Размещение болтов в листах и фасонном прокате

При конструировании соединения следует стремиться к наилучшей передаче усилия с одного элемента на другой кратчайшим путем при одновременном обеспечении удобства выполнения соединения. В стыках и узлах прикреплений (для экономии материала накладок) расстояние между болтами должно быть минимальным.

В малонагруженных (связующих, конструктивных) соединениях расстояние должно быть максимальным (для уменьшения числа болтов).

Болты располагают в соединении по прямым линиям – рискам, параллельным действующему усилию. Расстояние между двумя смежными рисками называется дорожкой, а расстояние между двумя смежными по риске болтами – шагом (рис.5). Расстояние между центрами болтов по табл. 1 и рис. 5.

В профильных элементах (уголках, двутаврах, швеллерах) положение рисок и возможные диаметры отверстий должны отвечать требуемой прочности элемента и практической возможности постановки болтов в соединениях.

 

Рис.1. Виды швов а–стыковой шов в однопроходном стыковом соединении; б–стыковой шов с подваркой корня в однопролетном стыковом соединении; в–фланговый и лобовой швы в нахлесточном соединении; г– угловые швы в тавровом соединении; д– прерывистые (шпоночные швы) в

нахлесточном соединении; 1–подварка корня шва; 2–лобовой шов; 3–фланговый шов; 4–угловые швы; 5–прерывистые или шпоночные швы.     Рис.2 Положение швов в пространстве I-нижнее; II-вертикальное; III-потолочное; IV-горизонтальное на вертикальной поверхности

Рис.3. Виды сварных соединений

а–стыковые; б–внахлестку; в–комбинированные; г–угловые; д–тавровые; 1–лобовые швы; 2–фланговые швы; 3–косой шов.

Рис. 4. Виды сварных стыковых соединений

а– прямой стык; б– косой стык; в, г– при разной ширине соединяемых элементов; д, е– при разной толщине соединяемых элементов; ж– однослойный с подваркой корня; 1– технологические планки; 2– подварочный шов

Рис.2. Работа болтового соединения на сдвиг I– болты грубой и нормальной точности; II – болты повышенной точности; III – высокопрочные болты и сдвигоустойчивые болты: 1–4 – этапы работы соединений

Рис.3. Работа болтов а – срез болта; I – однорезные соединения; II – двухрезные соединения; 1– поверхность смятия; 2 – поверхность среза; t – толщина пластины. Рис.4. Работа болтов на растяжение

Рис.5 Размещение отверстий для болтов в соединении

а – минимальное расстояние при рядовом (I) и шахматном (II) расположении болтов; б – максимальные расстояния при растяжении (I) и сжатии (II) элементов; 1 – окаймляющий уголок

 

2.5. Балки и балочные площадки (клетки).

 

1. Классификация балок.

Балками называют конструктивные элементы сплошного сечения, работающие на изгиб. Благодаря простоте и малой стоимости изготовления, удобной конструктивно форме, небольшой строительной высоте балки находят широкое применение в строительных конструкциях. Они применяются в различных покрытиях и междуэтажных перекрытиях гражданских, производственных зданий, на рабочих площадках, эстакадах, мостах и других сооружениях.

Особенно широко применяются сплошные балки для относительно небольших пролетов при больших нагрузках. При больших пролетах и малых нагрузках наиболее рационально применение сквозных балок (ферм), так как получаемая в этом случае экономия металла является более существенной, чем увеличение трудоемкости изготовления.

Балки классифицируются в зависимости от статической схемы работы:

· на разрезные (однопролетные) и неразрезные (многопролетные);

В практике строительства чаще всего применяют разрезные балки, наиболее удобные в монтаже. В неразрезных балках расход металла меньше, так как меньше расчетные изгибающие моменты и равномернее их распределение по длине. Поэтому их чаще всего используют при больших пролетах, где каждый процент экономии металла может составить значительную сумму.

· типа поперечного сечения: двутавровые, швеллерные из стальных прокатных, гнутых или алюминиевых прессованных профилей (рис.1, а–г);

· способа изготовления: прокатные, гнутые и прессованные (для небольших пролетов), составные (сварные, на болтах и клепаные) (рис. 1, д–ж).

Наиболее просты и дешевы прокатные балки, к применению которых всегда следует стремиться. Однако из-за ограниченности сортамента прокатных балок большие балки приходится применять составного сечения.

Наибольшее распространение получили сварные балки – они более экономичны по затрате металла и менее трудоемки при изготовлении. Клепаные балки применяют только для конструкций под тяжелые динамические или вибрационные нагрузки.

 

а)                 б)                              в)                         

 

г)                   д)                               е)                         ж)

 

Рис.1 Типы сечений металлических балок

а-в - стальные прокатные; г - из гнутых профилей; д - сварные; е, ж - болтовые.

Генеральные размеры балок. К ним относятся: пролет, расстояние между балками (шаг балок) и высота. Пролет обычно задается на основе технологических условий. Шаг балок, как правило, определяется длиной стандартных железобетонных (или других) плит, покрытий или перекрытий. При проектировании в строительстве различают: строительную высоту h _{с tr}, минимальную h _min и оптимальную h _opt..

Строительная высота – это габаритный размер, задаваемый конструктору. Он зависит от общей конструктивной схемы здания. Минимальная высота – наименьшая высота балки, при которой соблюдаются требования необходимой жесткости, т. е. прогиб балки не превосходит предельно допустимого. Оптимальная высота–это такая высота, при которой балка с заданным моментом сопротивления W имеет наименьший расход материала.

2. Типы и компоновка балочных клеток.

Балочной конструкцией (клеткой) называют систему несущих перекрытий балок для опирания настила покрытия или перекрытия. Балки, опирающиеся на колонны или стены, называются главными, они поддерживают систему поперечных балок, на которые, в свою очередь, могут опираться продольные балки, поддерживающие настил покрытия или перекрытия из железобетона или стали. Поперечные и продольные балки часто называют вспомогательными.

В зависимости от расчетной нагрузки и размеров в плане балочные клетки могут быть трех типов: упрощенные, нормальные и усложненные.

В упрощенной балочной клетке (рис. 2, а) нагрузка на перекрытие или площадку передается через настил на балки настила и с балок настила – на стены или другие несущие конструкции, ограничивающие площадку (имеются только главные балки).

В нормальной балочной клетке (рис.2, б) нагрузка с балок настила передайся на главные балки, которые в свою очередь, передают нагрузку на опоры (с поперечными вспомогательными балками).

В усложненной балочной клетке (рис.2, в) еще более многоступенчатая передача нагрузки: настил опирается на балки настила, балки настила – на вспомогательные балки и вспомогательные балки – на главные (имеются все типы балок).

Рис. 2. Типы балочных клеток а – упрощенная; б – нормальная; в – усложненная

Балки настила обычно проектируют из прокатных балок пролетом 5–7 м.

Размер от нижнего пояса главной балки до верха настила называется строительной высотой балочной клетки.

Сопряжение балок в клетке может быть этажным, в одном уровне и пониженным (рис. 3). Наиболее просто этажное соединение, и его следует применять при достаточной строительной высоте (в некоторых случаях по технологическим условиям эта высота является ограниченной). Сопряжение в одном уровне и пониженное – сложнее, но дает возможность при необходимости получить меньшую строительную высоту.

Рис. 3. Сопряжение балок а - этажное; б - в одном уровне; в - пониженное

Проектирование балочных клеток включает в себя сбор нагрузок, разработку различных вариантов решения задачи с выбором наиболее оптимальной схемы, а также расчет всех элементов конструкций, входящих в выбранный оптимальный вариант. Все расчеты должны подробно иллюстрироваться схемами и эскизами.

3. Работа и расчет металлических настилов балочных конструкций.

Настилы балочных клеток бывают весьма разнообразными в зависимости от назначения и конструктивного решения перекрытия. Очень часто поверх несущего настила устраивают защитный настил, который может быть из дерева, асфальта, кирпича и других материалов.

В качестве несущего настила чаще всего применяют плоские стальные листы или настил из сборных железобетонных плит.

В последнее время начинают использовать щитовой настил, состоящий из несущего стального листа, имеющего сверху защитный слой и подкрепленного снизу продольными и поперечными ребрами. Щиты настила имеют размер до 3х12 м и укладываются на балки перекрытий. Такой настил индустриален и значительно ускоряет монтаж.

Полезная нагрузка настила перекрытий задается равномерно распределенной интенсивностью до 40 кН/м², а предельный относительный прогиб принимают не более [ f/ l ] £1/150.

Стальные настилы могут быть следующихтипов:плоский, ребристый, ортотропная плита с приваренными продольными и поперечными ребрами.

Простейшая конструкция несущего настила состоит из стального листа, уложенного на балки и приваренного к ним (рис. 4,а). Расстояние между балками, поддерживающими настил, определяется его несущей способностью или жесткостью. Наиболее выгодное решение по расходу материала получается при минимальной толщине настила, так как в двутавровых балках, работающих на изгиб, материал используется лучше, чем в настиле прямоугольного сечения. Однако увеличение числа балок при тонком настиле резко увеличивает трудоемкость перекрытия, что нежелательно.

Поэтому для настилов следует использовать листы толщиной 6– 8 мм при нагрузке [ q ] £1/150 кН/м²; 8–10 мм при 11£ q £20 кН/м²; 10– 12 мм при 21 < q £30 кН/м² кН/м²; 12–14 мм при q >30 кН/м². Приварка настила к балкам делает невозможным сближение опор настила при его прогибе под нагрузкой, что вызывает в нем растягивающие цепные усилия Н, улучшающие работу настила в пролете (см. рис. 4,б). Кроме того, приварка защемляет настил, создавая опорные моменты, и снижает моменты в пролете настила под нагрузкой. Однако в запас жесткости защемление обычно не учитывают и принимают опирание настила шарнирно-неподвижным, считая, что в опорном сечении может образоваться пластический шарнир.

а)

 

                                                     q_n

     б)

              H   f                           H          x

                                           l _н

                 у

Рис.4 Плоский металлический настил

а - опирание настила на балки; б - расчетная схема.

При нагрузках, не превышающих 50 кН/м², и предельном относительном прогибе не более 1/150 прочность шарнирно закрепленного по краям стального настила всегда будет обеспечена, и его надо рассчитывать только на прогиб.

 

Рис. 5. К расчету настила

а – конструктивное решение; б и в– расчетные схемы шарнирно опертого и защемленного настилов

 

Работа и соответственно расчет настила зависят от отношения его расчетного пролета к толщине 1/ d (рис. 5,а).

При отношении 1/ d <50 растягивающие напряжения незначительны и ими можно пренебречь; настил в этом случае рассчитывают только на изгиб. При отношении 1/ d >300, наоборот, можно пренебречь напряжениями от изгиба и рассчитывать настил только на растягивающие напряжения от распора Н. При отношении 50< 1/ d <300 должны учитываться напряжения и от изгиба, и от растяжения. При очень больших нагрузках (обшивка глубинных гидротехнических затворов, рабочие площадки с очень тяжелой нагрузкой) применяют жесткие настилы с отношением 1/ d <50. Гибкие настилы с отношением 1/ d >300 в строительных конструкциях применяют редко. Наиболее широко распространены настилы с отношением 50< 1/ d <300.

Напряжения в настиле зависят также от способа его опирания на балки настила: шарнирного (настил может поворачиваться на опорах, рис. 5, б) и защемленного (свободы поворота нет, рис. 5, в). Настилы с отношением 1/ d <50 могут быть как с шарнирным, так и с защемленным опиранием, в настилах с отношением 50< 1/ d <300 защемление трудно осуществить и практически они принимаются, как правило, шарнирно опертыми. Настилы с отношением 1/ d >300 имеют только шарнирное опирание.

При расчете настила необходимо удовлетворять условию его прочности, чтобы наибольшие напряжения в нем не превышали расчетного сопротивления R, а также условию жесткости, чтобы отношение наибольшего прогиба к пролету (относительный прогиб) f / l не превышало допустимого. Обычно отношение f /l принимается в пределах от 1/150 до 1/200 в зависимости от технологических требований. Для тонких настилов условие жесткости часто является определяющим его толщину.

4. Расчет настила при отношении l / d <50 (изгиб)

Шарнирное опирание. Рассмотрим изгиб пластинки шириной 1 см как изгиб шарнирно опертой балки. Возьмем нагрузку на 1 см² настила q, кН/см². Нагрузка на 1 см полосы (условной балки) будет тоже q, кН/см. Момент в середине пролета полосы

                                                                          (4.1)      

где l —пролет настила, см.

Наибольшее напряжение кН/см²

         (4.2)

где d – толщина настила, см.

Подставив в формулу (4.1) вместо d значение расчетного сопротивления, кН/см², можно выразить необходимую толщину настила в зависимости от расчетной нагрузки и пролета:

        (4.3)

Жесткость такого настила проверяют следующим образом. Прогиб шарнирно-опертой полосы от равномерно распределенной, нормативной нагрузки

          (4.4)

где D = EI /1- m ² -цилиндрическая жесткость пластинки. Подставив в формулу (4.4) значение D и учитывая, что для стали E=21000 кН/см², коэффициента Пуассона m =0,3, а 1=1 d ³ /12 (для полосы шириной 1см), можно найти отношение прогиба к пролету:

             (4.5)

Из формулы (4.3) можно получить наименьшую нагрузку, при которой настил из стали 3 будет работать только на изгиб (подставив туда). Значение этой нагрузки составляет 0,01-0,012 кН/см² (100-120 кН/м²)

Защемленный настил. Учитывая, что для защемленной балки

и     (4.6)

и проделав те же выкладки, что и для шарнирного опирания настила, получим необходимую толщину настила, см, из условия прочности, а также относительный прогиб:

        (4.7)

5. Перспективные типы балочных конструкций

В последнее время в строительной практике стали применять новые прогрессивные конструкции балок с лучшими эксплуатационными показателями, позволяющими экономить металл. К таким конструктивным формам можно отнести: бистальные балки, предварительно-напряженные балки, балки с гибкой стенкой, балки с перфорированной стенкой.

Бистальные балки. Это такие балки, в которых пояса изготавливают из более прочной стали, чем стенка. Особенность такой балки – работа стенки в пластической области деформирования, а полки – в упругой, что позволяет более полно использовать несущую способность металла и экономить его в пределах 5...7 %.

Предварительно напряженные балки получают с помощью включения в их состав стальных тросов или канатов, располагаемых в растянутой зоне и натягиваемых при монтаже. Такие балки имеют большую жесткость и позволяют экономить до 15..,23 % металла.

Балки с гибкой стенкой имеют очень гибкую стенку при соотношении h_ef / t, достигающем 600. Эти балки выполняют из стали с пределом текучести до 430 МПа. Они позволяют экономить до 25 % стали. Отличительная особенность работы таких балок заключается в том, что при выпучивании тонкой стенки она начинает работать на растяжение в наклонном направлении подобно нисходящим раскосам в ферме, при этом роль сжатых раскосов выполняют поперечные ребра жесткости или складки стенки. Такая работа позволяет выдерживать довольно значительные нагрузки по сравнению с обычной балкой.

Балки с перфорированной стенкой получают, разрезая широкополочные двутавры по зигзагообразной линии с последующей сваркой их встык по гребням (рис. 5). Таким образом можно получить балки с моментом сопротивления и высотой в 1,3...1,5 раза больше, чем у исходного двутавра. В некоторых случаях для верхней части балки используют профиль большего сечения, а для нижней – меньшего, но из более прочной стали. Такие бистальные балки с перфорированной стенкой очень экономичны и могут конкурировать даже с фермами. Сквозные двутавры рационально применять для балок пролетом 12 м (возможно их использование и при пролетах до 36 м). Балки с гофрированной стенкой представляют собой конструкцию, в которой в качестве стенки используют гофрированный металл, за счет чего существенно повышается местная устойчивость стенки и необходимость и постановке ребер жесткости отпадает. Это существенно снижает расход металла трудоемкость изготовления.

 

 

2.6. Фермы.

 

Презентация на электронном носителе.

 

2.7. Колонны.

 

1.Общая характеристика колонн.

В металлических конструкциях широко применяются работающие на центральное сжатие колонны или стержни, входящие в состав конструктивных комплексов.

Центрально-сжатые стержни (колонны) (рис.8.1,а) применяются для поддержания междуэтажных перекрытий и покрытий зданий, на рабочих площадках, путепроводах, эстакадах и т.п.

Центрально-сжатые стержни также работают в составе конструктивных элементов и комплексов тяжелых решетчатых ферм и рам (рис. 8.1,б).

Колонны передают нагрузку от вышележащей конструкции на фундаменты и состоят из трех частей, определяемых их назначением:

оголовка, на который опирается вышележащая конструкция, нагружающая колонну;

стержня – основного конструктивного элемента, передающего нагрузку от оголовка к базе;

базы, передающей нагрузку от стержня на фундамент (рис. 8.1,а).

Расчет и конструирование основного элемента центрально-сжатых колонн и стержней производятся одинаково.

Колонны и сжатые стержни проектируют почти исключительно стальными. Применять алюминиевые сплавы в сжатых стержнях, как правило, нерационально из-за плохой работы сплавов на продольный изгиб вследствие низкого модуля упругости.

Хорошо работают на центральное сжатие и экономны по затрате металла трубобетонные колонны, стержень которых состоит из стальной трубы, заполненной бетоном. Однако большого распространения эти колонны не получили из-за сложности плотности заполнения труб бетоном.

По статической схеме и характеру нагружения колонны могут быть одноярусными и многоярусными. Колонны и сжатые стержни бывают сплошными или сквозными.

 

Рис.1. Схемы стержней, работающих на центральное сжатие

а – колонна; б – сжатый стержень тяжелой формы; 1 – фундамент; 2 – база; 3 – стержень; 4 – оголовок

2. Сплошные колонны

Обычно сечение сплошной колонны проектируют в виде широкополочного двутавра, прокатного или сварного, наиболее удобного в изготовлении с помощью автоматической сварки и позволяющего просто осуществлять примыкание поддерживаемых конструкций. Различные типы сечений сплошных колонн показаны на рис. 2 и 3.

Рис.2. Открытые сечения сплошных стержней

Рис.3. Замкнутые сечения сплошных стержней

Чтобы колонна была равноустойчивой, гибкость ее в плоскости оси x должна быть равна гибкости в плоскости оси у, т.е. l_х=l_у или l _x= l _у и i _x = i _y.

Однако в двутавровых сечениях при одинаковых расчетных длинах l _x= l _у это условие не соблюдается, поскольку у них радиусы инерции получаются разными по величине. В двутавровом сечении (табл. 8.1) радиус инерции относительно оси х

радиус инерции относительно оси у

.

Следовательно, для получения равноустойчивого сечения нужно, чтобы 0,43 h = 0,24 b или , что приводит к весьма неудобным в конструктивном отношении сечениям, практически не применяемым.

Обычный прокатный двутавр при равных расчетных длинах вследствие незначительной ширины его полок не отвечает требованию равноустойчивости и поэтому применяется редко. У прокатного широкополочного двутавра (рис. 8.2,а) может быть b = h, что не удовлетворяет условию равноустойчивости, но все же дает сечение, вполне пригодное для колонн.

Таблица 1. Типы сечений центрально-сжатых колонн

Сварные колонны, состоящие из трех листов (рис. 8.2,б), достаточно экономичны по затрате материала, так как могут иметь развитое сечение, обеспечивающее колонне необходимую жесткость. Сварной двутавр является основным типом сечения сжатых колонн. Автоматическая сварка обеспечивает дешевый индустриальный способ изготовления таких колонн.

Равноустойчивыми в двух направлениях и также простыми в изготовлении являются колонны крестового сечения. При небольших нагрузках они могут составляться из двух уголков крупного калибра (рис. 8.2,в); из трех листов сваривают тяжелые колонны (рис. 8.2,г). Крестовое сечение можно усилить дополнительными листами (рис. 8.2,д).

Простыми, но ограниченными по площади и менее экономичными по расходу стали получаются колонны из трех прокатных профилей (рис. 8.2,е). Весьма рациональны колонны трубчатого сечения (рис. 8.3,а).

Сварка дает возможность получить колонны замкнутого сечения и других типов, например из двух швеллеров (рис. 8.3,б), которые при больших нагрузках могут быть усилены листами (рис. 8.3,в), или из уголков (рис. 8.3,г). Экономичное сечение легкой колонны может быть получено из тонкостенных гнутых профилей (рис. 8.3,д).

Преимуществами колонн замкнутого сечения являются равноустойчивость, компактность и хороший внешний вид; к недостаткам относятся недоступность внутренней полости для окраски. Чтобы избежать коррозии, такие колонны должны быть защищены от проникания внутрь влаги.

При заполнении стальной трубы бетоном получается эффективная комплексная конструкция (трубобетонная). В этих условиях работы прочность бетона при сжатии значительно, увеличивается, исключаются потери местной устойчивости трубы и коррозия ее внутренней поверхности.

3. Сквозные колонны

Стержень сквозной центрально-сжатой колонны обычно состоит из двух ветвей (швеллеров или двутавров), связанных между собой решетками (рис. 8.4,а–в). Ось, пересекающая ветви, называется материальной; ось, параллельная ветвям, называется свободной. Расстояние между ветвями устанавливается из условия равноустойчивости стержня.

Швеллеры в сварных колоннах выгоднее ставить полками внутрь (рис. 8.4,а), так как в этом в случае решетки получаются меньшей ширины и лучше используется габарит колонны. Более мощные колонны могут иметь ветви из прокатных или сварных двутавров (рис. 8.4,в).

Стержни большой длины, несущие небольшие нагрузки, должны иметь для обеспечения необходимой жесткости развитое сечение, поэтому их рационально проектировать из четырех уголков, соединенных решетками в четырех плоскостях (рис.8.4,г).

При трубчатом сечении ветвей возможны трехгранные стержни (рис. 8.4,д), достаточно жесткие и экономичные по затрате металла.

Рис.4. Сечения сквозных стержней

1– свободная ось; 2– материальная ось

Решетки обеспечивают совместную работу ветвей стержня колонны и существенно влияют на устойчивость колонны в целом и ее ветвей. Применяются решетки разнообразных систем: из раскосов (рис. 8.5,а), из раскосов и распорок (рис. 8.5,б) и безраскосного типа в виде планок (рис. 8.5,в).

Рис.5. Типы решеток стержней

 

Треугольные решетки, состоящие из одних раскосов (рис. 8.5,а), или треугольные с дополнительными распорками (рис. 8,5,б) являются более жесткими, чем безраскосные, так как образуют в плоскости грани колонны ферму, все элементы которой работают на осевые усилия; однако они более трудоемки в изготовлении.

Планки (рис. 8.5,в) создают в плоскости грани колонны безраскосную систему с жесткими узлами и элементами, работающими на изгиб, вследствие чего безраскосная решетка оказывается менее жесткой. Если расстояние между ветвями значительно (0,8–1 м более), то элементы безраскосной решетки получаются тяжелыми; в этом случае следует отдавать предпочтение раскосной решетке.

Безраскосная решетка имеет привлекательный внешний вид и является более простой; ее часто применяют в колоннах и стойках сравнительно небольшой мощности (с расчетной нагрузкой до 2000–2500 кН).

4. Выбор расчетной схемы и типа колонны

4.1. Выбор расчетной схемы. Расчетную схему одноярусной колонны определяют с учетом способа закрепления ее в фундаменте, а также способа прикрепления балок, передающих нагрузку на колонну.

Соединение колонны с фундаментом может быть жестким или шарнирным. Если фундамент достаточно массивен, а база колонны развита и имеет надежное анкерное крепление, колонну можно считать защемленной в фундаменте. При расчете легких колонн соединение с фундаментом, несколько в запас прочности, чаще всего принимают шарнирным.

При одноярусных колоннах балки или другие поддерживаемые конструкции могут опираться на колонну сверху (рис. 8.6,а). Помимо четкости центральной передачи нагрузки такое соединение при защемленных внизу колоннах удобно для монтажа, при этом колонна рассматривается как шарнирно закрепленная в верхнем конце. Тогда при жестком закреплении колонны в фундаменте расчетная длина колонны принимается равной 0,7 l, а при шарнирном – l, где l – геометрическая длина колонны от фундамента до низа балок. Более жестким является присоединение балочной конструкции к колонне сбоку (рис. 8.6,б).

Рис.6. Схемы сопряжения балок с колонной

При достаточно мощной балочной конструкции и жестком прикреплении балок к колоннам последние можно считать защемленными вверху. Тогда расчетная длина в плоскости главных балок может приниматься равной 0,7 l при шарнирном закреплении колонн в фундаменте и 0,5 l при жестком. Однако и в последнем случае чаще принимают 0,7 l, поскольку вследствие изгиба балок нет полного защемления.

При двутавровых колоннах с малой высотой сечения и большой шириной полок главные балки, удобнее, прикреплять не к стенке, а к полкам (поясам) колонны (рис. 8.6,в).

4.2. Выбор типа сечения колонны. При выборе типа сечения колонны необходимо стремиться получить наиболее экономичное решение, учитывая величину нагрузки, удобство примыкания поддерживаемых конструкций, условия эксплуатации, возможности изготовления и наличие сортамента.

Прежде всего надо решить, принимать ли колонну сплошной или сквозной. Максимально возможная расчетная нагрузка для сквозных колонн двух швеллеров составляет 2700–3500 кН, для колонн из двух двутавров – 5500–5600 кН. При значительных нагрузках сквозные колонны получаются сложными в изготовлении, и более рациональными оказываются сплошные колонны.

Сжатые стержни из алюминиевых сплавов проектируют, как правило, сквозными, чтобы получить большую жесткость.

 

 

Раздел 3. Конструкции из дерева и пластических масс

 

3.1. Общие сведения о конструкциях из дерева и пластмасс.

 

1. Основные требования, предъявляемые к деревянным конструкциям.

-применять в тех случаях, если они более экономически выгодны по сравнению с другими конструкциями;

-деревянные конструкции должны быть максимально индустриальные, изготавливаться в заводских условиях;

-должны быть долговечными;

-нормативный срок эксплуатации от 30 до 50 лет.

2. Достоинства и недостатки деревянных конструкций.

Достоинства:

-высокая несущая способность при небольшой массе;

-легкая обрабатываемость древесины;

-постоянная воспроизводимость сырьевых запасов;

-возможность 100% использования отходов древесины.

Недостатки:

-большой разброс механических свойств, вследствие неоднородности древесины и пороков;

-гигроскопичность древесины, результат – загнивание, коробление, растрескивание;

-поражение древесины насекомыми;

-древесина сгораемый материал.

3. Области эффективного применения.

В гражданском строительстве для покрытия больше пролетных зданий и сооружений, для возведения уникальных покрытий, для чердачных и мансардных помещений.

В промышленном строительстве для покрытия зданий с химически агрессивными материалами, для сыпучих химических материалов.

В сельскохозяйственном строительстве для покрытия животноводческих и пищеводческих комплексов.

Для временных зданий и сооружений.

Основные породы древесины: сосна, ель, лиственница.

Хвойные породы содержат смолу и более сопротивляются загниванию, меньше содержат пороков. Из лиственных: береза (используется в производстве фанеры). По свойствам сосна и ель близки друг к другу.

4. Свойства древесины.

Физические свойства.

Плотность, зависит от породы древесины и от влажности, плотности сравнивают при стандартной влажности 12%;

свежесрубленная древесина имеет плотность ≈ 850 кг/м³;

в конструкциях – 500 – 600 кг/м³;

древесина относится к легким материалам.

Гигроскопичность, свойство материала насыщаться влагой. Точка насыщения древесного вещества, это влага, которая не накапливается в древесном веществе, который находится в водяном паре при температуре 20 °С, составляет примерно 30%. Различают два вида влаги: влага гигроскопическая до 30% находится в стенках клеток; влага свободная свыше 30% в полостях клеток и вмежпромежуточном пространстве.

Влажность – это отношение массы влаги к массе древесины в абсолютно сухом состоянии. Древесина с влажностью до 15% - сухая, с 15% до 18% - воздушносухая, свыше 18% до 25% - полусухая, свыше 25% - мокрая. Влажность неклееной древесины ≤ 20%. При влажности свыше 20% древесина начинает загнивать.

При изменении гигроскопической влаги происходит или усушка или разбухание. Наименьшая усушка вдоль волокон, наибольшая – поперек волокон. В радиальном разрезе ≈5%, в тангенциальном - ≈8%. Вследствие того, что в поперечном направлении усушка разная, в древесине возникают усушачные трещины и коробление древесины.

Теплопроводность: наибольшая теплопроводность вдоль волокон, наименьшая – поперек. Вследствие того, что древесина имеет плотность волокон маленькую, то она является теплоизоляционным материалом. Деревянный брус в 15 см = кирпичной стене в 2,5 кирпича.

Температурное расширение характеризуется коэффициентом линейного расширения; наименьшее вдоль волокон, наибольшее – поперек. Линейное расширение меньше чем у стали по длине не устраивают температурные швы.

Химическая стойкость. В целом древесина химически стойкий материал, его не повреждают низко концентрированные кислоты и повреждают серная и азотная кислота свыше 5 %. Более стойка чем сталь и железобетон.

Механические свойства.

Прочность – способность материала сопротивляться силовым воздействиям; показателем является нормативное сопротивление для напряженно деформируемых состояний.

f_{i , k} – нормативное сопротивление определяется при влажности 12% и при кратковременном нагружении; (f_c,ok – сжатие вдоль волокон; f_t,ok – растяжение вдоль волокон; f_m,k – изгибу; f_{t, gok} – растяжению поперек волокон; f_cm,ok – смятию вдоль волокон; f_cm,gok – смятие поперек волокон; f_cm,αk – смятие под углом α; f_vok – скалывание вдоль волокон)

Расчетное сопротивление для напряженно деформируемого состояния f_i,d.

Факторы, влияющие на прочность древесины:

1) угол между направлением усилия и направ