Листовые конструкции. Классифициялистовых конструкций. Работа и расчет плоских пластинок. Краевой эффект.

Требуемая площадь сечения

Определяется из комбинации с максимальным по абсолютному значению моментом ;где N – максимальное из усилий N₁ и N₂; – коэффициент снижения расчетного сопротивления при внецентренном сжатии; определяется по таблицам в зависимости от условной гибкости и приведенного эксцентриситета ; ; ;l_x1 – расчетная длина нижней части колонны; – коэффициент влияния формы сечения, определяемый по таблице.

; ; ;P= ; K= .Затем определяем площадь полок ; ,где .Чаще всего стремятся к тому, чтобы А₁ А_2.

База колонны.

База является опорной частью колонны и предназначена для передачи усилий с колонны на фундамент.

Расчет базы колонны.

Для сквозных колонн, как правило, проектируют раздельные базы (под каждую ветвь своя база). Ветви сквозной колонны работают на продольные осевые силы, поэтому их базы рассчитывают и конструируют как базы центрально – сжатых колонн.

Центр плиты совмещают с центром тяжести ветви, в противном случае в ветви колонны появляется, дополнительны момент.

Базу каждой ветви рассчитывают на свою комбинацию M и N, дающую наибольшие усилия сжатия в ветви в нижнем сечении колонны.

Усилия, передающиеся на базы, определяются по формулам:

При большом изгибающем моменте и небольшой продольной силе в одной из ветвей может возникнуть растягивающее усилие.

Это усилие воспринимается анкерными болтами и определяется по формуле

Анкерные болты размещают по осям ветвей.

2 Стальные каркасы многоэтажных зданий

Основными элементами каркаса являются колонны и балки, образующие систему, воспринимающую как вертикальные, так и горизонтальные нагрузки, и передающую их воздействия на фундамент

Рамная система (рис. а) состоит из жестко соединенных колонн и ригелей, образующих плоские и пространственные рамы, объединенные перекрытиями.

Связевая система состоит из связевой конструкции, колонн и шарнирно присоединенных к ним ригелями

Основные рамно-связевые системы аналогичны по своей схеме связевым, но отличаются от них рамным соединением колонн и ригелей, не входящих в связевую конструкцию

Билет23

Опр расчетных длин подкрановой части колонны

Расчетные длины находим с помощью следующих зависимостей:

– в плоскости действия момента (относительно оси х-х) l_x1= m₁ l₁

где m₁ = 2 – коэффициент расчетной длины – в плоскости, перпендикулярной действию момента (относительно оси у-у), расчетная длина принимается равной расстоянию между точками закрепления колонны от смещения (такими точками являются низ базы колонны, нижний пояс и тормозная конструкция подкрановой балки, промежуточные распорки между колоннами) l_у1= 0,8l₁

где 0,8 – коэффициент, учитывающий защемление ветвей колонны в фундаменте в уровне его верха.

Несущая способность опр допускаемой продольной силой в ветвях, для которых расчетные длины принимаются равными:

– в плоскости действия момента (относительно осей х₁-х₁и х₂-х₂) –расстоянию между узлами решетки l_хв1=l_в1 и l_хв2= l_в2;

– в плоскости, перпендикулярной действию момента (относительно оси у-у), – геометрической длине ветви, умноженной на коэффициент 0,8: l_ув1 = 0,8l₁,l_ув2 = 0,8 (l₁ + h_б),

при этом геометрическая длина подкрановой ветви принимается равной расстоянию от низа базы до низа подкрановой балки l₁, геометрическая длина наружной ветви – от низа базы до тормозной конструкции в уровне верха подкрановой балки (l₁ + h_б).

При наличии промежуточных распорок между колоннами расчетные длины их ветвей из плоскостей рамы соответственно уменьшаются.

Подбор сечения сквозной подкрановой части колонны начинается с определения усилий в ветвях колонны. Для каждой ветви принимается комбинация из продольной силы N и изгибающего момента М, догружающего соответствующую ветвь:

– для расчета подкрановой ветви N₁ и M₁

– для расчета наружной ветви N₂ и M₂

Вычисляем наибольшие сжимающие усилия в ветвях колонны, величина которых ориентировочно определяется по формулам:

N_в1 = N₁/2 + M₁ /h_о и N_в2 = N₂/2 + M₂/h_о

где h_о = h_н– z₀; z_о= b₂/2 (предварит принимается 100 – 200 мм).

Задаваясь значениями коэффициента устойчивости при центральном сжатииj в пределах 0,7 – 0,9, из условия устойчивости центрально-сжатого стержня определяем ориентировочно требуемые площади ветвей: A_в1 = N_в1 /(jR_yg_c) и A_в2 = N_в2/(jR_yg_c)

По требуемым площадям из сортамента выбираем соответствующие двутавры и выписываем их геометрические характеристики. Необходимо стремиться к назначению одинаковых размеров сечения ветвей колонны по высоте.

Высотные сооружения

Высотными называют сооружения, высота которых намного превышает их размеры в поперечном сечении. К ним относятся опоры антенных сооружений связи (радио и телевидение), опоры воздушных линий электропередач (ЛЭП), вытяжные башни, дымовые трубы, осветительные метеорологические вышки, маяки, водонапорные башни, силосы и т.п.

По конструктивной схеме все высотные сооружения разделяются на два основных вида – башни и мачты.

Мачты

Мачты представляют собой высокие тонкоствольные конструкции, расчлененные оттяжками и работающие как балки на упругих опорах. Мачты экономичнее башен по расходу металла, но требуют большей площади для установки.

Нагрузки, действующие на ствол мачты: собственный вес конструкции, оборудования, ветер, гололед, вертикальная составляющая тяжения оттяжек.

Расчетные усилия в элементах ствола мачты определяют как во внецентренно-сжатом стержне на упругих опорах, роль которых выполняют оттяжки.

Доминирующими нагрузками для мачт являются ветровые и гололедные. Ветровая нагрузка определяется как сумма ее статической и динамической составляющей.

Для мачт, так же, как и для башен, с периодом собственных колебаний меньше 0,25 сек. динамическая составляющая, вызываемая пульсацией скоростного напора ветра, не учитывается.

Ствол мачты проектируют постоянного по высоте сквозного или сплошного сечения в плане сквозных мачт с тремя или четырьмя углами соответственно с тремя или четырьмя оттяжками. Стволы сплошных мачт проектируют из труб.

Оттяжки проектируются из стальных канатов, закрепляя их к бетонным якорям. Оттяжки разных ярусов размещаются или параллельно друг другу или сводятся в одну точку. В первом случае усилия в оттяжках меньше, и меньше вертикальная составляющая на ствол, но зато каждой оттяжке необходим анкерный якорь и большая площадь для установки мачты. Для обеспечения поперечной жесткости мачты наименьший угол наклона оттяжки принимается 30^о. Крепление ствола мачты к фундаменту – шарнирное.

Билет 28

1.Стальные каркасы многоэтажных зданий

При большой этажности зданий (20-30 этажей и выше) рационально разделение конструкций на несущие и ограждающие. Функции несущих конструкций выполняют каркас из высокопрочных материалов (сталь, ж/б); функции ограждающих конструкций – легкие стеновые панели с эффективными термоизоляционными материалами.

Каркасы могут быть стальными, ж/б и смешанными – колонны нижних этажей из стали, верхних из ж/б.

На каркас многоэтажного здания действуют следующие нагрузки: вертикальные – собственный вес здания (постоянные), полезные нагрузки помещений (временные длительные); горизонтальные – ветровые (кратковременные), сейсмические (особые).

Основными элементами каркаса являются колонны и балки, образующие систему, воспринимающую как вертикальные, так и горизонтальные нагрузки, и передающую их воздействия на фундамент. Фундамент обычно проектируют в виде сплошной ж/б плиты, наилучшим образом распределяющей неравномерно приложенные к фундаменту нагрузки по всей площади основания здания.

Вертикальные нагрузки через балки перекрытия передаются на колонны и затем на фундамент. Для восприятия и передачи горизонтальных нагрузок на фундамент нужно создать в каркасе жесткие в горизонтальном направлении системы.

Такие системы могут быть:

1) бескаркасные системы, состоящие из пластинок (стен), оболочек открытого и замкнутого профиля, объемных тонкостенных блоков; 2)каркасные системы, состоящие из стержней; 3)смешанные системы, состоящие из элементов каркасных и бескаркасных систем. Металлические несущие конструкции применяют в каркасных и смешанных системах. Каркасные и смешанные системы в зависимости от распределения функций в системе для обеспечения ее пространственной жесткости и устойчивости подразделяются на: рамные; связевые; рамно-связевые

2.Подбор сечения нижней (подкрановой) части колонны.

Нижняя часть колонны, как правило, конструируется несимметричного сечения, для подбора которого рассматривают два загружения с положительным и отрицательным моментами.

Приближенно можно принять, что высота стенки и расстояние между центрами тяжести полок равны высоте сечения колонны _; погрешность при таком допущении не превышает 5 %.

Требуемая площадь сечения

Определяется из комбинации с максимальным по абсолютному значению моментом ;где N – максимальное из усилий N₁ и N₂; – коэффициент снижения расчетного сопротивления при внецентренном сжатии; определяется по таблицам в зависимости от условной гибкости и приведенного эксцентриситета ; ; ;l_x1 – расчетная длина нижней части колонны; – коэффициент влияния формы сечения, определяемый по таблице.

; ; ;P= ; K= .Затем определяем площадь полок ; ,где .Чаще всего стремятся к тому, чтобы А₁ А_2.

Требуемая площадь сечения

Определяется из комбинации с максимальным по абсолютному значению моментом ;где N – максимальное из усилий N₁ и N₂; – коэффициент снижения расчетного сопротивления при внецентренном сжатии; определяется по таблицам в зависимости от условной гибкости и приведенного эксцентриситета ; ; ;l_x1 – расчетная длина нижней части колонны; – коэффициент влияния формы сечения, определяемый по таблице.

; ; ;P= ; K= .Затем определяем площадь полок ; ,где .Чаще всего стремятся к тому, чтобы А₁ А_2.

Листовые конструкции. Классифициялистовых конструкций. Работа и расчет плоских пластинок. Краевой эффект.

Листовые конструкции представляют собой различныесооружения типа оболочек, несущей основой которых являются плоские или изогнутые металлические листы (пластинки и оболочки). Они применяются для хранения, перегрузки, транспортировки, технологической переработки жидкостей, газов и сыпучих материалов.

Листовые конструкции классифицируются по назначению:

1.резервуары для хранения жидкостей 2.газгольдеры;

3.бункеры и силосы;4.листовые конструкции доменных цехов 5.листовые конструкции специальных технологических установок (химических и нефтеперерабатывающих заводов);6.трубопроводы большого диаметра для транспортировки воды и газов.

Работа и расчет плоских пластинок зависят от отношения , где l – пролет пластинки или наименьший размер в плане при опирании пластинки по контуру, t – ее толщина.

Пластинки малого прогиба имеют отношение . Такие пластинки работают только на изгиб. Напряжениями от распора пренебрегают, если

Пластинки большого прогиба имеют отношение . Такие пластинки работают на совместное действие изгиба и растяжения. У них .

Гибкие пластинки (мембраны) имеют отношение и работают как гибкие нити только на растяжение от распора.

Работа и расчет оболочек зависят от отношения ее радиуса кривизны к толщине .

Краевые линии образуются ребрами жесткости, днищами, резкими изменениями толщины, острыми перегибами. Деформация оболочки в этих местах стеснена, на некотором участке происходит местный изгиб.Возникновение изгибающих моментов у краевых линий называется краевым эффектом.

Билет 21

1Соединение верхней части колонны с нижней (траверса).

В ступенчатых колоннах подкрановые балки опираются на уступ колонны. Для передачи усилий от верхней части колонны и подкрановых балок на нижнюю часть в месте уступа устраивают траверсу.

Высоту траверсы принимают равной ширины нижней части колонныУсилиеD_max через плиту толщиной 16 20 мм передается на стенку траверсы.

Стенка траверсы работает на сжатие и проверяется по формуле: ,где l_см=b_о.р.+2t_п.л. – длина сминаемой поверхности;b_о.р.– ширина опорного ребра подкрановой балки;t_тр, t_пл– толщина стенки траверсы и плиты.

В запас прочности допустимо считать, что усилия M и N от верхней части колонны передаются только через полки верхней части колонны. Тогда усилие в полках колонны ,где M и N – из расчета рамы.

Требуется длина шва крепления вертикального ребра (полки верхней части колонны) к стенке траверсы (Ш1), исходя из условия приварки 4 швами

.Из условия равнопрочности полки верхней части колонны и шва крепления длину шва l_ш1 можно также определить и по предельному усилию в полке

N_п=A_fR_y,гдеA_f – площадь полки верхней части колонны.

2Покрытия растянутыми изгибно-жесткими элементами (жесткими вантами).Двухпоясные системы вантовых покрытий. Покрытия тросовыми фермами. Покрытия седловидными сетками. Комбинированные висячие системы.

Растянутыми изгибно-жесткими элементами (жесткими вантами) называются прямолинейные или провисающие элементы, закрепленные по краям от перемещений и способные воспринимать растягивающие усилия и изгибающие моменты.

Двухпоясными называют несущие системы, состоящие из двух поясов, расположенных друг над другом, связанных между собой параллельно расположенными распорками или растяжками и совместно работающих на восприятие внешних нагрузок

Дальнейшим развитием двухпоясных систем является превращение их в тросовые фермы, где растяжки в каждой панели заменены наклонными гибкими раскосами, пересекающимися с поясами в узлах фермы и превращающими систему в геометрически неизменяемую.

Основная несущая конструкция – седловидная сетка, состоящая из несущих нитей, имеющих провис вниз, и перпендикулярных стабилизирующих нитей, имеющих выгиб вверх.

Комбинированными называются системы, в которых стабилизацию производят введением в конструкцию покрытия жестких элементов, работающих на осевое усилие и поперечный изгиб.

Билет 22

База колонны.

База является опорной частью колонны и предназначена для передачи усилий с колонны на фундамент.

Расчет базы колонны.

Для сквозных колонн, как правило, проектируют раздельные базы (под каждую ветвь своя база). Ветви сквозной колонны работают на продольные осевые силы, поэтому их базы рассчитывают и конструируют как базы центрально – сжатых колонн.

Центр плиты совмещают с центром тяжести ветви, в противном случае в ветви колонны появляется, дополнительны момент.

Базу каждой ветви рассчитывают на свою комбинацию M и N, дающую наибольшие усилия сжатия в ветви в нижнем сечении колонны.

Усилия, передающиеся на базы, определяются по формулам:

При большом изгибающем моменте и небольшой продольной силе в одной из ветвей может возникнуть растягивающее усилие.

Это усилие воспринимается анкерными болтами и определяется по формуле

Анкерные болты размещают по осям ветвей.

2 Стальные каркасы многоэтажных зданий

Основными элементами каркаса являются колонны и балки, образующие систему, воспринимающую как вертикальные, так и горизонтальные нагрузки, и передающую их воздействия на фундамент

Рамная система (рис. а) состоит из жестко соединенных колонн и ригелей, образующих плоские и пространственные рамы, объединенные перекрытиями.

Связевая система состоит из связевой конструкции, колонн и шарнирно присоединенных к ним ригелями

Основные рамно-связевые системы аналогичны по своей схеме связевым, но отличаются от них рамным соединением колонн и ригелей, не входящих в связевую конструкцию

Билет23

Опр расчетных длин подкрановой части колонны

Расчетные длины находим с помощью следующих зависимостей:

– в плоскости действия момента (относительно оси х-х) l_x1= m₁ l₁

где m₁ = 2 – коэффициент расчетной длины – в плоскости, перпендикулярной действию момента (относительно оси у-у), расчетная длина принимается равной расстоянию между точками закрепления колонны от смещения (такими точками являются низ базы колонны, нижний пояс и тормозная конструкция подкрановой балки, промежуточные распорки между колоннами) l_у1= 0,8l₁

где 0,8 – коэффициент, учитывающий защемление ветвей колонны в фундаменте в уровне его верха.

Несущая способность опр допускаемой продольной силой в ветвях, для которых расчетные длины принимаются равными:

– в плоскости действия момента (относительно осей х₁-х₁и х₂-х₂) –расстоянию между узлами решетки l_хв1=l_в1 и l_хв2= l_в2;

– в плоскости, перпендикулярной действию момента (относительно оси у-у), – геометрической длине ветви, умноженной на коэффициент 0,8: l_ув1 = 0,8l₁,l_ув2 = 0,8 (l₁ + h_б),

при этом геометрическая длина подкрановой ветви принимается равной расстоянию от низа базы до низа подкрановой балки l₁, геометрическая длина наружной ветви – от низа базы до тормозной конструкции в уровне верха подкрановой балки (l₁ + h_б).

При наличии промежуточных распорок между колоннами расчетные длины их ветвей из плоскостей рамы соответственно уменьшаются.

Подбор сечения сквозной подкрановой части колонны начинается с определения усилий в ветвях колонны. Для каждой ветви принимается комбинация из продольной силы N и изгибающего момента М, догружающего соответствующую ветвь:

– для расчета подкрановой ветви N₁ и M₁

– для расчета наружной ветви N₂ и M₂

Вычисляем наибольшие сжимающие усилия в ветвях колонны, величина которых ориентировочно определяется по формулам:

N_в1 = N₁/2 + M₁ /h_о и N_в2 = N₂/2 + M₂/h_о

где h_о = h_н– z₀; z_о= b₂/2 (предварит принимается 100 – 200 мм).

Задаваясь значениями коэффициента устойчивости при центральном сжатииj в пределах 0,7 – 0,9, из условия устойчивости центрально-сжатого стержня определяем ориентировочно требуемые площади ветвей: A_в1 = N_в1 /(jR_yg_c) и A_в2 = N_в2/(jR_yg_c)

По требуемым площадям из сортамента выбираем соответствующие двутавры и выписываем их геометрические характеристики. Необходимо стремиться к назначению одинаковых размеров сечения ветвей колонны по высоте.