qa 4
'манс == Е62 (1 + 2 ,21 3) ,
(XI.3)
(XI.4)
(XI.5)
З8
(ХI.б)
(XI.7)
(XI.8)
(XI.IO)
(XI.II )
(XI.12)
(XI.13)
389
ТАБЛИЦА XI.I. КОЭФФИЦИЕНТЫ (1., 1:1. '1'
Ь/а 1,5 'L 2,5
а 0,38 0,48 0,52 0,56 0,57
0,38 О.33 0,28 0,25 0,23
'1' 0,66 0,77 0,83 0,85 0,86
Напряжения в обо.аочках, работающих на равномерное
внутреннее даВJlение
Рассмотрим равновесие вырезанноrо из сферической
оболочки элемента со сторонами dS 1 и dS 2 наrружен
Horo внутренним давлением р (рис. XI.l, а). Меридио-
нальные и кольцевые силы 71 и 72, направленные по
Более сложные С.J]учаи заrружения пластинок различной формы и с
разными условиями опирання приводятся R спепиалыюи литературе.
а)
i Т 2
Т, Eill O'1 Т,
.............
"'"
t т,
]Y , ' 1 ,, &1
т, т р f т,
tf. .
\ d'l'
2 Т
2 ОБОЛОЧКИ
Поверхность оболочек оБР2зуется изrибом листов по
заданному радиусу кривизны. Оболочки, изоrнутые
в одном направлении с постоянным радиусом кривиз-
ны, называются цилиндрическими; если этот радиус
изменяется вдоль оси вр.ащения по линейному закону,
получается коническая оболочка. Если оболочки обра-
зованы изrибом листа во взаимно перпендикулярных
направлениях, получается сферическая оболочка.
Работа и расчет оболочек зависят от отношения ее
радиуса кривизны к толщине r!{j. Оболочки называют
ТОJiСТЫМИ при r!{j<20 (такие оболочки не относятся к
листовым конструкциям) . Тон'кие оболочки листовых
конструкций имеют отношение r!{j 20. Равновесие эле-
мента ТОНКОЙ оболочки при определенных условиях co
блюдается при наличии только осевых сил 71 И Т 2 без
изrиба (рис. XI.l, а), направленных по образующим
в перпендикулярном направлении (безмоментн.ая Teo
рия расчета). К таким условиям относятся:
1) сплошные осесимметричные наrрузки без резких
изменеRИЙ интенсивности;
2) участок оболочки должен быть сплошным, rл.ад
ким, большим, достаточно удаленным от так называе-
мых краевых линий, препятствующих или искажающих
плавность деформаций оболочки. Такие линии образу-
ются ребрами жесткости, днищами, резкими измене-
ниями толщины, острыми переrибами (рис. XI.l, б).
Деформация оболочки в этих местах стеснена, на HeKO
тором участке происходит местныи изrиб и возникаю-
щим изrибом оболочки уже нельзя пренебречь Возник-
новение изrибающих моментов у краевых линий назы-
вается краевым эффектом.
)
( I ::::
i: ш
Днище
''''
11
м к
72 llX б)
Р l
dCi
0..,.'1 'Т
Т 2
tбz
б' D '
162
0 0
'Р <
.
.'0
.'r + (
Рис. XI.I. I( расчету оболочек
a , равновесие ЭЛеА,еll7а; б краевой эффект; в прQсrейшuе оболо'/ки rюд
Внутрен,ннм давлением
касательной к срединной поверхности оболочки, пред-
ставляют собой равнодействующие нормальных Аапря
Жении, приложенных к сторонам элемента, TI ===ul{jdS 2
и Т 2 ===U2,бdS I . Спроектируем все силы на направление
Нормали оболочки. По условию равновесия сумма ЭЛIХ
сил должна равняться нулю:
. drp . da
2Тl Ш 2"" +2T 2 S1fJ 2'" pdS,dS2 О.
300
391
Так К31{ при малых уrлах
. d<p dq->
sш 2" === 2"" ;
da da
sin === .
2 2'
dS 1 dS 2
dqJ === и da === ,
r 1 r 2
то подставив в полученное уравнение drp и da и разде-
ли обе ero части на dS 1 .dS , получим
Т 1 Т 1
T ==p.
rldS2 r 2 dS!
Подставив сюда значения Т 1 и Т2, выраженные че-
рез нормальные напряжения 0"1 и 0"2, получим основное
vрапнение напряженноrо состояния тонких оболочек:
Ul/ r l+ U 2/ r 2==P/6. (XI.15)
Отсюда получим напряжения для некоторых оболочек
простейших форм (рис. XI.1,B).
1. Шаровая оболочка (r1==r2==r)
pr
иl == и 2 === 26 .
2. ЦИЛllндрическая оболочка (rl ==00; f2==r):
pr
иl === 26 ;
pr
а 2 === "{; ,
3. КОНllческая оболочка (rl==oo;
pr .
аl == 26cosa '
(XI.16)
(XI.17)
(X1,18)
r2==r/c05 а):
(XI.l
pr (XI.20)
а 2 === 6 cos а
Напряжения 0"1 для цилиндрической и конической
оболочек получены из дополнительноrо уравнения рав-
новесия отсечённой части оболочки с днищем.
Проверка прочности ооолочек, Оболочки, как прави-
ло испытывают двухосное напряженное состояние
(0";=#=0 и 0"2=#=0). Поэтому проверку прочности их сле-
дует производить по приведенным напряжениям [см.
5, формулу (11.3)]
u == V oi + и аl 02 -< mR. (XI.21)
пр
392
при этом должны соблюдаться условия, чтобы 0"1 пzR
и 0"2 mR.
Устойчивость оболочек. При равномерном внутреннем
давлении 0"1 и 0"2 получаются раСl'яrивающими. При paB
номерном внешнем давлении или внутреннем вакууме
напряжения определяются по тем же формулам, OДHa
ко они будут друrоrо знака, сжимающими. В этом слу-
чае оболочка может потерять устойчивость. Проверка
оболочек на устойчивость заключается в том, чтобы
расчетные напряжения в оболочке о" от наrрузки не
превышали критических о"ир, которые зави(ят от вида
оболочки, отношения r/б, напряженноrо состояния и ма-
териала
и -< и ир . (XI.22)
критических напряжений для оболочек
СНиП II-В.3-72 и в специальной литера-
Значения
приведены в
туре.
Краевой эффект. Как уже отмечалось, у мест, пре-
пятствующих свободным деформациям оболочек (Kpae
вых линий), проявляется краевой эффект изrиб
(рис. XI.1, б). Возникающие моменты Ми часто бывают
большими, однако они быстро уменьшаются. Эпюры
моментов по длине оболочки имеют волнообразный.
резко затухающий характер. Так, в цилиндрических обо-
лочках момент первой волны достиrает нулевоrо значе-
ния на расстоянии лS/4 от краевой линии (см. рис. XI.], п),
rде характеристика S определяется по формуле
S == 0,78 V 6r ,
а наибольший изrибающии момент во второй волне
уменьшается более чем в 20 раз по сравнению с крае-
вым моментом.
При сопряжении цилиндрических оболочек с плос
ким днищем краевой момент на 1 см длины можно при-
ближенно определить по формуле
Ми === apr6, (XI.24)
rде а==0,3 при жестком защемлении и а==О,] при уп-
pyroM защемлении цилиндрической оболочки в днище;
р внутреннее давление у места сопряжения.
Дополнительные местные напряжения от изrиба в
оболочке:
(XI.23)
М К 6М к
и .
W 62 .
(Х' 25)
,ЮЗ
При расчете оболочек, основанном на предположении
неоrраниченной упруrости материала, местные напря
жения от изrиба часто получаются весьма значительны
ми, превышающими предел текучести материала.
В действительности после достижения материалом пре
дела текучести эти напряжения перестают нарастать, в
зоне возникновения IipaeBoro эффекта в кольцевом ce
чении появляется шарнир пластичности и оболочка на-
чинает работать по измененной схеме со смяrчением
жесткости по краевой линии и лерераспределеннем на-
пряжений. Появление шарнира пластичности по крае-
вой линии оболочки не превращает ее в изменяемую
систему, следовательно, несущая способность ее не ЯВ-
ляется исчерпанной.
В действующих нормах проектирования нет прямых
указаний о необходимости проверки листовых конструк-
ций на напряжения от KpaeBoro эффекта, однако в каж
дом конкретном случае их надо иметь в виду, оценивать
и в некоторых случаях учитывать. Влияние KpaeBoro эф
фекта должно учитываться также конструктивными
мероприятиями: применением сталей с rарантией заrи
ба в холодном состоянии, ЭJ'lектродов повышенноrо
качества, плавными переходами от одной формы обо
лочки к друrой, устройством плавных скосов кромок
при изменении толЩин листов и т. д.
4S ЛИСТОВЫЕ t<ОНСТРУКЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ СООРУЖЕНИИ
1. РЕЗЕРВУАРЫ
Конструктивная форма применяемых резервуаров
зависит от их назначения и величины BHYTpeHHero дaB
лени я продукта.
Для хранения нефти и нефтепродуктов с низкоii
упруrостью паров применяются наземные вертикальные
цилиндрические резервуары постоянноrо объема, прос
тые в изrотовлении и монтаже, а также экономичные
по расходу стали. Эти резервуары рассчитывают на
небольшое избыточное давление внутренней паров03.
душной среды до 2 KHjM 2 , поэтому их называют резе"..
вуарал1U НИЗКОZО давления.
Хранение светлых нефтепродуктов и друrих жидкоС"
тей с высокой упруrостью паров в резервуарах низкоrо
давления приводит к большим потерям от испарения,
8Q4
Поэтому 'Такие продукты хранят в резервуарах, рассчи
танных на повышенное внутреннее давление до 70
200 кН/м2 для леrких жидкостей и до 600 1800 KHjM 2
для сжиженных rазов. Резервуары повЫИlенносо давле
lЩЯ имеют криволинейные очертания элементов с ПJJaВ-
ными сопряжениями между собой; конструкции их
сложнее, однако применение экономически оправдано.
Су ествуют также резервуары специальных KOHCTPYK
ции с понтонами и стационарной крышей или с плава-
ющими крышами
Вертикальные цилиндрические резервуары низкоr'о
давления. В настоящее время широко применяются ти-
повые' резервуары низкоrо давления объемом 100
20000 м 3 , строятся И более крупные резервуары объе
мом 50000 м 3 . Конструкция вертикальноrо цилиндри
ческоrо резервуара СОстоит из днища, корпуса и покры
тия. В типовых проектах предусматривают также He
обходи мое при эксплуатации оборудование (лестницу,
люки, патрубки, краны и клапаны).
Днище резервуара устанавливается непосредственно
на песчаную подушку высотой 200 350 мм над поверх-
ностью земли с у лоном от центра к краям i==1:100.
Днище испытывает небольшие напряжения сжатия от
давления жидкости, поэтому ero толщина принимается
конструктивно: б==4 мм при диаметре резервуара
О< 18 м, 6==5 мм при D== 18...25 м и б==6 мм при
D>25 м. Крайние листы, примыкающие к линии обреза
днища (окрайка днища), принимаются на 1 2 мм тол
ще. Корпус резервуара под воздействием rидростати-
ческоrо давления жидкости испытывает растяжение, и
толщина ero листов принимается по расчету, однако из
у.словия сварки их толщина не должна быть менее 4 ММ.
Листы :олщиной 6 ММ и более свариваются встык, при
меньшеи rОЛIЦине сварка производится внахлестку с
телескопическим или ступенчатым расположением лис
тон по вертикали. При сварке листов внахлестку наруж
ные ШВЫ выполняются Сплошными, а внутренние
прерывистыии длиной 100 мм и спросветами 300 ММ.
ДЛЯ хранения сильно аrрессивных продуктов (напри
Мер, сернистый нефти) оба кольцевых шва следует вы-
полнять сплошными. Крыша резервуара опирается на
Корпус и центральную стойку, толщина ее листов 2,
3 ММ. На рис. XI. 2, а показана конструкция цилиндри
ческоrо резервуара низкоrо давления объемом 5000 м 3
395
СО щитовой кровлей и центральной стойкой. В настоящее
Рремя резервуары возводят с применением изrотовлен
I:IbIX на заводе рулонированных полотнищ днища и KOp
пуса; при монтаже их развертывают и соединияют
.(рис XI.2, б). Этот проrрессивный метод, предложенный
а)
""
.".
ф 22790
Рис. XI.2. Вертикальный
цилиндрический резерву
ар низкоrо давления
а конструктивная схема;
б схема JИQнтааlCа
и впервые примененный в СССР, дает большой эконо
мический эффект. Показанный на рис. XI.2 резервуар
объемом 5000 м 3 поставляется на монтаж в следующем
виде: днище из двух rOToBbIx полотнищ, свернутых bok--:'
pyr центральной стойки, одно полотнище корпуса, CBep
нутое BOKpyr лестничной шахты, и кровельные щиты
двух типоразмеров. Рулонировать полотнища можно из
листов толщиной не более 14 мм.
Стальные листы для резервуаров заказывают одноrо
размера 1500Х6000 мм и высоту Н назначают с уче-
том кратности листа.
Корпус резервуара рассчитывают как цилиндРИ.
ческую оболочку, наrруженную внутренним rидростатИ.
396
ческим и избыточным давлением. Растяrивающие КО"1Ь-
цеВые напряжения в стенке [формула (XI_ 18)]
pr (пl'1'Х + п 2 р) r
112==6== 6 <mR, (ХI.2б)
rде nl'\'Х rидростатическое давление по закону тре-
уrОльника на rлубине х от поверхности жидкости (nl==
== 1, 1 коэффициент переrрузки. '\' удельный вес жид
кости); n2Р заданное из-
быточное давление среды р
с коэффициент-ом переrруз
ки n2 == 1,2; r радиус резер
вуара; {j толщина стенки
резервуара; т коэффици
ент ус овий работы, прини-
маемыи для корпуса резер
вуара равным 0,8.
Толщину листов каждоrо
пояса корпуса резервуара
определяют по формуле
(XI.26) при условии ero
полноrо заполнения жидко-
стью, т. е. расстояние х при-
нимается от верха корпуса
до нижнеrо края пояса, Ме-
ридиональными наПряже- Рис. XJ.3. Сопряжение корпуса
ниями 0'1 обычно пренебре резервуара с днищем
rают, так как они незначи
тельны. Корпус соединен с днищем двусторонним сплош-
ным уrловым швом (рис. XI.3). Чтобы получить rлаk
кую щ верхност днища, на которую должен YCTaHaB
ливаться нижнии пояс корпуса, листы днища у ero Kpa
ев соединяют встык, для чеrо уrол одноrо из листов BЫ
резают по линии аЬс и осаживают до совпадения к 0-
мок на участке аЬ. В месте сопряжения корпуса с д и-
щем возникает изrибающий момент, который с учетом
Х'1:; )С.ТИ защемления можно определить по формуле
пOilKAUilKq
50
<::::
о
- . .J
Iт
Ми == О, Ifll'1'Hr6,
rде Н высота резервуара, остальные
же, что и в (XI. 26),
Чтобы не увеличr.шать
с Днищем, выступ ДНИЩа
обозначения те
жесткость сопряжения стенки
следует принимать равным
39];
50 мм. В месте сопряжения проверяют прочность CBap
ных швов по формуле
rде W ш == 2 ( hш}2
б
и'
а ш == MK/W ш <- WR B ,
(XI.27)
момент сопротивления сечения
1 см двух уrловых швов.
Толщина шва рассматриваемоrо соединения принп
ма тся не менее 0,7 l\ и не менее 4 мм: наибольшая тол-
щина шва принимается не более 1,2 l3 (б меньшая из
:толщин корпуса или днища). Если обеспечена проч
ность соединения, то прочность корпуса на изrиб можно
не проверять.
Кровлю резервуара рассчитывают на следующие на-
rрузки:
') собственный вес металлических конструкций
O,2 O,4 кН/м2 с коэффициентом переrрузки n=== 1,1;
2) теплоизоляцию 0,45 кН/м2 (n === 1,1) ;
3) снет в соответствии с районом строительс.тва
по СНиП II 6 74;
4) BaKYYM O,25 кН/м2 (n===1,1).
Кровля должна быть также проверена на обратн
направление наrрузки от избыточноrо давления 2 KНVM
и отсасывающее действие ветра, принимаемое paBHblftf
0,8 CKOpocTHoro напора ветра соответствующеrо района
(обе наrрузки принимаются с коэффициентом переrруз-
ки 1,2). При э:rоЙ пров.ерке пре.LJjполаrается, что снеу В
теплоизоляция отсутствуют, а разrружающая наrрузка
от веса металлических конструкций принимается с ко-
эффициентом переrрузки 0,9. Проrоны и поперечные
ребра кровельных щитов рассчитывают как однопролет-
а)
Песчаное ocнolaниe
398
Рис. XI.4. В€рти.
К2ЛЫlЫR. цилинд-
рический pe PBYBP
емкостью 3000 м 3
С виеяч й кровлей
а разрез; б план
кровли
.0-=/4854
{J
с::::,
"
'/' '/
Рис. XI.5. Вертикальные цилиндрические резервуары повышенною
давления
Q СО сфероцилиндр.иflВСКОЙ кровлеи и flдиским днищем' б с 1lиди<ими l'фе-
[ill'чеСКIlJIt.U днищем II кровлей '
399
ные балки, а листовую обшивку как тонкие пла-
стинки.
В вертикальных цилиндрических резервуарах низко-
ro давлейи находит применение мембранная висячая
кровля бескаркасной конструкции из листов толщиной
2,5 3 мм, опирающихся на центральную стойку и кор-
пус (рис. XI.4). Опора стойки устраивается из входя-
щих одна в друrую труб так, что при наличии внутрен-
Hero давления кровля вместе с центральной стойкой MO
жет приподниматься на 1000 1200 мм.
Для резервуаров объемом 10 000 и 20000 м 3 приме-
няют сферическую кровлю, состоящую из отдельных
cerMeHTHbIx щитов, опирающихся только на корпус.
Резервуары повышенноrо давления имеют разнооб-
разную конструктивную форму, особенностью которой
является плавность внешнеrо очертания оболочки, хо-
рошо работающей на внутреннее давление.
1. Вертикальные цилиндрические резервуары nовы-
шенноео давления проектируют со сферическими или
сфероцилиндрическими кровлями и плоскими или вы-
пуклыми днищами Резервуары с плоскими днищами
(рис. XI. 5, а) при достаточно большом внутреннем дав-
лении MoryT приподняться и изоrнуть днища Поэтому
нижний пояс корпуса таких резервуаров заанкеривают
в кольцевой ленточный фундамент стальными тяжами,
расположенными через 2 2,5 м. Против консолей для
анкеров с внутренней стороны располаrается кольцо
жесткости из уrолка, обеспечивающее прочность и
устойчивость нижнеrо пояса резервуара.
Сфероцилиндрическая кровля резервуаров состоит из
цилиндрических лепестков, очерченных двумя сопря-
женными радиусами по коробовой кривой с плавным
переходом к корпусу. Такое решение значительно проще,
чем сферическая кровля, требующая вальцовки листов
в двух направлениях. Каждый лепесток состоит из двух
листовых деталей, свальцованных по разным радиусам
Корпус и кровля резервуара в данном случае имею'11
разные очертания в месте их сопряжения (окружность
и мноrоуrольник), поэтому оно осуществляется через
fоризонтальный лист или вальцованный швеллер. Устой-
чивость стенки корпуса при вакууме обеспечивается
ребрами жесткости.
Резервуары с выпуклым днищем (рис. XI. 5, б) име"
ют сходную конструкцию кровли и днища, Для равно"
400
MepHoro ОПирания по криволинейному днищу резервуар
уст навливают на высокую песчаную подушку.
. Друеие конструкции резервуаров повышенноео
давления.
Fоризонтальные цилиндрические резервуары (рис.
XI. 6, а) проектируются диаметром до 4 М, длиной до
40 м, объемом до 400 м 3 С избыточным давлением 40
q
....
122JO
.
':i ,
"" 122JO
в}
18/;.5"
о)
Рис. XI.6. Резервуары ПОвышеrlНОro давления
а оризонтальный цилиндрический' б .
еОТОр08ЫЙ . шар080и; в каплевидный; е мно-
70 кН/м2 при хранении жидкостей и 200 1800 кН/м2
при хранею1И сжиженных rазов. Для удобства перевоз-
и ди етр резервуаров целесообразно принимать не
олее ,25 м Вследствие Полной заводской rотовности
эти резервуары наиболее экономичны.
Наземные резервуары устанавливают на опоры рас-
Стояние между которыми Принимается О 5 0 7 лины
резервуара. По оси опор внутри резервуара проектиру-
ют диафраrмы из fHYTOI'O уrолка с приваренным к нему
стержневым треуrольником жесткости. Днища резервуа-
OB малоrо объе 2 ма и давления (диаметр до 2 м и давле-
M e до 40 кН/м ) иноrда делают плоскими, работающи-
ся как мембрана. При больших давлениях применяют-
сферические, конические или цилиндрические днища.
26 950
401
[азrольдеры представляют собой инженерные соору-
жения в виде сосудов, предназначенных для хранения,
выравнивания состава и перемешивания различных ra-
зов. В зависимости от BHYTpeHHero давления rазrольде-
ры разделяют на два класса: еазеольдеры низкоео дав-
ления с избыточным давлением до 5 кН/м2 И высокоео
давления, в которых рабочее давление достиrает
3000 кН/м2, а иноrда и более.
Существуют еаз,юльдеры постоянное о давления и
еазеольдеры ПОСТоЯННОЮ объема. В процессе опорожне-
ния или наполнения в первЫХ Ilзменяется объем, а дав-
ление все время остается постоянным,; объем вторых
постоянный, но изменяется давление rаза.
rазrольдеры низкоrо давления имеют переменный
объем и делятся на две rруппы:
1) мокрые еаЗ20льдеры с вертикальными направля
ющими и винтовыми направляющими;
2) сухие 2азеольдеры с поршнем и с rибкой секцией.
Наибольшее распространение имеют мокрые rазrоль
деры с вертикальными и винтовыми направляющими.
Мокрые rазrольдеры, В rальrольдерах этой rруппы
для уплотнения подвижных соединений используется
Вода. Ко-нструкция MOKporo rазrОЛьдера состоит из не-
ПОДвижноrо вертикальноrо цилиндрическоrо резервуара,
наполненноrо водой, в котором находится подвижное
звено опрокинутый стакан колокол. В rазroльдерах
больших объемов (10000 м 3 И более) между резервуа
ром и колоколом MorYT размещаться подвижные звенья-
телескопы. [аз подается под колокол и своим давлением
поднимает ero, а вода, находящаяся в карманах-жело
бах, расположенных по периметру колокола и телеско-
па, является rидравлическим затвором, препятствующим
выходу rаза наружу. [азrольдер с одним колоколом
называется однозвенным, если добавляется телескоп то
двухзвенным. и т. д. Применяются типовые rазrольд ры
объемом до 30000 м З ; существуют, однако, rазrольдеры
объемом'.! 00000 м З И более.
Мокрые 2аЗ20льдеры с вертикальными наnравляю
щими получили свое название потому, что движение ко-
локола и телескопов происходит по вертикальным Ha
правляющим, расположенным снаружи rазroльдера
(рис. XI. 7, а).
Схема двухзвенноrо MOKporo rазrольдера с верти-
кальными направляющими показана на рис. XI. 7, б.
Верхние края колокола и телескопа упираются через
консоли с роликами на внеШI;Iие направляющие, распо-
ложенные по периметру на равных расстояниях. Ниж-
ние края колокола и телескопа упираются на BHYTpeH
ние направляющие, прикрепленные к корпусу колокола
и резервуара. Расчетное внутреннее давление реrули-
руется приrрузкой колокола.
Толщину стенки резервуара определяют расчетом
на rидравлическое давление воды и избыточное внутрен.
нее давление, а толщину стенки колокола и телескопа
расчетом на внутреннее давление. Наименьшая толщина
стенок принимается 4 мм, крыши колокола 2,5 3 мм.
Крышу колокола делают из листов, приваренных к на-
Напряжение в цилиндрической части резервуара опре-
деляется по формулам (XI.17) и (XI.18), в днищах в
зависимости от ero вида. Прочность проверяется с уче-
том приведенных напряжений (XI.21). ДЛЯ резервуаро ,
в которых возможен вакуум, необходима проверка устои-
чивости элемента оболочек по формуле (XI. 22).
Шаровые резервуары (рис. XI.6, б) применяют для
хранения сжиженных rазов и низкокипящих нефтепро-
дуктов при внутреннем избыточном давлении (200
600 кН/м 2 ). Шаровые резервуары устанавливают на 8
12 колонн или на специальное опорное кольцо. Напря-
жения в оболочке шаровоrо резервуара определяют по
формуле (XI. 16), При наличии вакуума необходима
проверка местной устойчивости.
Каплевидные резервуары (рис. XI. 6, в) имеют фор-
му капли жидкости на несмачивающейся поверхности
под действием сил поверхностноrо натяжения. В усло
виях нормальноrо режима такие резервуары являются
равнопрочной и весьма экономичной по затрате стали
конструкцией. Целесообразно применение резервуаров
объемом 2000 6000 м З при избыточном давлении 30
50 кН/м2 И вакууме до 3 кН/м 2 . Скорлупы для капле
видных резервуаров штампуют на прессах.
Мноеоторовые резервуары (рис. XI. 6, 2) рациональ
ны объемом более 6000 м З , однако значительная TPYДO
емкость изrотовления препятствует их широкому pac
пространению.
2. rАзrОЛЬДЕРЫ
402
26*
403
клонным стропилам из швеллеров. В центре стропила
прикрепляют к опорному кольцу. Стропила соединяют
друr с друrом обрешеткой из уrолКоВ, на которые TaK
же опираются листы крыши колокола.
В .мокрых еазеольдерах с винтовыми наnра8ляющи
ми подъем и опускание колокола и телескопов произво
дятся не вертикально вверх с упором роликов во внеш
ние и внутренние вертикальные направляющие, а u по
винтовой линии подобно движению винта в rаике.
[,.
I
ф: . ,
.". . f '; "i ,;i.:;' 1 :;'
...} .,, :, ... . )со
.' ,'fiё:,:(,;,yи ..,.
{ : ""/"{
" , ; : "lf'
..... ::.':. ':"..:...
l; IЧ,<
ВИНТОБые направЛяющие расположены на внешней
поверхности rазrольдера под уrлом 450. Под давлением
rаза колокол как бы вывинчивается в направляющих po
ликах, расположенных вверху нижележащеrо звена
(рис. XI. 8, а, б).
В остальном конструкции Винтовоrо rазrольдера
аналоrичны конструкциям rазrольдера с вертикальными
направляющими. В них так же есть наполненный БОДОЙ
'. '
=:.;.
1""
1:';:"
.
;.'
" {","
f ' Ir' »l:i
'" /it9
jt': 4 >
'i{
"
тi
I
.....: .;,
-;:' ' :;'::'1. . '1.:
-t:
404
; , : , :
"l !
. :.
.
-(,.
""--1
':!
,'.
О)
A A
<::>
""
Дк8н
38000
Дт8н
38910
<::>
""
i:qoo
Л;, 8н=37820
АТ
lA
Рис. XI.8. Мокрый rазrольдер с винтовыми направляющими
а общий вид; б конструкция роликов и винтовой направляющей; в KOH
CTPYKTUBHa.Q схеМа
резервуар, колокол и промежуточные звенья телеско
пы. соединяемые rидравлическими затворами.
Винтовые направляющие делают из rHYToro по БИН-
товой линии рельса узкой колеи или двутавра. Направ
ляющие приваривают к оболочке корпуса СПЛОШными
Швами толщиной 4 мм. Для свободноrо перемещения
ПОДБИЖНЫХ звеньев БИНТОБые направляющие должны
быть устаНОБлены с большой точностью. Несмотря на
более жесткие требования пр}>] монтаже, rазrольдеры
с винтовыми направляющими имеют меньшую (пример-
но на 10%) массу, так как в них отсутствует кар]{ас с
26a 950
Рис. XI.7. Мокрые rазrольдеры
с вертикальными направляю-
щими
общий вид; б конструктивная
схема; 1 колокол; 2 телескоп;
:3 резервуар; 4 внешние направ.
ляющие; 5 внутренние направляю-
щие; 6 водяной затвор; 7 при-
еруз; 8 верхний рол"к колокола;
9 верхний ролик телескопа; /0
ниЖний ролик колокола; / / ни»
ний ролик телескопа
405
внешними вертикальными направляющими, механи
ческие детали (ролики) леrче; ролики не опускаются в
вод и более доступны для ремонта. Конструктивная
cxe a MOKporo rазrольдера с винтовыми направляющи
ми показана на рис. XI. 8, в
Сухие rазrольдеры nоршневоео типа представляют
собой вертикальный резервуар, внутри KOToporo Ha
OQG
б)
Рис. XI.9. Сухой rазrольдер с rибкой
секцией
а nринцun работы; {J конструктивная
схема' J nоршень; 2 выравнивающие
ролики. 3 ТрОСь! выравнивающих ролu:
ков; 4. zuбкая секция из nрорезuнеННDU
ткани
ится по шень. rаз под давлением 2 4 кН/м2 подает-
Дпод пор ень и поднимает ero до предельноrо п о::;
. п и выпуске rаза поршень опускается. е
; H M и внутренней поверхностью корпуса устроен
скользящий затвор на консистентной смазке, препятсТ
вующий просачиванию rаза в надпоршневое простран-
CTB o С р авнению с мокрыми сухие rазrольдеры имеют
. Т р еб у ют водяноrо резер-
некоторые преимущества. не Р емя
в а а и стройства для подоrрева воды в зимнее в ,
:CfT Br:;a Y:e ::: :eX!b :.M oH:K 'TJ ;:;
имеют существенные недостатки, сильно оrраничиваю-
щие их применение: сложность и трудоемкость изrотоВ
ления более высокую стоимость эксплуатации. ое
Сухие еазеольдеры с еибкой секцией имеют важн
значение для химической промыш енности, так Ka e :
полностью rерметичны и хранимыи rаз не увлажн oro
и не засоряется маслами, как в rазrольдере поршнев
тип н а. И X I 9 показаны принцип работы и конструк-
а р с. . u u По р шень
тивная схема rазrольдера с rибкои секциеи. er o
ьс я П р и заполнении
rазrОЛЪДера может поднимат
406
rазом. Поршень имеет ролики, по которым во встречных
направлениях проходят ДВа каната (как у чертежной
рейсшины, перемещаемой параллельно самой себе).
Это предохраняет поршень от перекашивания. Особен-
ностью TaKoro резервуара является rибкая цилиндри-
ческая секция из прорезиненной ткани, прикрепленная
одним концом к корпусу, друrим к Поршню, которая
обеспечивает rерметичность между корпусом и порш-
нем. Внутреннее давление в резервуаре реrулируется
приrрузкой поршня железобетонными rрузами.
rальrольдеры BbIcoKoro давления рассчитывают, ис
пытывают и эксплуатируют по правилам rocropTexHak
зора. Аналоrично резервуарам повышенноrо давления
цИЛиндрические rазrольдеры часто выполняют rабарит
ными для провоза по железной дороrе и затем на про-
мышленном объекте устанавливают rруппами (батарея-
ми) в rоризонтальном или вертикальном положении.
Конструкция цилиндрических и шаровых rазrольдеров
аналоrична конструкции резервуаров соответствующей
формы (см. рис. XI. 6, а, б).
3. БУНКЕРА и'силосы
Бункерами и силосами называют емкости для xpaHe
ния и переrрузки сыпучих материалов. Силосы отли
чаются от бункеров тем, что имеют высокую цилиндри
ческую часть. В плане бункера делают квадратными,
прямоуrольными и круrлыми; металлические силосы,
как правило, круrлые. Для хранения больших объемов
сыпучих материалов применяют подвесные бункера с
rибкими стенками параболическоrо очертания. В ряде
случаев для предохранения стенок от истирания пре
дусматривается футеровка бункера стальными листами,
чуrунными или железобетонными плитами.
На рис. XI. 10 показаны КОНСтруктивная схема и де-
тали прямоуrольноrо бункера. Конструкция бункера
состоит из вертикальных балок и конической воронки,
стенки которой укреплены ребрами жесткости из уrол
ков.
Расчетное вертикальное qx и rОризонтальное qy дав-
ление, действующее на лист стенки на rлубине х от по
верхности сыпучеrо материала, составляет:
qx n1'х; qy n1'х tg 2 (450 ЧJ/2),
26a
407
а)
I
'1\
"
L120x80x8 I
i!
A
'"
'"'
Е
. ; !
)
t "1'
,:.,
,,"о" . "f:
tшD
б)
,
JOO'20
J 2l j
Площадь
формул
поперечноrо сечения б у нк ера
определяется
0=8
.' $.J..
. , .i ."
m
:-:.- "
,::'...; ';'>
,.",&1, .
$5:i
: 1 ' ... , !
:: l ' /.
,j'i i { k'c.{> ',1f
т t
. -,. ". i
'; . t
5
F==4"fl. (XI.30)
Наибольшая ордината К р ивой
пролета наrрузки Посередине
5
Рманс == п 4" y/, (XI.31)
[де n=== 1,2 коэффициент переrрузки.
Реакция в точках подвес
Ки (см. рис. XI. 11, б): а на единицу длины оболоч-
н == Рм:шс [2 V == Рмаис 1 .
31 2 '
Т == V Н2 + У 2
Толщину стенки бункера определяют прочност .
растяжение сварных швов встык. сое ДИНЯЮЩ " IХ
оболочки: . листы
б == T/R B (ХI 33)
В продольном направлении обо .очка б .
вешивается к б JJ ункера под-
При большой д:::: ' : ;opыe опираются на колонны.
устанавливают проме1уто :ы Л а в сприяти ф я распора Н
верхнему краю. л и или ер мы П0 ero---
Рис. XI.IO. ПрямоуrQЛЬНЫЙ бункер
а конструктивная схема; б креnлсние бункера к продольной и nопеvечной
балке; в соnряжеltие ребер; 2 выходное отверстие
rде n=== 1,2 коэффицие'НТ переrрузки; 'v объемнаЯ
масса сыпучеrо тела; qJ уrол eCTecTBeHHoro откоса сы-
пучеrо тела ('V и ЧJ принимаются по справочникам).
Обшивку воронки рассчитывают на изrиб с растяже-
нием как тонкую пластинку на действие нормальноrо 1\
ее поверхности давления сыпучеrо материала
q == qxcos 2 а + qy sin 2 а, (XI.28)
rде а уrол наклона ПЛОGКОСТИ воронки к rоризонту.
rоризонтальные ребра жесткости из уrолков рассчи
тывают как балки на давление сыпучеrо материала.
rибкий бункер объемом 10000 т для руды показан
на рис. XI. 11. Для Toro чтобы оболочка бункера рабо.
тала rлавным образом на растяжение, ее очертание при-
нимается по уравнению
3
у == 2' {(хт2О lxI/3/). (XI.29)
408
">. '.
"
,,'
?.:
1
\{
, .;i;" , t
.;
".-............ . ...:......
т
Рис. XI.lI. rибкий бункер
общий вид: б расчетная схема
409
4. ЛиСТОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ ДОМЕННЫХ ЦЕХОВ
Д u ех это комплекс инженерных сооруже
оменныи Ц уна из желез
: :' р% Н БН : Н :; : е Ь Идо нноrо цеха по
казан на рис. 1.2. параметром доменноrо
[лавным технолоrИ ; ооружений комплекса, яв
цеха, определяющим ра .
0.) А . А.
N
:;:
::!:
t::I ::
Q
""
'"
t:::
'''' 1
'"
i .
ДJi
145 45 u
1 YIr
5)
ройства, консольные МОнтаЖные балки, rазопроводы; На
надколошниковые КОНСТРУКЦИИ Опирается наклонный
мост.
I(ожух доменной печи сваривают при монтаже из
вальцованных стальных листов (рис. XI. 12): внизу
листы УКрупняют в отдельные царrи, включающие ДBa
три пояса по высоте, затем царrи Подают на монтируе
мый кожух и приваривают КОльцевым швом. Нижняя
вертикальная часть кожуха относится к лещади, явля
ющейся основанием печи; в ней раСполаrаются оrнеупор
ные уrлеродистые блоки. Сужающаяся внутри над ле
щадью часть кожуха называется ropHoM, ВНовь расши
РЯЮщаяся часть до MopaTopHoro Кольца наЗывается
заплечиками, а выше кольца или распара находится
ОСновная часть печи шахта. Мораторное КОльцо слу-
жит для поддержания футеровки шахты, наrрузка от
Которой через Колонны ropHa передается на фундамент.
При HarpeBe печи футеровка ее расширяется, поэто
му между кожухом печи и футеровкой предусматривает
ся небольшой зазор, заполненный упруrой набойкой
I(ожух печи подверrается большому внутреннему давле-
Нию, поэтому толщина ero листов в нижней части дo
стиrает 40 '45 мм, постепенно уменьшаясь с высотой до
22 30 ММ для верха шахты. Так как все листы кожуха
свариваются встык, при такой толщине листов необходи-
ма раздеЛКа кромок под сварку.
Толщина Листов кожуха доменной печи определяет
ся расчетом по формулам. приведенным в специальной
литературе 1 .
Воздухонаrреватели представляют собой кожухи ци-
линдрической формы диаметром 8 10 м со сферическим
куполом и плоским днищем общей высотой до 40 50 м
(рис. XI.13). Внутри воздухонаrревателя уложен кир-
пич на ребро в клетку для создания воздушных про-
ходов, а около стенок футеровка СПлошная.
I(ирпичный купол футеровки воздухонаrревателя не
доводят до верха стальноrо купола примерно на 500 мм,
45.
Рис. XI.12. Кожух доменной печи
листов; б развеотка поясных
а разрез по кожуху и детали сопряжения
листов кожуха
ляется объем доменной печи, который достиrает в Ha
сто еек ;сОО е :ллоконструкций о COBpeMeH :c:
u ется свыше 500 т металл
меннои печ расходу 4 0 450l из них листовые конст-
конструкции, причем 10
рукции типа оболочек. собой металлическую
Доменная печь предстаВЛЯ rне по ной футеровкой.
шахту, облицованную ИЗНУ с Т п Р е И Цllф ичlскtе бочкообразное
П Ф ль шахты имеет
ро и об у словленное технолоrическим процессоМ
очертание, u печи 'становлены надколошниковые
Выше доменнои Д ЛЯ' обсл у живания засыпноrо УСТ-
конструкции: копер
410
1 Справочник проеКТИРОВLЦика. еталлические конструкции про
мышленных зданий и сооружений. .: rосстройиздат, 1962.
С т Р е л е Ц к и й Н. С., Б е л е н я Е. И., В е Д е н и к о в r. С.
и др. еталлические конструкции (специальный курс). .: Строй из.
Дат, 1965.
М и л л е р В. Я., К о р ч а r и н В. А., Т о л о к о н н и к о в В. r.
Стальные конструкции Комплекса доменной печи и rазоочистки. .:
Стройиздат, 1965.
411
сварк й, а все монтажные швы сваркой встык с 3
дел кои кромок. ра
Пылеуловители п едставляют собой цилиндр диамет-
ром 8 12 м, высотои 12 14 м с конусообразным к по.
лом и днищем, установленным на стальных или жел зо-
бетонных колоннах. Меж-
ду колоннами проходят а)
железнодорожные BaroHbI
для вывоза пыли (рис,
XI.14). Внутренняя по
верхность пылеуловителя
футеруется шамотным
Кирпичом или жаропроч-
ным бетоном, предохра-
Няющим металл от исти
рания. Футеровка крепит-
ся на каркасе из кольце-
вых и меРИдиональных
ребер, которые одновре-
менно иrрают роль ребер
жесткости и обеспечива-
ют УСТОйчивость оболоч-
и при вакууме (от по
падания пара или резкоrо
оседания Шихты в домен-
ной печи). В Днище
устраивается ВЫпускное
отверстие для пыли. Ko
жух пылеуловителя тол-
щиной 10 16 мм работа-
ет на внутреннее давле- Рис. XI.14. Пылеуловитель
ние rаза. а общий вид; б узлы соnряжен-ия
Пе р ехо д на я Часть обо - листов кожуха; в узел оnирания ко-
жуха пылеуловителя
лочки от цилиндра к верх-
нему и нижнему конусам
для уменьшения краевых изrибающих моментов делает
ся в виде тора или конической вставки толщиной 16
20 мм.
Колонны пылеуловителя развязываются связями,
Причем со стороны железнодорожных путей эти связи
ставят выше уровня рабочей площадки для проп у ска
BarOHOB.
чтобы при продольном росте кладки от наrревания она
не упиралась в верх кожуха и не растяrивала ero. Для
этой же цели между цилиндрической частью кожуха и
футеровкой оставляют зазор. заполняемый упруrой на.
бойкой.
'й)
,< ..
ф ., \.
. "": .:\ "'-.
: .l ';;';::..:, _. .'
g .'., .%.. i!+
.Ш.?
m> ,)'
Hi:' ,.,
I ..
..;. '$<-'
;,,' : .
:.
1:'
"'e!; >-
...t. " "
,) i; .
. t. ".
;" ,- f : 1
. .' ii '1
'-. ,!tt
ig,"""". '
t:: : !
". . .... .
.. .. ...",
Т, '.,'"
:''«
,
""'"
14
tffч
I Ч{l 8нЧЧ 86
14
2 450
24 "" Rвн=чч86
trояс f
Рис. XI.13 Воздухонаrреватели
а общий вид во 6реfttя С1роите.lьства; б раскрой и сопряжение листов
кожуха (;;лева nоказан- раскрой кожуха при ручной сварке, справа при
рулонирован-ии)
При заполнении воздухонаrревателя воздухом под
давлением ero плоское днище стремится выrнуться и
приподнять воздухонаrреватель. Чтобы предотвратить
это, кожух заанкеривают в бетон фундамента стальны
ми листовыми анкерами, приваренными по периметру
к нижней uapre.
Толщину листов купола и кожуха воздухонаrревате-
ля, за исключением нижней царrи, принимают 12 14 мм,
что позволяет при изrотовлении цилиндрической частИ
применять метод рулонирования конструкций. Нижня
царrа, к которой крепятся анкеры, делается толщиной
20 24 мм, а днище толщиной 0,7-5 толщины листов
примыкающеrо к нему кожуха (обычно 16 20 мм). За-
водские швы полотнищ выполняются автоматической
412
б)..
f
18
5Ш
10
:lfOOO'
;fi 16 2
7 7
450
W
Ви8 А В)
: :
;.l
.' '27 O' :
4J3
r n а в а XII
МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ
СПЕЦИАЛЬНЫХ СООРУЖЕНИй
большоrо расхода металла. Основными достоинствами
балочных конструкций являются четкость работы, OT
сутствие распорных усилий и нечувствительность к ocaд
Ka опор. rлавный их недостаток сравнительно боль
шои расход стали и большая высота, вызванные
большими пролетными моментами и требованиями же
rруппа конструкций специальных сооружений xa
рактерна большим разнообразием: пролетные строения
мостов, эстакад, большепролетные покрытия, каркасы
высотных зданий, башни, мачты, подвижные KOHCTPYK
цИИ и т. д. В этой rлаве рассматриваются конструкции
большепролетных покрытий и сооружения башенноrо и
мачтовоrо типов.
Ось симметрии
t 46. &ОЛЬШЕПРОЛЕТНЫЕ ПОКРЫТИЯ
Большими считаются пролеты размером более 45
50 м. Большепролетными сооружают здания обществен
ното назначения концертные и спортивные залы, BЫ
ставочные павильоны, вокзалы, рынки и т. П., а также
здания специальноrо назначения антары, авиасбороч-
ные цехи, rаражи, троллейбусные парки и т. д. В боль-
шепролетных конструкциях существенную долю в рас-
четной наrрузке составляет собственный вес, поэтому
для их сооружения особенно эффективно применение
сталей повышенной прочности и алюминиевых сплавов,
уменьшающих вес конструкций.
Перекрывать большие пролеты Можно различными
системами, каждая из которых имеет свои преимущест-
ва и недостатки. Основные из этих систем стержневые
конструкции балочноrо, рамното и арочноrо типов.
Кроме Toro, применяются висячие (тросовые) конст-
рукции, различные комбинированные решения, а также
пространственные системы в виде сводов, складок и KY
полов. То или иное конструктивное решение большепро
летноrо покрытия выбирают исходя из конкретных yc
ловий при проектировании соооружения.
1
Рис. XH.I. Схемы большепро
летных ферм
Рис. ХН.2. Узел большепролет
ной двустенчатой фермы
1. БАЛОЧНЫЕ ПОКРЫТИЯ
СТКОСТИ. Из этих условий балочные большепролетные
конструкции 'применяют обычно при пролетах до Ю м.
Несущие фермы больших пролетов мотут иметь раз-
личное очертание поясов и системы решеток. Фермы с
параллельными поясами (рис. ХII.1, а) проектируют
обычно с треуrольной или раскосной решеткой, их BЫCO
ту принимают в пределах 1/8 1/15 пролета. Трапецеи
альные фермы (рис. XII.I, б) делают с уклоном кровли
1==1/10 1/15 И высотой посередине 1/7 1/11 пролета. CeT
ментные фермы (рис. ХII.1, в) имеют небольшие усилия
в раскосах, поэтому здесь целесообразна разреженная
или крестовая решетка; высоту их посередине peKOMeH
дуется назначать 1/8 1/12 пролета. Высота мноrопролет
ных неразрезных или консольных ферм может быть
уменьшена на 20 25% по сравнению с разрезными. Ce
чения большепролетных ферм с усилиями в стержнях
свыше 4000 5000 кН обычно принимают составными из
сварных двутавров или Прокатных профилей, рис. ХII.2.
-Большие усилия в стержнях леrче передаются в узлах
через две фасонки, поэтому такие фермы называются
двустенчатыми. Большая высота ферм не позволяет пе-
ревозить их по железной дороrе в виде собранных от-
правочных элементов, поэтому они поступают на мон-
Большепролетные балочные покрытия состоят обыч.
но из несущих поперечных ферм (сквозных балок), pac
полаrаемых с шаrом 12 м, и промежуточных конструк-
ций, Сплошные разрезные балки не применяют из за
41-4
415
таж рОССЫПЬЮ И укрупняются на месте. Элементы соеди-
няют сваркой или высокопрочными болтами. Применять
болты повышенной точности и заклепки не следует из за
высокой трудоемкости.
Рассчитывают большепролетные фермы и подбирают
их сечения аналоrично требованиям, указанным в rл. IX.
rде n число катков; d диаметр катка; Rc.H расче1
ное сопротивление диаметральному сжатию катков при
свободном касании, принимаемое по табл. IV.1.
Балансирные и катковые опоры делают литыми из
стали 35Л, а катки вытачивают из стали 5.
Рамные покрытия отличаются от балочных жестким
защемлением риrелей в колоннах. Основными преиму
ществами рамных покрытий по сравнению с балочными
Являются меньший вес и
меНьшая высота риrелей из-
за уменьшения пролетных
моментов разrрузкой их
опорными моментами, а так-
же большая поперечная
жесткость. Уменьшение вы-
соты риrеля позволяет изrо-
Товлять фермы покрытий
пролетом до 60 м rабарит
ными. Блаrодаря уменьше
нию высоты риrеля в рам-
ных перекрытиях возможно
применение сплошных кон- б)
струкций (при пролетах
примерно до 60 м). Недо-
статки рамных конструкций
заключаются в утяжелении
колонн по сравнению с ба- Рис. XII.4. Схемы большепро-
лочными системами, чувстви- летных рам
тельности к неравномерным o oc : : Z O сечения; б сnлоLU-
осадкам опор и изменениям
температуры, в появлении
распорных усилий в фундаментах. Рамные конструкции
применяются для пролетов до 120 м. При дальнейшем
увеличении пролета они становятся неэкономичными. На
рис. ХIIА показаны некоторые схемы рамных покрытий.
Наиболее часто применяются рамы с шарнирным
опиранием, так как жесткая заделка колонн сильно уве-
личивает размеры фундаментов. Высоту риrелей рам
рекомендуется принимать равной: при сквозных фермах
1/12 1/18 пролета, при сплошных риrелях I/20 I/зо про-
лета
2, РАМНЫЕ ПОКРЫТИЯ
a \
А
n)
Рис. XII.3. Специальные опоры
большепролетных ферм
а танееНЦИQльная; б балансир
f/QЯ; в катковая
Вследствие больших опорных реакций возникает не-
обходимость передачи их CTpOrO по оси узла фермы, в
противном случае MorYT возникнуть значительные до-
полнительные напряжения. Четкая передача опорной ре-
акции может быть достиrнута посредством танrенциаль-
ной или специальной балансирной опоры (рис. ХII.3, а,
б). Кроме Toro, при пролетах 60 90 м становится суще
ственным взаимное смещение опор из за проrиба фермы
и ее температурных деформаций. В этом случае одна из
опор может быть KaTKoBoro типа (рис. ХII.3, в), допус-
кающая свободные rоризонтальные перемещения. Если
фермы устанавливают на высокие rибкие колонны, то
даже при пролетах 80 .90 м обе опоры MorYT быть не-
fЮДВИЖНЫМИ из-за податливости верхних частей колонн.
Катки балансирных опор в цилиндрических шарни-
рах (цапфах) (рис. ХII.3, б) при центральном уrле ка-
сания поверхностей 'Л/2 рассчитывают на местное
смятие по формуле
А
асм.м 1,25rt -< R CM . M ,
(хн. I)
rде А давление на опору; r радиус катка; 1 длина
катка; RCM м расчетное сопротивление местному смя-
тию при плотном касании, принимаемое по табл. IV.l.
Катки, находящиеся между двумя параллельными
плоскостями (рис. ХII.2, в), рассчитывают на диамет-
ральное сжатие по формуле
А
а с ,. == < R C '"
.ц ndt .n
(ХН .2)
416
а)
ОСЬ симметрии
l
r. : '1
417
Рамы рассчитывают как статически неопределимые
системы методами строительной механики. В целях уп-
рощения расчета решетчатыхuрам их распор допускаетс
определять как для сплошнои рамы. Рекомендуется сле
дующий порядок расчета таких рам:
1) приближенным расчетом устанавливают предва-
рительные сечения по
ясов рамы;
2) определяют мо:
менты инерции сечении
риrеля и стоек по при
ближенным формулам;
3) рассчитывают
статически неопредели
мую раму и находят ее
распор. Расчетную cxe
му рамы следует при
нимать по rеометриче
ским осям;
4) определив опор-
Рис. ХIl.5. Продольная компоношш ные реакции, находят
покрытия aHrapa расчетные усилия во
всех стержнях, по ко-
торым окончательно подбирают их сечения.
Типы сечений, конструкция узлов и соединения paM
ных ферм такие же, как и для тяжелых ферм балочных
покрытий.
Сплошные рамы обычно принимar тся двутавровоrо
сечения и подбираются на изrибающии момент, продоль-
ную и поперечную силы, найденные статическим расче-
том как внецентренно сжатые сплошные стержни.
Компоновка рамных покрытий бывает поперечная,
коrда несущие рамы ставят поперек здания с определен-
ным шаrом (чаще Bcero 12 м), и продольная, apaKTep-
ная для конструкций aHrapoB. При продольнои компо-
новке основная несущая рама ставится в направлении
большеrо размера плана здания (здесь устраиваются
раздвижные ворота) и на нее опираются поперечные
фермы (рис. ХII.5). Применение ферм с консолями,.. вы-
ходящими за несущую раму, значительно облеrчает по-
перечные фермы, но несколько утяжеляет раму.
Верхние и нижние пояса несущих рам и поперечных
ферм развязываются крестовыми связями, обеспечива-
ющими их устойчивость.
А Поперечные
A\ qJepMbI
I I r :p., I
!i "
::t
"
..
ПроiJ//ьноя несуЩО/l k 1:: 0-1
рома А 11
r \=T
О
\
I
I
418
8. АРОЧНЫЕ ПОКРЫТИЯ
Арочные покрытия применяют при больших проле-
тах (ДО 200 м) и равномерной наrрузке. В этом случае
изrибающие моменты в арке незначительны и она рабо-
тает rлавным образом на осевую силу. По статической
схеме арки разделяют на бесшарнирные, ДBYX и трех-
6
]
t l J
Рис. ХН.б. Сечения сплош-
ных и сквозных арок
kA Б Б
(спло шные аРIШ) (СМазн ые арк и)
1 [) 1]
I
"1"' .,...." ir .,r
I I I I I
.iL JL.J I I
" i'
\ I
't:i
Рис ХН.7. К расчету аро:с
а)
!I
fR.
х
I
L JI
/ ,5
t R6
l
шарнирные. Трехшарнирные арки статически определи-
M I, в них не возникает ДОПолнительных усилий от тем-
пературных колебаний и осадки опор. Двухшарнирные
арки однажды статически неопределимы, от темпера
турных воздействий в них возникают дополнительные
усилия. Бесшарнирные арки, хотя и экономичны по весу,
в металлических КОнструкциях применяются очень ред-
ко (они имеют массивные опоры, ЧУВствительны к тем-
пературным колебаниям и осадкам опор). Если арка
очерчена по кривой давления, то изrибающие моменты в
ней минимальные. При равномерно распределенной на-
rрузке кривой давления является парабола, поэтому
очертание арок ПрИНИМают параболическим или по дy
419
re Kpyra, что упрощает изrотовление (в полоrих арках
дуrз Kpyra почти совпадает с параболой).
Сквозные арки часто проектируют из прямолинейных
участков, близко следующих к дуrе Kpyra или параболе.
Рациональная стрела арки f, при которой достиrается
наименьшая масса, находится в пределах 1/4 1/6 проле-
та. В арках с затяжками, установленных на колонны,
это отношение принимают до 1/8 пролета (рис. ХН.6).
При пролетах до 60 м высота сечения сплошных арок
принимается 1/50 1/60 пролета, сквозных арок l/зо
1/45 пролета; при больших пролетах соответственно
1/60 1/80 и 1/45 1/60 пролета Сечения арок для простоты
изrотовления чаще Bcero применяются постоянной вы-
соты (арни с параллельными поясами), но иноrда их
делают и переменными по высоте (серповидными).
Сплошные арки небольших пролетов делают из прокат-
ных профилей, вальцованных на стенку, более мощные
арки проектируют из составных сварных двутавров.
JIеrкие сквозные арки иноrда делают TaKoro же сечения
как фермы, с поясами из двух уrолков.
Для большей жесткости из плоскости арки и удобст-
ва монтажа сечение сквозных арок может быть прост-
ранственным, прямоуrольноrо или треуrольноrо очерта-
ния. Иноrда плоские арки объединяют связями, блаrо-
даря чему образуется жесткий пространственный блок.
удобный в монтаже.
Расчет арок начинается с определения распора Н
(рис. ХН.7, а). В статически определимых трехшарнир-
ных арках распор находят по формуле
н Мб/f,
(ХП.3)
rде Мб балочный момент в середине пролета: f
стрела арки.
Двухшарнирные арки один раз статически неопреде-
лимы, поэтому распор определяют из каноническоrо
уравнения метода сил:
Н Х 1 /1 1р /б 1 i. (ХП.4)
Распор от равномерно распределенной наrрузки q для
параболических и полоrих KpyroBbIx арок любой стати'"
ческой схемы с достаточноЙ точностью определяется
формулой
н == ql2/8f.
(ХII.5
420
.
Определив распор, находят изrибающие моменты, про-
дольные и поперечные силы для любоrо сечения арки
на расстоянии х от левой опоры (рис. ХН.7, а):
МХ==Мб НУ; (ХП.6)
Qx Qбсоsа Н sin а; (ХП.7)
Nх==Qбsiпа+Нсоsа, (ХП.8)
rде Мб и Qб балочный момент и поперечная сила на
расстоянии х от опоры, полученные при рассмотрении
арки как балки пролетом 1; у ордината оси арки; a
уrол между касательной к оси арки и rоризонталью.
Обычно пролет арки разбивают на равное число час-
тей (примерно 10) и для каждой из этих точек находят
расчетные усилия Мх, N x и Qx. Решения арок на различ-
ные виды наrрузок можно найти в справочной литера-
туре 1.
Сечение сплошной арки работает на сжатие с изrи-
бом и подбирается по правилам расчета внецентренно-
сжатых сплошных стержней.
Элементы сквозной арки подбирают на продольные
усилия в стержнях, которые получают разложением рас-
четных усилий арки Мх, N x и Qx (рис. ХН.7, б):
усилие в верхне'М поясе
Nв.п== Nх/2+Мх/h; (ХII.9)
усилие в нижнем поясе
N н . п == N x /2 Mx/h; (ХII.IO)
усилие в раскосах
Np Qx/sinf3, (ХП.II)
rде h расстояние между центрами тяжести поясов ар-
ки; fЗ уrол наклона раскоса к поясу.
Если сечение поясов арки неодинаковое, то нормаль-
ную силу распределяют между ними обратно пропорцио-
нально расстояниям до центра тяжести (как во внеllент-
ренно сжатых сквозных колоннах).
Распор больших арок целесообразно передавать че-
рез фундамент на rpYHT, что является наиболее эконо-
мичным. В поднятых арках (рис. ХН.В) распор воспри-
нимается затяжкой, которая удерживается подвесками.
Напряжение в затяжке проверяют по формуле
а ==НJF з <.R. (ХП.12)
1 Справочник проеКТИрОIjЩljка. Расчетно теоретический, т. 1. М.:
СТРОЙllзцат, 1972.
.,
,
27 950
42!
Арка должна быть проверена на устойчивость в вер-
тикальной плоскости. Наиболее вероятной формой поте-
ри устойчивости арки является 5 образная кривая с точ-
кой l1еfеrиба, близкой к середИне арки. Поэтому с доста-
точкой степенью точности устойчивость арки может
быть проверена как центрально сжатоrо стержня (изrи-
При несимметричных наrрузках в арках возникают
большие изrибающие моменты, поэтому их следует про
верять на неравномерную снеrовую наrрузку, воздейст
вие ветра, отдельные сосредоточенные rрузы и т. д.
Опорные шарниры арок бывают трех типов: плиточ
ные, пятниковые и балансирные (рис. ХII.9). Наиболее
qiп;ы ,
:,"1r/lr,v
I J] 11 (\....!J 11 I ,. 1.
простым и ЯВЛЯЮтся плиточные шарниры. Нормальная
сила здесь передается через опорную подушку с ll.илин
дрической поверхностью, а для восприятия поперечных
сил служат оrраничители. Плитку шарнира рассчитыва
ют по формуле (ХII.2). Пятниковые и балансирные опо
ры значительно сложнее. Их применяют в арках боль
ших пролетов при опорных реакцu.ях свыше 8000
10000 кН. Опорные части сквозных арок обычно закан
чивают сплошным сечением, поэтому их опорные шар
ниры имеют аналоrичную конструкцию.
Конструкцию ключевоrо шарнира трехшарнирных
арок чаще Bcero делают в виде плиточноrо шарнира, ре-
же применяют балансирный шарнир. Узел имеет такой
же вид, как и опоры.
1005
fJ)
78000 --'L J.l -'-'- 1 .iL
Рис. ХН.8. Арка с затяжкой покрытия ДI'()рца спорта в Лужниках
(Москва)
бающие моменты в арке малыI и ими можно пренебречь)
с расчетной длиной lp=== t 5/2 (5/2 длина полуарки) .
Коэффициент приведения расчетной длины t учитывает
кривизну стержня, он определяется в зависимости от
отношения стрелы арки к пролету (fll) по табл. ХII.l.
ТАБЛИЦА XII.I. КОФФИЦИЕНТЫ J-L для АРОК
f/l
Тип арк"
1/2n 1/5 1/3 1/2,5
ТрехшаРlIирная 1,2 1,2 J ,2 1,3
Двухшарнирная 1 1,1 1,2 1,3
Бесшарнирная . 0,7 0,75 0,8 0,85
Таким образом, устойчивость арки в вертикальной
плоскости проверяется по формуле
(J == N /<рР <;: mR, (XII.13)
rде N расчетное продольное усилие; F площадь се-
чения арки; т===0,75 коэффициент условий работы,
учитывающий приближенность расчета
Устойчивость арки из плоскости должна быть обес-
печена связями и может быть проверена по формуле
(VIII.25).
422
. '11" r!'
Б)
kA
Рис. ХН.9. Опорные
шарниры арок
а пЛUТО'lНЫU. б пят
никовый; в ..:. бала/-jСUР
пый
47. ВИСЯЧИЕ ПОКРЫТИЯ
1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И КЛАССИФИКАЦИЯ
Висячие конструкции применяют для перекрытия
большепролетных Сооружений Основными несущими
элементами таких конструкций являются rибкие нити
27*
423
(тросы, ванты), работающие только на растяжение. По-
ложительными качествами висячих конструкций явля-
}()тся: небольшой собственный вес, возможность пере-
крытия наибольших пролетов, архитектурная вырази-
тельность.
Основные недостатки висячих конструкций заключа-
ются в повышенной деформативности и наличии распо-
ной приrрузки ПОКрЫ1ИЯ наrрузкой, равнои весу кровли
и CHera. Отвод воды с покрытия создан ero продольным
уклоном в результате различной стрелки провеса сред-
них и торцовых нитей. Здания круrлые или эллиптичес-
кие в плане MorYT иметь радиальную или перекрестную
систему нитей.
а)
5)
CepefJUI;{!
, -'
.
''''I
Торец
ЖелезоостОflныt
плиты
Несущие стержни
ФчОмм 'ft'ре:з1500
Остекление
Ijсло8но не
покозано
8)
M
Рис. XII.II. Схемы двухпоясных Висячих покрытий
, ж;",j-:.'
,//4
ь}
} \fI
. ':'. . ,-;.', ",. ,. t :.
o/4:j ::<: ..
. ':"' ' :. *-!
:: '»: . . ". :. :.: ..: ...
Рис. XII.IO. КОIIСТРУК1ивная схема ОДllопоясноrо висячеrо покрытия
(rараж в Красноярске)
Рис. XII.12. Седло
видное покрытие
эстрадноrо театра
в Харькове
.-*
,_ rji
f ",
oof: o"J) j 000. <'
, .
ра в нитях, для восприятия I\OToporo необходимы специ-
альные опорные конструкции.
Системы висячих покрытий весьма разнообразны и
MorYT быть классифицированы по виду стабилизирую-
щей конструкции.
Однопоясные висячие покрытия без стабилизирую-
щей конструкции. Примером однопоясной системы это-
ro типа является покрытие rаража в Красноярске (рис.
ХII.l О). Несущие нити из круrлых стержней сталИ
25r2C диаметром 40 мм расположены через 1,5 м па-
раллельно друr друrу и по ним уложены ребристые же-
лезобетонные плиты. Чтобы уменьшить деформативность
покрытия и предупредить разрывы в rидроизоляционном
ковре, швы между плитами замоноличены после времен-
, ,, ,;"?-::
<;
.'1
;,..:",.; /J'
Висячие покрытия с продольной стабилизирующей
конструкцией в плоскости несущей нити, которая созда-
ет в ней предварительное напряжение и уменьшает де-
формативнасть, раздеЛЯЮ1СЯ на системы с оттяжками
(рис. XII.ll, а), со стабилизирующим поясом (рис.
XII.ll, б) и вантовые фермы (рис. ХII.ll, в).
В покрытиях с поперечной стабилизирующей конст-
рукцией поперек несущих нитей, имеющих отрицатель.
ную кривизну, располаrаются стабилизирующие нити с
положительной кривизной, натяжением которых созда-
ется предварительное напряжение в покрытии. Такие
покрытия называют седловидными. Седловидные по-
424
1125
крытия эстетически очень выразительны, их часто ПРIl-
меняют для общественных сооружений (рис. ХII.12).
Комбинированные висячие покрытия с жесткими эле-
ментами применяют в тех случаях, Коrда хотят иметь
жесткое покрытие (например, при подвесном траНСПорте
и т. п.).
В сплошных системах (мембранах) несущей и оrраж-
дающей конструкцией является тонкий металлический
лист, работаюший на растяжение.
2. ОСНОВЫ РАСЧЕТА ВИСЯЧИХ ПОКРЬПИИ
Несущим элементом висячей конструкции является
rибкая, закрепленная на опорах нить (рис. ХII.13). Со-
ставив уравнение моментов левой части сил относитель-
fx
n т IIIТI1IТ1ТППТ!Т1l
':" ' 1 J '
Рис. XII.13. Расчетная схема
rибкой нити
но любой точки х нити и приравняв ero нулю (изrибаю-
щий момент в любой точке нити равен нулю), получим
основное уравнение равновесия rибкой нити
Mx Hy O, (XII.14)
[де Мх изrибающий момент на расстоянии х от опо-
ры, определенный как для свободно опертой балки (ба-
лочный момент); Н распор; у ордината провеса
нити.
Из уравнения равновесия можно получить уравнение
самой нити
у MxlH (XII.15)
(откуда следует, что rибкая нить под наrрузкой прини-
мает форму балочной эпюры моментов, уменьшенноЙ в
Н раз), а также найти значение распора
Н М.-,)у M(X I/2)!f. (XII.16)
rде M(x 12) и 1 балочный момент и стрела провеса ни-
ти в середине пролета.
Расчетное усилие в нити Т будет больше распора.
так как Оно является rеометрической суммой распора Н
426
и вертикальной реакции R (см. рис. ХII.13), определен-
ной как для простой балки,
т V R2+H2. (XII.17)
Как видно из уравнений, чтобы найти усилие в нити,
надо знать распор Н, а для определения распора должен
быть известен провес нити f. Расчет rибких нитей зави-
сит от отношения стрелы провеса к пролету.
Полоса я нить (f/l I/20)' Под воздействием наrрузки
нить удлиняется и провес будет равен f+Дf. Факти-
чеСкое значение распора будет не МП, а М/ ({+дп; уси-
лия в нити изменяются более чем на 10% (правда, в
запас прочности). Поэтому нити с отношением провеса
к пролету меньше 1/20 должны рассчитываться с учетом
их удлинения под наrрузкой как упруrие (растяжимые)
нити.
Неполосая нить (f/l>I/ 20 ). Первоначальный провес
f таких нитей значителен Поэтому отношение провеса
под наrрузкой к первоначальному (f+Дf)/f будет не-
большим и, следовательно, распор и усилие в нити из-
менятся незначительно. В этом случае удлинением нити
можно пренебреЧЬ}:f рассчитывать ее как нерастяжимую
нить
Расчет нерастяжимых нитей. Для определения уси-
лий в нити в общем случае надо задаться стрелой про-
веса f или ее длиной [. Длина полоrой кривой прибли-
женно выражается
L== SdS== S VI+( )2dX S[I++( : пdX==
1 1 1
==l++ S( п 2dX. (XII.18)
1
IIродифференuировав уравнение нити [выражение
(ХII.15)] по х:
dy == dM x == Qx
dx Hdx Н
и подставив ero в равенство (ХII.18), получим
J '
L == [----' j Q AX.
I 2H х'"
1
(ХН .19)
Обозначив D== J Q; dx (этот интеrрал, являющийся ха-
t
427
рактеристикой наrрузки, можно вычислить заранее ДЛЯ
различных наrрузок), найдем распор Н через первона-
чальную длину нити L (длину заrотовки):
D
L == [ + 2Н2 ' (ХН .20)
ТАБЛИЦА ХII.2. ЗНАЧЕНИЕ ХАРА!(ТЕРИСТи!( НАtРУзок D
п. I
п.п.
Схема натрузки
Значение D S Q; dl<
1
Y D
H
2 (L [)
q llllllllllllli 111111111111 i IIJ
12
откуда
(ХН .21)
Длина полоrой нити при заданном пролете 1 и CTpe
ле провеса f с достаточной точностыо определяется фор-
мулой П. л. Чебышева
L '/[2+ /2 [ ( 1 + 1: ) (ХН.22)
.. 3 3[2'
Из этой же формулы можно получить полезное выра-
жение стрелы провеса f через длину заrотовки нити tL
и ее пролет:
f 3 fз[
1 == 1 16 (L2 [2);>t \1 8 (L [) ,
Подставив длину нити L из формулы (ХII.22) в вы-
ражение (ХII.20), получим распор Н через величину
лровеса f :
2
1/2
: ""'''''''!
qЧ 3 qp13 5р2[3
12+12+192
3
l
f 9
...!!:!:....
80
4
p ['
J
p2(l a)a
1
( 8 12 ) D
1 l
1 +3 [2 +2Н2'
V 3LD
Н==
41 '
(ХН .23)
Приближенный расчет упруrих (растяжимых) нитей.
Удлинение 111 растянутоrо стержня с площадью сечения
Р, заrруженноrо силой Р, в соответствии с законом rYKa
Pl
M== .
ЕР
(ХН .25)
откуда
rде f начальная стрела провеса нити.
Значения D для некоторых распространенных Harpy-
зок приведены в табл. ХII.2.
Для нерастяжимой нити под равномерно распреде-
ленной наrрузкой все усилия можно получить непосред-
ственно из уравнений (ХII.16) и (XII.17):
q12 ql
H== ' R== '
81 . 2 '
Нить длиной L растяrивается переменной силой, зна-
чение которой меняется от Т дО Н. В первом приближе-
нии для полоrих нитей усилие растяжения можно при-
нять постоянным, равным Н, Тоrда удлинение нити под
наrрузкой будет равно:
HL
ilL::::: ЕР . (ХН .26)
1/ ql ,
Т == J-' 1<.2 + Н2 == 2
1 2
1 .l I )
I \ 41
(ХН .24)
-с друrой стороны, используя rеометрическую связь
между длиной нити и стрелой ее провеса (ХII.22). мож-
429
428
но выразить длину вытянувшейся нити L + I1L, подставив
вместо f значение f+M:
L + дL == [(1 + : (f 2дп2 ) , (ХН.27)
rде I1f приращение стрелы провеса или проrиб нити.
Подставив в выражение (ХII.27) значение L из фор-
мулы (ХII.22), выразим приращение длины нити I1L:
дL == 1 [( 1 + (f + М)2 )] 1 ( 1 + 1: ) == (21М + М2)
3 [2 3 12 31 .
Пренебреrая I1f2 как величиной BToporo порядка Ma
лости по сравнению с I1f, окончательно получим
дL == 161 Д I
31 . (ХII.2В)
Приравнивая значения !'!. L из формул (ХII.26) и
(ХII.28), найдем проrиб нити через ее длину L, распор
Н и провес f
2) найти проrиб нити по формуле (ХII.29) или
(ХII.30) ;
3) уточнить значение распора Н' с учетом растяжи-
мости нити по формуле (ХII.31).
Если требуется большая точность, то распор Н' с уче-
том удлинения нити можно найти непосредственно из pe
шения уравнения 1 :
, з ВЕЕ Н')2 EFD
(Н ) + 3 (Щ)2 (Ц [)3 ( 21 (Ц 1)3
(XII.3
Это уравнение леrко решить rрафически, так как
близкое значение распора Н без учета удлинения нити
известно или леrко может быть определено.
(ХII.30)
3. ДЕТАЛИ КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЯ
В качестве несущих нитей в висячих КQfI(;ТРУКЦИЯХ
при меняют пучки высокопрочной проволоки диаметром
2,5 5 мм, круrлые стержни из леrированных и низколе-
rированных сталей и стальные канаты такие же, как
и в предварительно напряженных конструкциях. В 26
даны характеристики этих материалов, значения расчет-
ных сопротивлений и модулей упруrости.
Конструкции анкерных устройств несущих нитей до-
статочно разнообразны и зависят от типа нитей. Для ни-
тей из круrлых стержней применяются чаще Bcero aHKe
ры с rайками, навинчивающимися непосредственно на
нарезку в конце стержня, или, чтобы не уменьшать рас-
четноrо сечения стержней нарезкой, на приваренный
встык утолщенный отрезок (см. рис. VII.15, а). Такие
нити из стальных стержней вследствие небольшоrо рас-
четноrо сопротивления применяют в конструкциях про-
летом до 60 80 м.
Пучки высокопрочной проволоки закрепляют такими
же анкерами, как напряrающие элементы предвари-
тельно напряженных конструкций (см. рис. VII.15,6 c?).
Наиболее удобны для висячих конструкций сталь-
ные канаты, так как они обладают высокой прочностью,
изrотовляются индустриально, не требуют промежуточ-
Horo соединения. Канаты небольших диаметров MorYT
31 HL
М == 161 ЕР .
Подставив сюда значение L из выражения
найдем проrиб нити через ее провес и распор:
нf ( 3/2 ) .
М == 2ЕР , 812 + 1 .
(ХН .29)
(ХII.22),
Поскольку усилие в нити непостоянно по длине, про-
rиб ее, определенный по формулам (ХII.29) и (ХII.30),
будет несколько заниженным. Если в эти формулы
вместо Н подставить наибольшее усилие в нити Т [вы-
ражение (ХII.17)], то проrиб окажется несколько завы-
шенным. Для практических расчетов можно брать их
полусумму (Н + Т) /2.
Значение распора Н' при расчете нити с учетом ее
удлинения можно получить по формуле (ХII.2З), под-
ставив в нее вместо f значение f+l1f и определив 111 по
ОДllOй из формул (ХII.29) или (ХII.ЗО):
V3iD
Н' == 4 (1 + М) . (ХII.31)
Практически можно поступать следующим образом:
1) найти распор Н как в нерастяжимой нити по Ok
ной из формул (ХII.21) или (ХII.2З);
430
1 С Т Р е л е Ц к и й н с., Б е л е н я Е. И., В е Д е н и к о в r. <:.
и др. Металлические конструкции (специальный курс). М.: Строи-
издат, H .S5.
431
В) 11 Д
I
6)
'. 11 . '
I . d 1.
d t
алюминиевыми сплавами. Эти анкеры трудоемки в про-
изводстве, зато наиболее компактны и эстетичны. Не-
которые детали анкеровки тросов по казаны на
рис. ХН.и.
Усилие несущих нитей передается на опорные конст-
рукции. Для зданий с прямоуrольным планом тяжение
канатов часто передается через вертикальные пилоны
с наклонными оттяжками, заанкеренными в rpYHT.
Для зданий с овальным планом тяжение передается
на наклонные арки или же овальное кольцо, опираю-
щееся на стойки. Наиболее рациональное решение опор-
Horo контура получается для круrлых в плане зданий.
В этом случае в опорном кольце от радиально располо-
женных нитей возникает rлавным образом сжимающее
усилие:
н
N r.
а
(ХII.33)
анкероваться при помощи петли со стандартными КОУ-
шами и сжимами. Число сжимов, прикрепляющих на
коуше конец каната, принимается от четырех при ДИа-
метре каната до 17,5 мм до десяти при диаметре каната
40 мм. Надежная анкеровка канатов получается в стан-
дартных клиновых зажимах с литым или составным кор-
пусом. Для Toro чтобы можно было реrулировать длину
а)
2)
..,, I
I +
I
rде Н распор нити; а расстояние между нитями;
r радиус опорноrо кольца.
Под действием rоризонтальных радиальных сил
(распора Н) кольцо может потерять устойчивость в
плане, поэтому у илие от распора не должно превышать
критическоrо:
Hr 3Е/
< .
а r 2
(ХII.34)
с:::,
Рис. XII.14. Детали анкеровки тросов
а коуш; б сжим; в клиновый зажим; е стакан для заливки конца
троса сплавом
[де J момент инерции сечения кольца в rоризонталь-
ной плоскости.
каната на монтаже, применяют rильзоклиновые анкеры.
имеющие нарезку. Такой анкер представляет собой ци-
линдр (rильзу) с конической полостью и вкладышем-
клином. Расплетенный конец каната вставляют в rильзу
и с торца забивают клин, имеющий волнистую поверх-
ность. После этоrо rильзу продавливают через фильеру
меньшеrо диаметра или прокатывают между валиками.
Возникшие между канатом и rильзой силы заклинива-
Ния и трения обеспечивают надежное заанкеривание.
После этOI'О на rильзе делают резьбу и навинчиваюТ
анкерную rайку.
Широко применяются для стальных канатов также
fильзовые анкеры с заливкой расплетенноrо конца ка.
ната в rильзе леrКОПлаВКIIМИ баббитовыми или цинко-
48. КОНСТРУКЦИИ БАШЕН И МАЧТ
1. ХАРАКТЕРИСТИКА И ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ
432
к башенным и мачтовым конструкциям относится
большая rруппа сооружений, представляющих собой вы-
сокие опоры различноrо назначения: антенные сооруже-
ния для радио, телевидения, ретрансляции; различноrо
рода вышки для бурения, освещения, створных знаков
и rеодезическоrо назначения; опоры для линий электро-
передачи, канатных дороr и т. п.
Башнями называют свободно стоящие сооружения,
ствол которых жестко заделан в основание и работает
как консоль.
Мачты представляют собой высокие тонкоствольные
КОНСТРУКllИИ, расчаленные оттяжками и работающие как
433
балки на упруrих опорах. Мачты Экономичнее башен
по расходу стали, но для их установки требуется б6ль-
шая площадь. Из-за большой высоты башенных н мач-
товых сооружений доминирующее влияние на их работу
оказывают метеоролоrические наrрузки: ветер и rоло-
лед. Наrрузки от собственноrо веса и оборудования вы-
зывают относительно небольшие напряжения (20 25%
расчетных), за исключением небольшой rруппы башен,
например водонапорных, поддерживающих резервуар с
водой, вышек с подъемниками. Напряжения от верти-
кальной силы в стволах мачт составляют около поло-
вины расчетных вследствие воздействия вертикальной
составляющей оттяжек.
LLля уменьшения воздействия ветровой наrрузки ра-
ционально при менять трубчатые сечения, имеющие на-
илучшую обтекаемость, что позволяет уменьшить вес
башен и мачт до 50% по сравнению с конструкциями
из прокатных профилей.
Башни и мачты проектируют из уrлеродистой и низ-
колеrированных сталей. Низколеrированные стали ра-
ционально применять для растянутых элементов и сжа-
тых, имеющих rибкость не более 70 80. LLля сбор но-
разборных башенных сооружений, а также для опор;
устанавливаемых в труднодоступных местах, иноrДа
транспортируемых и монтируемых вертолетами, целесо-
образно применять алюминиевые конструкции с мон-
тажными соединениями на оцинкованных стальных бол-
тах.
Расчетные усилия в башнях определяют как в кон-
сольном внецентренно сжатом стержне под действием
перечисленных выше наrрузок, а в мачтах как во вне-
центренно сжатом стержне, опирающемся на упруrие
опоры 1 .
0) 192, 5 160.5
Рлонец
."
,
'"
-k..:
д д
Рщ:. XII. 15. Типовые' башни однопроrраммных телепентров
а схемы; б узел с Фланцевым соединением поясов
а)
2 КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ
::- I 1J'Л-4,5 1J х П-4,5
<'>:>1
'"
...;
<"
Башни. Стволы высоких башен проектируют сквоз-
Horo сечения, башен небольшой высоты CKB03Horo И
сплошноrо трубчатоrо сечения. Сечения сквозных башен
1 С О К О Л О В А. r. Металлические конструкции антенных УСТ.
ройств. М.: Стройиздат, 1971.
К р ю к о в К. П., н о в r о р о Д Ц е в Б. П. Конструкции и ме-
ханический расчет лииий электролередачи. «Энерrия», ЛеНИНrрадское
отделение, 1970. .
.
.JP..,J
5)
85000
с::::,
[ 70
OCO 480<::o
<:::,
<:::,
лr;о 480
IIСО-480 <:::,
<::о
<::о
<:::,
<::о
<::о
Рис. XII.16. Опоры линий электропередачи
a линейная опора для ЛUНllll 220 кВ; б переходная анкерная опора из труб
BblCOTfila 85 101
434
435
принимают TpeX , четырех или MHororpaHHoro очертания.
Ширина базы башни назначается в пределах 1/6 1/15 ВЫ4
соты, ширина BepxHero сечения 1 2 м. Чтобы упро
стить изrотовление, пояса башни чаще Bcero принимают
прямолинейными (пирамидальные башни), иноrда очеР4
тания башен делают уширяющимися у основания. Ce
чения поясов башен проектируют из труб или прокатных
профилей, раскосы обычно принимают крестовыми, рабо
тающими на растяжение, из таких же профилей или из
круrлых стержней с натяжными муфтами для создания
в них предварительноrо напряжения. На рис XII.15 по-
казаны схемы типовых телебашен и узел с фланцевым
соединением поясов. Схемы этих башен (и друrих, имею-
щих массовое применение) делают унифицированными с
одинаковой rеометрией верхней части. Монтируют Ta
кие башни отдельными секuиями с фланцевыми соеди
нениями на болтах.
Опоры ЛЭП предназначены для поддержания токо-
несущих проводов линий электропередачи (рис. XII.16).
Расстояние между опорами на линиях с напряжением
220 300 кВ принимается 200 400 м, на линиях с на-
пряжением 400 500 KB дo 500 600 м, чем и опреде-
ляется наrрузка на них от проводов.
Опоры ЛЭП разделяются на линейные (промежуточ-
ные), устанавливаемые на прямолинейном участке трас-
сы без преrрад, и специальные (анкерные), расположен-
ные в уrлах трассы (уrловые), у переходов через водные
преrрады и друrие препятствия (переходные). По фор.
ме опоры разделяются на одноствольные, несущие про-
вода на консолях, и портальные (двуствольные или че-
тырехствольные), несущие провода на поперечном пор-
тале. Одноствольные опоры уширяются внизу, что дает
возможность делать их фундаменты в виде отдельных
сборных железобетонных подножников. Линейные опор!>!
воспринимают относительно небольшие продольные уси-
лия и цля них при меняют плоские двуствольные пор
тальные опоры. На специальные опоры действуют боль
шие дополнительные усилия от уrловой составляющей
тяжения проводов, разности тяжения у переходов и
т. д., поэтому их делают четырехствольными с подкО-
сами или оттяжками. Для опор ЛЭП характерна рабо-
та на кручение при одностороннем обрыве проводов.
Проектирование опор линий электропередачи ведетсЯ с
учетом специальных технических требований. Опоры
436
ЛЭП имеют высоту 20 40 м, спеuиальные переходные
опоры у широких рек иноrда достиrают высоты 80 1 00 м.
Сечения поясов и раскосов промежуточных опор
обычно принимают из одиночных уrолков. Вся опора
разбивается на транспортабельные секции с монтажны-
ми соединениями на сварке или болтах. Масса стальных
промежуточных опор для линий 220 500 кВ составляет
lJ) о} А A
1
{'
200
]
...'"
'"
1100 1100
Рис. XIl.17. Трехrранная трубчатая радиомачта
а общий вид; б типовая секция
4 8 т, алюминиевых в 2 2,5 раз меньше, что делает
их очень рациональными для установки в труднодоступ-
ных местах.
Мачты. Стволы мачт проектируют ПОС10ЯНl оrо по вы-
соте сквозноrо или сплошноrо сечения, Сечение в плане
сквозных мачт принимают треуrольное или квадратное
соответственно с тремя или четырьмя оттяжками Ство-
лы сплошных мачт делают из сварных труб. Сечения по-
ясов как более обтекаемые лучше Bcero делать из труб.
Для элементов решетки при меняют трубы и круrлые
стержни. Как пример конСтруктивноrо решения на рис.
XII.17 показана типовая радиомачта треуrольноrо сквоз
Horo сечения. Такие мачты различной высоты собирают
437
Усилие в поясе от нормальной силы в стержнях с одина
ковыми площадями ветвей определяется по формуле
N
NN == ncos '1" (ХН.З7)'
rде n число ветвей или rраней стержня; '\' уrол Ha
клона ветви к вертикальной оси.
м РИС. XII.I8. К опреде-
а) Q J: Мкр лению усилий в эле-
ментах пространствен-
дL A ных СКВОЗНЫХ СТерж-
ней'
'Из одинаковых типовЫх секций с различным числом яру-
сов оттяжек. Оттяжки делают из стальных канатов с
жестким сердечником. Заделывают их в бетонные ан-
керные плиты, расположенные в земле. Оттяжки разных
ярусов размещаются или параллельно друr друrу, или
'сходятся в одну точку. В первом случае усилия в оттяж-
ках меньше и меньше вертикальная составляющая на
ствол, но зато каждой оттяжке необходима отдельная
анкерная опора и большая площадь для установки мач-
ты. Для обеспечения поперечной жесткости мачты на-
именьший уrол наклона оттяжки к вертикали принима-
ется 300. Наибольшее упруrое перемещение конца мач-
ты и точек, в которых крепятся оттяжки, не должно пр е-
вышать 1/100 расстояния от этих точек до земли. Ствол
мачты шарнирно опирается на центральную опору. При
необходимости мачту изолируют от земли бочкообраз-
ными фарфоровыми изоляторами, на которые ставят
балансирную опорную плиту. Внутри ствола мачты уст-
раивают вертикальную лестницу с промежуточными
площадками.
A A
n)
Д-
о)
<?
h
3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСИЛИй В СКВОЗНЫХ
ПРОСТРАНСТВЕННЫХ СТЕР }l(НЯХ
N M
Стволы сквозных башен и мачт являются простран-
ственными стержнями с rранями из плоских ферм. В об-
щем случае в сечении стержня действуют нормальная и
поперечная силы N и Q. а также изrибающий и крутя-
щий моменты М и М кр (рис. ХII.18, а). Точное определе-
ние усилий в стержнях поясов и решетки от этих воздей-
'ствий весьма сложно и рассматривается в специальной
литературе. Однако для стволов с параллельными поя-
сами (или имеющими небольшой наклон) эти усилия
можно найти приближенным способом. Усилия в поясах
возникают rлавным образом от нормальной силы и изrи-
бающеrо момента
Наибольшее усилие в поясе от изrибающеrо момента
N м будет равно:
2М
N1\1 == ,
nr
(ХН.З8)
rде n число rраней; r радиус описаfIной окружности.
Для TpexfpaHHoro ствола (рис. ХII.18,б)
м
N 1\1 == h . (ХН.З9)
N n == NN+N1\1'
(ХН .З5)
а в раскосах решетки от поперечной силы и крутящеrо
момента
Для четырехrранноrо ствола (рис. XII.18, в) макси-
мальное усилие в поясе при направлении ветра на ребро'
м
N M == . (ХН,40)
IIV2
Np N Q + NlI.p.
(ХН.З6)
438
439
Максимальное усилие в раскосах от поперечной силы
для TpexrpaHHoro ствола составляет
N Q (XHAI)
Q 2cosacosf\
{'де 2 число рабочих rраней; J3 половина уrла между
рассматриваемыми rранями; а уrол наклона раскоса
(см. рис. XII.l8, а).
Для четырехrранноrо ствола наибольшее усилие в
раскосах будет при направлении ветра на {'рань:
Q
N Q == 2cos а . (ХН.42)
Составляющую усилия в раскосе от крутящеrо мо-
мента можно найти в предположении, что он реализует-
,ся суммой моментов от сил, действующих rоризонталыю
вдоль каждой rрани, умноженных на свои плечи, равные
расстоянию а от центра тяжести сечения до каждой
fрани. Тоrда усилие в одном раскосе рассматриваемой
rрани
М кР
N ир .
па cos а
(ХII.43)
Определив по (ХII.35) и (ХII.36) расчетные усилия
в поясах и раскосах, проверяют их на центральное сжа-
тие. Расчетную длину раскосов и поясов при ЧИСJlе
rраней до шести включительно принимают равной рас-
'стояниям между узлами. Если rраней восемь и более, ro
расчетную длину поясов в радиальном направлении
надо брать равной расстоянию между жесткими . диаф-
раrмами, расположенными поперек стержня.
Весь ствол башни и участки ствола мачты между
раскрепленнымп точками должны быть проверены на
()бщую устойчивость, как единые стержни cocTaBHorO
сечения.
ПРИЛОЖЕНИЕ J
НОРМАТИВНЫЕ ДАННЫЕ для РАСЧЕТА
МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИй
ТАБЛИЦА 1. ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ПЕРЕrРУзки n
ДЛЯ РАЗЛичных ИАrРУзок
п.
П.п
Натрузкн
П. Временные
Наrрузки на перекрытия
Наrрузки от веса людей, деталей, ремоитных
материалов в зонах, свободных от специаJIьноrо
технолоrическоrо оборудования, по технолоrичес.
кому заданию:
а) при q<{2 КН/м2 , . . . , . ,
б) при 2 q<5 " , . . , , , ,
в) прн q;;;a.5 ".., ...,...
От теХНОлоrическоrо оборудования
5 Собственный вес стационарноrо оборудования и
теПЛОНЗOJIЯЦИИ оборудования . , , , , . ,
Вес заполнения оборудования:
а) жидкостями . . , . . .. .."
б) суспензиями, шламами и сыпучими телами
Наrрузки от поrрузчиков и каров. . , , . ,
От Мостовых кранов
Вертикальные и rОРИЗ0нтальные наrрузки ,
Атмосферные наrрузки
Снеrовая при отношении Нормативноrо собствен-
Horo веса покрытия q (включая и вес подвесноro
стационарноrо оборудования) к нормативному
весу cHeroBoro покров а р:
q/p;;;a.1 , , , . . _
q/P-==O,8
q/p-==O,6 ..",
q/p O,4 ",'.
Ветровая;
а) для промЫшленных и rражданских зданий .
б) для высокнх СООРУЖеНИЙ, при расчете кото-
рых ветровая наrрузка имеет решающее 3Ha
чение (башни, rрадирни и тому подобные
сооружения) .,..,..,.... 1,3
При м е ч а н и е. Указанные в скобках значения коэффицнентов переtpуз-
ки принимаются в тех случаях, котда уменьшенне натрузкн вызывает увели.
чение уснлий в КОНСТРУКЦин.
1
2
J. Постоянные
Собственный вес строительных консТрукций , .
Теплоизоляционные и ЗВУКОИЗ0ляционные изделии
(плиты, засыпки, стяжки и т. п.)
выполняемые в заводских УСЛОвиях. . , . ,
» на строительной площадке. . .
Усилие предварительноrо напряжения в конструк-
ции , . . , . . . .
3
. . . . . .
4
6
7
в
9
. ,
. . .
.....
. .
. . .
10
28 950
I I<оэффици
ент пере
rрузкн п
1,1(0,9)
1,2 (0,9)
1,3 (0,9)
1,1 (0,9)
1,4
1,3
1,2
1,2
1,1
1,2
1,2
1,2
1,4
1,5
1,55
1,6
1.2
441
ТАБЛИllА 2. КОЭФФИЦИЕНТbI т УСЛОВИЯ РАБОТbI ЭЛЕМЕНТОВ
СТАЛЬНblХ КОНСТРУКЦИЯ
Н,
П.П.
Элеме"т коиструкции
т
Сплошные балки и сжатые элементы ферм пере-
крыrий под залами reaTpOB, клубов, IШНО, под
трибунами, ПОД помещениями маrазинов, кни
rохранилищ и т. п. при весе перекрытий, рав-
ном полезноЙ наrрузке или большей ее
2 Сжатые основные элементы (кроме опорных) ре-
шетки ферм покрытий и перекрытий (например,
стропильных и аналоrичных им ферм) при rиб-
кости {!х л;;;:;.60 .
3 Подкрановые балки под краны rрузоподъем-
ностью 5 т и более тяжелоrо и весьма тяжело-
ro режимов работы .
4 Колонны жилых и общественных зданий и опор
водонапорных башен
5 Сжатые элементы из одиночных уrолков, при-
крепляемые одноЙ полкой (для неравнополоч
ных уrолков только узкой полкой) .
0,9
0,8
0,9 "
0,9
0.75
При м е ч а н н я: 1. Коэффицненты условий работы, установленные в
пп. 1 и 2. а также в пп. 2 н 5 одновремеино не учитываются.
2 Коэффнциент условн!! работы по пп. 2 и 5 не распространяется на креп-
ления соот:зетствуlOЩИХ элементов конструкции в узлах.
ТАБЛИЦА 3. КОЭФФИЦИЕНТЫ т УСЛОВИЯ РАБОТЫ ЭЛЕМЕНТОВ
АЛЮМИНИЕВblХ КОНСТРУКЦИЯ
Н,
П.п
Элемент конструкции
т
Корпуса и днища резервуаров .
2 Сжатые элементы Рfшетки плоских ферм при rибко-
сти
л:о;;;;50
л>50
0,8
0,9
0,75
3 Сжатые элементы из одиночных уrолков, прикреп
ляемые одной полкой (для неравнополочных уrол-
ков только узкой полкой) . 0,6
При м е ч а и и е. Коэффициенты условий работы, уетановлеиные в пп. 2
и 3, одновремеино не учитываются и не распространяются НiI крепления соот-
ветствующих элемеитов конструкциi1 в уз.,ах.
442
ТАБЛИЦА 4 ПРЕДЕЛЬНЫЕ
]>1,
п.п.
проrИБЫ изrИВАЕМЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Зиачеиия пре,цельното ПРОтиба в ДоляХ
от про.лета [f ]для конструкциll
стальиых I алюмиииевых
при ручных кранах
при электрических кра-
нах rрузоподъемностью
:0;;;;50 т .
в) при электрических кра-
нах rрузоподъемно
стью >50 т .
Пути кран-балок
Монорельсовые пути
Валки рабочих ПЛОIЦадок
ПромышлеtИ!ых зданий:
а) при отсутствии рель-
совых путей:
rпaBHble балки
прочие »
б) при наличии узкоко-
леЙl;lЫХ путей . . .
в) при наличии широко
колейиых путей. . .
Валки. междуэтажных пере-
крытии:
а) rлавные балки
б) прочие . , . .
Валки покрытий и чердач
ных перекрытий:
а) rлавные балки
б) проrоны . .
в) обрешетки . .
Элементы фахверка:
11) стойки, риrели
б) проrоны остеклен-Ия' (в
вертикальной и rори
зонтальной плоско
стях) . . .
Стеновые па нели ОСтеклен-
ные. ..
Стеиовые пан ли' HeOCTeK
ленные . .
Кровельные п ие и' и' ПОk 11125 (1/100)
весные потолки . 1/150 (1/125)
При м е ч а и и я' 1 Протибы о
учета коэффициеита динамичиости. пределяются от нормативноЙ натрузки без
2. 3иачения протнбов в скобк
(9ксперимеитальиая проверКа соз ах допускаются при иаличин обосноваиия
3. При иаличин штукат КИ п дани!! строите.пьното подъема и др.).
иатру3l<И ДО.'жеи быть не б е е l/З Р 5 0 .0 тиб балок перекрытий только от полезиоll
пролета .
Элемент конструкции
Подкрановые балки
мы:
а)
б)
и фер
2
3
4
5
6
.
7
8
9
10
28*
1/500
1/600
1 /750
1/500
1/400
1/400
1/250
1/400
1/600
1/400
1/250
1/250
1/200
1/250 (1/200)
1/200 (1/150)
1/150 (1/125)
1/300
t /300 (1.' 200)
1/200
1/200
1/200
443
ТАБЛИЦА 5. ПРЕДЕЛЬНЫЕ rОРИЗОНТАлЬНЫЕ ДЕФО МАЦИИ
СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИИ ОТ ВОЗДЕИСТВИЯ КРАНОВ
«ОСОБоrо» РЕЖИМА рА60ТЫ
ТАБЛИЦА 7 ПРЕДЕЛЬНЫЕ rИБКОСТИ [1,1 РАСТянV'tых ЭЛЕМЕНТОВ
Вид деформаltИИ
Зиачеиие OТIЮCи
тельной дефор-
мации
[Л] для конструкций
стальных
при непосред- алюмнни-
ЭJlемеит конструкции при воздеll- ствениом в зданнях и евых при
воздеllствии сооружениях воздейст-
ствии стати- с кранами
ческой иа конструк- ВНИ СТа-
цню динами- «особоrо» тической
иаrрузкн ческой режима наrрузки
наrрузки работы
Пояса и опорные
раскосы ферм . 400 250 250 300
Прочие элементы
ферм . 400 350 300 300
Нижние пояса
подкрановых ба
лок и ферм. 150 150
Элементы верти-
кальных связей
между КОлоина
ми (ниже ПОk
крановых ба
лок) . 300 300 200
Прочие элементы
связей . 400 400 300 300
.
Смещеиие колонн зданий в поперечном направле-
нии:
а) при плоской расчетной схеме .
б) при пространственной расчетной схеме .
Смещеиие колонн зданий в продольном направ-
леиии . .
rоризонтальный проrиб тормозных балок (или
ферм)
1 /2500 Н
1/4000 Н
1/4000 Н
1/2000 L
При м е ч а 11 и я: 1. Н высота колониы от инза башмака до rоловки
краиовоrо рельса; L пролет тормозиой балкн (или фермы).
2. Смещение колони и проrнб тормозных конструкций ВЫЧИСJlЯЮТСЯ ОТ
сил торможения одното крана наибольшеll rрузоподъемности из чиСJlа уста.
новлеиных в здаиин. Сила поперечноrо торможения распределяется между
двумя противостоящими колоннами пропорцнонально их жесткости; при 9том
на менее жесткую колониу передается не менее 30% полноlI силы торможеиия.
ТАБЛИЦА 6. ПРЕДЕЛЬНАЯ rИ6КОСТЬ [1,1 СЖАТЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
п. I
П.П.
ЭлемеllТ конструкции
I [Л] ДЛя конструкциll
стальных I алюмииневых
При м е ч а и и я: 1. В сооружеииях, не подверrающихся динамическим
воздействиям, rибкость растяиутых элемеитов проверяется ТОJlЬКО в верти
кальиоll плоскости.
2. rибкость растянутых элементов связеll, подверrиутых предваритеJlЬИОМУ
напряжению. не оrраНИчнвается.
3. При проверке rибкостн растяиутых стержнеll перекрестиоll решетки из
одииочиых yroJlKoB радиус ииерцнн сечения уrолка прниимается относительно
ОСИ, параплельиой полке уrолкз.
2
3
Пояса, опорные раскосы и стойки
ферм, передающие опорные реак-
ции
Прочие элементы ферм .
Верхние пояса стропильных ферм,
остающиеся незакрепленными в
процессе монтажа (предельная rиб-
кость после зав ршсния монтажа
должна соответствовать п. 1)
Основные колонны
Второстепенные KOJIOHHbl (стойки
фахверка, фонарей и т. п.), эле-
менты решетки колонн, элементы
вертикальных связей между колон-
нами (ннже ПОДliрановых балок) .
Связи (KpUMe указанных в п. 5) .
Стержни, СJIужащие для уменьшения
расчетной длины сжатых стерж-
ней, н друrие неработающие эле-
менты .........
4
5
6
1
444
120 100
150 120
ТАБЛИЦА 8. ПРЕДЕЛЬНЫЕ РАЗМЕРЫ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ОТСЕКОВ
ОДНОЭТАЖНЫХ ЗДАНИИ И СООРУЖЕНИИ
Предельные размеры, м
220 110
120 100
I(атеrория здания
и сооружения
от торца отсека
длина отсека до оси ближаll- шнрииа отсека
вдоль здания шеll вертикальноlI (здаиия)
связи
150 120
200 150
Отапливаемые здания
Неота пли ваем ые здаиия
и rорячие цехи ,
Открытые эстакады .
90 (60)
75 (50,
50 (40)
150 (110)
120 (90)
230 (160)
200 (140)
130 (100)
200 150
При м е ч а н и я: 1. Размеры в скобках даны для зданиll и эстакад.
8%а Сl-е lх при расчетиых знмннх т мпературах иаружноrо воздуха от
2. При аJlИЧИИ в пределах температуриоrо отсека двух вертикальных свя
веll раССТ:Jяиие между нимн в осях ие должно превышать 50(40) м для здаииll
и 30(25) ы для открытых эстакад.
445
ПРИЛОЖЕНИЕ 11
НА УСТойЧИВОСТЬ
изrИБА ЦЕНТРАЛЬНО СЖАТЫХ СТЕРЖНЕй
стержне!! из стали классов
9 С 44/29 С 46133 С 52/40 С 60/45 С 70/60 С 85/75
0,989
0,972 0,987 0,986 0,985 0,984 0,983 0,982
0.946 0,968 0.965 0,962 0,956 0,953 0,95
0,909 0,935 0,932 0,927 0,916 0.909 0,903
0,871 0,892 0,888 0,878 0,866 0.852 0,838
0,825 0,843 0,837 0,823 0,81 0,79 0,76
0,775 0,792 0,78 0.764 0,74 0,7 0,66
0,721 0,73 0,71 0,682 0,65 0,61 0,558
0,661 0,66 0,637 0.604 0,57 0,518 0,432
0,589 0,592 0,563 0,523 0,482 0,412 0,343
0,519 0,515 0,482 0,437 0,396 0,336 0288
0,454 0,44 0,413 0,37 0.325 0,273 0,23
0,402 0,383 0.35 0,315 0,273 0,23 0,192
0,353 0,33 0,302 0,264 0,232 0,196 0.164
0,309 0,285 0,256 0,228 0,198 0,168 0,142
0,274 0,25 0,226 0,198 0,173 0,148 0,123
0,243 0,22 0,2 0,176 0,153 0,13 0,108
0,218 0,195 0,178 0,156 0,137 0,116 0,096
0,198 0,175 0.16 0,139 0,122 0,102 0,086
0,177 0.158 0,142 0,126 0,108 0,092 0,077
0,162 0,142 0,129 0.112 0,098 0,082 0,069
0,147 0,13 0,118 0,102 0,089 0,075 0,063
0,119 0,108 0,093 0,081 0,068 0,057
447
ДАННЫЕ ДЛЯ РАСУЕТА
ТАБЛИЦА 1 КО3ФФИЦИЕНТЫ QJ пРодольноrо
rибкость Коэффициент QJ ДЛЯ
1 С 38/23
,, I I I I I I 6 I 7 I 8 I
r о 1 2 3 4 5
О 1 0,999 0,998 0,996 0,995 0,994 0,993 0,992 0,99
10 0,988 0,986 0,984 0,983 0,981 0,979 0,977 0,975 0,974
20 0,97 0,967 0,965 0.962 0,959 0,957 0,954 0,951 0,948
зо 0,943 0,939 0,935 0,932 0,928 0,924 0,92 0,916 0,913
40 0,905 0,901 0,897 0,894 0,89 0,886 0,882 0,878 0,875
50 0,867 0,862 0,858 0,853 0,848 0,844 0,839 0,834 0,829
60 0,82 0,815 0,81 0,805 0,8 0,795 0,79 0,785 0,78
70 0,77 0,765 0,759 0,754 0,748 0,743 0,737 0.732 0,726
80 0,715 0,709 0,703 0,697 0,691 0,685 0,679 0,673 0,667
90 0,655 0,648 0,64 0,633 0,626 0,679 0,611 0,604 0,597
100 0,582 0,575 0,568 0,561 0,554 0,547 0,54 0,533 0,526
110 0,512 0,506 0,499 0,493 0,486 0,48 0,474 0,467 0,461
120 0,448 0,443 0,438 0,433 0,428 0,423 0.417 0,412 0,407
130 0,397 0,392 0,387 0,382 0,377 0,373 0,368 0,363 0,358
140 0,348 0,344 0,339 0,335 0,331 0,327 0,322 0,318 0,314
150 0,305 0,302 0,298 0,295 0,291 0,288 0,284 0,281 0,277
160 0,27 0,267 0,264 0.261 0,258 0,255 0,252 0,249 0,246
170 0,24 0,238 0,235 0,233 0,23 0,228 0,226 0,223 0,221
180 0,216 0,214 0,212 0,21 0,208 0,206 0.204 0,202 0.2
190 0,196 0.194 0,192 0,19 0,188 0,186 0.183 0,181 0,179
200 0,175 0,174 0,172 0,171 0,169 0,168 0,166 0,165 0,163
210 0,16 0,159 0,157 0,156 0.154 0,153 0,152 0,15 0,149
220 0,146
446
ИЕНТЫ фвн ДЛЯ ПРО ВЕРКИ УСТОflЧИВОСТИ
ТАБЛИЦА 2. КОЭФС НЕИ В ПЛОСКОСТИ ДЕИСТВИЯ МОМЕНТА,
ВНЕЦЕНТРЕННО-СЖАТЫХ (СЖАто изоrнУтых) СПЛОШНОСТЕНЧЛТЫХ
СОВПАДАЮЩЕИ С ПЛОСКОСТЬЮ СИММЕТРИИ
приведеином эксцентрицитете m 1
1з,5 / 4 I 4,5/ 5 I 5,5 / 6 16,5 I 7 / 8 I 9 /10 I 12 I 14 I 17 1 20
370 337 307 280 260 237 222 210 183 164 150 125 110 090 072
341 307 283 259 240 225 209 196 175 157 142 122 105 088 068
312 283 262 240 228 207 195 182 163 148 134 114 099 084 067
286 260 240 222 206 193 182 170 153 138 125 107 094 079 065
252 238 220 204 190 178 168 158 144 130 118 101 089 075 063
238 217 202 187 175 166 156 147 135 123 112 096 086 072 060
216 198 183 172 162 158 145 137 125 115 106 091 082 068 058
197 181 168 158 149 140 135 127 118 108 098 087 078 065 056
178 165 155 146 137 130 125 188 110 101 093 082 073 062 054
162 150 143 135 '126 120 117 11I 103 095 088 077 070 060 052
148 138 132 124 117 112 108 104 095 089 084 073 067 057 050
137 128 120 115 109 104 100 096 089 084 079 069 064 055 048
125 117 112 106 101 097 094 089 083 080 074 066 061 052 045
115 108 102 098 094 091 087 083 078 074 070 063 058 050 043
095 091 087 083 081 078 076 074 068 065 062 056 052 045 039
082 079 075 072 069 066 065 064 061 058 055 051 046 042 036
070 069 065 062 060 059 058 057 055 052 049 045 041 038 034
061 060 057 055 053 052 051 050 048 046 044 041 036 034 032
053 052 051 050 049 048 047 046 044 042 040 038 034 032 029
048 047 045 044 043 042 041 041 039 038 037 035 033 030 027
043 042 041 040 040 039 039 038 037 036 036 033 032 028 026
Условная l(о3ффицнеиты фон при
rнбкость
V1 0,1 1 0,25 I 0,5 J 0,75 1 11,2511,511,75\ 2 I 2,51 3 I
J.F" ---Ё ]
922 850 782 722 6 69 6 20 577 538 4 69 4 17
0,5 967
925 854 778 711 653 6 00 5 63 520 41Ч 4 27 382
1
804 716 647 593 548 507 470 4 39 388 347
1,5 875
813 742 653 587 536 496 457 425 397 352 315
2
672 587 526 480 442 410 383 357 317 287
2,5 742
667 597 520 465 425 395 365 342 320 287 260
3
522 455 408 375 350 325 303 287 259 233
3,5 587
447 394 356 330 309 289 270 256 232 212
4 505
382 342 310 288 272 257 242 229 208 192
4,5 418
326 295 273 253 239 225 215 205 188 175
5 354
280 256 240 224 212 200 192 184 170 158
5,5 302
244 223 210 198 190 178 172 166 153 145
6 258
213 196 185 176 170 160 155 149 140 132
6,5 223
186 173 163 157 152 145 141 136 127 121
7 194
138 133 128 121 117 115 113 106 100
8 152 146
117 112 107 103 100 098 096 093 088 085
9 122
093 091 090 085 081 080 079 075 072
10 100 097
079 077 076 075 073 071 069 068 063 062
11 083
067 064 063 06 2 060 059 059 05 8 05 5 054
12 069
061 054 053 05 2 051 051 05 О 05 О 04 9 048
13 062
049 049 048 04 8 047 04 7 046 04 5 04 4 043
14 052
I I \ I I
фвн В таблице увеличены
При м е ч а н и я; 1. Зиачения коэффициеитов й Ф приведеиных в табл. 1,
2. ЗнаЧ2ННЯ Ф ви прннимаются ие выше значеии ,
в 1000 раз,
прил. 11.
449
448
ТАБЛИЦА 3. КОЭФФИЦИЕНТЫ q> ВН ДЛЯ ПРО ВЕРКИ УСТОАЧИВОСТН
В плОСКОСТИ ДЕАСТВИЯ МОМЕНТА,
ПриведеНllая :':оэффициенты при q>8H при
УСЛО8иая rибкость
V R 10'251 0'5\ 0'75\1 \1,25\1'511'751 2 12.51 3 \
р Апр Е 0,1
0,5 908 800 666 571 500 444 400 364 333 286 250
1 872 762 640 553 483 431 387 351 326 280 243
1,5 830 727 600 517 454 407 367 336 311 271 240
2 774 673 556 479 423 381 346 318 293 255 228
2,5 708 608 507 439 391 354 322 297 274 238 215
3 637 545 455 399 356 324 296 275 255 222 201
3,5 562 480 402 355 320 294 270 251 235 206 187
4 484 422 357 317 288 264 246 228 215 191 173
4,5 415 365 315 281 258 237 223 207 196 176 160
5 350 315 277 250 230 212 201 186 178 161 149
5,5 300 273 245 223 203 192 182 172 163 147 137
6 255 237 216 198 183 174 165 156 149 135 126
6,5 221 208 190 178 165 157 149 142 137 124 117
7 192 184 168 160 150 141 135 130 125 114 108
8 148 142 136 130 123 116 113 108 105 097 091
9 117 114 110 107 102 098 094 090 087 082 079
10 097 094 091 090 087 084 080 076 073 070 067
11 082 078 077 076 073 071 068 066 064 060 058
12 068 066 064 063 061 060 058 057 056 054 053
13 060 059 054 053 052 051 050 049 049 048 047
14 050 049 048 047 046 046 045 044 043 043 042
ВII б И ц е ув еличеИbl
П [1 н м е ч а н и я: 1. 3начеиия коэффицнеитов q> В та л б 1
2 3на'lеиия q> ви ПРИНlIмаются ие выше зиачеиий q>, приведеииых в та 11.
450
ВНЕЦЕНТРЕННО СЖАТЫХ (СЖАто.изоrнvтых) СКВОЗНЫХ СТЕРЖНЕ А
СОВПАДАЮЩЕА С ПЛОСКОСТЬЮ СИММЕТРИИ
ОТНосительном эксцентрицитете т
... 13'5/ /4'5/ 5 15'5/ 6 /6'51 7 I 8 / 9 /10 /12/1fl:
4
222 200 182 167 154 143 133 125 11I 110 091 077 067 056 048
218 197 180 165 151 142 131 121 109 098 090 077 066 055 046
211 190 178 163 149 137 128 119 108 096 088 077 065 053 045
202 183 170 156 143 132 125 117 106 095 086 076 064 052 045
192 i75 162 148 136 127 120 113 103 093 083 074 062 051 044
182 165 153 138 130 121 116 110 100 091 081 071 061 051 043
170 155 143 130 123 115 110 106 096 086 078 069 059 050 042
160 145 133 124 118 110 105 100 093 084 076 067 057 049 041
149 136 124 116 110 105 100 096 089 079 073 065 055 048 040
138 127 117 108 104 100 095 092 086 076 071 062 054 047 039
128 118 110 102 098 095 091 087 081 074 068 059 052 046 039
119 109 103 097 093 090 085 083 077 070 065 056 051 045 ()38
109 102 097 092 088 085 080 077 072 066 061 054 050 044 037
101 095 091 087 083 079 076 074 068 063 058 051 047 043 036
085 082 079 077 073 070 067 065 060 055 052 048 044 041 035
075 072 069 067 064 062 059 056 053 050 048 045 042 039 035
064 062 060 058 056 054 052 050 047 045 043 041 038 036 033
056 054 053 052 050 048 046 044 043 042 041 038 035 032 030
050 049 048 047 045 043 042 040 0.l9 038 037 034 032 030 028
046 045 044 044 042 041 040 038 037 036 035 032 030 028 026
042 041 041 040 039 039 038 037 036 035 034 031 029 027 025
в 1000 раз.
прил.lI.
451
<=>
'"
'" v
л Е: .
,-< V
<5
,-< ,-<
il <=> .... 00
'" <=> <=>
с V <5
<=>
Е: I J,
gj v
о: "., ..:
о>
... ",.
'"
о: V
<'J ,-<
V
<=>
'" ''': ...: ,..:
V ....
<=>
Е: <5 <5 Q
У. + С!. I
ос '"
о <5 ...
c.:"1..:' I I I I
'"
ш ,
f:i+ е
'" lf
:;
о> JL
...
u 1%
'"
со:
О:@ "" '" ...
""'...
о>
U
...
:в
"". О:
":. '" ..
о> с>
'" :f ""
.. '"
О: <D Ё
'" л
с
1":
o<i
= <=>
..
1-< 1« о>
...
"" "" ..
с> с> '" ..
.; .; .... '" ..; .,
I J, ...
.. '"
.. ''Z.
:3 V '"
:а ф со.
.. r:: v "
о> ..... ,«
'" .-.; v ..:
с '" '"
:а '" 'iJ
.. €
1-< Е: ;;;
'" '"
.-< с> "" О
с> с5 <5 <5 <5 "1
I I + + + о>
"" "" u:. I!? '" ..
"" '"
... ",. € '" i
",'
' ,-<
:а
.. v
о>
.. Ё
=
u:> ::1"
V u:. '"
л <5 с,
..
..
U
..
'"
<=>
о> '"
:а u:> V
.. €
... л
'" '-<
о>
..
Jt!Jt '" .. с:;;
U
О
..
..
о
ф..
;;j JJ J ,''- :а
",::1"
с"
O:
..",
.. V ф с>
{1 ( ",," v Т
0:""
..О> ...... 1« ,..:
0>:1 с.:" V '"
sa '" \1
'-':>' "" €
"1
<.; "" ....,'" ",(1)
.... ....""" I::!U
:>,
...
a.i
=..
::'"
..., ф
",О «
o>f; ' '"
:;'" '1
::'= V Ё
u:> о>
ф "'...
t::t
'"
..
..
1:
0;.Ъ'
:s:
:с 1:
ш<
:1'"",
ш",
U"'"
;а:
:!"
С!.:
ОС!.
е:ё
0;.'"
:s::r
:с о;.)
0;.::<:
:s:ro
t:;0
=1..
O
:с
;а:с
"",ш
:c
шII.J
:s:=
:r:S:
:s:c!.
е С
&0;.
m:s:
О:с
:.:'"
....!:;
<о;.)
::!:
:s;:::
t:;..C1
ф=
<о;.
""'!:;
452
453
:s:
..:
::1
:1:
О
:><
:s:
::а
'"'
1>.
<'1
С
О
6
:1:
1>.
:s:
:1:
1>.
..:
3
u
IS:
<'1
:1:
:iIE
1>.
<'1
'"'
U
о;.
t:;
t:i
Ё
:а
'"'
<'1
'"'
:s:
::1
:s:
1>.
'"'
:1:
<'1
::1
u
:.::
ro
<'1
:а
:1:
'"'
<'1
:т
\J
..:
Q,
g I
со
.,
'"
1f) 00
I.():З о
1f) C'-I
о> 00 1'--
1f) <N 1f)
Q:) 00 1'-- 1J') '" Q:)
о
<D Q:) ": <D а, 1'-- 1f)
Q:) 00 1'-- 1f) '" Q:) 00 1'-- 1f) ..; с')
1f) 1f) 00 1f) 1f) 1f)
1f) <D <D с') C'-I 1f) 1f) <D <D 1f) о> OQ C<I
о
<D 1f) '" <N О <D 1f) с') C<I <N <N
1f) C<I 1'-- 00 1f) 1f) <N 1'-- <N 1f)
1f) 1'-- 1'-- 1'-- Q:) 1f) 1'-- 1'-- C<I 00 <D с')
. о . .
с') <N О О О '" C<I <N
1f) 1f) 1f) с') 00 00 1f) 1f) C<I 00 1f)
LO 1'-- Q:) О 1f) 1'-- 1f) '" <N
- . . . . -
'" <N о о о с') <N C<I
C<I 1'-- 1'-- с') 1f) 00 с') 1f) 1f) 1f) 1f)
<D 00 1f) C<I <D 00 с') о Q:) Q:) Q:)
. . . . .
C<I о о о о C<I о о о
с') 1f) 1f) 1f) <D 1'-- C<I 1f)
<D О 1f) '" <D О 00 <D 1f) 1f) 1f)
. - о
о о о о о о о о о о
C<I 00 <D 00 C<I '" 00 Q:)
<D с') 1'-- 1f)
. о
О О О О О О О О О О О О
00 о> C<I 00 00 00 C<I <D
<D с') C'-I <D '" с') C<I
О О О О О О О О О О О О О О
1'-- ;; C<I 1'-- C<I
с') C<I C<I
О О О О О О О О О О О О О О
о
О О О О О О О О О О О О О О
C<I с') 1f) <D 1'-- C<I '" 1f) ф 1'--
)(.... )(....
J 1
.:::
+
.
1:
Q)
..
'"
=<
'"
'"
..
'"
Q)
=<
"
'"
'"
2i
о
:с
'"
'"
Q)
..
'"
"
о
'"
..
о
'"
'"
"
...
<с
'"
ё
:а
...
=<
'"
'"
..
'"
Q)
=<
"
'"
'"
Q)
<с
t а
'"
"
'"
р.
о
I Q:'I <Q
"--
..:
11
1..:
.о
il
11
::(
..:
::f
:>:
t:;
..:
'"'
4"5-4
'"
t1
:t
2i
о
..
'"
<> .,
с.
.
Е
'"
=<
'"
gj
::r
"
'"
'"
'"
"
<>
'"
'"
с
1f) C<I 1J') 00 00 ..... 1f) 1f) 1f)
, Q:) 00 1'-- 1f) с') '" Q:) 00 00 1'-- 1'--
<D
<D ..... '" Q:) <D 1f) 1f)
..... <D <D <D <D <D
Q:) 00 1'-- <D 1f) 1f) 1f) Q:) 00 00
1'-- 1'-- 1'-- 1'--
1f) 1f) le 1f) 1f)
1f) <D 00 00 00 1f) 00 LO с') с') с') '"
<D LO '" '" с') <D 1f) 1f) 1f) 1f) 1f) 1f)
1f) C<I 1'-- '" 00 1f)
1f) 1'-- 00 1'-- 1'-- <D LO (j) 00 00 00 00
..... '" '" C<I C<I C<I C<I ..... ..; '" '" '" '" '"
1f) 1f) '" 1f) ю
LO 1'-- ..... C<I Q:) 1f) о
'" 1:'1 C<I о со)
C'-I C<I C<I '" '" '" '" '" '"
C<I <D 1f) 1f) 1f) 1f) C<I
<D о> 1'-- "'. ": ": 1f) <D '" '" '" '" '" '"
C<I C<I C<I C<I C<I C<I C<I C<I
00 1f) 00 1f) 1f) 1f)
, <D C<I <D <D 1f) 1f) 1f) 1f) "":.
. . . . . . . . -
C<I ..... 00 00 00 00 '" 1'-- '"
Q:) 00 1'-- 1'-- 1'-- 1'-- C<I C<I
. . . о . о . . о
О О О О О О
10 C<I C<I C<I C<I 00 1'-- 1f) 1f) 1f) 1f)
1'-- <D 1f) L':> L':> 1f) 1f) 00 1'-- 1'-- 1'-- 1'-- 1'-- 1'--
О О О О О о о о о о о о о о
C<I 00 1'-- <D 1f) 00 C<I
'" C<I C<I C<I C<I C<I '" ..... """. """о "": """. "": .....
о о о о о о о о о о о о о о
о с о о о о о о о о о о о о
C<I '" ..... 1f) <D 1'-- C<I '" ..... 1f) ф 1'--
j
""+ +
)(
.,
s::-
11
1:
455
'"
....
'"
..
{
31
..
t 10
=<
'"
"'
..
'"
..
::r
Q)
31
'"
..
Q)
'"
"
.,
р.
.;
<>
...
'"
Q)
2i
<>
2i
"
31
'"
'"
=<
IC
<>
'"
'"
'"
...
о:
i3
...
'"
1
:€
""
о
с
I Q:I <Q
..:
I1
,..:
..
"f
..
I.
:il:€
11
:>(
:€I
1='
1I
1.t.1
ТАБЛИЦА 6. КОЭФФИЦИЕНТЫ а; и
Открытые сечения двутавровые и тавровые 3аl'ilкИ}'ТЫе се-
чения сппош_
иые unи с ре.
шетками
(планками)
jI !I !I !I !I
Оmосительныll 'Fff 11. , , .fП1
зксцеитрицитет
'!I 'J/ !I !J ti
I
тС1 0,7 I O,3 ь... 0,6
1,
l<т<:5 0,7+0,05 (т l) 1 [O,3 O,05 Х О,6+0,05Х
а; х (т l» -ь....; X(т l)
1.
т>5 0,9 I I O,1 -ь.. 0,8
1,
при Ау<Ас I I I 1 I 1
при Ау>Ас 0,58 1 ( 1 0 :8 )(2'
«Ру
В . ь... 1 )
1.
при -ь.. <0,5
1,
зиачеине tI 1
Обозначения, прииятые в табл. 6:
1, и 1. моменты ииерции соответственно большеll и меньшей полок отно,
сительио оси симметрии сечеиия y y;
А с иаимеиьшее значеиие rнбкости стержия, при котором цеитрально-
сжатыll стержень теряет устоlIчивость в УОРУТОIl стапнИ. опрепеляемое 00
табл. 1.
п р н м е ч а и и е. Пользование коэффициентами, устаиовлеиными для
стержнеll замкнутоrо сечения, возможио только при налични не меиее двух
промежуточных диафраrм по длине стержня. В противном случае следует
пользоваться коэффициентамн, устаиовленными для стержнеll открытото дну-
тавровото сечения.
I(ласс стали
ТАБЛИЦА 7. rИ6КОСТЬ СТЕРЖНЕ" Ас
С 38/23 I С 44/291 с 46/зз1 с 52/40 I С 60/451 с 70/60 I С 85175
Ас 100 92 88 86 77 70 6
456
.
ТАБЛИЦА 8. IIАН60J1ЬШНЕ ЗНАЧЕНИЯ I<ОЭФФИЦИЕ-НТОВ с ПРИ Ау !>Ас
I
ьь
Наибольшие зиачения с при М,/ Nh
О
10,151 0,3 10,45/ 0,610,751 0,911,0511.211,3511.512,251 3
0,1 1 0,88 0,69 0,56 0,46 0,39 0.34 0,3 0,27 0,24 0.22 0,15 0,1
0,5 1 0,89 0,73 0,59 0,5 0,42 0,37 0,32 0.3 0,27 0.24 0,17 0,1
0,8 1 0.91 0.77 0,64 0,54 0,47 0,41 0,36 0,33 0.3 0,27 0,19 0,1
1 1 0.93 0.8 0,67 0,58 0,5 0,44 0,39 0.35 0,32 0.3 0.21 0.1
1.5 1 0,95 0,85 0,74 0.66 0,58 0,52 0,47 0,43 0,39 0,37 0,26 0,2
2 1 0,97 0,9 0,8 0,73 0.66 0,6 054 05 0,45 0,42 0,31 0.2
2,5 D 1 0,99 0,92 0,85 0.78 0,72 0,66 0:61 0:56 0,52 0,49 0.36 О,
более
2
3
5
6
4
28
Обозначеиия, орииятые в табл. 8: h высота сечения; Ь и 1\, ширниа н
толщииа пояса; 1 расчетиая длииа в плоскости, перпеидикуляриоll плоскости
деllствия момеита.
f
29 950
::::
...
[1..]
::t:
[1..]
Q
t:;;
1::::
щ
:а
<=
о
с.,
=
<
1-
>.
=
:=:
t:;; ::S:
::0;..
1;.....
\,) <1
t::: 1Q:15
..
с> .ос
;з I!I.I-
<1,;)
:СО
'-
с> <
=
::r<
1!I.::o;
е>.с.,
::t:: 00
'-IQ
,Q:a
'ос 1;=
<
1-
1,;)
\,) ...:
<
::f
:s:
IQ
<
'"'
458
:i6 о си :i;
=:с.. "Z =::1
::1= () ::Ic..=
8 @
;; .-!:ао ;З=
t>::()1:: :>.
I-!;;@ ()!;;с..
;:JC!lC!I=f-o., Q):>:
,,::e t=t>::"1:"=:
t E g.
I I I I I
.... CI) ..-.;
:i*
t>:: ":,;1:j S с.....
= !:a:>:Q)r;: Е-о:>'
= r;::3 t
Q) I::", :';"'
tI' ","':c: ()
'" f-o:I:==о:>.
:I: 8s.. I:: Bbl
g. E
lj, l J
"
;: ffi ",.1;
tJ
i< С-;С-;<'5"';115ф'
...
:I! C'I <ХН/) 00 C'I
tJ C'I':ILi.)t--.ОО.......
;", .. .. .. .... ... ..
.. ""'"""' ...........
"" '" -"!Е f::!t1)1/)'<I'00
'"
tJ I ""tJ фоо . "';OOrN
о ""
о: C'I
о;
tf ;: о:. о:. 0). ": ": "'"
:а tJ
= о" !:= :;ifS :::
=
.. ...
=
:;j 1: 1'-- 00 C'I:)....OO
.. tJ C'l:)c<:i'фС-;ii
о> ..
:а C'lC'I:)'<I''''
= CI)
..
о :I!
.. "'OOC'l:)I'--C'l
.. tJ 0001'--1/)'<1'01:)
r:o. .. .. ... ... .. .. ..
1:: '<1''<1'1/)'''1'--1'--
U .. ..
I r-:"":.r-:g ffi
>< ;,?oi
tJ ffioo""' "'"
1Е oo5Sf::!
tJ C'I:)I/)OO ....
.. ..........
...
: 1'-- '<1' C'I ........
g . C'I ...; r-: о' <'5 .п
O"'tJ
o; C'I C'I C'I
1:0>
tJ
1/) 1/)
Q;' 1'-- r-: 00 00 о) CI>
C'lC"')IJ":)CO.....""
.. .. .. .. .. ..
1'--1'--1'--1'--0000
:а
r:o. :I! 1/)000) ...........
о> ... :I! "';"';"';I/).п.n
::I!
'"
..
Q.
"'" I/)'<I'C'I:)oc;88
I.Cф,.....
8 g
.................... .....
.... I/)I'--CI>'<I'CI>
tJ'"
tJ
.. . ф cr5ar; r;;
.:: ...........--:,...........
00: OC'l...."'OO
r:o.o;
1::= ...............................
-e-
C'I .... 1'--
:ii О> о) '" 1'--...... 00 "'''"''''' C":Ioo'<l' "'""",,,
tJ '" 1'--00 о) C'I C'I:)",I'-o O.C'I:)....; 0'''';115 8
:.: ............ C'lC'IC":I ....OQI'--
... .....
::I! 1'-- C'l1'-- I'--C'I:) .... о'> 1/)0>0> С')О>C'I:)
tJ О C'l:)C'I l/) C'I:) '" l/) 00 <о 0>1'--00 O.C'I..
:., C'I. С-; С-; . ,
.. C'I C'I C'I C'IC'IC'I C'lC'IC<I C'l:)C')C'I:) C'I:)C'I:)
о: i' C'I '" C'I:) 1/) '" ": О. 0'>. O> --: C')
'" ",1: C'I
tJ C'l:)oo 00 ........ 00'> 00>...... ",OC'l 1./)00
О "" tJ C'IC'IC'I C'l:)C'I:)'<I' .... l/) '<f< '" 1/) 1'-0 00............ ......
о:
:i "'000 01'--1'-0 "'О>'" 1'--00C'l:)
1s l/) 1/) 1'-- :g
:а tJ .....tC'C Oc:r.", С')...... ...... "'О....
.. .................. C'I ...... C'I ""'....1/) COCO C'l:)1'--
= ..."" ......
...
=
:а ';; .............. C'l:)C'I:)oo S CfO><') 1/)000>
.. tJ O <':) .... '" 1'-- O>C')C\J '<f<0...... 000;
о> ...... .................. C'lC'IC<I C'I с') "'" 0<:11'--0> '<I'
:а CI)'t ............
..
... "
о :I! 00 1'-- C'I:) C'l1'--
..
.. tJ C'I C'I:)..... ......O> C'lC')C') l/) 0<:1 "" C'I......o> 00<0
r:o. .... . .
1:: 00000> 0>0>0 ...... ...... C'I ......C'I:)
u .. ...... C'IC'I
""'0>1'-- ...... 1'-- C'I ool'--C'I:) C'I).....ОО 8т
.. l/) 00 ...... ""О 1'-- ......0>"'" 0<:1 C'I:) о>
i!j .... C'I C'I C'lC'IC') С')""'''''' 1/)1/)1'-- O>
C'IC'I
:. 000 000 S 000 C'I '" 1'-- C'I <о
....C'I:)I/) 00 ""00 "'O>C'I
tJ 00001:) О О 1'-- 00 С') 0"'1'--
i;,f ...... C'I C'I C'lC'I:)C'I:) 0<:1 и:н", 1'-- о> <') 0>1'--0> 1/) 1/)
...... C'I С') 1/) 1'--
c.: 00.0>, "'. 00 00 1/) C'l..C'I..": О> 00 О> <.О. r-:8
са O; . 00 00
Ef"':II <.0000 C'I""I'-- 0<')<0 фC'f')...... ...... cv)
oifiu C'lC'IC') C'I:)C'I:)C'I:) '<I''<I''<f< ""'1/)<.0 ...... ..........
0;:>-
1:'"
tJ
1/) 1/) 1/) 1/)
Q;' 0>0>0 SSS C'I 1/) <.о 1'-- 000
...... ................. ...... C'I
'<1'''' 1'-- 0>1/)00 ooC'lC'l 1'-- C'I C'I:) C'I..C'I.. 1/) 00
00 00 00 000>0> 0>00 S= C'I:) '<1' 1/) <.01'--
.................. ............
:а
с, ::Е C'I c'j '<1' '<1''''''' 1/) 1/) 1/) С')
о>
111 ... :11 l/) 1/) 1/) 1/) 1/) 1/) "''''ф '" .......... 000>0 =:::!
'" ......
Q.
000 О 1/) 1/) 0<:1 1/) 1/) l/) О 1/) 1/)00
ос> s:::= C'I ...... C'I C'I C'I:) C'I:) :!:::!::!
.................. ......
000 000 000 000 000 00
OOC'l C'I '<f< '<1' 1'--1'--0 gC')'" 5S 1/)0
C'I C'I C'I C'I C'I C'I C'I C'I С') C'I:) с') 1/)<0
1'-- 00 C'I:) '<1' 1/)0>1/) C'lC'I'" 1/) 1/) <O.
tJ 0'>C'l00 $
......C'I'<I' 1/) 1'-- О> ...... C'I':I со ....
C'I C'I C'I C'IC'IC'I с') C'I:) с') м '<1''''''
6", '" '" '" '" '" g 1/)0
r:o.o; OOC'l C'I'<I''<I' OC":l<O
1::", C'IC'IC'I C'IC'IC'I с') C'I:) C":I L<:I<O
-e-
.,
,.
-.:
.g
о
2:1.
459
ё6 b ё
a:SQj =", [=
с.. ОЕ' O):S:
'=". о) 1:1 = =
ii:s: g @ =
I--:S:u 1>::1-='"1--:>-
= :>-::>' !:: g !2"
O)".=:S:I--."U "'=
:E I:1 =l>::u=",O):S=
i: t:;j@ E;:t
J I I I I
u)
"
с..
I:i
О
u
:!5
IIJ
r;:
r;:
IIJ
I:Q
e
..
'Т
<с:>
&i
t-!-O
:S <.J Q.,
"'0 ".
'-- i.;
11:", =:
:S: Е!
...< t>'
,11:.<' '"
.,.С!. =
<о
t-!:S tIJ
""с О
I:Q \о
О
::r
:s:
r;
<
t-
=::е ::i: :s:
ii Ef 0)... а
::<:cu'" {:':>- с..
at!:: !2" gj
t:::", ii =
'" =gj tJ 1--
1-- :s:==o:>- 5
8 c..EI"I:1t::::>::0ii:s
:<I«iga8.", IO=
"'c.."'l--u=c..= '"
I "1 I I
..,, ... t::J::: ....
><I I
' .
"
460
101
....
I :!! LO LO <.О C"I о>
<.> C'.I LC о,Нп......
" ...... ..... .. t:i
....
:!! с.о -.:::t'..... -.:t' -.:t' r---
и C"IC'I:)-.t'LO<.О
.. ... .... .. .. ..
N ""'""'................""'""'.....
:>i :P;ooO>I'-C'I:)
и O>O C'I:)LOI'-
:., .. .. .. .. .. ..
'!' .. С)...................... .....
о "" LOООLO<'оC"I
'" I"---tOt'---.:t'ф.....
::i i!!t и c.iс,) фОО.....
:iI
'" Фl'-оо-.t'C"I
'"
... :.,:.:
'" .. ... ... ... .. ..
1; .... и LCCOC'lO......lC
'" ......C"IC't':)""I:t'I
..
'" о>
:а i.: LO C'I:)-.t'<.ООО
'" LO' 0>' с.) о' ф о.
... CI) и
О .....t
..
..
"" 1') :P; <o
с
u
.. .. ... .. ... .. ..
...-4С"1С'1':1"" Ю
! ..
i.t z ЗО<;l<ОО.оC"I
... ... .. ... .. ..
и O>LOC"I OO
C'lMLOI'-
..:.: 00. ф. С!;О;
.... и g:: M
ф ОО
:IЧ;) 'J нинаь LOО>О>М.о
-iJ;) <ПIвПlОIrU Ф 1'0" 00' о' ".; .п
LO IQ
R: .офс.Оl'-r-:оо
C'l"od'!фСО.....
I .. ... .. .. ..
.....1'01'-1'-1'-00
:iI
"", <;I<LOlQооо>
'" ... :>i ...; ...; -.t" ...; ..; ...;
:!! :!!
'"
..
D.
,
.о
.о: 5S 8
.J}l 'IЧ 1 B:Y.>BW о> .щ.
",;.ol'-ооОC"l
LO
t<Irи1юdи 'll\l' IQc.OoooC'l
"
:'3
J
а
:a
""
...
'"
..
D.
.lЯ 'n 1 B;);)BW
:s
и
iOI
....
j'
о ""
..
::i
...
..
:i
..
<u
:iI
g;
о
..
..
""
8
о:.
""<J
:!!
<J
>t ....
A
..w=> 'd Нинаь
:iJ;) <ПIвПlОIrU
Q;'
.о
UlI'Вфоdu он
:I!
<J
N
1'-
oo.ooj
..........jcq
:11
и
::"
..
t--.
оооор
...: .
.
MOOI-.t'
.
!s
<J
::.,
....
IQ м;оо
r-: C'I:) .а5'
lQ .о 1'-
".
CI) >t <J
<;I<
lQ <;1<0>
<;I<LOlQ
.о C'I 'о>
CO ,
.о .о'у./:;
-;..:'
i!!t и
00. <;I<,
I'-Mj::::
1'- о>
!s
и
..
....
lQ I'-
<;I<-.t'
lQ 1'-
1'- 00 'О>
I
I
LOоп
ooa5'ioo"
1'- -.t'
а5' а5' '"
iI
Х
LO
C"I<;I</OO
.о<Dj.о
;
g
....
МС'!М
"';...J'.п
.:::j
со \ со
::'!:
1'- 00
00,0>.0>.
...,.lQLO
C'I:) 1'-
o> o
C"IC"I
...,.00
C).....-o:
C"IC"IC"I
LO
1'-00
C"IC"I
.о lQ М
соз::
oo oo
о> ф 1'-
.о 1'- 00
C1;
1'-1'-00
C"IC"I
:З
000
о> о> C'I
О LO
!lQ
1'- C"I ...,.
ОC"l М
C"I C'I C"I
lQ
о> о> о>
1'- с':\
00 о> о>
C"I
LO LO lQ
0...,..0
1'- 1'- 1'-
000
00000
C"I
м -.t' -.t'
!:::
со
00100 О
C'I
ФООLO
M<;I<C')
1'- 1'- о>
ОО Ф
C"IC'<I<;I<
C"IC"IC"I
LO 1'- LO
М М LO
C"IC"IC"I
C"I
LOО
C"I C"I М
о> 1'-
М LO 00
C"""
lQ C"I
O>
IQO>O>
ooo>
000000
I'-C'lC"I
.оО>
C'<I
000
1'- С')
ф М
C"IC"I
!I'- 1'-
'ф-.t'
cir:N' C"I-
J . .
c-J C"I
f
<.dlc-l м
c;3.
! ,
0o.-.t'C"I
ОLO.о
C'lC"IC"I
я:> оо
'.. LO 1'-
O>,
о>Р>з
:2
C'<!C'lC'I:)
g
C"IМ"'"
C"II'-oo .00:.""..
LOфОО OC'lLO
C"IC"IC"I МММ
IQ lQ
фсс С ......
............ .................
9
C"I-.t'..,.
LO L':> LO
о C"I 1'-
000000
J .о
.dlQф
000 ОРО
g::g::
00
о> C'I
C'I C"I
": 1>0.
C1;
t--.
C"I C"I C"I C'ljC"l C"I
-.t'0>
...,.
IQC"I
C'I C'I:)
C"I о>
lQ LO
C"I'-'I
00 LO
Ф 1'-
C"IC"I
-.t'1'-o
00 о>
C"I C'I
м
C'<I
М М
.000
M
LO
1'-<;1<
м
.о 1'-
1'-0
C"I
М -.t'
м C"I
<;I<
LC.о
-.t'
C"IОО
C"IC"I
0<;1<
lQ -.t'
М -.t'
C"IC'I:)
C"I 1'-
<;1< LO
1'-'<1'
0000
м <;1<
ОФ
ф 1'-
00
oo
00 о>
lQ 1'-
00 C"I
ОLO
L':>1Q
оф
<;1<<;1<
1Q
M
LO.о
C"IC'I:)
<;I<LO
.оLO
C"I М
LO
.о 1'-
LO
1'- 00
ОLO
ЗЗ
ОLO
00
00
00 LO
0>, "'_
oo
-.t'-.t'
ф
C'l:)M
фо
м -.t'
461
...
..
...
1
со>
Q
'"
'"
...
\,)
()
..
м
=::
<
:.:;
()
LQ
:с
11II
DO.
<
а:: .. ii =
:r
() .. = = lSi
i.i =:<:::!::!
:<:"::""""
О = ,,::OaJaJ
С = OJ::==
О с",==
а:: aJ "'=1-<<)
11II 1>' =1Si=;...
< '" =SaJ lSi
= "",,"О:(
1Si00",
DO. '" SI-<::E""
< о I I I I
11II '"
() о ""''1::!.......
..
;.,
DO.
<
а::
...
.о:
:.:;
о
с
.с
<
...
\,)
..
'" OQ
< "t::I
::f
:s: ,
'...
LQ
< q >< '<
...
462
"" "'''' :(5f;;
'" '" """"'"
(N" ci' .,.; .,.; ti' r:-i C; rr;
gи "" .r.,."'.... "'''''
'" C't.. .. M..
ое" а ..:
"
;., ...
.. тt
or
.. :I! 00
:i:l!
...
тt
g;a 00
::f С
р,..
(IJ о Q
'" '" тt
'" а
:11 ... 00
;.,
""
'" 11
00
t 'c::l
и
'"
u "Q1s
о ""и
....
2
u
r
...
>f
'" 'c
(5 ......"
",>< I .
(5L ......"
..
2
.. u
I ..
.. ...
'"
u .-;:
о .........
wз 1Cz И З
"Ж"J. еdJ.П"n
"ИИI<OJ.ззеd
}!'I'i 1 еззеw
:,WЗ I J иииаh
"з чЬ'еmоltll
1'11'1 .
2 ...
:112
с.
(IJ .
2'"
",'"
a: ос>
;.,
....
r;;
'"
'"
:2
.,.;
"'.......
o
roroм
""
"'....
M
01) "
;.,
;:r
.. 2
:i 2
О :>;о
't) ...
о '" '"
'" р,
:r с
с...
., о
.. '"
'" а
:о ...
;.,
'"
t
..
8
f
>f
..
8
"'....
"''''
ci'ci
'"
""
.,.;
...
...
",,'
'"
'"
'"
'"
""
",.
'"
Ir.i.
""
'"
,.;
....
""
'"
""
...
""...
ror)
z :g :;S
MM мм мс)
S\ 8i
r:.: "ci"
"'''''
""'"
ММ
.
"'..,
....'"
""""
""
.....
""
...... c-.11.t:)-.;t"co
OO .... ....
.. ..... C'l':l1O СРСЬ
......ф= ........ .-1.....
r:ici'ci
""
r-:r-: Cf)..
i:3
"ro"
'"
'"
.;
""... "" .... "''''''' ....'" "''''
or.i а;ф :iв3 "tO
"" """'.... ",,,,
'" '" "" "" ....... «>'"
а i iiig i!i i1i
""
gs:;; '" '" ""....'" ;;:;'"
"'. .... C'J.. 0;,0').. ci ci'
....'"
r-: ........
81.
"''''
"'о
,,000
:::
...
j..............
.. .с:' .....;!;
.... u д!
....
тt
00
""
тt
ос>
о
тt
ос>
""
11
ос>
O ::I
""и
...
'c
...."""
::а
и
...
""""
мм"
c:.1 Фrdfa
-:i ....,;- u;
"''''
"''''
.rЗ1fJ"
"'''''
""'"
u;ar;
CX)
....'"
u;u;
....
........
иiu,"
""....
........
ci'ci
'"
....
......
C'I..Ф..--: :::
gs 00 ......... У""4С"1
.з,,,,
...
cici'
!;;:r:: C":I
c-t с;; ci' c-i C'-I"
'"
""
....
...""
........
M
::: ffl
...;"<:j"...,.; ""f'''
:::
МС;
..., gj 18 !O:
cQro ro .; .;.; ar;иJ
"'
"''''
...... oo..
"'.... """'
roco ......
.. .. О Ю
000'::1 ...............
"'....
....'"
....
....
"'....
"''''
roM
g
...;..; oo::''' ..,;
:2 i ra. .
""
"'''''
ci" "
фCl:) ООФC'<t
З ..
""
00'"
MCf';J-
00
C; v "';"; ..
I
",>< .
' :. ...,'" '" f8 :::
сН ..;<> '"
ro ""'"
..
:11 ....'"
и "" .... !:i '" :i\:8
.. ........ ........ '"
I ",. cici r;-; " criroro ro" ';"I;f4-
.. ...
..
u >.-:' '" '" ....'"
о "" !;; "''''
....or.i ;:1;- ::; "'
.... u "'''' "'''' ....'"
"'
00 et3 r--:
...'"
O:IФ I.OФ
i:; i
"'....""
..............
....
o:.
S:!
r::c:
'"
"'''''....
cti.;u;
gs115 i!
u)ф .Qф
..1" '1'11 еззеw
""'"
.......
cti"';
:i1
.;
..............................
mt2
.. (,о.. r-: tO 00 r-:tIO
55
............... ...............
'"
'"
'"
""
...
"I;f4lОф IОСО II)ф
............... .............................................-
....'"
00
'"
'"
...
...
IЧ:) .Oz П13
-"Ж"J. edJ.lia'll
"ИННQL З1fd
IЧЗ . d I5ИН3h
-аз ч'itllmоltU
1'11'1 '11
::1
312
t>,
.. .
:1;'"
.,,,,
a:
;.,
'" "'....
...
"'''''
IC)_
OO 0000(0 00
:::--
'"
со..... .....с:с=:
о
""
g !@
'" "'
i
""
C'")
мм ro ..;
'"
....;
"'...
O':I=: O'J
'" о
....'" '"
..."" о
"tO r-..
""о f2I:: :g
""'"
о,.: r:r-: 000000000000"0)"
... &;12 fd R
с>
.,.: ....."r: 000000- 00 oo 00. 00
'" ....'" 1.000 V """"
'" ........ 1Q1.Q (,Оt--.0о0)
........ 00"00 ai 00 00 00 00
....'" g ;;':12
"''''
со r: 00 000000 000000-
:::: "''''' s; a;
"'''' ctiM MC'")"MCf';J"
80 f8
",,;'jIj
'" :g;!; Qы;аоо{!!: gs:g
...
"," r..:r-: r: r: f"o.." r:: ....:....... r-:
s ii !:g u;
"" С;С")&3 fЗ
"".... &!5:: :g Zi5
1:'I-C<I
'" с; s;чzraоо
"'...
'" g:c:1 !:; 8
. Ф.."с:
LQio tO r.O ф" r.O ф" tO f,D'"'
!:: Cf';J""""......C":I""""tOQ
&! 1OJ!X; S
....."""" M-.:J<
""'" r--. c.D "'....
. """" C'")""'oo:rl.O......COQ
"I;f4-'; иi иi Ю..,; 1й"1r.J" tO
"' Фооt-.."""" ф
. g o f;gi gt!ti
о ""... ......O':Iф 1.OCf';J1.Q
gg . ...:g"",- Ф""';......"
..r:H'O......Ct.I:::
:: =
:5
'"
<t!
".j
..
"1
'"
.g.
о
а.
с
s!
'"
!;
о
..
'"
'"
"1
EI
:а
:I!
о
а.
с
...
о
..
u
..
..
'"
...
р,
»
"1
"1
..
..
'"
:I!
....
'"
фtO (о
...... ;;:
(О.. Ф tO
S
ф" tO r.O
2:
c-ici м
'"
;;:;
",о
............
"'с>
><
:а
:р.
(IJ
'"
'"
и
»
с
:а
..
gj
;:1;
.;....
..
:а
'"
..
"1
(IJ
..
'"
\о
(IJ
Р,
..
о
с
»
....'"
....
....0>
....'"
....:
...
........
.;'"
......
'"
(IJ
"1
О
\о
'"
..
'"
....'"
r:.:
"''''
........
....
"''''
:о
..
(IJ
or
(IJ
..
'"
а.
с
....
;!;
'"
с'>
"1
\о
..
..
463
....
I
'"
""
...
\,)
()
ן-
ft)
::1:
<
:.::
()
UI
:а
са
lSi
:.: ..
g
1::,,=
'6 g ..::s:: ::s::
а':<; g а а
g.
0::sl:::c::s::
\о ",::S::::s::
1HH1
5.5.
ssf; a
I I I I I
1:X:I.c:. ...."
DO.
<
а::
:r
о
1:;
о
с
о
а::
са
<
'"'
а::
DO.
<
са
()
1:;
...
;.,
DO.
<
а::
...
<
:.::
о
с
.а
1:;
<
...
\,)
i.:
::s::
:с
CIi
1:1'
'"
:>:
'"
О
\о
О
9
...
;1
::s:
1:;
w
<
...
464
2"""Х 2 1>1 9 :::
u
;>.:S: :.::
:; а ОО '"
tO '"" s. i'a 9 со
p.,:s:;: c ООМ
'"
",ю
01 9 О>С'>
cici
8 9 &j
ci' "
:д """ 8 ...00
1>1 9 r--:
....
; .o
ФО>
a. 2! i'a 9 ...........
"" ш ::i»c
'"
01==9 !8.
8 9
wз ,п.l 00
.....
од" с
8 ,";)
,п r ""
'fi lfi q;)O I ,w;) '"
,'fi r "".
<о
I ,";) ""
'X fX ЧЗО .Ix r
""
wз .n.. ""
q
од""
ul
о"" ,.;),fi r .....
из ,x.J.
ОД"
u 1
r о" .,wз .xr
'.. ' wз 'Ох
",,,,0/
gwiE",
tJ;:fO::
Uф (J wз 'оn
..",..
"""'''''
J}! ',. I 11;);)!JW
,,I'i;)',,j нин
-;)h;);) qЬ'I1ПlOltu
Wl'/ 'н
...
:02
",,2
0/ -<>
2 .
","
..'"
""
>.
О>С/;
cr; М ro ro" ro"
C'>ts
ro
;ъ
"'<о
""."'!.
"''''
ФО>
""""
ro
со юоо
'" .........
ro
.....с
<о....
OO"(1)"
!:; <000
""""
"" tici
q 00
С'О""
с'о cici
.... сС'О
с. ""С'О
"" ci
""
0>. cici
0>....
C'O
roro
0>""
0).,0.
""
0::. .
'" "'''''
tD ,...... r-:
00
....
с'
1818 g..q
00 с ....
""<О с'>
.....""
ro'; .,; r-: 00"
"".... "" 00""
sct :i :.i l'
<о
<о
..
....
о>
..:
""
а;
""
"'0>
......
..... ""О>
..; i12
'"
.... ........
'" ЮСО
С :!
ci
8.
""....
"'-:"...-01..
........
"" <О""
... ""М
cr5"'; Ц;
""....
::
о>
"".... ci
0>"" "".
i !;;
""'"
i
fЗ
"ci
"'00
== ..
'"
с.
. :g
00 00"
&! .
..ti
........
..-4..
.......
ci'
oo fБ щ.
cicrз" с.;,; "'"
m
и)
O> '" ...ш
"".... '" ...""
"'... VI
';ю .,;
'" 00
<о .... .....
...'" ю<о '" ",,,,
<о с IЪ
"" ...
<о "" ,
'" <о
..""х 2 1>1==9
U:= >' ::E .;
a .o
:f O::E=
со i:i ::i >.g. r.I 9 ....
.;
""
01==9 с
.;
8 9 с/;
""
Ioa ""
I>I 9 ""
2.o
:f& ..a. Ы==9 ""
Со!:! >'с
01 9
8 9
из .п,}
tJj
О:; ,w;)
.п r
'fi lfi q;)O I ,w;)
II r
Ix Yx ЧЗО I ,w;)
,IX r
IЧ;) .n,}
tJ;
о"" ,W;).fi r
IЧ;) оХ,}
tJ1
о" ,1\l;)'X r
, '" wз 6 0 х
gO/z't
=f-o
а::IO И:) tO/i
G. c:r
,JЯ lи [ 8;);) I1 W
:о;IЧ:)
."j IШН;)I,;);) q!tI1h10Itu
wW'H
...
:112
",,:1;
0/ . -<>
2..
"'':
&:
>.
:::!
;:;
'о
О
с1 ,... rn f;i
:i:!.. u;u; ф
8t &!. I
tO t--t--f'-, 0000 0)0)0)0)
............... ............... ...............
I':: t-- f6 :gr-..
r.r;;чi r-:r-:...: 00"00 фа;ф
tc: ..
..; '<;t<-.::o
0>""
о>с
.; ..
u;u;
;::
<0<0
............... .......................................................... ...............
gs:;; :::..
.;..; U;U; tOtO tOtO
r-..O'J ...... ...-! ООtl')
tOФt-- f.CtCI lOl.Qco
...:...:...: 0000 а;ф
...............................................
cg
U;ф toф&
s;
"cr; "'t:t' "Ii3"
IO tO I/J:&
r........:r..: oo а)ффф
.............................. .............................. ---;;;::-
faf8 ..-4....-4.. 88..-4
"с-:4" cic:-i citi мм cr;cti C'I")C'I") "'t:t''''1' 1/JU;u5.o
:. . '" ::. : ::
..",..", "ci'..",......", ...............
............... O) c; ..-4...... S;
cO C-< .; .;.; .;.;.;.;
C'I") .. cъ g:H; oo
ci .. cici cr;cr; cr;M" .;..; ..; ...;.;
............................ -;;;:- :!:;! 00(0 C"t
S 5 :}:. "'."'. " "С-<" со.. СО""-,,,,'С-<
............................. ...............
a i g =E
............... ............... ..............................
f'-, 1O 8 8
..-4 r-..t-.. ..-4
............... ............................................. "'""""""":;
tO.. ! ;::: g: f2 !
..............................
OOf.C ОНЮ :75 CЪ ..-4 fi:}
LQ.. :::::.. .... Ci"Ci" cici " ci er5rocr;C'I")"
:;:;- --:.;;;:::
i g i OO .... Ci ф
.............................. ............... --;;:; = r-.. lOM..-4оо
:75 g: LQLt) (j) "'t:t' ш.ою oo::2' ", - :;:J
C"tC"f ""'''''' C1;cr: M- "'t:t' ';"'t:t'- ...............
.............................. ............... ............... r-.. M ст..оо......ф
a =
"'t:t' I"--(;Д Q) ..............................
"d' ... E:!' C'I")
r-.. ggcg ;} .."''" ..... 8AJ РОО........
.... ... .... .... ci
..-4"'"".................-4 ...:::.=. .............................................
tO Cё :g::!: S; u:> fd;:;:
.... .... .... и;u;ar.: u;u; фcs5Ф ..
C;;ci M C'I")C'I") = "'t:t''''';
u:> --;;:;---:;;::;;:::
1"--1:: fal"-- LQ..a ......... OOo)CQ gi gi'igi
LQ" ФОО oO o::i ;:: ::!: ..-4....C"t
............................ t-:
:.. :.. tO oor:i' ..ш..о OO CS;t;
Фt--"' oo..::i ...=..::. ...::......
фО) :::;::;З
I/JtO tOОО <01"--
tQ OOS oos
";00
(7)S
oC't """, "'t:t'f.C
........ """'..................
а1
с
о>
;:
'"
g
<о
'"
&5
с
....
'"
с
;:!;
с
<:>
""
а1
g
;:
465
ТАБЛИЦА 5. СТАЛЬ ПРОКАТНАЯ ТОЛСТОЛИСТОВАЯ
И УНИВЕРСАЛЬНАЯ, РАЗМЕРЫ, мм
Тодщина листов
(полос)
Ширина листов (полос)
Длина листов
Прокатиая то"столистоаая (выборка из rOCT 19903 74)
4 600; 710, 1000; 1250; 2000; 2500; 2800;
1400; 1500; 1600 3500; 4500; 5000; 6000
1) 1250; 1400; 1500; 1600 2500; 2800;3000; 3500;
4500; 5000; 5500; 6000
6; 7 1250; 1400; 1500; 1600; 2800; 3500; 4500; 5000:
1800 5500; 6000; 7000
-
8 1250: 1400; 1500; 1600: 2800; 3500; 4500; 5000;
1800; 2000 5500; 6000; 7000
9; \О; 11 1250; 1400; 1500; 1600; 2800; 3500; 4500; 5000;
1800; 2000; 2200 5500; 6000; 7000
12; 14; 16; 18; 20; 1400; 1500; 1600; 1800; 4500; 5000; 5500;
22: 25; 28; 30; 32 2000; 2200 6000; 7000; 8000
36;40
1500; 1600; 1800, 2000;
2200; 2500
4500; 5000; 5500,
6000; 7000; 8000
Универсальная (по rOCT 82 70)
6' 7' .8' 9' \о, 11"
12' i4" 16" 18: 20:
22' 25' 28' 30' '
'32; '36; '40 '
200; 2\0; 220; 240; 250;
260; 280; 300; 340; 360;
380; 400; 420; 450; 480;
530' 560' 600' 630' 650'
670; 700; 800; 850; 900;
950; 1000; 1050
5OOO 18 000
ti
Qi
1:<
;-
...
...
I
с:;
:;
...
\,)
о ...
...
'"
:l3
IC ..s
о
:с
<
Do
:.::
ос>
:l3 ::Е
\,) ::Е
.а
1:; :i
'" со 1:1
Do '"
.,; ::Е
gj
< со IQ
::f '"
::s: :;;
1:; :с
w ...
< с :r:
t-< :с
...
О
..
"
..
'"
с
r:.
::J)
Ф ОО""'ОФ<':)
<':)<':)..".11)11)ф
ooO<':)LQO"",
<':)<':)<':)
0000000
011)0011)00
со:> <':).."..."...".11) <D
O ""'<DOLQO
C'I C'I C'I C'I <':) <':) ..".
o..".oo oo....o
C'I C'I<':)<':)""'ac
LQ LQ
LQ..".<Dr--ооо>о
LQ<Dr--ОООC'l11)
0000000
ac<Dr--ооо ..".
LQ LQ
1Or-- LQOLQO
C'I<':)<,:)"",..".11)
.
8 :i5R8
....................................
8LQOOOOO
OC'l<':)LQr--о>
....................................
00008
LOc.or--..ас.................
Q,Q,Q,Q,Q,Q,Q,
::<:'
D
н
L.
'"
i
8t;З$
gfi - -fi
..
"
"
:>. зgs ..".
"2 ... ..: .D С'<!- О ..; с;
" O> OO""'o>oo
.;- ............С"':)""="'О')ф""='"
'"
а.
о>
'"
'"
..
=
о> ;1.;ф "",
Z
о .....
r..: ..; - ..; .,;
;1.;
'" ...........C'\I...,.r-...
:;;
:с
:с
'"
1:[ ..
'" ро
:;; ..
:с Юz
.. ::1"
'" о -
:r <t N 1:'1<':)<':)<':) <':)..".
...
'" 0>= <':)ОСО>..".СО..".QO
С. "," ..;..;..r;..;r..:<юо)
'" о'"
:;; ..",
:r:: "..
... "
с ..
:с 1:1.
...
О
о
15
..
"...
0>2
Ро"
о> 1:'10> <':) ..".<':)
с .
0'"- O').. "": tq,
с'" ooor-- <':)OLQ
;!} со:> ас <D 00 11) о>
..о>
:3'11;
о"
'"
t::
..
"
..
'"
о>
ро
С
..
t-<
оос
000001:'1"'"
11)<Dr--00
Q,Q,Q,Q,Q,Q,Q,
::<:'::<:'
'467
ПРИЛОЖЕНI1Е 'У
РИСКИ ПРОКАТНЫХ ПРОФИЛЕЙ
ТАБЛИЦА 1. РИСКИ ДЛЯ ОТВЕРСТИИ В )'fОЛКАХ
Одна риска Две риски
.; о:>, риска о:>,
'.. '..
о .о", ...'"
t: 0;::01'" t: 0;::01 В
.. tI .... .. ....
'" :oI"'<J '" :i8.
'" .. : E,1!;j о, а.
0:>,"" .. <J
"'", "'", 1i
Е.. о:>, Е.. :oIDI
мм
45 251 11 в шаХh!атном порядке
50 30 I 13 125 1 551 351 23
56 30 I 13 140 I 60 1 40 I 25
63 35 I 17 160 1 651 60 I 25
d 70 40 I 19 В два ряда
ii + !f
75 45 I 21 140 I 551 60 I 19
. -
80 45 I 21 160 1 60 I 70 I 23
90 50 I 23 В шахматном порядке
и в два ряда
100 55 I 23 180 1 651 75/ 25
110 60 I 25 200 I 80 I во / 25
125 70 I 25 220 I 90 I 90 128 5
140 75/ 25 250 /100 I 90 /28,5
При м е ч а Н н я: 1. При наличии стыков иеобходнмо провернть достатоЧ-
НОСТЬ рисок. Для уrолков с толстыми полкамн нужно или соответственНО уве-
'nВЧИТЬ риски. или уменьшить днаметр отверстнй.
2. В случае применення болтов при двухрядном расположении необходИМО,
чтобы риска а. была не менее 3 диаметров применяемоrо отверстия.
468
ТАБЛИЦА 2. РИСКИ
ДЛЯ ОТВЕРСТИЯ В ДВУТАВРАХ
ПО rOCT 8239 72
...
.
Полка Стенка
о:>, 10:>,
.. 1..
!i !i
.. ..
с: с:
Ь з! h, k d " :;s
'" '"
gj , .....
.. tI .... :;Jj!!
! 2<) :oI<J
.. "'о:>, "'о:>,
.. "'", "'",
О <J >:", ..",
о:>, '" !; а
t: о:>,
мм
10 55 32 9 70 15 4,5 30 11
12 64 36 11 88 16 4,8 35 13
14 73 40 11 100 17 4,9 40 13
16 81 45 13 124 18 5 40 15
18 90 50 15 142 19 5,1 50 17
188 100 55 17 142 19 5,1 50 17
20 100 55 17 162 19 5,2 50 17
208 110 60 19 160 20 5,2 50 17
22 110 60 19 178 21 5,4 60 21
22а 120 65 21 178 21 5,4 60 21
24 115 60 19 196 22 5,6 60 21
24а 125 70 21 194 23 5,6 60 21
27 125 70 21 224 23 6 60 21
27а 135 70 23 222 24 6 60 23
30 135 70 23 250 25 6,5 65 23
3Оа 145 80 23 248 26 6,5 65 23
з3 140 80 23 276 26 7 65 23
36 145 80 23 302 29 7,5 70 23
40 155 80 23 338 31 8 70 25
45 160 90 23 384 з3 8,6 70 25
50 170 100 25 430 35 9: 80 25
55 180 100 25 474 38 10, 80 25
60 190 110 25 518 41 11,1 90 25
ТАБЛИЦА З. РИСКИ
ДЛЯ ОТВЕРСТИЯ В ШВЕЛЛЕРАХ
ПО rOCT 8240 72
d
110:
Полка CТt'IIK8
о:>, i
..
J!
'" ..
f!
с: ...
Ь :;s h, k d " :iI
'" '"
tj.. ...
:i'"
'" tI "'j!! :OI
о;: :Ii<J
i .. "'о:>, fi
>: и",
о <J >:",
о:>, '" ;j!;
t: о:>, ::;;0
мМ
5 32 20 9 22 14 4,4 25 7
6,5 36 20 11 37 14 4,4 32,5 11
8 40 25 11 50 15 4,5 40 13
10 46 30 13 63 16 4,5 з3 9
12 52 30 17 86 17 4,8 40 13
14 58 35 17 104 18 4,9 45 l/j
14а 62 35 17 102 19 4,9 45 15
16 64 40 19 122 19 5 50 17
16а 68 40 19 120 20 5 50 17
18 70 40 21 140 20 5,1 55 19
18а 74 45 21 138 21 5,1 55 19
20 76 45 23 158 21 5,2 60 21
2Оа 80 50 23 158 21 5,2 60 21
22 82 50 23 176 22 5,4 65 23
22а 87 50 25 174 23 5,4 65 23
24 90 50 25 192 24 5.6 65 25
24а 95 80 25 190 25 5,6 65 25
27 95 60 25 220 25 6 70 25
30 100 60 25 246 27 6,5 70 25
з3 105 60 25 274 28 7 70 25
36 110 70 25 зоо 30 7,5 75 25
40 115 70 25 336 32 8 75 25
I
469
ПРИЛОЖЕНИЕ V
О МЕЖДУНАРОДНОй СИСТЕМЕ ЕДИНИЦ
ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
Основные и производные (имеющие собственные наименовании)
единицы физических величин, наиболее широко применяемые при
расчетах строительных конструкций по системе СИ даны в.
Табл. I и 2. .
ТАБЛИЦА 1. ОСНОВНЫЕ ЕДИНИЦЫ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
Велнчнна
Обозначение I
Размерность
Наименование
ОСНОВНОЙ едииицы
Длина
Масса
Времи
L
М
Т
метр
килоrрамм
секунда
м
Kf
С
ТАБЛИЦЛ 2. ПРОИЗВОДНЫЕ ЕДИНИЦЫ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН,
ИМЕЮЩИХ СОБСТВЕННЫЕ НАИМЕНОВАНИЯ
Величина
Наимено-
ванне
I Обозначе- j
ние
Размерность
Сила
Напряжение
(давление)
Работа
LMT 2
L l MT 2
н
Па
Kr'M/c 2
Kr/M.c 2
н
Н/м.
ньютон
паскаль
L2 MT 2
Дж
Kr'M 2 /c 2
Н.м
джоуль
Обозначения единиц физнческих велнчни мотут применяться В кty.lТИЫJl
Н дольиых частях в соответствни с табл. 3.
ТАБЛИЦА 3. КРАТНЫЕ И ДОЛЬНЫЕ ЧАСТИ
Кратиость Наименованне Обозначеиие
( ДОЛЬИОсть) Примечание
IO s Mera М Рекомендуемые
103 кило к »
102 reKTO r Допускаемые
10 дека да »
1O 1 деци д »
lO 2 санти С »
1 3 милли М Рекомендуемые
1 8 микро мк »
[(ратные и дольные чаl\ТИ единиц физических величин называютСЯ в ебо-
зиачаются добаВlIением соответствующнх приставок в наименова.:ИЯ и 060-
зна'/ення. Например, сила. равиая 1000 ньютонам, называется килоныотоно.
И обозначается кН; !lапряжение, равное 1 000 000 паскалей называетl:Jl Jlera-
паскалем и обозиачается МПа.
470
оrЛАВЛЕНИЕ
I
I J
I
{;тр.
3
I
4
Предисловие к третьему изданиЮ
fлава 1. Введение
!i 1. Основные достоинства и недостатки металлических КОП ТР;IЩИ
2. Применение металлических конструкциil в совреМeDие.. стро-
ительстве . . . . . . . . . . .
3. Краткий историческнй обзор развнтия металлических коист-
рукиий
fлава 11. Материалы для металлических конструкций, их состав. свой-
ства и работа . . . . . . . . . . .
!i 4. Стали для строительных У.онструкиий. их состав и cBollcTвa
!i 5. Работа сталИ прн разлнчных B1lдax силовых воздействий .
!i 6. Влияние друrnх факторов иа работу стали . . . .
!i 7. Понятие об устойчивостн элементов металлических комет-
рукций . . . . . . . . .
!i 8. Алюминиевые сплавы, их состав, свойства и особенности ра.
боты
fлава Нl. Сортамент
!i 9. Сортамент для стальных коиструкцнlI ., .
10. Сортамент для коиструкци/\ из алюмнниевых сплавов
fлава IV. Основы проектирования и расчет металлических конст,
рукциll
!i 11. Основные трсбоваиня. предъявляемые к металлическим кон.
струкциям . . . .
!i 12. Орrанизация проектировання . . . . . . . .
13. Осиовы расчета метаЛЛИ'lеских конструкиий по предельиЫМ
состояниям . . . . .
!i 14. Расчетиые сопротивлення сталей и алюминиевых сDл....JI и ИХ
физнческне характеристики
fлава V. Сварные соединения
15. Способы сварки н тнпЫ соединеннй . .
16. Термическое воздействие сваркн. Сварочные иапряжения И
деформации . . .
!i 17. Расчет сварных соедииениll . . . . . .
!i 18. [(оис-rруктивные требования к свариым соединениям
fлава VI. Болтовые н заклепочные соеДНllения
19. Общая характеристика болтов и заклепок
20. Расчет болтовых и заклепочных соеднненнй . .
, 21. КОНСТjlуироваине болтовых и закJICIIOЧ"ЫХ соеД<lнeиЮi
fлава VII. Балкн и балочные КОИСТРУКЦIIИ
22. Общая характеристика балок и балочных клеток
!i 23. Плоский стальной настил балочных клеток .
!i 24. Подбор сечения прокатиых балок . . .
25. Подбор сечений разрезных составНых баJiОК .
26. Друrие виды составных балок .
ТТ. Проверка общей устойчивости балок . . .
!i 28. Проверка меcrиой устоlIчивости элементов балки .
29. [(оиструироваиие и расчет сопряжений и узлов балок
63
66
4i9
78
t!O
80
8t
90
!i9
169
110
JJ4
130
131
134
JЗ!I
142
153
1
t67
174
471
5
8
11
11
20
32
41
51
54
54
61
6з
Стр.
fлава VПI. Колонны . 191
30. ЦеИТР8Льно сжатые колонны 192
31. BhellClltpehho-сжатые колонны . . 210
32. Конструирование и расчет узлов и деталей колони 219
fлава IХ. Фермы 236
33. Характернстика, классификация, компоиовка н типы сеченнII
элемеитов ферм . 231
34. Стропнльиые фермы 241
!i 35. Расчет ферм . .. .... 249
!i 36. Конструироваиие и расчет узлов и деталей ферм 262
fлава Х. Каркасы одноэтажиых пронзводствеНIIЫХ зданий 283
37. Основные вопросы проектирования коиструкциll производст-
веР.ных здаиий . . . . . . . 283
!i 38. Компоновка конструктивной схемы каркаса 290
39. Особеиности расчета поперечиых рам 309
!i 40. Конструкции покрытия . . . . 310
!i 41. Особеиности расчета и конструирования колони производст-
венных зданий 323
!i 42. Подкрановые конструкции 354
fлава Хl. Лнстовые конструкции з86
!i 43. Общая характеристика лИстовых конструкций 386
!i 44. Основы расчета Лнстовых конструкциЙ . . 381
!i 45. Листовые конструкции промышленных сооружени!! 394
fлава ХП. Металлические конструкции специальных сооружеиий 414
!i 46. Большепролетные покрытня 414
!i 47. Висячие покрытня . . 423
!i 48. Конструкцнн башеи и мачт 433
Прнпожеиия
1. Нормативные данные для расчета металлических конструкциll 441
П. Даниые для расчета иа усто!!чивость 446
111. Сортамент прокатно!! стали 458
IV. Риски прокатиых профнпей . . . . . . 468
V. О международной системе еllИнии физических величии 47Q
Анатолнй Алекса1lдРОВИЧ Васильев
Металлические конструкции
Научный редактор Б. Ю. Уваров
Редакция литературы по строительным материалам и конструкциям
Зав. редакцней М. И. Бобылев
Редактор А. В. Болотина
Мл. редакторы Л. А. Козий, Л. А. Табачник
Внешиее оформление художника И. А. Шиляева
Технический редактор Т. М. Кан
Корректоры О. В. Стиенеева, Н. Сафронова
116 ом 2286
Сдано в иабор _ 27.03.79. Подписано в печать 6.08.79. Формат 84Х 108'/...
Вумата тип. п. l) fариитура литературиая. Печать высокая. Усл. печ. л. 24,18.
Уч. изд. л. 25,34. Тираж 80000 экз. Зак. п. 950. Цеиа 1 руб.
Стройиздат, 103006, Москва, Каляевская, 238
t\ладимирская типоrрафия «Союзполиrрафпрома» при fосударственном
комитете СССР по делам издательств, полиrрафии и киижиоll торrовпи
600000, т. Впадимир, Октябрьский проспект, д. 7