Местная устойчивость сжатых элементов. Компоновка сечения и проверка устойчивости колонн.

Коэффициенты условий работы. Коэффициенты ответственности сооружения. Виды предельных состояний элементов стальных конструкций. Виды напряжений и их учет при расчете элементов стальных конструкций.

Коэффициенты условий работы - коэф. учитывающие наиболее вероятные особенности действительной работы материалов, конструкций и оснований при строительстве и эксплуатации сооружений и вводимые сомножителем при определении расчётных сопротивлений элементов конструкции и их соединений(приним.в соотв. с табл. СП «Нагрузки и воздействия»). Для учета ответственности зданий и сооружений их раздел. на три уровня: I – повыш., II – норм., III – пониж.. Повыш. уровень ответ-ти следует приним. для зд. и сооруж., отказы которых могут привести к тяжелым эконом., социал. и эколог. последствиям (резервуары для нефти, магистральные трубопроводы и т, д.). Норм. ур. ответст. следует приним. для зд.. и сооруж. массового строительства (жилые, общ., производст., сельскохоз. зд. и сооруж.). Пониж.ур. ответст. следует приним. для сооруж. сезонного или вспомогательного назначения (парники, теплицы и т.д.). При расчете несущих конструкций и оснований коэффициент надежн. и ответств. , принимают равным: для I - для II , для III - . На коэфф. надежн. по ответств-ти следует умнож. нагрузочный эффект (внутр. силы и перемещения конструк. и основ., вызываемые нагруз. и воздействиями). Для стальных констр. установлено два расчетных предельных состояния: 1ое расчетное предельное состояние ( - расч.усилие в конструкц. от всех нагрузок , -несущая способность конструкции), определяем. несущей способностью (прочностью, устойчивостью или выносливостью); этому сост. должны удовл. все стальные конструкции; второе расч. предел. сост., определ. развитием чрезмерных деформаций (прогибов и перемещений); этому состоянию должны удовлетворять конструкции, в которых величина деформаций может ограничить возможность их эксплуатации. Расчетная нагрузка определяется, как произведение нормативной нагрузки на коэффициент перегрузки n (больший единицы), учитыв. опасность превышения нагрузки по сравнению с ее нормативным значением: .Таким образом, конструкции рассматр. по расчетным нагрузкам. От воздействия расчетных нагрузок в конструкции определяют расчетные усилия (осевое усилие N или момент М), которые находят по общим правилам сопротивления материалов и строительной механики. Ф — зависит от предел. сопротивления материала силовым воздействиям, характеризуемого механическими свойствами материала и называемого нормативным сопротивлением R^н, а также от геометрических характеристик сечения (площади сечения F, момента сопротивления W и т. п.). Для строительной стали нормативное сопротивление принято равным пределу текучести, R^н = . За расчетное сопротивление стали R принимают напряжение, равное норматив. сопротивл., умнож. на коэффициент однородности k (меньший единицы), учитывающий опасность снижения сопротивления материала по сравнению с нормативным его значением вследствие изменчивости механических свойств материала. R= R^н * k. R — это напряжение, равное наименьшему возможному значению предела текучести материала, которое и принимается для конструкции как предельное. Основные напряжения возникают в результате действия нагрузок. Их определяют методами сопротивления материалов по усилиям, которые устанавливают расчетом идеализированной расчетной схемы конструкции по правилам строительной механики. Эти напряжения уравновешивают внешние воздействия и определяют несущую способность элементов конструкций. Дополнительные напряжения возникают от неучтенных в идеализированной схеме факторов (связей, создающих защемление в узлах, неразрезности в соединениях элементов и т.п.). Значения таких напряжений во многих случаях поддаются определению, но их, как правило, не учитывают в расчете. Основанием для этого служит возможность перераспределения и снижения напряжений за счет развития пластических деформаций с образованием пластических шарниров, что приближает работу конструкции к принятой расчетной схеме. Кроме того, часто такие напряжения имеют обратный знак по отношению к основным напряжениям, т.е. несколько разгружают несущий элемент. Местные напряжения возникают в элементах конструкций либо от внешних местных воздействий (сосредоточенных нагрузок, опорных реакций, подвижных грузов), либо в местах резких изменений формы, где развивается концентрация напряжений вследствие искажения силового потока. Местные напряжения первого вида обычно учитывают в расчете, чтобы избежать чрезмерного развития пластических деформаций, появления трещин или потери устойчивости тонкостенных элементов. Второй вид местных напряжений в форме их концентрации при нормальной температуре и статических воздействиях практически не оказывает влияния на несущую способность конструкций и ими можно пренебречь. Однако при действии пониженных температур, а также при динамических воздействиях концентрация напряжений может привести к хрупкому разрушению. Начальные напряжения возникают в результате неравномерного остывания после прокатки, при сварке или в результате предшествующей работы элемента в пластическом состоянии. Сочетание напряжений от внешних сил с начальными приводит к тому, что результирующие напряжения существенно отличаются от расчетных.Такие напряжения не представляют угрозы прочности, если их линейные поля совпадают по направлению с полями основных напряжений. Так как начальные напряжения самоуравновешены, то, суммируясь с основными напряжениями, они в одних точках ускоряют, а в других - замедляют развитие пластических деформаций. Тем не менее ими нельзя пренебрегать при оценке устойчивости и деформативности. Если образуются поля плоского или объемного напряженных состояний, то возникает опасность хрупкого разрушения. Остаточные напряжения σ, sub> r можно учитывать в расчетах конструкций путем суммирования условных деформаций ε _r = σ, sub> r /E с деформациями от внешней нагрузки.

Местная устойчивость сжатых элементов. Компоновка сечения и проверка устойчивости колонн.

У тонкостенных стержней, особенно небольшой гибкости, стенка или полка могут потерять устойчивость раньше, чем происходит потеря устойчивости стержня в целом. Потеря устойчивости резко ослабляют стержень, часто делая недеформированную часть сечения несимметричной; центр изгиба при этом перемещается, стержень начинает закручиваться и быстро те­ряет устойчивость. Потеря устойчивости может произойти от воздействия нормальных, равномерно распределенных по сечению напряжений (стенки и полки центрально сжатых), нормальных нерав­номерно распределенных напряжений (стенки внецентренно сжатых). При решении задачи о местной устойчивости считают, что отдельные элементы, составляющие стержень, работают как пластинки, сочленен­ные между собой шарнирно, упруго или жестко. Компоновка сечения и проверка устойчивости колонн. Расчет колонны начинают с определения расчетной сжимающей силы N, которая равна сумме опорных реакций от расчетных нагру­зок всех установленных на колонну балок. Далее находят расчетные длины и назначают тип поперечного сече­ния колонны, назначения гибкости, находят коэффициент φ, вычисля­ют требуемую площадь поперечного сечения и требуемые радиусы инерции, затем устанавливают генераль­ные размеры сечения. После этого можно приступить к назначению размеров стенки и полок, исходя из требуемой площади сечения колонны и опираясь на условия местной устойчивости. Наиболее распространенные случаи местной устойчивос­ти элементов металлических колонн. Пояса колонн. Сжатые пояса двутавровых сечений балок и колонн представляют собой длинную пластину, нагруженную равномерно распределенными по сечению пластины нормальными напряжениями, действующими вдоль ее длинной стороны, и прикрепленную длинной стороной к стенке дву­таврового сечения. Потеря устойчивости такой пластины происходит путем волнообразного выпучивания ее краев, середина же пластины остается прямолинейной, так как стенка препятствует ее выпучиванию.

В колоннах местная устойчивость поясных листов приравнивается к общей устойчивости колонны и принимается σ кр - φ R. Уменьшение а_кр для полок колонн дает возможность увеличить свес пояса, и поэтому в колоннах свес пояса обычно может быть больше, чем в балках. Неокай­мленный свес полки колонны определяется по формуле bсв/tп ≤ (0, 36 + 0, 10λ)√ E/R, где 0, 8≤ λ ≤ 4 — условная гибкость колонны. Стенки центрально сжатых колонн двутаврового сечения представля­ют собой длинную пластину, нагруженную равномерно распределенными по сечению пластины нормальными напряжениями, действующими вдоль ее длинной стороны. Эта пластина прикреплена к поясам колонн, кото­рые препятствуют ее выпучиванию по краям. Потеря устойчивости та­кой пластины может происходить путем волнообразного выпучивания ее середины, причем длина полуволны составляет около 0, 7 ширины пластины. Коэффициент с в формуле зависит от ус­ловий закрепления поясов и стенки центрально-сжатых колонн. Устойчивость стенки колонн подобно устойчивости поясов прирав­нивается к общей устойчивости колонны, но предельные отношения ширины стенки к ее толщине благодаря разным условиям закрепления пластины получаются больше, и для стенок из малоуглеродистой стали при λ, =2, 8 доходят до 70: hст/t_ст≤ (0, 36+0, 8λ)√ E/R, но не более 2, 9/√ Е/R, где H_cт и t_CT — ширина и толщина стенки; λ > 0, 8 — условная гибкость колонны.

11. Общая характеристика и классификация ферм. Компоновка ферм. Выбор статической схемы и очертания фермы. Расчет ферм.

Ферма - система стержней (обычно прямолинейных), соединенных между собой в узлах и образующих геометрически неизменяемую конструкцию. Классификация: 1.По статической схеме фермы бывают: балочные (разрезные, неразрезные, консольные), арочные, рамные и вантовые. 2. В зависимости от очертания поясов: сегментные, полигональные, трапецеидальные, с параллельными поясами и треугольные. 3. Системы решетки. Выбор типа решетки зависит от схемы приложения нагрузок, очертания поясов и конструктивных требований. Бывает: треугольная, раскосная, шпренгельная, крестовая, ромбическая, полураскосная, в фермах с поясами из тавров можно применить перекрестную решетку из одиночных уголков с крепление раскосов непосредственно к стенке тавра решетки. 4. ПО способу соединения элементов в узлах на сварные, клепанные и болтовые. 5. По величине максимальных усилий условно различают легкие фермы с сечение элементов из простых прокатных или гнутых профилей (при условии в стержнях N≤ 3000кН) и тяжелые фермы с элементами составного сечения (N≥ 3000кН). Компоновка ферм. Выбор статической схемы и очертания фермы. Первым этапом проектирования конструкции является их компоновка. На первой стадии выбирается статическая схема, очертание ферм, назначить вид решетки и определить генеральные размеры. Компоновка конструкции в решающей степени определяется их экономичностью. Рациональное конструктивное решение должно быть экономичным по затрате металла, просто в изготовлении, транспортировке и монтаже, быть надежным и долговечным. Выбор очертания ферм является первым этапом их проектирования. Очертание ферм в первую очередь зависит от назначения сооружения. Оно должно отвечать_принятой_конструкции_сопряжений_с_примыкающими_элементами._Очертания ферм должны соответствовать их статической схеме и виду нагрузок, определяющих эпюру изгибаемых моментов. Для ферм покрытий необходимо учитывать материал кровли и требуемый уклон для обеспечения водоотвода, тип узла сопряжения с колоннами (жесткий или шарнирный) и другие технологические требования. От системы решетки зависят вес фермы, трудоемкость ее изготовления, внешний вид. Решетка должна соответствовать схеме приложения нагрузок, поскольку нагрузки во избежание местного изгиба пояса передаются, как правило, на ферму в узлах. Статический расчет ферм заключается в определении реакций в ее опорах и нахождении усилий в ее стержнях. Для решения статически определимых ферм достаточно только уравнений равновесия. Составив для каждого узла по два уравнения равновесия проекций всех сил на вертикальную и горизонтальную оси, найдем усилия во всех стержнях фермы и реакции опор- метода конечных элементов. При расчете ферм с небольшим количеством стержней применяют способ вырезания узлов и способ сечений. Способ вырезания заключается в мысленном вырезании узла фермы с заменой действия на него стержней соответствующими усилиями. Способ сечений состоит в мысленном рассечении фермы на две части и рассмотрении равновесия одной из них. При этом действие отбрасываемой части на рассматриваемую должно быть заменено усилиями в стержнях ферм. Если провести сечение таким образом, чтобы оно проходило через три стержня, то можно составить уравнения равновесия для рассматриваемой части фермы таким образом, чтобы найти усилия во всех трех стержнях. Если в сечение попадает количество стержней превышающее три, то чаще всего приходится комбинировать способ сечений и способ вырезания узлов, определяя усилия в части из стержней в сечении из рассмотрения равновесия узлов или при выполнении других сечений.

Конструктивные и компоновочные схемы одноэтажных промышленных зданий. Схема каркаса. Компоновка плана. Компоновка поперечного сечения каркаса

Основным конструктивным решением является каркасное с ограждающими панелями. Все основные нагрузки в таких зданиях передаются на каркас выполняемых преимущественно из железобетонных и стальных элементов. Применяются решения и с неполным каркасом, в котором вместо крайних рядов колонн предусматривают несущие каменные или кирпичные стены (обычно с пилястрами). В зданиях с мостовыми кранами применяют колонны с консолями для подкрановых балок. Основными элементами несущего каркаса, воспринимающими почти все действующие на здание нагрузки, являются плоские поперечные рамы, образованные колоннами и стропильными фермами (ригелями). На поперечные рамы, расставленные согласно принятому шагу колонн, опирают продольные элементы каркаса – подкрановые балки, ригели стенового каркаса (фахверка), прогоны покрытия и в некоторых случаях фонари. Пространственная жесткость каркаса достигается устройством связей в продольном и поперечном направлениях, а также (при необходимости) жестким закреплением ригеля рамы в колоннах. Основным принципом компоновки одноэтажных зданий является их составление из прямоугольных блоков с параллельно расположенными пролетами. Компоновка плана. Компоновка производственных зданий производится на основе унифицированных габаритных схем, унифицированных типовых секций и унифицированных типовых пролетов. Конструктивная разработка планов ведется с учетом правил унификации, определяющих размерные привязки конструктивных элементов здания к разбивочным осям. Компоновка поперечного сечения рамы. Компоновка поперечной рамы включает в себя назначение основных габаритных размеров элементов конструкций в плоскости рамы. Высота рамы от уровня пола до центра опорного узла (нижнего пояса ригеля рамы), мм, h = H_гр + h_к + a где Н_гр — высота от уровня пола до головки рельса подкранового пути; h_к — габарит мостового электрокрана, зависящий от грузоподъемности заданного крана и пролета рамы, берется по ГОСТу; а — размер, учитывающий прогиб конструкции покрытия (фермы), принимается равным 200-400 мм в зависимости от пролета. Высота рамы h в соответствии с «Основными положениями по унификации объемно-планировочных и конструктивных решений промышленных зданий» принимается кратной 1, 8 м из условия соизмеримости со стандартными ограждающими конструкциями. Размер верхней части колонны, мм, hв= hб+ hр+ hк+а, где hб — высота подкрановой балки, принимается равной 1/8—1/ 10 пролета балки (шага колонн); hр— высота кранового рельса, может в первом приближении быть принята равной 200 мм. Размер нижней части колонны, мм, hн=h-hв+(600-1000), где (600—1000) — заглубление опорной плиты башмака колонны ниже нулевой отметки пола, мм. Общая высота рамы от низа башмака до низа ригеля. Н=hв +hн.