Бирюлев - Проектирование металлических конструкций. Спецкурс

В. В. Бирюлев, И. И. Кошин, И. И. Крылов, А. В. Сильвестров

ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ

Специальный курс

Под общей редакцией В. В. Бирюлева

Допущено Государственным комитетом СССР по народному образованию в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Промышленное и гражданское строительство»

ЛЕНИНГРАДСТРОЙИЗДАТ

ЛЕНИНГРАДСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ 1990

Проектирование металлических конструкций: Спец. курс.

Учеб. пособие для вузов/В. В. Бирюлев, И. И. Кошин, И. И. Крылов, А. В.Сильвестров. —Л.: Стройиздат, 1990 — 432 с: ил. 

Содержатся материалы по проектированию легких металлических конструкций, облегченных балок и ферм, рам и пространственных конструкций. Уделено внимание проектированию конструкций, эксплуатируемых при низких температурах. Изложены способы защиты металлических конструкций от коррозии, усиления конструкций, в том числе предварительным напряжением.

Для студентов строительных вузов.

(с) Бирюлев В. В, в коллектив авторов, 1990

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящее учебное пособие является логическим продолжением общего курса «Металлические конструкции», читаемого студентам специальности (Промышленное и гражданское строительство» (специализации «Металлические конструкции» и «Конструкции промышленных и гражданских сооружений»). Оно предназначено для использования при дипломном и частично курсовом проектировании студентами названной специальности, а также при проектировании отдельных объектов студентами специальности «Строительство тепловых и атомных электростанций».

Пособие содержит четыре раздела; проектирование легких металлических конструкций; хладостойкость стальных конструкций; проектирование реконструкции и усиления металлических конструкций; проектирование металлических конструкций с повышенной коррозионной стойкостью.

Материалы первого раздела познакомят студентов с существенными достоинствами легких несущих и ограждающих металлических конструкций, в том числе с комплектной поставкой, исключительно перспективных для дальнейшего развития и широкого применения. В дополнение к основным сведениям о таких конструкциях, изложенным в общем курсе, в настоящем пособии подробно излагаются особенности их работы и расчета, даются примеры проектирования различных облегченных конструкций.

Во втором разделе приводятся обширные сведения о хрупком разрушении стальных конструкций, причинах, вызывающих его, о конструктивно-технологических приемах конструирования и выборе стали, которые обеспечивают хладостойкость конструкций. Даются расчетные способы оценки хладостойкости и примеры проектирования хладостойких конструкций.

В третьем разделе освещены вопросы проектирования реконструкции и усиления металлических конструкций; важность этого вида работ возрастает в связи с государственным курсом на реконструкцию основных фондов. Существенно дополнен общий курс «Металлические конструкции», приведены различные приемы усиления конструкций, в том числе с помощью регулирования напряжений, повышения хладостойкости и др. Раздел иллюстрируется примерами проектирования.

Четвертый раздел посвящен вопросам проектирования металлических конструкций о повышенной коррозионной стойкостью, причем большое внимание уделяется особенностям компоновки и выбору формы сечении.

В книге отражены задачи в области металлостроительства, соответствующие планам развития страны до 2000 года, необходимости существенной экономии металла, повышению надежности и долговечности изделий, учитывающие постановления Совета Министров СССР, в частности о дальнейшем развитии легких металлических конструкций.

Пособие основано на последних нормативных документах (СНиП 11-23—81*), различных руководствах, указаниях и пособиях по проектированию, монографиях и статьях отечественных и зарубежных авторов, а также на результатах исследований авторов настоящей книги и их учеников, проведенных на кафедре металлических конструкции Новосибирского ордена Трудового Красного Знамени инженерно-строительного института имени В. В. Куйбышева.

К каждому разделу дана библиография основной литературы по данному вопросу, приведен список дополнительной литературы по конкретным вопросам.

Раздел I (кроме гл. 5) и гл. 11 раздела III написаны д-ром техн. наук проф. В, В. Бярюлевым, раздел П и п. 4 гл. 10 раздела III — д-ром техн. FiayK проф. А. В, Сильвестровым, гл. 5 раздела I, гл, 9 и 10 раздела III — канд. техн. наук доцентом И. И, Крыловым, раздел IV — канд. техн. наук проф. И, П. Кошиным.

Авторы выражают гл}-бокую благодарность заслуженному деятелю науки и техники РСФСР, д-ру техн. наук проф. Е, II. Беленя и сотруднрткам кафедры металлических конструкций MUCH, а также д-ру техн. наук проф. Ю. В. Гайдарову, принявшим участие в рецензировании книги. Они будут также благодарны читателям, которые сочтут возможным высказать свои замечания и пожелания по материалу учебного пособия.

Раздел I. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛЕГКИХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ

Глава 1. ХАРАКТЕРИСТИКА И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЛЕГКИХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ

1. Характеристика легких металлических конструкций

Под легкими или облегченными конструкциями подразумеваются основные несущие элементы и системы — балки, фермы, колонны, рамы и др., у которых благодаря рациональной конструктивной форме, оптимальным размерам сечений, использованию сталей повышенной и высокой прочности металлоемкость существенно снижена по сравнению с традиционными конструкциями — сварными двутаврами с гибкостью стенки 100 ... 120, фермами со стержнями из парных уголков и узловыми фасовками и т. д.

Особо легкими называют такие металлические конструкции, металлоемкость которых сопоставима с расходом стали на арматуру в аналогичных железобетонных конструкциях, приведенным к Ст.З [4, 23). Однако с начала 1970-х годов под легкими металлическими конструкциями стали подразумевать несущие и ограждающие конструкции в зданиях с пролетами 12 ... 30 м без кранов, с подвесным транспортным оборудованием грузоподъемностью до 5 т или мостовыми кранами грузоподъемностью до 20 т. Масса 1 м' ограждающих конструкций в таких зданиях составляла 30 ... 100 кг, при этом суммарный расход металла на несущие и ограждающие конструкции был снижен до 25 ... 100 кг.

29 мая 1972 г. ЦК КПСС и Советом Министров СССР было принято постановление <0 развитии производства и комплектной поставки легких металлических конструкций для сооружения промышленных зданий», которое сыграло важную роль в расширении применения металлических конструкций в нашей стране, положило начало созданию новой отрасли промышленного строительства. Последняя основывалась на разработке легких индустриальных металлических конструкций, их заводском поточном изготовлении, комплектной поставке и скоростном монтаже.

Уже построены и строятся новые заводы по производству отдельных несущих и ограждающих элементов или набора таких конструкций для целого производственного здания.

В сентябре 1986 г. Советом Министров СССР принято постановление «О дополнительных мерах по дальнейшему развитию строительства зданий из легких металлических конструкций комплектной поставки». Намечено в 1990 г. довести их годовой выпуск до 16, в 1995 г. — до 25, в 2000 г. — до 35 ... 40 млн м3.

В годы 12-й пятилетки легкие металлические конструкции широка применялись на различных объектах, причем их номенклатура определялась программой Госстроя СССР «Металл -90».

В системе Минмонтажспецстроя СССР сослано Всесоюзное проектное промышленно-строительное объединение Союзлегконструкция с региональными промышленно-строительными объединениями по изготовлению и монтажу зданий из легких металлических конструкций комплектной поставки, в том числе зданий-модулей (рис. 1.1). В такое объединение входит предприятие по изготовлению легких несущих, а также легких ограждающих конструкций. Подобные предприятия есть в других ведомствах.

Предусматривается разработка и оснащение заводов автоматизированными комплексами по выпуску тонкостенных рамных конструкций с переменным сечением, автоматическими линиями сборосварки ферм из гнутосварных прямоугольных труб, линиями по производству облегченных стеновых и кровельных панелей и др.

Эти постановления, наряду с крупными организационными мероприятиями, наметили меры по созданию новых конструктивных форм легких несущих и ограждающих металлоконструкций, дали импульс творческой инициативе в поисках эффективных конструктивных форм, методов их изготовления и монтажа.

Под конструктивной формой понимается взанмосвязаниость схемы конструкции с ее обоснованными размерами, типами сечения элементов и узловых сопряжений с технологическими приемами и особенностями изготовления, монтажа и эксплуатации.

Использование прогрессивных технологий изготовления, благодаря чему производительность труда повышается в 1,5 ... 2 раза, комплектность поставки элементов зданий (включая комплектно-блочные встроенные помещения административного, бытового и инженерного назначения), скоростной монтаж существенно повышают индустриальность строительства, приближают строительную отрасль по уровню технического развития к машиностроению.

Итак, легкие металлические конструкции — это конструкции, высокоэффективные решения которых обеспечивают существенное снижение металлоемкости изделий; приспособленность их для высокомеханизированного поточного изготовления, комплектной поставки и блочных методов монтажа.

Основные характерные черты легких металлических конструкций: малая металлоемкость; существенная, но в разумных пределах, типизация и унификация; стабильность номенклатуры в течение достаточно длительного времени; высокая технологичность и приспособленность для изготовления на поточных автоматизированных линиях (в том числе с микропроцессорным управлением), для транспортировки, а также для конвейерно-блочных и других скоростных методов монтажа; высокая степень заводской готовности возможность комплектной поставки целых зданий-модулей или их несущих конструкций; благоприятные экспортные возможности. Следствием вышеперечисленных особенностей легких металлических конструкций являются хорошие технико-экономические показатели.

Облегчение конструкций, снижение массы металла достигаются современными прогрессивными приемами.

1. Использование сталей повышенной и высокой прочности (обеспечивает до 60 ... 70 % общей экономии металла) влияет на конструктивную форму и методы изготовления конструкций. Нужно искать такие формы, при которых эффект от применения сталей повышенной и высокой прочности будет наибольший.

2. Применение наиболее эффективных видов проката и гнутосварных профилей о максимальной тонкостенностью.

3. Оптимизация основных параметров конструкции и ее отдельных элементов, размеров сечений на базе современных математических методов и применения ЭВМ.

4. Концентрация материала как в основных несущих системах, так и в отдельных ее элементах (концентрация материала позволяет снижать не только расход стали за счет более рационального обеспечения устойчивости, жесткости, выносливости и других свойств конструкции, уменьшения конструктивных коэффициентов, но также трудоемкость изготовления и монтажа).

5. Совмещение функций несущих и ограждающих конструкций в одной системе (позволяет уменьшить ее общую металлоемкость).

6. Максимальная типизация, унификация и стандартизация конструкций и сооружений в целом (важнейшая предпосылка повышения индустриализации металлических конструкций и использования поточного метода изготовления), переход от типовых элементов к типовым зданиям-модулям.