35508

Металлические конструкции

Контрольная

Архитектура, проектирование и строительство

Применение: несущие конструкции промзданий большепролётные покрытия зданий мосты и эстакады листовые конструкции башни и мачты каркасы многоэтажных зданий крановые и др. подвижные конструкции прочие конструкции. Исходным материалом является прокатный металл все конструкции объединены одним технологическим процессом их изготовления.

Русский

2013-09-15

2.81 MB

143 чел.

Металлические конструкции

1.1. Область применения металлических конструкций.

Применение: несущие конструкции промзданий, большепролётные покрытия зданий, мосты и эстакады, листовые конструкции, башни и мачты, каркасы многоэтажных зданий, крановые и др. подвижные конструкции, прочие конструкции. Исходным материалом является прокатный металл, все конструкции объединены одним технологическим процессом их изготовления.

Достоинства: надёжность, высокая несущая способность, индустриальность, непроницаемость, скорость монтажа.

Недостатки: коррозия, небольшая огнестойкость (более 600С – пластическое состояние).

Требования: условия эксплуатации, экономия металла, транспортабельность, технологичность, долговечность, эстетичность.

1.2. Характер работы металлов на статическую нагрузку.

 Зависимость деформаций (Е) от напряжений ().

График 1. Обычная сталь (малоуглеродистая, мягкая).

Первый участок (прямая линия): стадия упругой работы, после разгрузки, деформации исчезают.

Второй участок:  площадка текучести, деформации происходят почти без увеличения нагрузки. Снятие напряжений приводит к остаточным деформациям.

Третий участок: стадия самоупрочнения – происходит повышение сопротивления внешним воздействиям, упругопластическая работа (до временного сопротивления).

Четвертый участок: после достижения точки временного сопротивления деформации моментально возрастают, площадь сечения уменьшается, если нагрузку не снять, происходит разрушение.

График 2. Углеродистая сталь (легированная, закаленная, хрупкая).

Стадии те же, что и на первом графике, лишь отсутствует площадка текучести (после упругих деформаций сразу же проявляется зона повышения сопротивления и почти сразу же - разрушение).

При повторных нагрузках в упругой стадии работа материала не меняется. В упругопластической стадии повторная нагрузка ведёт к увеличению пластических деформаций в результате необратимых искажений структуры Ме предыдущим нагружением и увеличением числа дислокаций. При перерыве упругие свойства восстанавливаются и достигают пределов предыдущего цикла (наклёп). При многократном непрерывном нагружении возникает явление усталости, выражающееся в понижении прочности, приближающейся к некоторой величине предела усталости, ниже которого разрушения стали не происходит.

Хрупкое разрушение определяется разрушением при малых деформациях. На хрупкость стали оказывают влияние качество стали, старение, концентрация напряжений, температура эксплуатации, характер воздействия.

1.3. Концентрация напряжений.

Концентрацией напряжений называют резкое возрастание напряжений в местах резкого изменения формы тела (в районе внутренних углов, выточек, отверстий, канавок и т.д.).

Напряжения вблизи концентраторов напряжений определяются методами теории упругости или экспериментально (методы фотоупругости, голографической интерферометрии, тензометрии, муаровых полос и др.)

При статическом нагружении для деталей из пластичных материалов влияние концентрации напряжений мало. Если материал хрупкий (стекло) или нагрузка переменная — необходимо учитывать концентрацию напряжений.

1.4. Сортамент металлопроката.

Листовая сталь: толстолистовая, тонколистовая, широкополочная универсальная. Уголки: равнополочные и неравнополочные. Швеллеры. Двутавры: обыкновенные, широкополочные. Тонкостенные профили. Трубы: горячекатаные бесшовные, круглые (прямоугольные) элетросварные. Холодногнутые профили. Другие профили (оконные переплёты, рельсы, оцинкованный профилированный настил, стальные канаты). Строительные профили из алюминиевых сплавов.

2.1. Виды соединений металлических конструкций: сварные.

Сварными называют неразъемные соединения, выполненные при помощи сварки - на рисунке: А — стыковые; Б — угловые; В — нахлесточные; Г — тавровые.

По расположению в пространстве швы сварных соединений подразделяются на нижние, вертикальные, горизонтальные и потолочные.

По конфигурации швы сварных соединений бывают прямолинейными, кольцевыми, вертикальными и горизонтальными. По протяженности швы разделяются на сплошные и прерывистые. Сплошные швы в свою очередь делятся на короткие, средние и длинные.

По виду сварки швы сварных соединений разделяются на: швы дуговой сварки, швы автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом, швы дуговой сварки в защитных газах, швы электрошлаковой сварки, швы электрозаклепочные, швы контактной электросварки, швы паяных соединений.

2.2. Виды соединений металлических конструкций: болтовые.

Болтовые соединения относятся к разъемным соединениям.

Болты могут работать:

1. На срез (обычные болты).

2. На растяжение (высокопрочные) – затягиваются с расчетным усилием.

Виды болтов: болты грубой и нормальной прочности, болты повышенной точности, высокопрочные болты (фрикционные соединения), самонарезающие болты, анкерные болты (фундаментные).

2.3. Соединения металлических конструкций: работа и расчет.

Все формулы для расчета сварных и болтовых соединений, а также положения по расчету приведены в СНиП II-23-81* Стальные конструкции, гл. 11 «Расчет соединений стальных конструкций».

3.1. Металлические конструкции балочных площадок.

Виды балок:

1) прокатные (двутавр и т.п.),

2) составные (сварные),

3) бистальные (с поясами из стали более высокой прочности, чем стенка),

4) перфорированные (с отверстиями в стенке, могут выполняться из прокатных путем фигурной разрезки вдоль по стенке),

5) предварительно напряжённые (принудительный выгиб, затяжка),

6) из алюминиевых сплавов (облегченные).

Виды балочных клеток: упрощённый, нормальный, усложнённый.

Типы сопряжений: этажное, в одном уровне, пониженное:

При планировке используют принципы: полного использования несущей способности перекрывающей конструкции, экономичности.

3.2. Конструирование и расчет балок составного сечения.

1. Находят требуемый момент сопротивления: .

Наименьшая допустимая высота балки определяется из условия жёсткости , оптимальная – из условия наименьшего расхода стали . Затем определяется толщина стенки из условия среза  Для обеспечения местной устойчивости без укрепления её продольными рёбрами необходимо иметь толщину стенки .

2. Далее приступают к подбору поясов: требуемый момент инерции: . Определяют требуемый момент инерции поясов, и площадь. По площади назначают сечение (задаются шириной 1/2 - 1/5 высоты стенки)  и проверяют пояс на устойчивость .

3. Проверку прочности осуществляют по нормальным и касательным напряжениям ,.

4. Проверка общей устойчивости , где b – длина нагружаемой части балки. Если условие не выполняется, то по обычной формуле.

5. Обеспечение местной устойчивости: если , то стенка нуждается в укреплении поперечными рёбрами. Размеры: b>hef/30+40, . Проверка осуществляется по отсекам .

6. Расчёт соединения поясов со стенкой ведётся на силу сдвига пояса относительно стенки  (формула Журавского).  

Изменение сечения балки по длине производится с целью экономии металла.

Способы: изменение высоты балки, изменение ширины поясов, изменение толщины поясов, непрерывное изменение ширины поясов.

Опорная часть рассчитывается на смятие торцевой поверхности опорного ребра: A=F/Rрγ. Кроме того производится проверка балки на устойчивость из плоскости балки как условного опорного стержня, включающего в площадь расчётного сечения опорные рёбра и часть стенки балки в каждую сторону шириной по .

3.3. Конструирование и расчет центрально сжатых колонн составного сечения.

В соответствии с принятой расчётной схемой определяется расчётная длина lef=μl. Центрально сжатые колонны рассчитывают на прочность и устойчивость ,.

Сплошное сечение: требуемая площадь Aтр=NRyγc. Задаются гибкостью 50-80. Требуемый радиус инерции i=lef/λ. Требуемая ширина сечения b=i2 (0.43, 0.24). Стремятся, чтобы ширина и высота были равны. Толщина стенки назначается из гибкости стенки: . Вычисляют требуемую площадь сечения полки и назначают размеры, обеспечив устойчивость. Вычисляют фактические геометрические характеристики сечения. (наибольшая гибкость 180-60α). Проверяют устойчивость.

Подбор сечения по предельной гибкости (при незначительных усилиях). Минимально возможный радиус инерции imin=lef/λпред. Наименьшие размеры сечения h=i1, b=i/α2. Окончательно подбирают сечение исходя из наименьшей возможной толщины элементов (по условиям устойчивости).

4.1. Металлические фермы и их классификация.

Стальные фермы широко применяются в покрытиях промышленных и гражданских зданий, ангаров, вокзалов и т.д. Большепролётные мосты, радиобашни и мачты, опоры ЛЭП. Фермы по сравнению со сплошными балками экономичны, им легко придают любые очертания. Очертания ферм должно отвечать принятой конструкции сопряжений с примыкающими элементами и должно соответствовать их статической схеме, а также виду нагрузок, определяющему эпюру изгибающих моментов.

Треугольная система даёт наименьшую суммарную длину решётки и наименьшее число узлов. Дополнительные стойки целесообразны для уменьшения расчётной длины сжатого пояса. Недостаток – наличие сжатых опорных раскосов (в первой опорной панели). Специальные системы: шпренгельная (рациональное расстояние между элементами поперечной конструкции при рациональном угле наклона раскосов, а также уменьшение расчётных длин сжатых стержней), крестовая (двухсторонняя нагрузка), ромбическая и полураскосная (большая жёсткость).

Высота фермы на опоре 3150 мм, уклон верхнего пояса не менее 1,5%, длина панелей по 3000 мм, длина ферм полностью - 18,24,30,36 м.

4.2. Конструкция ферм.

Фермы: 1, 2 – треугольные; 3, 4 – то же, с ломаным нижним поясом; 5 – ферма с поднятой затяжкой; 6 – многоугольная ферма с поднятым нижним поясом; 7 – безраскосная с ломаным нижним поясом; 8 – трапецеидальная.

Сечения элементов могут быть различны:

Замкнутые сечения отличаются большой жесткостью и коррозионной стойкостью, но сварные швы (в узлах фермы) весьма трудоемки.

Узлы выполняются на фасонках (фермы из спаренных уголков), на фланцах (фермы из труб, гнутозамкнутых профилей) или бесфасоночные с непосредственным привариванием стержней решетки к поясам (фермы из труб, гнутозамкнутых профилей, двутавров).

4.3. Фермы: расчет.

При расчете ферм пользуются несколькими принципами: 1) все нагрузки приложены к узлам ферм; 2) все узлы ферм шарнирны и в них отсутствуют моменты.

Исходя из этих принципов, получаем, что все элементы решетки фермы центрально-сжаты или центрально-растянуты. В стропильных фермах отдельно составляют расчётные схемы для постоянной, временной, кратковременной нагрузок. Расчётная постоянная нагрузка в узле: , где α – угол наклона верхнего пояса к горизонту, b – расстояние между фермами, d – длины примыкающих к узлу панелей, n – коэффициент перегрузки. Также рассчитывают узловую нагрузку от снега. Давление ветра учитывают только на вертикальные поверхности и с углом наклона более 300.

При жестком закреплении опорного узла фермы, на нее передаются рамные моменты и для определения усилий в стержнях необходимо составить сочетания усилий и выбрать наиболее неблагоприятные.

4.4. Фермы: подбор сечений стержней.

Подбор сечений сжатых стержней: требуемая площадь Aтр=N (для поясов λ=80-60, для решётки λ=120-100). Затем подбирают профиль.

Подбор сечений растянутых стержней Aп=N/.

Расчёт на устойчивость верхнего пояса фермы следует выполнять как в плоскости

действия момента, так и из плоскости.

Расчёт по предельной гибкости выполняется при небольших усилиях.

4.5. Технология монтажа.

Фермы доставляются на площадку в виде готовых к монтажу (до 24 м), или в виде полуферм (24 м и более), подразумевающих укрупнительную сборку.

Монтаж. Фермы захватывают за узлы верхнего пояса не менее чем в двух точках, для чего используют стропы или траверсы с захватами дистанционного управления. При подъеме фермы за две точки в ее поясах могут возникнуть усилия, противоположные расчетным. В таком случае верхний пояс будет растянут, нижний сжат. При недостаточной жесткости поясов они могут изогнуться из плоскости ферм. Чтобы избежать такой деформации, следует захватывать фермы за узлы, расстояние между которыми примерно равно 0,67L (L – длина фермы), или захватывать фермы за четыре точки.

Если эти меры по расчету не обеспечивают достаточной устойчивости поясов ферм, их нужно усилить брусьями или пластинами, которые закрепляют с двух сторон болтами или хомутами. Для предотвращения раскачивания блоков или ферм при подъеме к их концам должны быть прикреплены две пеньковые оттяжки, которые монтажники придерживают и направляют фермы. Блоки и фермы поднимают на высоту выше отметки опоры на 0,5 - 1 м., затем опускают, наводя их монтажными ломиками на опорные болты, и сразу же закрепляют.

Фермы выверяют сразу после их установки. Отметки опорных узлов ферм проверяют нивелирами или переносят отметки с нижнего уровня на верхний, вертикальность ферм — отвесом, их прогиб из плоскости — натягиваемой проволокой, а расстояние между верхними поясами ферм — стальными лентами или шаблонами.

5.1. Металлические каркасы одноэтажных промышленных зданий: состав.

Каркасы производственных зданий преимущественно проектируются так, что несущая способность (включая жёсткость) поперек здания обеспечивается поперечными рамами, а вдоль – продольными элементами каркаса, кровельными и стеновыми панелями. Поперечные рамы состоят из колонн и ригелей (стропильных ферм, балок). Продольные элементы каркаса – подкрановые конструкции, подстропильные фермы, связи между колоннами и фермами, кровельные прогоны. Кроме того обязательно имеются конструкции торцевого (продольного) фахверка.

5.2. Металлические каркасы одноэтажных промышленных зданий: особенности работы и действующие нагрузки.

На поперечную раму действуют постоянные нагрузки – от веса ограждающих и несущих конструкций здания (покрытия, стеновых панелей), временные – технологические (от кранов, рабочих площадок и т.д.) и атмосферные (снег, ветер). В некоторых случаях приходится учитывать особые нагрузки (сейсмические, просадка опор, аварии).

В связи с тем, что для разных элементов, для разных их сечений наибольшие расчётные усилия можно получать при разных сочетаниях временных нагрузок, определять усилия в элементах рамы приходится отдельно от каждой из нагрузок. Рама рассчитывается обычными методами строительной механики (сил, перемещений) с учётом действительной работы каркаса, входящего в пространственную систему, и с введением некоторых упрощений.

5.3. Металлические каркасы одноэтажных промышленных зданий: статический расчет.

Последовательность расчета поперечной рамы:

1. Компонуем каркас здания и приступаем к расчету поперечной рамы.

2. Строим расчетную схему поперечной рамы и задаемся жесткостями элементов.

3. Собираем нагрузки, действующие на раму.

4. Учитываем пространственную работу каркаса (коэффициент альфа).

5. Определяем усилий в элементах рамы на каждую нагрузку в отдельности методами строительной механики (сил, перемещений).

6. Определяем расчетные величины усилий (составляем комбинации и выбираем наиболее неблагоприятные сочетания).

7. Рассчитываем конструкции (колонны, фермы).

8. Проверяем жесткости элементов, при необходимости уточняем расчет.

Расчет подкрановых балок производят до начала расчета поперечной рамы.

5.4. Технология монтажа.

Перед началом монтажа элементов каркаса проверяют правильность установки фундаментов и анкерных болтов. Положение фундаментов выверяют геодезическими инструментами, проводят проверку отметки поверхности фундаментов, опорных листов и их положение в плане относительно поперечных и продольных осей, отметки и положение в плане анкерных болтов, длину их нарезки. Реальное положение фундаментов и анкерных болтов фиксируется на исполнительном чертеже и сверяется с проектными размерами.

колонны обычно устанавливают целиком, а тяжелые собирают из двух-трех элементов. Процесс установки колонны в проектное положение состоит из операций ее захвата, подъема, наводки на опоры или встык, выверки и закрепления. Колонну захватывают стропами или полуавтоматическими захватными приспособлениями. Под стропы, в местах соприкосновения со стальными элементами колонн, кладут подкладки (деревянные или из труб, разрезанных вдоль пополам). Перед подъемом на колонну навешивают лестницу для последующего снятия стропов.

Для придания колоннам устойчивости рекомендуется вслед за установкой очередной колонны монтировать связи о подкрановые балки. Если первая пара колонн установлена без постоянных связей, надо сразу закрепить их временными связями.

Фермы и связи устанавливают только после выверка и окончательного закрепления колонн и связей по ним. В большинстве случаев грузоподъемность монтажных кранов допускает монтаж укрупненных блоков, состоящих из двух ферм, рам фонарей и связей. Такие блоки собирают в зоне действия монтажного крана.

Для установки ферм на смонтированные колонны навешивают подмости, а на фермы перед установкой временных или постоянных связей надо навешивать подмости вдоль нижнего пояса по всей его длине.

После установки, выверки и последующего закрепления очередного блока или фермы на них укладывают плиты покрытия симметрично относительно середины пролета (от середины к краям). При наличии фонарей, укладка плит выполняется симметрично от фонаря к краям по обе стороны от него, далее - по фонарю от края к краю.

Процесс установки подкрановых балок так же, как и колонн, включает операции захвата, подъема, установки на опоры или заводки встык, выверки и закрепления. Стальные балки захватывают стропами или клещами.

Балки выверяют в процессе их установки до снятия крюка крана. Подкрановые пути, требующие повышенной точности установки, выверяют участками (между температурными швами) после того, как выверены и закреплены конструкции основного каркаса здания (колонны, фермы, связи, балки).

6.1. Металлические колонны одноэтажных промзданий: особенности работы.

Колонны совместно со стропильными фермами образуют поперечные рамы, являющиеся основными несущими конструкциями каркаса.

Также на колонны опирается различное технологическое оборудование, прежде всего подъемно-транспортное (мостовые и подвесные краны, тельферы). В связи с этим колонны воспринимают внецентренное сжатие, и из-за больших нагрузок колонны проектируются чаще всего двухветвевыми, с раздельной базой. При этом нередко внешняя ветвь колонны может воспринимать не только сжимающие усилия, но при некоторых сочетаниях нагрузок и растягивающие. Эти усилия воспринимаются анкерными болтами, заложенными в фундамент.

6.2. Металлические колонны одноэтажных промзданий: конструкция и расчет.

Сплошные колонны.

В соответствии с принятой расчётной схемой определяется расчётная длина lef=μl. Центрально сжатые колонны рассчитывают на прочность и устойчивость ,.

Сплошное сечение: требуемая площадь Aтр=NRyγc. Задаются гибкостью 50-80. Требуемый радиус инерции i=lef/λ. Требуемая ширина сечения b=i2 (0.43, 0.24). Стремятся, чтобы ширина и высота были равны. Толщина стенки назначается из гибкости стенки: . Вычисляют требуемую площадь сечения полки и назначают размеры, обеспечив устойчивость. Вычисляют фактические геометрические характеристики сечения. (наибольшая гибкость 180-60α). Проверяют устойчивость.

Подбор сечения по предельной гибкости (при незначительных усилиях). Минимально возможный радиус инерции imin=lef/λпред. Наименьшие размеры сечения h=i1, b=i/α2. Окончательно подбирают сечение исходя из наименьшей возможной толщины элементов (по условиям устойчивости).

Сквозные колонны.

Подбор сечения сквозной колонны начинается с расчёта на устойчивость относительно материальной оси. Задаются гибкостью. Определяют требуемые площадь сечения ветви и радиус инерции: Aтр=N/2φRyγc, i=lef/λ. Подбирают соответствующий профиль. Делают проверку на устойчивость. Устойчивость относительно свободной оси проверяют по приведённой гибкости, учитывающей деформативность решётки и зависящей от n=Iв1b/Isl, Гибкость ветви на участке между планками должна быть не более 40. Приведённая гибкость λef=λx. Задаваясь гибкостью отдельной ветви и шириной планки (20-30см) находят кол-во планок. Требуемое значение гибкости относительно свободной оси , находят соответствующий ей радиус инерции и расстояние между ветвями b=i2. Затем проверяют на устойчивость относительно y. Соединительные планки рассчитывают на силу, срезывающую планку и на изгибающий её момент: Fs=Qsl/b, Ms=Qsl/2.

Требуемая площадь плиты базы Aпл=N/Rф. Размеры конструктивно. Толщину плиты определяют по наибольшему моменту на всех участках Высота траверсы назначается из требуемой длины сварного шва.

6.4. Металлические колонны одноэтажных промзданий: технология монтажа.

Основным является безвыверочный метод монтажа - это монтаж конструкций и оборудования, имеющих высокую точность обработки контактных поверхностей, отверстий и гнезд в стыках, без дополнительных перемещений (выверки).

Для стальных колонн безвыверочный метод монтажа предусматривает установку колонны на заранее выверенные фрезерованные опорные плиты, что исключает в дальнейшем выверку самих колонн и подкрановых балок. После выверки с помощью выверочных болтов расположения плит в плане и с точностью ±1 мм по вертикали под плиты подливают цементный раствор. Затем на плиты наносят осевые риски, которые при установке колонн совмещают с рисками на башмаках. Безвыверочный метод монтажа позволяет уменьшить трудоемкость установки колонн примерно на 30%.

6.5. Подкрановые балки одноэтажных промзданий: особенности работы.

К особенностям работы подкрановых балок относятся:

1) восприятие подвижной вертикальной нагрузки от крана, оказывающей динамическое воздействие на балку;

2) воздействие сравнительно больших сосредоточенных давлений от колес крана, передающихся через поясные соединения (сварные швы или заклепки) на стенку балки и вызывающее ее смятие;

3) наличие поперечных тормозных сил, вызывающих изгиб верхнего пояса в горизонтальной плоскости.

Для восприятия поперечных сил подкрановые балки проектируют с тормозными конструкциями.

6.6. Подкрановые балки одноэтажных промзданий: конструкция.

Типы сечений сплошных подкрановых балок: а - прокатные двутавры; б - несимметричный составной двутавр; в - симметричный составной двутавр с тормозной конструкцией; г - составное сечение с поясами из тавров; д - то же, с усиленным верхним поясом; е - двухстенчатое сечение; ж - сечение со сменной верхней частью; и - двутавровое клепаное сечение.

6.7. Подкрановые балки одноэтажных промзданий: расчет.

Расчётные усилия находят от нагрузки двух сближенных кранов наибольшей грузоподъёмности. Наибольший изгибающий момент в разрезной балке возникает, когда равнодействующая всех сил и ближайшая к ней сила равноудалены от середины пролёта. Наибольший момент под этой силой. Наибольшая поперечная сила в разрезной балке будет при таком расположении нагрузки, когда одна из сил находится непосредственно у опоры, а остальные как можно ближе к ней.

В целом, подбор сечения выполняют так же, как и для обычных балок. Влияние горизонтальных поперечных нагрузок на напряжение в верхнем поясе нужно учесть коэффициентом бета (зависит от высоты балки и высоты тормозной конструкции).

6.8. Подкрановые балки одноэтажных промзданий: технология монтажа.

Для подкрановых балок особо важна точность установки (для движения мостовых кранов).

Балки массой устанавливают в целом виде одним краном (стреловым, башенным или козловым). Подкрановые балки устанавливают в проектное положение вместе с тормозными балками или фермами (вследствие их большой гибкости очень неудобны для подъема отдельно).

Рельсы, не входящие в состав укрупненного блока подкрановых балок, монтируют после выверки и закрепления балок по проекту. Для подъема рельсов применяют мобильные механизмы или электролебедки и блоки, подвешенные к ранее смонтированным конструкциям. На проектную отметку рельсы наводят, провешивая ось рельса тонкой металлической проволокой. Проектное положение рельсов фиксируют с помощью планок.

7.1. Большепролетные металлические покрытия: балочные.

Балочные конструкции применяют в случаях, когда опоры не могут воспринять распорных усилий – при опирании на стены, каменные или железобетонные колонны. Основными несущими элементами являются фермы.  Очертание большепролётных ферм и схема решетки определяется пролётом, типом кровли и конструкцией подвесного потолка. Хорошую основу для устройства большепролётных балочных систем дают трёхгранные фермы с предварительным напряжением, удобные в транспортировании и монтаже.

7.2. Большепролетные металлические покрытия: рамные и арочные.

Рамы применяются в основном сквозные с мощным ригелем и стойками небольшой высоты. Они могут быть двухшарнирными, трехшарнирными и бесшарнирными. При расположении шарниров в местах сопряжения ригеля со стойками значительно упрощается монтаж конструкций, но зато более мощными получаются фундаменты и отсутствуют разгружающие ригель опорные моменты. Чтобы упростить статический расчёт, сквозные лёгкие рамы можно приводить к эквивалентным сплошным. Мощные сквозные рамы рассчитывают как решётчатые системы с учётом деформации всех стержней решетки. Прогиб большепролётных рам определяется только от временной нагрузки, прогиб от постоянной компенсируется соответствующим строительным подъёмом. Ригели и стойки сплошных рам проектируют сварными двутаврового сечения, их несущую способность проверяют по формулам для внецентренно сжатых стержней.

По затрате металла арки оказываются значительно более выгодными по сравнению с рамами и балками. Двухшарнирные и трёхшарнирные арки могут легко деформироваться вследствие свободного поворота в шарнирах, и благодаря этому существенного увеличения напряжений от температуры и осадок в них не возникает. Бесшарнирные арки имеют наиболее благоприятное распределение моментов по пролёту и поэтому оказываются самыми лёгкими, однако они требуют устройства более мощных опор и расчёта на температуру. Для восприятия распора целесообразна затяжка. Арки проектируют в основном с параллельными поясами либо с изломом верхнего пояса у опор (реже серповидные). Высоту сечения сплошных арок назначают 1/50-1/80 пролёта, сквозных 1/30-1/60 пролёта. Сплошные арки обычно проектируют в виде широкополочного двутавра, сквозные – аналогично лёгким фермам. Опорные шарниры могут быть трёх типов: плиточные, пятниковые, балансирные.

7.3. Особенности работы и конструкции.

В отличие от балки, которая испытывает нормальное механическое напряжение, арка испытывает касательное механическое напряжение, из-за чего возникает горизонтальная опорная реакция (распор).

При увеличении стрелы подъёма уменьшается распор арки. Ось арки подбирают так, чтобы сжатие на изгиб было минимальным; тогда арка будет наиболее прочной и стойкой. Усилия в арке зависят от её формы. Простейшие арки имеют форму полукруга, однако теоретически наиболее прочными являются арки с формой параболы или цепной линии.

Распор можно передавать на специальные пилоны или контрфорсы, конструкцию трибун в спортивно-концертных комплексах, непосредственно на фундаменты. При слабых грунтах под полом может быть устроена затяжка.

Рациональной осью арки называется ось такого очертания, при которой изгибающие моменты во всех сечениях арки равны нулю.

Особенностью работы рам можно назвать большие моменты, возникающие в  конструкции в месте излома. Для этого сечение проектируется усиленным.

7.4. Особенности расчета.

Главной особенностью расчета является дополнительное усилие, называемое распором.

Арки рассчитываются на вертикальные и ветровые нагрузки. Усилия в поясах сквозных арок с параллельными поясами определяют при наихудшей комбинации нагрузок. Продольная сила в арке распределяется между поясами обратно пропорционально их расстояниям до центра тяжести сечения, а усилие от момента получается делением его величины на расстояние между центрами тяжести поясов.    где а – расстояние от центра тяжести сечения до противоположного пояса.  - угол наклона элемента к оси арки. При расчёте раскосов необходимо учитывать дополнительные напряжения, возникающие от обжатия поясов. Сечения стержней арки подбираются так же, как сечения элементов ферм. Кроме того требуются проверки устойчивости.

Усилия в любом сечении арки:

,

где H - распор; Mx0, Qx0 - как в простой балке пролета l; α - угол наклона оси арки.

7.7. Технология монтажа.

Общие принципы организации и технологии монтажа большепролетных зданий отличаются следующими особенностями:

- здания в плане по размерам превосходят радиус действия монтажных кранов, используемых в промышленно-гражданском строительстве.

- ряд конструктивных элементов (тяжелые балки, рамные элементы, арки, фермы, структуры) из-за их значительной массы приходится монтировать либо частями, либо поднимать, используя синхронно работающие два и более монтажные механизмы.

- большепролетные здания и сооружения характеризуются наличием различного по назначению технологического оборудования, монтаж которого по трудоемкости работ нередко составляет до 50% общих трудозатрат возведения здания или сооружения.

- работы по монтажу строительных конструкций покрытия, как правило, приходится совмещать с монтажом технологического оборудования (до и после монтажа), что значительно осложняет весь процесс возведения здания. Практика возведения большепролетных конструкций выработала ряд методов монтажа их строительной формы, присущих только этому типу зданий, а именно: метод продольного монтажа, метод поперечного монтажа.

8.1. Перекрестно-стержневые плиты. Особенности конструкции и работы.

Плоские сетчатые покрытия (структуры) представляют собой конструкции, образованные из различных систем перекрёстных ферм. В каждой структуре можно выделить многократно повторяющийся объёмный элемент – кристалл. Структуры, образованные из перекрёстных ферм, идущих в трёх направлениях, имеют статически неизменяемые кристаллы, могут работать на кручение и поэтому являются наиболее жёсткими. Применение труб более экономично по сравнению с уголками. Оптимальный угол наклона раскосов 45. При проектировании наиболее сложный узел – узел сопряжения стержней. Структурная конструкция представляет собой многократно статически неопределимую систему. При упрощённом расчёте конструкция рассматривается как ортотропная пластинка с упругими характеристиками и граничными условиями, соответствующими стержневой конструкции.

К недостаткам структурных систем относятся повышенная трудоемкость сборки.

8.2. Покрытия из металла: цилиндрические. Особенности конструкции и работы.

Односетчатые оболочки, перекрывающие прямоугольное в плане помещение, проектируют в виде цилиндрической поверхности, по которой расположены стержни, образующие сетки различной системы. Наиболее проста сетка ромбического рисунка, однако она не обеспечивает необходимой жёсткости в продольном направлении и работает как свод в поперечном.

8.3. Покрытия из металла: купольные. Особенности конструкции и работы.

Купола бывают ребристые, ребристо-кольцевые, сетчатые. Конструкции ребристых куполов состоят из отдельных плоских или пространственных ребер, расположенных в радиальном направлении и связанных между собой прогонами. Рёбра купола могут быть сплошного сечения или сквозными. В вершине купола располагается кольцо. Распор воспринимается стенами или опорным кольцом.

Если в ребристом куполе увеличить связность системы, то можно получить сетчатые купола с шарнирным соединением стержней в узлах. В сетчатых куполах между ребрами и кольцами располагаются раскосы, благодаря которым усилия распределяются по поверхности купола и стержни работают только на осевые силы, что уменьшает вес ребер и колец.

8.6. Особенности расчета.

1. Структуры.

Внешние нагрузки, действующие на структурную плиту, приводятся к узловым аналогично плоскостным конструкциям. Статический расчет, как правило, выполняется на ЭВМ ввиду многократной статической неопределимости системы.

Результаты расчета существенно зависят от заданных соотношений жесткостей элементов структуры. Поэтому его следует проводить методом итераций, сопровождая статический расчет подбором сечений стержней. При этом помимо требований прочности и устойчивости стержней нужно учитывать дополнительные ограничения: наибольший прогиб всей системы, предельные гибкости элементов и минимальные калибры профилей, определяемые технологическими требованиями.

2. Цилиндрические покрытия.

При расчёте свода вырезают полосу шириной в одну ячейку, для которой определяют значения изгибающих моментов и нормальных сил. Сечение подбирают по величинам M=M0/2Sinα N=N0/2Sinα (угол между стержнем и образующей свода). Чтобы увеличить жёсткость оболочки, целесообразно крайние свободные грани усилить вертикальными и горизонтальными бортовыми элементами. Конструктивные схемы двухсетчатых оболочек аналогичны схемам двухсетчатых плоских плит. Для расчёта оболочку приводят к сплошной и используют приведённые характеристики.

3. Купола.

Ребристый купол при расчёте на вертикальную симметричную нагрузку может быть расчленён на отдельные арки. При расчёте на горизонтальную ветровую нагрузку конструкцию расчленяют на диаметрально расположенные арки. В ребристо-кольцевых куполах кольцевые прогоны с ребрами составляют одну жёсткую пространственную систему. В этом случае кольцевые прогоны не только работают на изгиб от реакций промежуточных рёбер, но и воспринимают растягивающие или сжимающие кольцевые усилия.

8.7. Технология монтажа.

1. Структуры.

Укрупнительная сборка Блоки покрытия собирают на стендах у места подъема или в стороне от места монтажа, либо на конвейерной линии с последующей доставкой блока в зону монтажа.

На стенде у места подъема работы ведут в такой последовательности. Устанавливают торцевые фермы и элементы нижнего пояса. Собирают элементы верхнего пояса и последними - наклонные элементы, примыкающие к нижним и верхним поясам. Каждый блок укрупняют от середины к краям. На стенде в стороне от места монтажа работы ведут в той же последовательности, а затем укрупненный блок перемещают на стендовых тележках в зону монтажа.

Блоки покрытия в проектные положения поднимают кранами (башенными, гусеничными, автомобильными) или шеврами. Часто я монтажа используют два крана, которые размещают с двух противоположных сторон блока покрытия.

Узел опирания крепят сразу же после установки блока с лестниц, навешенных на оголовки колонн. Опорные элементы капители приваривают к оголовку колонны крепят другим способом.

2. Цилиндрические покрытия.

Для восприятия распора, создаваемого панелями на монтаже, диафрагмы, расположенные друг против друга, соединяются между собой монтажными тросами с талрепами по концам.

При монтаже покрытия из цилиндрических панелей размером 3x12 м при шаге колонн 12 м плиты укладываются непосредственно на контурные диафрагмы, которые на период монтажа усиливаются временными затяжками.

При шаге колонн 24 и 36 м монтаж покрытия ведется с использованием инвентарных передвижных монтажных ферм.

Монтаж ведется при помощи двух башенных кранов.

3. Купола. Несущую конструкцию купола собирают из укрупненных конструктивных элементов. Монтаж с помощью центральной мачты с опорным кольцом вверху начинают со сборки мачты и оснащения ее стремянками, подмостями и монтажными приспособлениями. Собранную мачту поднимают одним или двумя самоходными кранами, выверяют и раскрепляют вантами. После этого устанавливают верхнее опорное кольцо. Укрупненные на земле ребра купола монтируют попарно с двух диаметрально противоположных сторон, опирая внизу на опорную коробчатую балку, а вверху – на опорное кольцо. Между собой ребра соединяют кольцевыми прогонами, верхний из которых образует на вершине купола отверстие, закрываемое затем вентиляционной шахтой.

9.1. Висячие металлические покрытия. Особенности работы.

Висячими (подвесными, вантовыми) называют покрытия, в которых основные элементы пролётной несущей конструкции работают на растяжение. Работа на растяжение, позволяющая полностью использовать площадь сечения ванта, и высокая прочность материала приводят к тому, что масса несущей конструкции относительно мала, а следовательно эффективность их увеличивается с пролетом. Для восприятия распора необходима опорная конструкция. К специфическим особенностям относится их повышенная деформативность, связанная с низким модулем упругости тросов по сравнению с прокатом. Кроме того, висячие покрытия являются системами мгновенно-жёсткими, т.е системами, которые работают упруго лишь на равновесные нагрузки, а при действии неравновесных нагрузок в них помимо упругих деформаций появляются еще и кинематические перемещения. Чтобы их уменьшить покрытия часто проектируют со специальными стабилизирующими устройствами и предварительно напрягают.

9.2. Конструкции: виды.

В двухпоясных системах висячих покрытий стабилизацию осуществляют путем введения дополнительной нити, которая через подвески (распорки) или решетку догружает несущую нить.

В перекрестных системах висячих покрытий двоякой кривизны стабилизирующие нити располагают перпендикулярно или под углом к несущим. Форму поверхности перекрестных систем обычно принимают в виде гиперболического параболоида (гипара).

Мембранные покрытия не содержат в своем составе канатов, их выполняют из листовой стали, сочетающей несущие и ограждающие функции.

Конструкции комбинированных вантовых покрытий весьма разнообразны. Их характерной особенностью является наличие жесткой конструкции, поддерживаемой вантами.

Системы висячих покрытий:

а - однопоясные; б - двухпоясные; в - перекрестные; г – комбинированные.

9.3. Конструкции: способы стабилизации.

Висячие системы являются распорными. Для погашения распора применяют мощные опорные конструкции в виде изогнутых колонн и пилонов, рам и конструкций трибун, оттяжек, а также замкнутых опорных контуров, которые воспринимают большие усилия и требуют значительного расхода материала. Все эти устройства усложняют и удорожают висячие конструкции и в значительной мере снижают эффект от их применения.

Для уменьшения кинематических перемещений в висячих системах проектируют стабилизирующие устройства: пригруз весом более 1 кН/м2; предварительное напряжение несущего троса (вогнутого) стабилизирующим (выпуклым) с помощью распорок элементов.

9.5. Особенности расчета.

Расчет покрытий с радиальным расположением вант

Покрытие, круглое в плане, с расстоянием между вантами b (по периметру покрытия), нагружено равномерно распределенной (по проекции покрытия) нагрузкой q. Каждую нить при такой нагрузке рассчитывают самостоятельно.

Учитывая, что опоры ванты находятся на одном уровне и что реактивное давление направлено по касательной к оси ванты в месте закрепления, вертикальные составляющие опорных реакций ванты в силу симметрии грузовой схемы:

A = B = 0,5qbr

Составим уравнение моментов сил на левой половине ванты относительно точки О, находим:

Ванты рассчитывают на усилие:

Сжимающее усилие N в кольце, находящемся под погонным радиальным давлением H1 = H/b:

9.6. Технология монтажа.

Монтаж висячих покрытий состоит из следующих операций:

• монтаж колонн;

• монтаж наружного опорного кольца;

• установка средней стойки с домкратами;

• установка центральных опорных колец;

• изготовление вант;

• монтаж вантовых полуферм;

• первоначальное натяжение полуферм;

• монтаж панелей покрытия с заделкой стыков;

• рабочее натяжение вантовой системы;

• окончательное замоноличивание плит покрытия.

10.1. Металлические резервуары, бункера, силосы и газгольдеры. Особенности работы.

Основная особенность листовых конструкций – характерно двухосное напряженное состояние, а в местах сопряжения различных оболочек, на участках защемления их у колец жесткости, крыш и днищ возникают местные напряжения, быстро затухающие по мере удаления от этих участков. Листовые конструкции почти всегда совмещают несущие и ограждающие функции. Большинство листовых конструкций является тонкостенными оболочками вращения. Особенностью оболочек по сравнению с пластинами является то, что внешняя нагрузка уравновешивается в них в основном нормальными и сдвигающими усилиями, поэтому оболочки работают главным образом на растяжение и сжатие, в связи с чем материал в них используется более выгодно.

Резервуар – сосуд для хранения нефтепродуктов, воды и др. жидкостей. Широкое распространение имеют вертикальные и горизонтальные цилиндрические резервуары. Основные элементы: стенка, днище, крыша. Стенка корпуса является несущим элементом и рассчитывается на прочность как цилиндрическая оболочка, работающая на растяжение от действия гидростатического давления. Кроме того необходим расчет на устойчивость.  

Газгольдер – сосуд для хранения и смешивания газов. Газгольдеры делятся на две группы: постоянного объёма, переменного объёма (мокрые и сухие). Расчёт аналогичен резервуарам.

Бункерами называются саморазгружающиеся емкостные сооружения с высотой вертикальной части, не превышающей полуторного минимального размера в плане, которые предназначены для длительного хранения и перегрузки сыпучих материалов. При этом обычно плоскость обрушения, проведенная из нижней точки вертикальной части при предельном заполнении, пересекает свободную поверхность сыпучего материала внутри бункера.

Силосами называются саморазгружающиеся емкостные сооружения с высотой вертикальной части, превышающей полуторную величину диаметра или меньшего размера в плане, которые предназначены для длительного хранения и перегрузки сыпучих материалов. Для силосов диаметром 18 м и более отношение высоты вертикальной части к диаметру может быть менее 1,5.

Бункера и силосы – емкости для хранения сыпучих материалов. Расчет производится раздельно для коробки и воронки бункера. Плоские стенки рассчитывают как пластинки, которые под воздействием равномерно распределенного давления сыпучего материала находятся в состоянии цилиндрического изгиба.  

10.3. Особенности расчета.

Налитая в резервуар жидкость вызывает в материале стенок конструкции напряжение, которое сопротивляется усилию разрыва, пропорциональному высоте уровня налитой в резервуар жидкости и его диаметру. Таким образом, наибольшее напряжение в материале резервуара будет вызываться в его нижнем кольце, а верхнее кольцо будет испытывать минимальные нагрузки. Если определить толщину стенок под условием достаточного сопротивления, величина ее для верхнего кольца будет очень мала. Тем не менее, резервуар сможет быть достаточно жестким при строго определенной толщине стенок. Днище не испытывает серьезных нагрузок, так как по всей своей площади устанавливается на заранее подготовленное плоское основание (подушку).

Пи расчете пренебрегают силой ветра и весом самой крыши, считая вызываемое этими силами дополнительное напряжение материала по отношению к толщине железных стенок резервуара ничтожно малым по сравнению с давлением хранимых нефтепродуктов.

Вся задача расчета резервуара сводится к определению его размеров, исходя из минимального веса употребленного при изготовлении железа при заданном объеме.

Расчеты бункеров сводятся к определению их объема, прочности стенок, устойчивости колонн (в случае установки их на собственные колонны) и скорости истечения сыпучего груза из выпускного отверстия бункера.

На практике расчет бункеров производится приближенным, условным способом путем расчленения бункера на отдельные плоские грани каждой стороны, состоящие из вертикальной и наклонной стенок, которые рассчитываются на давление сыпучего материала независимо одна от другой. При этом в стенках бункера возникают растягивающие усилия вдоль ската и горизонтальные, а также усилия от местного изгиба стен из плоскости грани и общего изгиба в вертикальной плоскости.

Давление (вертикальное и горизонтальное) сыпучих материалов на стенки силоса:

;  (х – глубина, на которой измеряется давление Р).

Формула Янсена: ; где  - угол внутреннего трения материала.

10.4. Технология возведения.

Монтаж вертикальных резервуаров выполняют при помощи изготовленных на заводе рулонированных днищ, элементов кровли и стенок. С этой целью, на подготовленной заранее площадке раскатывают рулон днища. В тех случаях, когда днище состоит из множества элементов, то их раскатку выполняют последовательно с последующей сваркой внахлестку.

Стенку будущего резервуара разворачивают и устанавливают непосредственно на днище. Нанесением краски предварительно размечают окружность и центр резервуара. По периметру окружности на одинаковых расстояниях друг от друга из уголков или пластин приваривают к днищу упоры, а по центру днища монтируют стойку.

При помощи крана или иных вспомогательных устройств корпусной рулон переводят в вертикальное положение. Таким устройством может быть шарнир, временно привариваемый к основанию рулона, который облегчает поворот и установку рулона в нужное место. Как правило, установку рулона производят на металлический лист, предназначенный для облегчения скольжения по днищу торца корпуса при его разворачивании.

После окончания подъема в вертикальном положении при помощи лебедки рулон разворачивают, при этом к упорам прижимают нижнюю кромку полотнища, тем самым, совмещая днище со  стенкой резервуара по проектной окружности, после чего их прихватывают. Крепление троса осуществляют к временно прихваченным к стенке пластинам, которые периодически срезают кислородным резаком по мере разворачивания рулона и перемещают на новое место. Одновременно на верхней части разворачиваемой стенки выполняют монтаж щитов покрытия, или как еще называют - кровли. Некоторые узлы краном устанавливают друг к другу, при этом опирая одним концом на стенку резервуара, а другим - на центральную стойку  конструкции. По окончании сборки щитовые элементы кровли сваривают в единый каркас.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

18639. Анализ деловой активности предприятия 14.71 KB
  Анализ деловой активности предприятия Анализ деловой активности предприятия можно провести по следующим показателям: качественные показатели количественные показатели. 1.На качественном уровне предполагает анализ по так называемым неформализуемым критериям. Ре
18640. Организация связи предприятия с внешним миром 13.87 KB
  Организация связи предприятия с внешним миром. Виды связей организации с внешним окружением. Связи организации с внешней средой весьма трудно классифицировать вопервых ввиду их многофункциональности. Так властная регламентирующая связь может одновременно быть инф
18641. Технологии описания бизнес-процессов 15.63 KB
  Технологии описания бизнеспроцессов. Технология описания бизнеспроцессов была разработана на заре рождения процессноориентированного подхода к управлению первоначально она состояла всего лишь из двух стандартов описания бизнеспроцессов DFD и WFD IDEF3 которые испол...
18642. Цена – микс 14.18 KB
  Цена – микс. Оперативнотактические инструменты ценообразования это большая группа средств ценовой политики позволяющая решать краткосрочные стратегические задачи а также оперативно реагировать на неожиданные изменения различных факторов ценообразования или агр...
18643. Дисковая подсистема компьютера и поддержание ее жизнеспособности 15.23 KB
  Дисковая подсистема компьютера и поддержание ее жизнеспособности Одной из наиболее важных подсистем компьютера является дисковая подсистема. Основным назначением этой подсистемы является хранение информации программ и данных. IDE/SATAконтроллер Первое на что стои...
18644. Возможности языка XML 14.88 KB
  Возможности языка XML. Контроль над размещением информации В XML информация о компоновке располагается отдельно от непосредственного содержания таким образом когда дизайнер примет решение изменить компоновку сайта он просто вносит изменения в используемую таблицу с
18645. Автоматизированные ИТ в банковской деятельности 17.62 KB
  Автоматизированные ИТ в банковской деятельности Телекоммуникационные линии связи обеспечивают своевременное межбанковское перемещение денежных средств. Многочисленные электронные системы переводов денежных средств во всех странах различаются прежде всего по хара...
18646. Интерфейс: информационный 15.79 KB
  Интерфейс: информационный. 1 текстовые тексториентированные 2 смешанные псевдографические 3 графические В качестве примера текстовых тексториентированных интерфейсов приведём интерфейс командной строки DOS или shellинтерпретатор UNIX. Пользователь взаимоде
18647. Продукт – микс 14.11 KB
  Продукт – микс. Продукт – это все что может быть выпущено на рынок для привлечения внимания приобретения и потребления. К продуктам относятся физические объекты индивидуумы рынки организации и плоды умственного труда. 3 аспекта продукта: 1 Приращение продукта: ...