Учет назначения и условий работы конструкций
Актуализированная редакция
СНиП II-23-81*
Москва 2011
Предисловие
Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании», а правила разработки - постановлением Правительства Российской Федерации «О порядке разработки и утверждения сводов правил» от 19 ноября 2008 г. № 858.
Сведения о своде правил
1 ИСПОЛНИТЕЛИ: ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко - институт ОАО «НИЦ «Строительство», ЦНИИПСК им. Мельникова и др.
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 «Строительство»
3 ПОДГОТОВЛЕН к утверждению Департаментом архитектуры, строительства и градостроительной политики
4 УТВЕРЖДЕН приказом Министерства регионального развития Российской Федерации (Минрегион России) от 27 декабря № 791 и введен в действие с 20 мая 2011 г.
5 ЗАРЕГИСТРИРОВАН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт). Пересмотр СП 16.13330.2010
Информация об изменениях к настоящему актуализированному своду правил публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок - в ежемесячно издаваемых информационных указателях «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего свода правил соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте разработчика (Минрегион России) в сети Интернет
Содержание
| Введение 1 Область применения 2 Нормативные ссылки 3 Термины и определения 4 Общие положения 4.1 Основные требования к конструкциям 4.2 Основные расчетные требования 4.3 Учет назначения и условий работы конструкций 5 Материалы для конструкций и соединений 6 Расчетные характеристики материалов и соединений 7 Расчет элементов стальных конструкций при центральном растяжении и сжатии 7.1 Расчет элементов сплошного сечения 7.2 Расчет элементов сквозного сечения 7.3 Проверка устойчивости стенок и поясных листов центрально-сжатых элементов сплошного сечения 8 Расчет элементов стальных конструкций при изгибе 8.1 Общие положений расчета 8.2 Расчет на прочность изгибаемых элементов сплошного сечения 8.3 Расчет на прочность балок крановых путей сплошного сечения 8.4 Расчет на общую устойчивость изгибаемых элементов сплошного сечения 8.5 Проверка устойчивости стенок и поясных листов изгибаемых элементов сплошного сечения 8.6 Расчет опорных плит 9 Расчет элементов стальных конструкций при действии продольной силы с изгибом 9.1 Расчет на прочность элементов сплошного сечения 9.2 Расчет на устойчивость элементов сплошного сечения 9.3 Расчет на устойчивость элементов сквозного сечения 9.4 Проверка устойчивости стенок и поясов 10 Расчетные длины и предельные гибкости элементов стальных конструкций 10.1 Расчетные длины элементов плоских ферм и связей 10.2 Расчетные длины элементов пространственных решетчатых конструкций, в том числе структурных 10.3 Расчетные длины колонн (стоек) 10.4 Предельные гибкости элементов 11 Расчет листовых конструкций 11.1 Расчет на прочность 11.2 Расчет на устойчивость 12 Расчет элементов стальных конструкций на усталость 12.1 Общие положения расчета 12.2 Расчет балок крановых путей 13 Проектирование стальных конструкций с учетом предотвращения хрупкого разрушения 14 Проектирование соединений стальных конструкций 14.1 Сварные соединения 14.2 Болтовые соединения 14.3 Фрикционные соединения (на болтах с контролируемым натяжением) 14.4 Поясные соединения в составных балках 15 Дополнительные требования по проектированию некоторых видов зданий, сооружений и конструкций 15.1 Расстояния между температурными швами 15.2 Фермы и структурные плиты покрытий 15.3 Колонны 15.4 Связи 15.5 Балки 15.6 Балки крановых путей 15.7 Листовые конструкции 15.8 Висячие покрытия 15.9 Фланцевые соединения 15.10 Соединения с фрезерованными торцами 15.11 Монтажные крепления 15.12 Опорные части 16 Дополнительные требования по проектированию конструкций опор воздушных линий электропередачи, открытых распределительных устройств и контактных сетей транспорта 17 Дополнительные требования по проектированию конструкций антенных сооружений связи высотой до 500 м 18 Дополнительные требования по проектированию конструкций зданий и сооружений при реконструкции 18.1 Общие положения 18.2 Расчетные характеристики стали и соединений 18.3 Усиление конструкций Приложение А (справочное) Перечень нормативных документов Приложение Б (справочное) Основные буквенные обозначения величин Приложение В (справочное) Материалы для стальных конструкций и их расчетные сопротивления Группы стальных конструкций Приложение Г (справочное) Материалы для соединений стальных конструкций Приложение Д (обязательное) Коэффициенты для расчета на устойчивость центрально- и внецентренно-сжатых элементов Приложение Е (обязательное) Коэффициенты для расчета элементов конструкций с учетом развития пластических деформаций Приложение Ж (обязательное) Коэффициент устойчивости при изгибе φb Приложение И (рекомендуемое) Расчетные длины колонн и стоек Приложение К (рекомендуемое) К расчету элементов на усталость Приложение Л (рекомендуемое) Узлы ферм с непосредственными прикреплениями элементов решетки к поясам Приложение М (рекомендуемое) Методика подбора минимальных сечений изгибаемых элементов |
Введение
Настоящий свод правил составлен с целью повышения уровня безопасности людей в зданиях и сооружениях и сохранности материальных ценностей в соответствии с Федеральным законом от 30 декабря 2009 г. № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений», повышения уровня гармонизации нормативных требований с европейскими и международными нормативными документами, применения единых методов определения эксплуатационных характеристик и методов оценки.
Актуализация СНиП II-23-81* выполнена следующим авторским коллективом: Центральный научно-исследовательский институт строительных конструкций им. В.А. Кучеренко (ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко) - институт ОАО «НИЦ «Строительство» в составе специалистов: д-ра техн. наук И.И. Ведяков, П.Д. Одесский, П.Г. Еремеев, кандидаты техн. наук Г.Е. Вельский, Л.А. Гильденгорн, М.И. Гукова, Б.Н. Решетников, Ю.Н. Симаков, М.Р. Урицкий, М.И. Фарфель, B.C. Цетлин, инженеры А.П. Лавров, Л.С. Сошникова; Электростальский политехнический институт МИСиС (д-р техн. наук, проф. В.И. Моисеев); ЦНИИПСК им. Мельникова: д-р техн. наук, проф. чл.-корр. РААСН А.Б. Павлов, д-р техн. наук В.М. Горицкий, кандидаты техн. наук В.В. Евдокимов, Е.М. Баско, инженеры Г.Р. Шеляпина, М.М. Ефремов, В.И. Мейтин, В.М. Бабушкин; МГСУ (д-р техн. наук А.Р. Туснин); СПбГАСУ (д-р техн. наук Г.И. Белый); ЮФУ (канд. техн. наук Б.А. Пушкин), Челябинский ЗМК (инж. А.В. Гайдамако); «Институт Теплоэлектропроект» - ОАО «Инженерный центр ЕЭС » (инж. И.К. Вишницкий).
СП 16.13330.2011
Свод правил
СТАЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ
Steel structures
Дата введения 2011-05-20
Область применения
1.1Настоящие правила следует соблюдать при проектировании стальных строительных конструкций зданий и сооружений различного назначения, работающих при температуре не выше 100 °С и не ниже минус 60 °С.
Нормы не распространяются на проектирование стальных конструкций мостов, транспортных тоннелей и труб под насыпями.
1.2 При проектировании конструкций, находящихся в особых условиях эксплуатации (например, конструкций доменных печей; магистральных и технологических трубопроводов; резервуаров специального назначения; конструкций зданий, подвергающихся сейсмическим воздействиям, интенсивным воздействиям температуры, радиации, агрессивных сред; конструкций гидротехнических и мелиоративных сооружений), конструкций уникальных зданий и сооружений, зданий атомных электростанций, а также специальных видов конструкций (например, предварительно напряженных, пространственных, висячих), следует соблюдать дополнительные требования, предусмотренные соответствующими нормативными документами, в которых отражены особенности работы этих конструкций.
Нормативные ссылки
Перечень нормативных документов и стандартов, на которые имеются ссылки в настоящих нормах, приведен в приложении А.
Примечание- При пользовании настоящим СП целесообразно проверить действие ссылочных стандартов и классификаторов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте национальных органов Российской Федерации по стандартизации в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный документ заменен (изменен), то при пользовании настоящим СП следует руководствоваться замененным (измененным) документом. Если ссылочный, документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.
3 Термины и определения
Термины, использованные в настоящем СП, применены в соответствии с ГОСТ 4.253, ГОСТ 2601, ГОСТ 28548.
Общие положения
4.1 Основные требования к конструкциям
4.1.1 При проектировании стальных строительных конструкций следует:
принимать конструктивные схемы, обеспечивающие прочность, устойчивость и пространственную неизменяемость зданий и сооружений в целом и их отдельных элементов при транспортировании, монтаже и эксплуатации;
соблюдать требования СНиП 2.03.11 в части защиты строительных конструкций от коррозии и требования Федерального закона от 22 июля 2008 г. № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности». Увеличение толщины проката и стенок труб с целью защиты от коррозии и повышения предела огнестойкости конструкций допускается только при технико-экономическом обосновании;
применять рациональные профили проката, эффективные стали и прогрессивные типы соединений; элементы конструкций должны иметь минимальные сечения, удовлетворяющие требованиям настоящих норм с учетом сортаментов на прокат и трубы;
предусматривать технологичность и наименьшую трудоемкость изготовления, транспортирования и монтажа конструкций;
учитывать производственные возможности и мощность технологического и кранового оборудования предприятий - изготовителей конструкций;
учитывать допускаемые отклонения от проектных размеров и геометрической формы элементов конструкций при изготовлении и монтаже;
соблюдать требования государственных стандартов и других нормативных документов на конструкции соответствующего вида; при необходимости выполнять расчет точности размеров конструкций и их элементов согласно ГОСТ 21780.
4.1.2 Открытые конструкции, не замурованные в бетоне или в кирпичной кладке и т.п., должны быть доступны для наблюдения, оценки технического состояния, выполнения профилактических и ремонтных работ, не должны задерживать влагу и затруднять проветривание. Замкнутые профили должны быть герметизированы.
4.1.3 Рабочие чертежи стальных конструкций должны соответствовать требованиям по изготовлению (ГОСТ 23118) и монтажу конструкций (СНиП 3.03.01).
В рабочих чертежах конструкций (марок КМ и КМД) и в документации на заказ материалов следует указывать:
марки стали и дополнительные требования к ним, предусмотренные государственными стандартами или техническими условиями и настоящими нормами;
способ выполнения сварных соединений, вид и режим сварки; типы, марки, диаметры электродов и материалов для автоматической и механизированной сварки, положение шва при сварке, тип подкладки для стыковых швов;
классы прочности и точности болтов;
способ подготовки контактных поверхностей для фрикционных соединений;
расположение и размеры сварных, болтовых и фрикционных соединений с указанием выполнения их в заводских или монтажных условиях и, при необходимости, последовательность наложения швов и установки болтов;
способы и объем контроля качества;
требования к защите конструкций от коррозии.
4.2 Основные расчетные требования
4.2.1 Стальные конструкции и их расчет должны удовлетворять требованиям ГОСТ 27751.
Расчет стальных конструкций следует выполнять с учетом назначения конструкций, условий их изготовления, транспортирования, монтажа и эксплуатации, а также свойств материалов.
В расчетных схемах должны быть учтены деформационные характеристики опорных закреплений, оснований и фундаментов.
4.2.2 При расчете конструкций значения нагрузок и воздействий, а также предельные значения прогибов и перемещений элементов конструкций следует принимать согласно требованиям СП 20.13330, СНиП 2.09.03 и разделов 16 и 17 настоящих норм.
(Опечатка. Июнь 2011 г.)
4.2.3 За расчетную температуру в районе строительства следует принимать температуру наружного воздуха наиболее холодных суток обеспеченностью 0,98, определенную согласно СНиП 23-01.
Расчетная технологическая температура устанавливается заданием на разработку строительной части проекта.
4.2.4 Расчетные схемы и основные предпосылки расчета должны отражать действительные условия работы стальных конструкций.
Рассматриваются следующие расчетные модели несущих конструкций:
отдельные конструктивные элементы (например, растянутые и сжатые стержни, балки, стойки и колонны сплошного сечения и др.);
плоские или пространственные системы, раскрепленные (несвободные - рисунок 1, а); систему следует считать раскрепленной, если конструкция раскрепления не менее чем в 5 раз уменьшает горизонтальные перемещения системы; расчет таких конструкций может быть выполнен путем расчета отдельных элементов с учетом их взаимодействия между собой и с основанием;
плоские или пространственные системы, нераскрепленные (свободные - рисунок 1, б); при расчете таких конструкций, наряду с проверкой отдельных элементов, следует учитывать возможность достижения предельного состояния системы в целом;
листовые конструкции (оболочки вращения).
Рисунок 1 - Схемы систем раскрепленных (а) и не раскрепленных от перемещений (б)
4.2.5 Пространственные стальные конструкции следует, как правило, рассчитывать как единые системы с учетом факторов, определяющих напряженное и деформированное состояние, особенности взаимодействия элементов конструкций между собой и с основанием, геометрической и физической нелинейности, свойств материалов и грунтов.
Допускается выполнять проверку устойчивости стержневых конструкций (в том числе пространственных) с использованием сертифицированных вычислительных комплексов как идеализированных систем в предположении упругих деформаций стали.
4.2.6 Оценку общей устойчивости каркаса допускается производить по недеформированной схеме для каркасов рамной (с жесткими узлами ригелей с колоннами), рамно-связевой (рамный каркас с вертикальными диафрагмами жесткости или жесткими вставками) или связевой (безригельный каркас или с нежесткими узлами ригелей с колоннами) систем, которые имеют в своем составе продольные и поперечные рамы и связи, установленные в соответствии с 15.4 настоящих норм.
В рамно-связевой или в связевой системах, когда узлы связевого блока не совпадают с узлами каркаса, расчет следует выполнять по деформированной схеме (с учетом геометрической нелинейности системы).
4.2.7 Элементы конструкций, рассматриваемые в настоящих нормах, подразделяются на три класса в зависимости от напряженно-деформированного состояния (НДС) расчетного сечения:
1-й класс - НДС, при котором напряжения по всей площади сечения не превышают расчетного сопротивления стали |σ| ≤ Ry (упругое состояние сечения);
2-й класс - НДС, при котором в одной части сечения |σ| < Ry, а в другой |σ| = Rv (упругопластическое состояние сечения);
3-й класс - НДС, при котором по всей площади сечения |σ| = Rv (пластическое состояние сечения, условный пластический шарнир).
4.2.8 Буквенные обозначения величин, использованные в настоящих нормах, приведены в приложении Б.
(Опечатка. Июнь 2011 г.)
Общие положений расчета
В зависимости от назначения и условий эксплуатации конструкций расчет изгибаемых элементов (балок) следует выполнять без учета или с учетом пластических деформаций в соответствии с подразделением элементов на три класса согласно 4.2.7.
Балки 1-го класса следует применять для всех видов нагрузок и рассчитывать в пределах упругих деформаций; балки 2-го и 3-го классов следует применять для статических нагрузок и рассчитывать с учетом развития пластических деформаций.
Балки крановых путей под краны групп режимов работы 1К - 8К по ГОСТ 25546 при расчете на прочность следует относить к 1-му классу.
Бистальные балки следует относить ко 2-му классу и рассчитывать с учетом ограниченных пластических деформаций в стенке, значения которых следует определять при достижении расчетного сопротивления Ryf в поясах, выполненных из более прочной стали.
Расчет опорных плит
8.6.1 Площадь стальной опорной плиты должна удовлетворять требованиям расчета на прочность фундамента.
Передача расчетного усилия на опорную плиту может осуществляться через фрезерованный торец или через сварные швы конструкции, опирающейся на плиту.
8.6.2 Толщину опорной плиты следует определять расчетом на изгиб пластинки по формуле
(101)
где Мmax - наибольший из изгибающих моментов М, действующих на разных участках опорной плиты и определяемых по формулам:
для консольного участка плиты
(102)
для участка плиты, опертого на четыре стороны в направлении короткой и длинной сторон соответственно
(103)
для участка плиты, опертого по трем сторонам
(104)
для участка плиты, опертого на две стороны, сходящиеся под углом, по формуле (104), принимая при этом d1 - диагональ прямоугольника, а размер а1 в таблице Е.2 - расстояние от вершины угла до диагонали.
Здесь с - вылет консольного участка плиты;
α1, α2, α3 - коэффициенты, зависящие от условий опирания и отношения размеров сторон участка плиты и принимаемые согласно таблице Е.2;
q - реактивный отпор фундамента под рассматриваемым участком плиты на единицу площади плиты.
Расчет листовых конструкций
Расчет на прочность
11.1.1 Расчет на прочность листовых конструкций (оболочек вращения), находящихся в безмоментном напряженном состоянии, следует выполнять по формуле
(148)
где σx и σу - нормальные напряжения по двум взаимно перпендикулярным направлениям;
γc - коэффициент условий работы конструкций, назначаемый в соответствии с требованиями СНиП 2.09.03.
При этом абсолютные значения главных напряжений должны быть не более значений расчетных сопротивлений, умноженных на γc.
11.1.2 Напряжения в безмоментных тонкостенных оболочках вращения (рисунок 16), находящихся под давлением жидкости, газа или сыпучего материала, следует определять по формулам:
(149)
(150)
где σ1 и σ2 - соответственно меридиональное и кольцевое напряжения;
F - проекция на ось z-z оболочки полного расчетного давления, действующего на часть оболочки abc (см. рисунок 16);
r и β - радиус и угол, показанные на рисунке 16;
t - толщина оболочки;
р - расчетное давление на поверхность оболочки;
r1, r2 - радиусы кривизны в главных направлениях срединной поверхности оболочки.
11.1.3 Напряжения в замкнутых безмоментных тонкостенных оболочках вращения, находящихся под внутренним равномерным давлением, следует определять по формулам:
для цилиндрических оболочек
(151)
для сферических оболочек
(152)
для конических оболочек
(153)
где р - расчетное внутреннее давление на единицу поверхности оболочки;
r - радиус срединной поверхности оболочки (рисунок 17);
β - угол между образующей конуса и его осью z-z (см. рисунок 17).
Рисунок 16 - Схема оболочки вращения
Рисунок 77- Схема конической оболочки вращения
11.1.4 При проверке прочности оболочек в местах изменения их формы или толщины, а также изменения нагрузки следует учитывать местные напряжения (краевой эффект).
Расчет на устойчивость
11.2.1 Расчет на устойчивость замкнутых круговых цилиндрических оболочек вращения, равномерно сжатых параллельно образующим, следует выполнять по формуле
(154)
где σ1- расчетное напряжение в оболочке;
σcr,1 - критическое напряжение, равное меньшему из значений ψRy или cEt / r (здесь r - радиус срединной поверхности оболочки; t - толщина оболочки) при r/t ≤ 300; при r/t > 300 σcr,1 = cEt / r.
Значения коэффициентов ψ при 0 < r/t ≤ 300 следует определять по формуле
(155)
Значения коэффициента с следует определять по таблице 34.
Таблица 34
| r/t | |||||||||
| с | 0,22 | 0,18 | 0,16 | 0,14 | 0,11 | 0,09 | 0,08 | 0,07 | 0,06 |
В случае внецентренного сжатия параллельно образующим или чистого изгиба в диаметральной плоскости при касательных напряжениях в месте наибольшего момента, не превышающих значения 0,07E (t / r)3/2,напряжение σcr,1 должно быть увеличено в (1,1 - 0,1 σ'1/σ1) раза, где σ'1 - наименьшее напряжение (растягивающие напряжения считать отрицательными).
11.2.2 В трубах, рассчитываемых как сжатые или внецентренно-сжатые стержни при условной гибкости 
, должно быть выполнено условие
(156)
Такие трубы следует рассчитывать на устойчивость в соответствии с требованиями разделов 7 и 9 независимо от расчета на устойчивость стенок. Расчет на устойчивость стенок бесшовных или электросварных труб не требуется, если значения r/t не превышают половины значений, определяемых по формуле (156).
11.2.3 Цилиндрическая панель, опертая по двум образующим и двум дугам направляющей, равномерно сжатая вдоль образующих, при b2/(r t) ≤ 20 (где b - ширина панели, измеренная по дуге направляющей) должна быть рассчитана на устойчивость как пластинка по формулам:
при расчетном напряжении σ ≤ 0,8 Ry
(157)
при расчетном напряжении σ = Ry
(158)
При 0,8 Ry < σ < Ry наибольшее отношение b/t следует определять линейной интерполяцией.
Если b2/(r t) > 20, то панель следует рассчитывать на устойчивость как оболочку согласно требованиям 11.2.1.
11.2.4 Расчет на устойчивость замкнутой круговой цилиндрической оболочки вращения, при действии внешнего равномерного давления р, нормального к боковой поверхности, следует выполнять по формуле
(159)
где σ2 = pr / t - расчетное кольцевое напряжение в оболочке;
σcr,2 - критическое напряжение, определяемое по формулам:
при 0,5 ≤ l / r ≤ 10
(160)
при l / r ≥ 20
(161)
при 10 < l / r < 20 напряжение σcr,2 следует определять линейной интерполяцией.
Здесь l - длина цилиндрической оболочки.
Та же оболочка, но укрепленная кольцевыми ребрами, расположенными с шагом s ≥ 0,5r между осями, должна быть рассчитана на устойчивость по формулам (159) - (161) с подстановкой в них значения s вместо l.
В этом случае должно быть удовлетворено условие устойчивости ребра в своей плоскости как сжатого стержня согласно требованиям 7.1.3 при N = prs и расчетной длине стержня lef = 1,8r; при этом в сечение ребра следует включать участки оболочки шириной 
с каждой стороны от оси ребра, а условная гибкость стержня 
не должна превышать 6,5.
При одностороннем ребре жесткости его момент инерции следует вычислять относительно оси, совпадающей с ближайшей поверхностью оболочки.
(Опечатка. Июнь 2011 г.)
11.2.5 Расчет на устойчивость замкнутой круговой цилиндрической оболочки вращения, подверженной одновременному действию нагрузок, указанных в 11.2.1 и 11.2.4, следует выполнять по формуле
(162)
где σcr,1 должно быть вычислено согласно требованиям 11.2.1 и σcr,2 - согласно требованиям 11.2.4.
11.2.6 Расчет на устойчивость конической оболочки вращения с углом конусности β ≤ 60°, сжатой силой N вдоль оси (рисунок 18), следует выполнять по формуле
(163)
где Ncr - критическая сила, определяемая по формуле
(164)
здесь t - толщина оболочки;
σcr,1 - значение напряжения, вычисленное согласно требованиям 11.2.1 с заменой радиуса r радиусом rт равным
(165)
Рисунок 18 - Схема конической оболочки вращения под действием продольного усилия сжатия
11.2.7 Расчет на устойчивость конической оболочки вращения при действии внешнего равномерного давления р, нормального к боковой поверхности, следует выполнять по формуле
(166)
здесь σ2 = prm/t - расчетное кольцевое напряжение в оболочке;
σcr,2 - критическое напряжение, определяемое по формуле
(167)
где rт - радиус, определяемый по формуле (165);
h - высота конической оболочки (между основаниями).
11.2.8 Расчет на устойчивость конической оболочки вращения, подверженной одновременному действию нагрузок, указанных в 11.2.6 и 11.2.7, следует выполнять по формуле
(168)
где значения Ncr и σcr,2следует вычислять по формулам (164) и (167).
11.2.9 Расчет на устойчивость полной сферической оболочки (или ее сегмента) при r / t ≤ 750 и действии внешнего равномерного давления р, нормального к ее поверхности, следует выполнять по формуле
(169)
где σ= pr /(2t) -расчетное напряжение;
σcr = 0,1 Et / r - критическое напряжение, принимаемое равным не более Ry;
здесь r - радиус срединной поверхности сферы.
Общие положения расчета
12.1.1 При проектировании стальных конструкций и их элементов (балки крановых путей, балки рабочих площадок, элементы конструкций бункерных и разгрузочных эстакад, конструкции под двигатели и др.), непосредственно воспринимающих многократно действующие подвижные, вибрационные или другого вида нагрузки с количеством циклов нагружений 105 и более, которые могут привести к явлению усталости, следует применять такие конструктивные решения, которые не вызывают значительной концентрации напряжений, и проверять расчетом на усталость.
Количество циклов нагружений следует принимать по технологическим требованиям эксплуатации.
Расчет конструкций на усталость следует производить на действие нагрузок, устанавливаемых согласно требованиям СП 20.13330.
Расчет на усталость также следует выполнять для конструкций высоких сооружений (типа мачт, башен и т.п.), проверяемых на ветровой резонанс согласно требованиям СП 20.13330.
12.1.2 Расчет на усталость следует производить по формуле
(170)
где σmax - наибольшее по абсолютному значению напряжение в рассчитываемом сечении элемента, вычисленное по сечению нетто без учета коэффициента динамичности и коэффициентов φ, φb, φe;
Rv - расчетное сопротивление усталости, принимаемое по таблице 35 в зависимости от временного сопротивления стали Run и групп элементов и соединений конструкций, приведенных в таблице К.1 приложения К;
α - коэффициент, учитывающий количество циклов нагружений п:
при п ≥ 3,9·106 принимаемый равным α = 0,77;
при n < 3,9·106 вычисляемый по формулам:
для групп элементов 1 и 2
(171)
для групп элементов 3-8
(172)
γv - коэффициент, определяемый по таблице 36 в зависимости от напряженного состояния и коэффициента асимметрии напряжений ρ = σmin / σmах (здесь σmin - наименьшее по абсолютному значению напряжение в рассчитываемом сечении элемента, вычисляемое так же и при том же загружении, как и σmах). При разнозначных напряжениях σmах и σmin значение коэффициента ρ следует принимать со знаком «минус».
При расчете по формуле (170) должно быть выполнено условие α Rv γv ≤ Ru / γu.
(Опечатка. Июнь 2011 г.)
12.1.3 Стальные конструкции и их элементы, непосредственно воспринимающие нагрузки с количеством циклов нагружений менее 105, следует проектировать с применением таких конструктивных решений, которые не вызывают значительной концентрации напряжений, и в необходимых случаях проверять расчетом на малоцикловую усталость.
Таблица 35
| Группа элементов | Значение Rv при нормативном значении временного сопротивления стали Run, Н/мм2 | ||||
| до 420 | св. 420 до 440 | св. 440 до 520 | св. 520 до 580 | св. 580 до 675 | |
| Для всех марок стали 90 | |||||
| То же 75 | |||||
| » 60 | |||||
| » 45 | |||||
| » 36 | |||||
| » 27 |
Таблица 36
| Напряженное состояние (для σmах) | Коэффициент асимметрии напряжений ρ | Формулы для вычисления коэффициента γv |
| Растяжение | -1 ≤ ρ ≤ 0 | 2,5 1,5-ρ |
| 0 < ρ ≤ 0,8 | 2,0 1,2-ρ | |
| 0,8 < ρ < 1 | 1,0 1-ρ | |
| Сжатие | -1 ≤ ρ < 1 | 2,0 1-ρ |
Расчет балок крановых путей
Расчет на усталость балок крановых путей следует выполнять согласно требованиям 12.1.1 и 12.1.2 на действие крановых нагрузок, определяемых согласно СП 20.13330. При этом следует принимать α = 0,77 при кранах групп режимов работы 7К (в цехах металлургических производств) и 8К и α= 1,1 - в остальных случаях. Расчет на усталость верхней зоны стенок составных балок крановых путей в этих случаях следует выполнять по формуле
(173)
где Rv - расчетное сопротивление усталости, принимаемое для всех марок сталей, равным для балок со сварными и фрикционными поясными соединениями соответственно: для сжатой верхней зоны стенки (сечения в пролете балки)
для растянутой верхней зоны стенки (опорные сечения неразрезных балок)
Значения напряжений в формуле (173) следует определять по формулам 8.3.3.
Сварные соединения
14.1.1 При проектировании стальных конструкций со сварными соединениями следует:
назначать минимальные размеры сварных швов с учетом требований 14.1.4 -14.1.6, а также применять минимально необходимое количество расчетных и конструктивных сварных швов;
обеспечивать свободный доступ к местам выполнения сварных соединений с учетом выбранного вида и технологии сварки.
14.1.2 Основные типы, конструктивные элементы и размеры сварных соединений следует принимать по ГОСТ 5264, ГОСТ 8713, ГОСТ 11533, ГОСТ 11534, ГОСТ 14771, ГОСТ 23518.
14.1.3 При выборе электродов, сварочной проволоки и флюсов следует учитывать группы конструкций и расчетные температуры, указанные в приложениях В и Г.
14.1.4 При проектировании сварных соединений следует исключать возможность хрупкого разрушения конструкций согласно требованиям раздела 13.
14.1.5 При проектировании тавровых и угловых сварных соединений элементов стальных конструкций с растягивающими напряжениями в направлении толщины проката с целью исключения возможности слоистого разрушения металла под сварным швом, как правило, следует:
применять стали для конструкций группы 1 согласно приложению В, с пределом текучести до 375 Н/мм2, а также стали с гарантированными механическими свойствами в направлении толщины проката согласно требованиям ГОСТ 28870;
применять сварочные материалы с пониженной прочностью и повышенной пластичностью; использовать технологические приемы сварки, направленные на снижение остаточных сварочных напряжений; не применять порошковую проволоку;
отказаться от применения одностороннего углового шва и перейти к двустороннему;
заменять угловые соединения тавровыми, а в последних обеспечивать отношение ширины свеса к толщине элементов не менее 1;
применять разделки кромок, обеспечивающие снижение объема наплавленного металла.
14.1.6 Сварные стыковые соединения листовых деталей, как правило, следует проектировать прямыми с полным проваром и с применением выводных планок. В монтажных условиях допускается односторонняя сварка с подваркой корня и сварка на остающейся стальной подкладке.
14.1.7 Размеры сварных угловых швов и конструкция соединения должны удовлетворять следующим требованиям:
а) катет углового шва kf не должен превышать l,2t, где t - наименьшая из толщин свариваемых элементов;
катет шва, наложенного на закругленную кромку фасонного проката толщиной t, как правило, не должен превышать 0,9t;
б) катет углового шва kf должен удовлетворять требованиям расчета и быть, как правило, не меньше указанного в таблице 38; при возможности обеспечения большей глубины провара катет шва (от 5 мм и более) в тавровом двустороннем, а также в нахлесточном и угловом соединениях допускается прин