Лекция 1. Металлические конструкции

металлические конструкции находят широкое применение. Это объясняется тем, что металл

обладает высокой несущей способностью, обеспечивающей восприятие значительных нагрузок при сравнительно небольшой собственной массе, надежностью работы при различных видах напряженного состояния и агрессивных эксплуатационных средах, значительной универсальностью с точки зрения создания различных конструктивных форм плоских и пространственных систем, высокой индустриальностью изготовления изделий.

системы (рис.1).

функциональным эстетическим и эксплуатационных требованиям здания или сооружения;
Обеспечение необходимой несущей

способности – прочности, устойчивости и жесткости при минимальной массе;
Достижение наименьшей трудоемкости изготовления и монтажа;
Сокращение сроков возведения и достижение минимальной стоимости каракаса здания или сооружения.

и сооружениях находят стрежневые системы с жесткими элементами, хорошо работающие

на растяжение, сжатие и изгиб. Более половины всей стали, применяемой в строительстве, используется в одноэтажных промышленных зданиях, состоящих из одно или многопролетных плоских поперечных рам, образованных колоннами и стропильными фермами с пролетами более 18 м для отапливаемых зданий и с пролетами более 30 м для неотапливаемых; зданий высотой до оси нижнего пояса конструкции покрытия более 14,4 м; здания с кранами тяжелого режима работы и с кран-балками грузоподъемностью не менее 3,2 т, а также с развитой сетью подвесного конвейерного транспорта; здания, строящиеся в районах с расчетной сейсмичностью 8-9 баллов и т.д.

и бункера, применяемые для хранения газообразных, жидких, сыпучих тел, а

также специальные конструкции комплекса доменных печей и химических заводов, дымовых труб и трубопроводов нефти и газа. Новейшее направление применение сплошных листовых конструкций (мембран) – перекрытие больших пролетов (более 100м) крытых стадионов и универсальных залов, а также площадей реконструируемых промышленных предприятий.

инструментальные; по химическому составу и степени легирования – на углеродистые,

низко- и высоколегированные; в зависимости от гарантированных характеристик – на стали обыкновенного качества, качественные и высококачественные.
Для строительных конструкций применяются только конструкционные стали, которые по механическим свойствам разделяются на следующие группы: обыкновенного качества, повышенной прочности, высокой прочности, качественные и высококачественные.
По способу придания формы их можно разделить на литые, кованые, а по характеру применения – на стали для металлических конструкций, арматурные и др.
По видам проката сталь бывает листовая, широкополосная, сортовая (полосовая,круглая и тд.)и фасонная (швеллер, уголок, холоднодеформированные профили и тд.)

Лекция 2.Характеристика сталей

стали в строительных конструкциях, - процентное содержание углерода в ней.

По этому признаку сталь делиться на малоуглеродистую (С =0,09-0,22%) - применяемую в строительных конструкциях, среднеуглеродистую (С = 0,25-0,5%) – в машиностроении, и высокоуглеродистую (С = 0,6-1,2%) – в инструментальной промышленности.
Малоуглеродистая сталь обладает большой пластичностью , высокой ковкостью, хорошей свариваемостью, отсутствием тенденции к хрупкому разрушению – все эти свойства в полной мере отвечают высоким требованиям, предъявляемым к строительным сталям.
Для повышения механических свойств конструкционных сталей при их изготовлении строго контролируют содержание вредных элементов – фосфора, серы, кислорода, азота, увеличивающих хрупкость, и легирующих – никеля, хрома, титана, молибдена и других элементов, повышающих прочность, пластичность и способность материала к свариваемости и закаливаемости.

(КП), полуспокойную (ПС), спокойную(СП).
Кипящей (КП) называют сталь,

в процессе получения которой происходит бурное выделение газов (кипение), способствующее образованию мелких газовых пузырей и концентрации вокруг них различных неметаллических включений и примесей, значительно снижающих качество стали.
Спокойная (СП) сталь, остывающая без бурного выделения газов, получается путем введения в нее различных раскислителей в виде добавок кремния, марганца, алюминия и др. в результате чего на поверхности слитка (15%) образовывается шлак, идущий на переплавку, а в остальной части слитка высококачественная однородная сталь.
В строительстве преимущественное применение находит полуспокойная сталь (компромиссный вариант между кипящей и спокойной), обладающая низкой стоимостью, чем спокойная сталь. Однако стали повышенной стали, обладающей более высокой однородностью и способностью сопротивляться хрупкому разрушению.

зависимости от назначения и гарантируемых характеристик углеродистая сталь подразделяются на

три группы:
А – гарантируются механические свойства;
Б – гарантируется химический состав;
В –гарантируются механические свойства и химический состав.
В строительных конструкциях применяется в основном сталь группы В. Для нерасчетных сварных элементов конструкции может быть применена сталь группы Б, для таких же элементов с болтовыми или заклепочными соединениями – сталь группы А.
По ГОСТ 380-2005 марка углеродистой стали обозначается как Ст, порядковый номер в зависимости от химического состава и механических свойств 0,1,2,3,4,5,6 группа стали Б,В (группа А в обозначении марки не указывается); степень раскисления: кп –сталь кипящая, пс –полуспокойная,сп –спокойная и категория 1,2,3,4,5,6 в зависимости от нормируемых механических свойств (первая категория в обозначение не входит).
Например, ВСт3сп2 читается так: сталь 3 спокойная, группы В, 2-й категории.

по ГОСТ 380-2005

высокой прочности с пределом текучести 45-75 кгс/кв.мм. Повышение прочности здесь

достигается более сложным легированием или термообработкой низколегированных сталей повышенной прочности или за счет использования обоих приемов.
Применение сталей повышенной и высокой прочности приводит к снижению массы конструкции соответственно на 15-20 и 25-50%. Однако эти стали, особенно высокопрочные, дороже углеродистых, поэтому выбор стали должен быть обоснован технико-экономическим анализом с учетом условий эксплуатации.

ГОСТ 19903-74 из стали марки 09Г2 (ГОСТ 19282-73) категории 2

свариваемости:
Свариваемость – свойство металлов или сочетания металлов образовывать при установленной

технологии сварки соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия.
Группы свариваемости сталей

составу посредством эквивалента углерода Сэ, подсчитываемого
по формуле:

нагрузках. 1.Принципы расчета сварных конструкций
Оценка несущей способности

конструкций и соединений производиться по предельным состояниям.
Предельные состояния подразделяются на две группы.
К первой группе, соответствующей потере несущей способности или непригодности к эксплуатации, относятся:
1.Общая потеря устойчивости формы;
2. Потеря устойчивости положения;
3.Хрупкое, вязкое, усталостное или иного характера разрушение;
4.Разрушение под совместным действием силовых факторов и неблагоприятных влияний внешней среды;
5.Качественное изменение конфигурации, резонансные колебания, состояния при которых возникает необходимость прекращения эксплуатации в результате текучести материала, сдвигов в соединениях, ползучести и чрезмерного раскрытия трещин

затрудняющие нормальную эксплуатацию конструкции или снижающие их долговечность вследствие появления

недопустимых перемещений (прогибов, осадок, углов поворота), колебаний, трещин и т.п.
В строительных организациях в основу расчета по методу предельного состояния положены так называемые нормативные сопротивления. В качестве нормативного сопротивления принято наименьшее значение предела текучести стали.
Пределом текучести называют механическую характеристику материала, характеризующую напряжение, при котором деформации продолжают расти без увеличения нагрузки.
Предел текучести - это напряжение, при котором начинается пластическое деформирование металла. Обозначение σт.
С учетом неоднородности свойств стали расчетные сопротивления R получают делением значений нормативных сопротивлений на коэффициент безопасности по материалам km. Для низкоуглеродистой стали расчетное сопротивление R составляет примерно 0,9σт.

величины допускаемых усилий в элементах.
Допускаемые усилия

определяют с учетом коэффициента надежности kн и условий работы m, учитывающих специфический характер работы конкретных объектов рассматриваемой области техники. Коэффициенты kн и m определяют для стропильных ферм зданий, резервуаров, трубопроводов и тп.

Допускаемые усилия для элемента при продольной силе определяют по формуле:


1


Где:
R – расчетное сопротивление;
m –коэффициент условия работы;
F – площадь поперечного сечения;
- коэффициент надежности.

РАСЧЕТНОЕ УСИЛИЕ
Должно быть меньше или равно
допустимого
N  NДОП

1.1

kн

1.2


Где W – момент сопротивления сечения.

Легко увидеть, что величина Rm/Kн, представляет собой – допускаемое напряжение.
Коэффициенты m и kн неодинаковы не только для различных изделий, но и в
некоторых случаях и для элементов одной конструкции. Таким образом, по этому
Способу для разных конструкций расчет производиться по различным допускаемым напряжениям.

–B.3-72 стали для строительных конструкций сгруппированы по классам прочности. Цифры

в индексе обозначают:
Числитель – минимальная величина по ГОСТ временного сопротивления на разрыв, ;
Знаменатель - минимальная величина по ГОСТ предела текучести,

изгибающий момент.
Рассчитываются опоры мостов, колонны, провода, тросы

произойдет – срез,
Если вязкий – скалывание.
Расчитывают таким образом заклепки, шпонки,

болты

F cr - состояние критическое неустойчивое, вероятно стержень изогнется
FF cr

– стержень изогнут, вероятно сломается или изогнется.

Fcr (критическая)

соединения