close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

34

код для вставкиСкачать
Министерство образования и науки Российской Федерации
Сибирский федеральный университет
МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ,
ВКЛЮЧАЯ СВАРКУ
Учебно-методическое пособие
Электронное издание
Красноярск
СФУ
2015
1
УДК 624.014(07)
ББК 38.54я73
М540
Составители: Петухова Инна Яковлевна
Фроловская Александра Викторовна
М540 Металлические конструкции, включая сварку : учеб.-метод. пособие
[Электронный ресурс] / сост. : И. Я. Петухова, А. В. Фроловская. –
Электрон. дан. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2015. – Систем. требования : PC не ниже класса Pentium 1 ; 128 Mb RAM ; Windows 98/XP/7 ;
Adobe Reader V8.0 и выше. – Загл. с экрана.
Представлены основные формы и виды самостоятельной работы студентов
бакалавриата по дисциплине «Металлические конструкции, включая сварку», а
также обозначено ее целевое назначение. Приведены рекомендации по выполнению курсового проекта и по изучению теоретических основ рассматриваемой дисциплины.
Предназначено для преподавателя по самостоятельной работе студентов
бакалавриата направления «Строительство», профиль подготовки «Промышленное и гражданское строительство».
УДК 624.014(07)
ББК 38.54я73
© Сибирский федеральный
университет, 2015
Электронное учебное издание
Подготовлено к публикации издательством
Библиотечно-издательского комплекса
Подписано в свет 28.10.2015. Заказ № 2880
Тиражируется на машиночитаемых носителях
Библиотечно-издательский комплекс
Сибирского федерального университета
660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 82а
Тел. (391) 206-26-67; http://bik.sfu-kras.ru
E-mail: publishing_house@sfu-kras.ru
ОГЛАВЛЕНИЕ
1. ПЕДАГОГИКА О САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЕ СТУДЕНТОВ ................................... 4
Классификация самостоятельных работ студентов ............................................................... 4
2. СУТЬ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ ....................................................... 7
3. ОСНОВНЫЕ ФОРМЫ И ВИДЫ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ
БАКАЛАВРИАТА ......................................................................................................................... 8
4. ЦЕЛЕВОЕ НАЗНАЧЕНИЕ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ .......................................... 10
Тематика самостоятельной работы........................................................................................ 10
5. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА ............................... 11
5.1. Структура и содержание расчетно-пояснительной записки ........................................ 12
5.2. Содержание графической части проекта ....................................................................... 13
5.3. Основные требования к рабочим чертежам стальных конструкций .......................... 13
5.4. Основные расчетные требования .................................................................................... 14
5.5. Учёт назначения и условий работ конструкций ............................................................ 14
5.6. Материалы для конструкций и соединений................................................................... 15
5.7. Общая методика выполнения проекта ........................................................................... 15
5.8. Общие правила выполнения чертежей и оформления
расчетно-пояснительной записки .......................................................................................... 20
5.9. Порядок защиты и оценка проекта ................................................................................. 20
6. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИЗУЧЕНИЮ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ОСНОВ
САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ БАКАЛАВРИАТА .................................. 22
6.1. Особенности проектирования металлических конструкций для районов
с низкими температурами ....................................................................................................... 22
6.2. Содержание раздела ......................................................................................................... 23
6.3. Темы рефератов ................................................................................................................ 23
6.4. Методика изучения теоретических основ ...................................................................... 24
6.4.1. Особенности применения металлических конструкций
на территории Сибири, в том числе в ее северных районах .......................................... 24
6.4.2. Проектирование стальных конструкций с учетом предотвращения
хрупкого разрушения ......................................................................................................... 25
6.4.3. Выбор материала и соединений для металлических конструкций
с учетом климатического района строительства («северное исполнение») ................ 27
6.4.4. Особенности проектирования зданий и сооружений из металлических
конструкций в «северном исполнении» ........................................................................... 30
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ........................................................................................ 39
3
1. ПЕДАГОГИКА О САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЕ СТУДЕНТОВ
В соответствии с инструктивным письмом Министерства образования
РФ №14-55-99 ИН/15 от 27.11.2002г. в каждом вузе должна быть в обязательном порядке организована самостоятельная работа студентов (СРС) под руководством преподавателя.
Педагогика всегда придавала особое значение вооружению обучаемых
умениями и навыками самостоятельного выполнения учебного процесса,
разработке его системы. Это объясняется тем, что самостоятельная работа,
как никакой другой вид обучения, позволяет формировать и развивать у студентов такие важные качества как организованность, дисциплинированность,
настойчивость в достижении поставленной цели, творческую активность и
инициативу и в конечном итоге самостоятельность – систему навыков сознательной самоорганизации.
Это обстоятельство обуславливает необходимость постоянного изменения частнодидактических целей самостоятельных работ, формулировок поставленных ими задач, степеней их трудности и сложности на разных этапах
обучения в рамках даже одной учебной дисциплины. Однако эти изменения
должны быть научно обоснованными, постепенными, строго регламентированными и учтенными в единой системе самостоятельных работ.
Классификация самостоятельных работ студентов
Современная трактовка частнодидактических целей и познавательных
задач позволяет выделить четыре вида самостоятельных работ.
Самостоятельные работы первого типа
Частнодидактическая цель самостоятельных работ первого типа – формирование у обучаемых умений выявлять во внешнем плане то, что от них
требуется на основе данного им алгоритма деятельности и посылок на эту
деятельность, содержащихся в условии задания, т.е. формирование знаний
первого уровня.
Познавательная деятельность обучаемых при выполнении самостоятельных работ первого типа заключается в узнавании объектов данной области знаний при повторном восприятии информации о них или действий с
ними.
В практике вузовского обучения в качестве самостоятельных работ
первого типа чаще всего используются домашние задания самых разнообразных видов: работа с учебником, с конспектом лекций и т.п. Однако следует
отметить, что какими бы они не были по содержанию, общим для них (как
для самостоятельных работ первого типа) должно являться то, что все данные
для выявления искомого, а также сам способ выполнения задания, обязатель4
но должны быть представлены в явном виде или непосредственно в самом задании или в соответствующей инструкции.
Самостоятельные работы второго типа
Частнодидактическая цель самостоятельных работ второго типа – формирование знаний второго уровня, т.е. знаний-копий и знаний, позволяющих
решать типовые задачи.
Познавательная деятельность обучаемых в этом случае заключается в
чистом воспроизведении и частичном реконструировании, преобразовании
структуры и содержаний усвоенной ранее учебной информации. Такое реконструирование и преобразование предполагает необходимость анализировать
данное описание объектов, различные возможные пути выполнения задания,
выбирать наиболее правильные из них или последовательно находить логически следующие друг за другом способы решения.
В вузовской практике самостоятельными работами второго типа могут
являться отдельные этапы лабораторных и практических занятий, типовые
курсовые работы и проекты, а также специальные образом организованные
домашние задания (содержащие предписания алгоритмического типа).
Общая характерная особенность всех видов самостоятельных работ
второго типа заключается в том, что в задании к этим работам должна сообщаться общая идея (принцип) решения и должно выдвигаться требование к
обучаемым развить этот принцип или идею в способ или способы применительно к данным, конкретным условиям.
Самостоятельные работы третьего типа
Частнодидактической целью самостоятельных работ третьего типа является формирование у обучаемых знаний третьего уровня, знаний, лежащих
в основе решения нетиповых задач.
Познавательная деятельность обучаемых при выполнении самостоятельных работ третьего типа заключается в накоплении и проявлении во
внешнем плане нового для них опыта деятельности на базе усвоенного ранее
формализованного опыта (опыта действий по известному алгоритму) путем
осуществления переноса знаний, умений и навыков.
Суть заданий работ этого типа сводится к поиску, формулированию и
реализации идеи решения. Это всегда выходит за пределы прошлого формализованного опыта и в реальном процессе мышления требует от обучаемых
варьирования условий задания и усвоенной ранее учебной информации, рассмотрения их под новым углом зрения (с точки зрения требований данного
конкретного задания). В связи с этим самостоятельные работы третьего типа
должны выдвигать требование анализа незнакомых обучаемым ситуаций и
генерирования субъективно новой информации для выполнения задания.
Типичной самостоятельной работой третьего типа в вузе чаще всего является индивидуальное курсовое и дипломное проектирование. Именно в хо5
де его выполнения обучаемые вынуждены относить к комплексу фундаментальных понятий различных учебных дисциплин определенные части усвоенных ранее знаний. Оперируя затем этими знаниями, реконструируя и употребляя их в существенно новых связях, обучаемые получают возможность
или преобразовать и объяснить сущность требуемой от них деятельности в
условиях данной, конкретной ситуации, или сделать необходимые обобщения
при данной ситуации, отделить существенное от второстепенного, найти необходимую новую информацию и на её основе неизвестные ранее обучаемым
способы решения.
Самостоятельные работы четвертого типа
Частнодидактическая цель самостоятельных работ четвертого типа –
освоение предпосылок для творческой деятельности.
Познавательная деятельность обучаемых при исполнении этих работ
заключается в глубоком проникновении в сущность рассматриваемых объектов, установлении новых связей и отношений, необходимых для нахождения
новых, неизвестных ранее связей и принципов решения, генерирования информации. При этом обучаемый вынужден задумываться над сущностью новых для него действий, над характером выполнения задания. Это, в свою очередь, приводит к тому, что объем усеченной информации увеличивается, знания углубляются, сфера их применения расширяется.
Четвертый тип самостоятельных работ обучаемых в вузе обычно реализуется при проведении УИРС, НИРС и дипломных работ поискового характера.
Задание работ этого типа должны требовать от обучаемых избирательной актуализации ранее усвоенных знаний и неформализованного опыта познавательной деятельности (опыта построения новых алгоритмов действий).
Характерным для всех этапов самостоятельных работ четвертого типа
является наличие ситуации, которая направляет деятельность студентов на
поиск новых идей, принципов, подходов к решениям; в связи с этим четвертый тип самостоятельных работ всегда предназначен для создания условий,
обеспечивающих вовлечение обучаемых в творческую деятельность.
Формируя частнодидактические цели самостоятельных работ и затем
организуя соответствующую деятельность обучаемых, следует иметь в виду,
что процесс усвоения знаний должен проходить ряд последовательных этапов. Целевая установка каждого этапа должна достигаться путем вовлечения
студентов в решение различных познавательных задач. Наиболее существенную роль в ходе выполнения самостоятельных работ играют познавательные
задачи трех типов.
6
2. СУТЬ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ
При изложении этого вопроса и следующего авторы воспользовались
работой В.И. Жукова [1].
Отличие деятельности преподавателя на занятиях по самостоятельной
работе студентов (СРС) от деятельности на обычных занятиях состоит в том,
что он не читает лекции, не рассказывает о методах решения типовых задач,
т.е. не является источником первичной информации.
В этом случае студент работает с учебной и справочной литературой, с
методическими материалами, подготовленными преподавателем. Роль преподавателя – консультационная. Он консультирует индивидуально и в зависимости от подготовленности студентов может менять свой статус: от опекуна
до партнера по творчеству, т.е. занятие предполагает свободное общение преподаватель – студент.
Преподаватель присутствует в аудитории для методической помощи
при организации самостоятельной работы, а также для оценки результатов
работы студентов.
Следовательно, СРС под руководством преподавателя предполагает
планируемую работу, выполняемую студентом при методическом руководстве преподавателя, но без его непосредственного участия. Кроме того, СРС
предполагает новую форму организации учебного процесса, направленную на
повышение академической активности студентов, их самостоятельной работы
и на творческое воздействие в ходе учебного процесса.
Цель СРС – учить самообразованию через расчетно-графические работы, КП, КР, рефераты, УИРС, лабораторные и контрольные работы.
Все это способствует:
1. Развитию навыков самостоятельной работы;
2. Стимулированию профессионального роста студентов;
3. Воспитанию творческой активности и инициативы студентов;
4. Повышению организации и проведению системной НИРС как на
уровне кафедр, так и на уровне института.
СРС требует:
а) реорганизации учебного процесса;
б) модернизации учебно-методической документации;
в) разработки новых дидактических подходов для глубокого самостоятельного освоения учебного материала; соответственно новых методических указаний;
г) включение в рабочие программы тем, выносимых на самостоятельную проработку, в т.ч. с применением ЭВМ;
д) совершенствование методики проведения производственных практик
и НИРС, поскольку именно эти виды учебной работы в первую очередь готовят их к самостоятельной работе;
е) модернизации курсового и дипломного проектирования, которое
должно повышать роль студента в подборе материала, поиске путей решения
поставленных задач.
7
3. ОСНОВНЫЕ ФОРМЫ И ВИДЫ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ
РАБОТЫ СТУДЕНТОВ БАКАЛАВРИАТА
Повысить качество обучения могут только активные формы обучения,
вырабатывающие самостоятельное, творческое мышление у студентов.
Активное – это такое обучение, когда процесс познания осуществляется
самим студентом через самостоятельное, творческое переосмысливание полученных знаний, когда он на основе полученных знаний решает самостоятельные задачи.
СРС должна строиться на основе некоторых основополагающих
принципов:
• наличие конкретного результата;
• возможность контроля со стороны преподавателя;
• возможность использования полученных самостоятельно знаний в
ближайшем и отдаленном будущем;
• осмысливание студентом результатов своей работы.
На современном этапе можно рекомендовать следующие формы и виды
самостоятельной работы:
• аудиторная;
• внеаудиторная;
• образовательная;
• творческая.
Эти формы самостоятельной работы можно разделить на следующие виды.
1. Обратная связь на лекции путем фронтального опроса проверки знаний устно, письменно, с помощью технических средств. Эту обратную связь
можно реализовать путем постановки вопросов, требующих интуитивного
решения, раскрытия понятий, доказательств, решения задач.
2. Проведение доказательств на основе полученных знаний.
3. Использование проблемного обучения.
4. Проведение лекций-бесед, лекций-диспутов.
5. Постановка на лекции домашнего задания.
6. Выполнение расчетно-проектировочных заданий, курсовых проектов;
выполнение заданий и проектов исследовательского характера, реальных
проектов.
7. Проведение семинаров по определенной проблематике, семинаров с
публичной защитой курсовых работ и проектов.
8. Выдача задач, не обеспеченных полностью теоретическим материалом, т.е. требующих самостоятельной теоретической подготовки.
9. Реферативная форма проработки материала с последующим обсуждением.
10. Выполнение студентами докладов по избранным темам (УИРс НИРс).
11. Опережающее изучение материала.
8
12. Лабораторный практикум по методике, предполагающей получение
каждым студентом индивидуального лабораторного задания и индивидуальное (или малой группой) проведение лабораторной работы. На плановом занятии преподаватель проводит коллоквиум по выполненным самостоятельно
лабораторным работам.
13. Групповой метод обучения.
14. Работа с обучающими программами ЭВМ.
15. Организация поэтапного контроля проверки самостоятельной работы студентов.
16. Составление самими студентами задач по изучаемой теме.
17. Коллективный анализ ошибок в семестровых заданиях.
18. Обсуждение планов и путей решения задач, рассматриваемых самостоятельно.
19. Выполнение тестов различного уровня для самоподготовки, контроля и самоконтроля студентов.
20. Проведение деловых игр по различным темам изучаемых дисциплин.
21. Проведение предметных олимпиад, конкурсов.
Все формы СРС проходят под руководством и под контролем преподавателя и требуют большой затраты времени и энергии, требуют хорошего методического обеспечения, необходимой материальной базы и обязательного осознания каждым студентом необходимости в получении качественных знаний.
9
4. ЦЕЛЕВОЕ НАЗНАЧЕНИЕ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
Целью внеаудиторной СРС является овладение теоретическими знаниями, практическим умением и навыками в самостоятельной профессиональной деятельности при решении задач, имеющих важное народнохозяйственное значение.
Ориентируя студентов бакалавриата на проектирование конкретного
объекта с определенным функциональным назначением, мы также призываем
его к расширению взгляда на объект проектирования с учетом обобщенных
принципов технологии проектирования:
социального заказа, при котором каждый проект должен учитывать интересы общества и быть социально безопасным;
территориального,
учитывающего
региональные
природноклиматические, экологические и социально-экономические особенности; для этого следует руководствоваться региональными нормативными документами;
комплексности проектирования с учетом перспективы развития промышленных предприятий и их технологий на основе планов развития
регионов, городов, поселков;
экологической совместимости промышленных предприятий, размещенных на одной территории при условии создания безотходных технологических комплексов;
технологической гибкости проектируемых зданий и сооружений, дающей возможность многократно модернизировать и заменять технологическое оборудование, процессы и производство;
экономической целесообразности, когда народнохозяйственный экономический эффект от проектируемого объекта превышает расходы на
восполнение ущерба, наносимого обществу за счет отчуждения земель,
нарушения природной среды, дополнительных затрат на добычу полезных ископаемых, развития энергетических и транспортных систем.
Тематика самостоятельной работы
Содержание СРС направлено на углубленное изучение теоретического
курса [2–9] и выполнение курсового проекта [10, 11].
Теоретическая составляющая СРС предусмотрена в 6 и 7 семестрах
обучения бакалавриата по профилю «Промышленное и гражданское строительство», курсовой проект – в 6 семестре.
Необходимая литература приведена в библиографическом списке.
10
5. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ
КУРСОВОГО ПРОЕКТА
Курсовое проектирование по металлическим конструкциям эффективное средство практического освоения курса «Металлические конструкции,
включая сварку», основными целями которого являются:
• освоение принципов и методики компоновки и конструирования различных видов сооружений с металлическим каркасом с учетом предъявляемых к ним
требований эксплуатационного и технико-экономического характера.
• приобретение навыков в выборе расчетных схем сооружений, в проведении статических и конструктивных расчетов для обеспечения необходимой
прочности, жесткости, устойчивости и оптимальности как всего сооружения,
так и отдельных его элементов.
• приобретение навыков в самостоятельной работе со специальной,
нормативной и справочной литературой по металлическим конструкциям.
• освоение методов графического изображения проектируемых металлических конструкций.
Тема курсового проекта – «Стальной каркас малоэтажного производственного здания. Расчет и конструирование элементов перекрытия».
Курсовой проект бакалавр выполняет по индивидуальному заданию,
в котором указаны район строительства, основные размеры здания (длина,
пролет, количество пролетов, отметка низа ригеля Ho, отметка верха перекрытия H1), кратковременная нормативная нагрузка на перекрытие, способы изготовления конструкций. Один из вариантов конструктивной схемы поперечной рамы здания приведен на рис. 1.
Рис. 1. Малоэтажное производственное здание
11
Курсовой проект состоит из двух разделов. Первый раздел включает
выбор варианта конструктивной схемы каркаса производственного здания,
конструктивной формы его несущих конструкций и способов их соединений,
а также компоновку выбранного варианта конструктивной схемы каркаса.
Во втором разделе разрабатывается рабочий проект принятого варианта
каркаса. Рабочий проект состоит из двух частей: проект КМ (конструкции металлические) и проект КМД (конструкции металлические деталировка).
Рабочий проект КМ должен содержать полную техническую разработку
проектируемого каркаса здания и отдельных его узлов, включая расчеты.
Рабочие чертежи КМД разрабатывают на основании проекта КМ. В
курсовом проекте они содержат деталировочные чертежи в стадии сборки
конструкций по указанию руководителя проекта.
Курсовой проект оформляют в виде расчетно-пояснительной записки
объемом 25-30 страниц формата А4 и графической части на 2-3 листах формата А2.
Пример выполнения курсового проекта и правила оформления графической части изложены в [10,11].
5.1. Структура и содержание расчетно-пояснительной записки
В расчетно-пояснительной записке должны быть четко и последовательно отображены все этапы проектирования. Текстовой материал расчетнопояснительной записки следует сопровождать необходимыми эскизами (они
должны быть масштабными и соразмерными), эпюрами, таблицами, а также
ссылками на источники, использованные при составлении проекта.
Расчетно-пояснительная записка включает титульный лист, содержание, основную часть, список используемых источников.
Ниже приводится перечень разделов и подразделов основной части с
указанием нумерации, соответствующей оглавлению расчетно – пояснительной записки.
1. Компоновка конструктивной схемы каркаса здания
1.1. Разбивка сетки колонн
1.2. Определение основных размеров поперечника
1.3. Устройство связей
1.4. Выбор ограждающих конструкций
1.5. Компоновка конструктивной схемы перекрытия в здании
2. Расчет элементов перекрытия здания на отм. H1
2.1. Расчет стального настила
2.2. Расчет балки настила
2.3. Расчет и конструирование ригеля перекрытия
2.4. Расчет и конструирование сопряжений
3. Расчет и конструирование колонн по оси Б
12
5.2. Содержание графической части проекта
Первый лист (проект КМ):
а) схема расположения колонн здания на отм. 0.000;
б) поперечный разрез производственного здания (масштаб 1:200) со
схематическим изображением всех конструкций и указанием основных размеров и отметок;
в) схема расположения связей покрытия и между колоннами;
г) схема расположения элементов перекрытия и колонн на отм. H1 с их
маркировкой и указанием основных размеров;
д) узлы сопряжения элементов каркаса;
е) ведомость элементов;
ж) текстовые указания.
Второй и третий листы (проект КМД в стадии сборки):
а) рабочие деталировочные чертежи ригеля перекрытия, балки настила
и колонны по оси Б в необходимых проекциях с основными сечениями и наиболее сложными деталями;
б) спецификация стали на каждый отправочный элемент, таблицы отправочных элементов, заводских сварных швов и текстовые указания.
5.3. Основные требования к рабочим чертежам
стальных конструкций
Рабочие чертежи стальных конструкций должны соответствовать требованиям по изготовлению (ГОСТ 23118) и монтажу конструкций (СП
70.13330.2012 [12]).
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 действующими нормами СП 16.13330.2011 [13];
• 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 защиты конструкций от коррозии.
13
5.4. Основные расчетные требования
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, фундаментов.
При расчете конструкций значения нагрузок и воздействий, а также
предельные значения прогибов и перемещений элементов конструкций следует принимать согласно требованиям СП 20.13330.2011 [14].
За расчетную температуру в районе строительства следует принимать температуру наружного воздуха наиболее холодных суток обеспеченностью 0,98.
Расчетная технологическая температура устанавливается заданием на
разработку строительной части проекта.
Расчетные схемы и основные предпосылки расчета должны отражать
действительные условия работы стальных конструкций.
Элементы конструкций, рассматриваемые в [13], подразделяются
на три класса в зависимости от напряженно-деформируемого состояния
(НДС) расчетного сечения:
1-й класс – НДС, при котором напряжение 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| = Ry (упругопластическое состояние сечения);
3-й класс – НДС, при котором по всей площадки сечения |σ| ≤ Ry
(пластическое состояние сечения, условный пластический шарнир).
5.5. Учёт назначения и условий работ конструкций
В зависимости от назначения, условий работы и наличия сварных соединений конструкции следует подразделять на четыре группы согласно
СП 16.13330.2011 [13].
При расчете конструкций и соединений следует учитывать:
• коэффициенты надежности по ответственности γn, принимаемые согласно требованиям федерального закона №384-ФЗ от 30.12.2009 г.;
• коэффициент надежности γu = 1,3 для элементов конструкций, рассчитываемых на прочность с использованием расчетных сопротивлений Ru;
• коэффициенты условий работы элементов конструкций и соединений
согласно СП 16.13330.2011 [13].
14
При проектировании конструкций, возводимых или эксплуатируемых
в условиях низких температур, при которых повышается возможность хрупкого разрушения, следует учитывать требования к материалу, конструированию и технологии изготовления.
5.6. Материалы для конструкций и соединений
При назначении стали для конструкций следует учитывать группу конструкций, расчетную температуру, требования по ударной вязкости и химическому составу согласно приложению В [13].
Для сварки стальных конструкций следует применять: электроды для
ручной, дуговой сварки по ГОСТ 9467; сварочную проволоку по ГОСТ 2246,
флюсы по ГОСТ 9087, порошковую проволоку по ГОСТ 26271 для автоматической и механизированной сварки в соответствии с [13], а также углекислый
газ по ГОСТ 8050, аргон по ГОСТ 10157.
Для болтовых соединений следует применять стальные болты и гайки,
удовлетворяющие техническим требованиям ГОСТ 1759.0, ГОСТ Р 52627,
ГОСТ Р 52628, и шайбы, удовлетворяющие требованиям ГОСТ 18123.
Болты следует применять по ГОСТ 7798 и ГОСТ 7805 согласно требованиям [13].
Гайки следует применять по ГОСТ 5915 и ГОСТ 5927. При работе болтов на срез и растяжение классы прочности гаек при классе прочности болтов: 5 – при 5.6; 8 – при 8.8; 10 – при 10.9; 12 – при 12.9.
При работе болтов только на срез допускается применять класс прочности гаек при классе болтов: 4 – 5.6 и 5.8; 5 – при 8.8; 8 – при 10.9; 10 – при
12.9.
Шайбы следует применять: круглые по ГОСТ 11371, косые по ГОСТ
10906 и пружинные нормальные – по ГОСТ 6402.
Выбор марок стали для фундаментных болтов следует производить по
ГОСТ 24379.0, а их конструкцию и размеры принимать по ГОСТ 24379.1.
5.7. Общая методика выполнения проекта
Методически курсовое проектирование осуществляется в такой же последовательности, как и проектирование реальных объектов.
Проектное задание
Ознакомление со специальной литературой ставит своей целью обеспечить студента необходимыми сведениями о технологических особенностях
производственного процесса, который будет протекать в проектируемом сооружении, о его конструктивной форме и, наконец, о требованиях, предъяв-
15
ляемых при проектировании данного сооружения. Прежде всего студент должен восстановить в памяти основные разделы общего курса металлоконструкций [2-8]. Далее необходимо проработать разделы рекомендуемой в задании на проект технической литературы, а также самостоятельно привлечь монографии, пособия, периодическую отечественную и иностранную техническую литературу, касающиеся данного вида сооружения. Ознакомление с
указанной литературой предполагает использование в качестве примеров подобных компоновочных и конструктивных решений. Для анализа предлагаемых вариантов весьма целесообразно использовать технико-экономические
показатели по осуществленным объектам. Однако использование литературных источников не должно сводиться к голому копированию готовых решений или примеров расчетов. При выполнении проекта желательно широко
использовать имеющуюся справочную литературу.
Составление компоновочных схем вариантов сооружения является важнейшим и принципиальным этапом проектирования. При этом осуществляется постепенное приближение к окончательной схеме данного варианта с учетом требований эксплуатационного, технического, экономического, производственного и эстетического характера. Процесс разработки компоновочных
схем сооружения, как творческий процесс, характеризуется многозначностью
решений, вследствие чего он должен проводиться на базе критического анализа ряда возможных вариантов. При этом необходимо найти оптимальный
вариант, исходя из требований обеспечения минимального расхода материала, наименьшей трудоемкости изготовления и монтажа конструкций, наибольшей быстроты возведения сооружения и наименьшей его общей стоимости при безусловном обеспечении надежности эксплуатации. Известно, что
эти требования зачастую находятся между собой в диалектическом противоречии, вследствие чего предложить решение, удовлетворяющее одинаково
все требования, практически невозможно. При разработке вариантов следует
учитывать, что они должны быть сопоставимы по основным параметрам.
Процесс составления компоновочной схемы несущих конструкций разрабатываемого варианта методически следует производить путем комплексного решения следующих вопросов:
1. Определение типа основной несущей системы, её генеральных размеров и принципиальных типов сечений.
2. Размещение основных несущих конструкций сооружения.
3. Размещение и схемы остальных элементов сооружения, назначение
их основных размеров и типов сечений.
4. Обеспечение пространственной неизменяемости, требуемой жесткости и устойчивости сооружения в целом и отдельных его элементов.
5. Принципиальное конструктивное решение основных сопряжений
элементов.
Принципиальная разработка вариантов должна производиться схематически, и этот материал прилагается к пояснительной записке. Графическое
16
оформление схем рассмотренных вариантов производится на чертеже в масштабе 1:200, 1:400, 1:500. Число проекций должно быть достаточным для
полного представления о структуре сооружения. В частности для зданий необходимо представить поперечный разрез, схемы связей по верхним и нижним поясам несущих конструкций, связи по колоннам, продольные связи по
покрытию, схема торцевого фахверка и т.д. Изображения конструктивных
элементов в схемах следует делать упрощенно, но с отражением их принципиальной конструкции, а именно:
– фасадные проекции сплошных конструкций – в их контурных линиях;
– проекции сквозных и сплошных конструкций в плане – в их осевых
линиях;
– поперечные сечения элементов в разрезах – в их действительном виде;
– на разрезах отражать примыкающие под прямым углом конструкции.
При вычерчивании схем следует учитывать симметрию сооружения для
уменьшения объема графической работы. Вариантные решения и степень их
разработки должны быть согласованы и утверждены руководителем проекта.
Приближенное определение показателей по расходу металла и стоимости каждого варианта производится на основе упрощенного расчета с использованием имеющихся формул, графиков или ранее выполненных аналогичных проектов. При этом расход материала определяется по разным маркам металла и отдельным однотипным конструктивным элементам. Приводятся обоснования по выбору марки металла, условий их поставки, вида соединений. Стоимость конструкций устанавливается на основе действующих
оптовых цен. Стоимость транспортировки и монтажа оценивается при курсовом проектировании сугубо приближенно. Допускается использование укрупненных стоимостных показателей. Определяются удельные показатели
по расходу металла и стоимости конструкций, отнесенные к одному квадратному метру здания в плане или к объему сооружения. В некоторых случаях определяется удельный расход металла на единицу технологической
характеристики.
Технико-экономический анализ рассматриваемых вариантов и выбор
оптимального варианта производятся после установления всех необходимых
показателей по каждому варианту. Перед этим в пояснительной записке
должны быть даны описания конструкций предлагаемых вариантов, четко изложены мотивы по выбору основных параметров и конструктивных решений.
При описании каждого из вариантов должны быть подчеркнуты как достоинства, так и недостатки. В результате анализа технико-экономических и других
показателей вариантов сооружения производится выбор одного из вариантов
для дальнейшей разработки. Основные технико-экономические показатели
должны быть сведены в компактную таблицу, которая приводится как в пояснительной записке, так и на чертеже. Иногда в учебных целях по указанию
руководителя проекта к разработке принимается вариант, не являющийся
наиболее оптимальным.
17
Рабочий проект КМ
Основная цель этого раздела проектирования состоит в уточнении и детализации конструктивных решений отдельных элементов сооружения для
принятого варианта, а также их сопряжений на основе необходимых статических и конструктивных расчетов.
Конструктивная разработка принятого варианта заключается в вычерчивании общих разрезов основной несущей конструкции с примыкающими
элементами. Одновременно с этим в достаточно большом масштабе проводится детальная проработка сопряжений элементов и отдельных узлов. Конструктивная разработка сооружения обычно выполняется в два этапа: 1 –
предварительный этап, достаточный для обоснования расчетных схем и выполнения расчетов; 2 – окончательный этап после выполнения расчетов. Количество поперечных и продольных разрезов должно быть достаточным для
получения детального представления о конструктивной форме сооружения.
Масштабы разрезов обычно принимают 1:50, 1:75, 1:100 в зависимости от
размеров сооружения. Для зданий, как правило, разрабатывается поперечный
разрез с представлением основных несущих конструкций и примыкающих к
ним под прямым углом элементов, фрагмент продольного разреза вдоль колонн в месте расположения связей, фрагмент разреза по верхним (нижним)
поясам несущих конструкций покрытия в местах расположения связей и др. В
целях сокращения чертежной работы следует широко использовать симметрию сооружения и повторяемость конструкций. Однако разрывы элементов
не рекомендуются. Основные узлы в количестве 3-4 шт. должны быть разработаны в масштабе 1:10, 1:15, 1:20. На узлах в необходимых случаях должны
быть показаны сопряжения несущих конструкций с ограждающими. Сварные
швы показываются только на узлах. Болтовые соединения условно показываются и на узлах, и в разрезах.
Проведение статических расчетов возможно только после установления
четкой конструктивной схемы сооружения и имеет своей целью определение
внутренних усилий в элементах сооружения от действующих на него внешних нагрузок и воздействий. Номенклатура нагрузок, их сочетания и величины принимаются в соответствии с действующими нормами. Внутренние усилия определяются методами строительной механики, в том числе и с применением ЭВМ. При проведении статических расчетов важным фактором является правильный выбор расчетной схемы сооружения, которая должна как
можно более полно отвечать конструктивной схеме сооружения. Вместе с тем
без ущерба для точности расчета возможны различные упрощения, как в самой расчетной схеме, так и в схеме приложения нагрузок. Выполненные статические расчеты четко и ясно оформляются в пояснительной записке. При
этом необходимо обосновать выбор расчетной схемы, соотношение жесткостей элементов, действующие нагрузки. Необходимо указать, какими методами определяются действующие усилия. Весьма целесообразно при проведении расчетов пользоваться различными справочниками, таблицами, номо18
граммами, стандартными программами для ЭВМ, малыми вычислительными
машинами с целью максимальной экономии времени. Все расчеты должны
приводиться в пояснительной записке в форме, доступной для последующей
проверки, должны сопровождаться схемами, а их результаты целесообразно
сводить в таблицы.
Цель конструктивных расчетов – подбор сечений элементов, проверки
их прочности, устойчивости, выносливости, жесткости. Производятся также
необходимые расчеты жесткости и устойчивости всего сооружения в целом.
При подборе сечений необходимо исходить из требований оптимизации по
расходу металла и стоимости. В этом же разделе пояснительной записки приводятся расчеты на местную устойчивость, обоснование размеров второстепенных элементов, стыков элементов, опорных частей и т. п. Для статически
неопределимых систем обязательным является сравнение полученных жесткостей элементов с первоначально принятыми в расчете. Конструктивные
расчеты должны иллюстрироваться схемами и рисунками и проводиться в
строгом соответствии с действующими нормами проектирования.
Окончательное оформление чертежей и раздела пояснительной записки
состоит в том, что в основных разрезах и узлах проставляются все размеры
сечений и деталей. Целесообразно типы и размеры сечений выносить в отдельную таблицу на чертеже. На чертеже в виде примечания даются различные указания, касающиеся принятых марок материалов, видов заводских и
монтажных соединений, особенностей изготовления, монтажа и эксплуатации
конструкций. В пояснительной записке отражаются все дополнения и уточнения в конструктивно-компоновочных решениях, возникающие при рабочем
проектировании КМ по сравнению с описанием варианта сооружения [11, 15].
Рабочий проект КМД
Основная цель этого раздела проектирования состоит в разработке документации, по которой осуществляется изготовление и монтаж металлических конструкций. Монтажные схемы, на которых отражено расчленение
каркаса на отправочные марки с учетом условий транспортировки и монтажа,
могут совмещаться со схемами вариантов конструкций, выполненных при
разработке проектного задания.
Разработка чертежа отправочной марки осуществляется в масштабе 1:5,
1:10. В некоторых случаях разрешается применять два масштаба: масштаб
1:20 или 1:10 для габаритных размеров элемента и 1:10 или 1:15 для сечений
стержней и узлов.
Рабочий чертеж отправочной марки должен дать исчерпывающее представление обо всех деталях, входящих в состав марки и их взаимном расположении, о размещении сварных швов и болтов и их размерах. В связи с этим
помимо основного вида отправочной марки должны быть показаны виды её с
разных сторон и разрезы по сечениям стержней или узлам, если это необходимо для уточнения изготовления марки.
19
Проведение расчетов соединений, составление спецификации и ведомости отправочных марок необходимо для установления размеров соединений,
массы металла, затрачиваемой на данную отправочную марку и общей массы
металла. Спецификация и ведомость отправочных марок вычерчиваются на
листе. Лист сопровождается текстовыми указаниями, в которых находят отражение:
• марки материала и условия их поставки;
• размеры швов и болтов, кроме оговоренных;
• типы принятых электродов;
• особенности изготовления отдельных деталей;
• меры антикоррозионной защиты при изготовлении и т.п.
В пояснительной записке приводятся расчеты по определению размеров
сварных швов и болтов.
5.8. Общие правила выполнения чертежей
и оформления расчетно-пояснительной записки
Чертежи выполняются в строгом соответствии с требованиями ЕСКД,
СПДС и ГОСТ Р 21.1101, ГОСТ 21.501 и ГОСТ 21.502. Эти правила изложены в учебно-методическом пособии для курсового и дипломного проектирования [11], предназначенного для студентов строительных специальностей
всех форм обучения (см. Библиографический список).
Каждый лист должен иметь свои текстовые указания и штамп по установленному образцу [15].
Расчетно-пояснительная записка должна быть оформлена в соответствии с СТО 4.2-07 [15].
5.9. Порядок защиты и оценка проекта
Защита проекта проводится в комиссии в составе не менее двух преподавателей. Защищать проект нужно перед преподавателем, не являющимся
руководителем проекта. Защита состоит в кратком докладе студента о проекте и ответе его на вопросы членов комиссии и других студентов. К защите
принимаются проекты, подписанные руководителем (чертежи и пояснительная записка).
Оценка проекта производится по четырех бальной системе и учитывает
глубину и полноту проработки материала в проекте, оригинальность принятых решений, качество оформления чертежей и пояснительной записки, ответы на вопросы при защите.
Отличная оценка ставится за проект, в котором предложены оригинальные варианты конструкций, глубоко проанализированы решения; грамотно,
20
четко и аккуратно выполнены чертежи; правильно осуществлены расчеты;
качественно оформлена пояснительная записка; при выполнении студентом
проекта использована отечественная и зарубежная техническая литература;
даны четкие и правильные ответы на поставленные вопросы.
Хорошая оценка ставится за проект, в котором содержатся те же показатели, что и при отличной оценке, но при этом несколько меньше глубина
проработки материала, меньше привлечено дополнительной литературы, не
все ответы на вопросы исчерпывающие.
Удовлетворительная оценка ставится за проект, в котором представлен
минимальный требуемый объем материала. Имеются ошибки на чертежах и в
записке, не носящие однако принципиальный характер. Графическая часть
проекта не отличается безукоризненным оформлением. Не на все вопросы
при защите даны правильные ответы.
Неудовлетворительная оценка ставится за проект, если обнаружено, что
студент выполнил его несамостоятельно, в проекте не ориентируется, имеет
поверхностное представление о проектируемых конструкциях, на вопросы
правильно не отвечает. В этом случае комиссия принимает решение о повторном выполнении проекта.
Если в процессе защиты курсового проекта обнаруживаются ошибки
имеющие непринципиальный характер, то комиссия может предложить студенту устранить эти ошибки.
На оценку влияет также нарушение сроков выполнения проектов и прилежность работы студентов. За проекты, защищаемые после установленного
срока без уважительных причин, оценка снижается.
21
6. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИЗУЧЕНИЮ
ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ОСНОВ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
СТУДЕНТОВ БАКАЛАВРИАТА
6.1. Особенности проектирования металлических конструкций
для районов с низкими температурами
Освоение северных районов России, в т.ч. и Красноярского края, имеет
огромное значение для развития экономики страны. Здесь разрабатываются
богатейшие месторождения полезных ископаемых, выполняется в значительных объемах промышленное и жилищно-гражданское строительство.
Северные районы объединяют специфические климатические, территориальные и экономические особенности, требующие специального подхода
при промышленном освоении. Суровость природных условий характеризуется сочетанием таких неблагоприятных факторов, как длительность зимнего
периода 130-250 дней в году, усугубленного полярной ночью; низкие температуры воздуха (меньше минус 55оС) с возможными резкими колебаниями;
обилие снега и сильные ветры со скоростью до 25-30 м/сек, вызывающие частые метели с большим снегопереносом; гололед; мощный снежный покров
весом до 200кг/м2 и вечная мерзлота.
Территориальные особенности северных районов заключаются в большой протяженности и отдаленности осваиваемых районов от промышленноразвитых центров страны; в отсутствии надежных круглогодичных транспортных связей между отдаленными объектами; в недостаточно развитой
энергетической базе.
Суровые условия и территориальные особенности создают дефицит рабочей силы и требуют больших средств для обустройства площадок и создания нормальных бытовых условий.
Индустриализация строительства в отдаленных районах основана на
принципе применения полносборных сооружений минимальной массы, чему
в наибольшей степени соответствуют легкие металлические конструкции.
При этом необходимо учитывать: отдаленность специализированных заводовизготовителей от монтажных площадок; многочисленные перевалки при
транспортировке и длительное складирование, увеличивающее вероятность
повреждения конструкций; хладноломкость металла, возникающую при
транспортировке, складировании, монтаже и начальном периоде эксплуатации, и являющуюся, во многих случаях, причиной разрушения металлоконструкций при нагрузках, не превышающих 40% расчетных величин.
Все вышеперечисленные обстоятельства позволили сформулировать
основные теоретические и практические вопросы для самостоятельной работы студентов при изучении дисциплины «Металлические конструкции, включая сварку».
22
6.2. Содержание раздела
Вопросы, подлежащие изучению:
• особенности применения металлических конструкций (МК) в районах,
имеющих важное значение для развития экономики страны, в т.ч. в северных
районах;
• выбор материала и соединений для МК с учетом климатического района строительства («северное исполнение»);
• особенности проектирования зданий и сооружений из МК в «северном
исполнении»;
• выбор конструктивной формы балочных конструкций;
• выбор конструктивной формы ферменных конструкций;
• применение зданий-модулей с учетом территориальных особенностей;
• использование принципа «мобильности» в северных и отдаленных
районах.
6.3. Темы рефератов
1. МК для строительства на Севере.
2. Повышение надежности МК, эксплуатируемых при низких температурах.
3. Материалы для МК, возводимых в районах с расчетной температурой
ниже минус 45°С.
4. Малоуглеродистые стали для МК «северного исполнения».
5. Общие технические требования к сталям для МК, в т.ч. в районах
Крайнего Севера.
6. Эксплуатационные свойства стали для МК.
7. Свойства и расчетные характеристики тонколистового проката для МК.
8. Исследование холодногнутых тонкостенных профилей как материала
для конструкций «северного исполнения».
9. Специальные виды сварки для МК и коррозионная стойкость сварных швов.
10. Рациональная технология сварки при низких температурах.
11. Электродуговая сварка конструкций в «северном исполнении».
12. Методика расчета стальных конструкций по предельному состоянию с учетом сопротивления хрупкому разрушению.
13. Проектирование и изготовление хладостойких стальных конструкций по нормативным документам.
14. Сопротивление элементов конструкций хрупкому разрушению.
15. Проектирование зданий из МК с учетом климатического района
строительства.
16. Легкие конструкции стальных каркасов зданий и сооружений в районах с низкими расчетными температурами.
23
17. Влияние конструктивной формы на хладостойкость стальных конструкций.
18. Конструктивная форма каркасов зданий для районов с территориальными особенностями.
19. Легкие стальные конструкции покрытий производственных зданий.
20. Развитие МК на современном этапе.
21. Использование принципа «мобильности» в северных и отдаленных
районах.
22. Комплексное применение инженерных принципов для разработки
мобильных зданий.
23. Строительство мобильных зданий из легких конструкций.
24. Форма поверхности мобильных зданий как средство повышения их
эффективности.
25. Мобильные инвентарные здания из стальных складывающихся секций Красноярского ПромстройНИИпроекта.
26. Модульные здания комплектной поставки для районов Крайнего Севера.
27. Принцип блокировки модульных зданий.
28. МК в Красноярском крае.
29. Технико-экономический анализ современных решений стальных
конструкций покрытий для северных районов.
30. Болтовые соединения при низких температурах.
6.4. Методика изучения теоретических основ
Методически изучение вопросов проектирования МК в «северном исполнении» осуществляется в той же последовательности, что и обычных металлических конструкций.
6.4.1. Особенности применения металлических конструкций
на территории Сибири, в том числе в ее северных районах
Актуальность вопроса связана с развитием отраслей экономики, имеющих важное народнохозяйственное значение – рост нефти и газодобычи в северных районах Красноярского края с низкими температурами.
Особенность в эксплуатации металлических конструкций при низких
температурах (климатический диапазон, оговоренный СП [13], до минус
60оС) заключается в повышенной вероятности хрупкого разрушения. Низкая
температура может рассматриваться как наиболее активно действующий охрупчивающий фактор, на фоне которого более остро проявляется действие
других охрупчивающих факторов внешнего и внутреннего характера.
Действующие нормы проектирования [13, 14], изготовления и монтажа
стальных конструкций предусматривают целый ряд требований и рекомендаций по предотвращению хрупкого разрушения элементов.
24
Все нормативные документы в большей или меньшей степени отражают опыт, накопленный в нашей стране при анализе отказов конструкций и
при исследованиях хрупкого разрушения стали. Пренебрежение этими требованиями или недопонимание важности их соблюдения может привести к существенному снижению надежности конструкций, а иногда к аварийному состоянию. Детальный подсчет требований, указаний и рекомендаций показывает, что 24 из них относится к проектированию конструкций, 17 – к изготовлению, 2 – к транспортировке и 3 – к монтажу. Естественно, что не все требования и указания равнозначны по их действенности. Тем не менее при проектировании конструкций, разработке технологических методов их изготовления и монтажа приходится решать такие задачи, как выбор стали, конструктивной формы конструкций и каркасов зданий, технологических условий
монтажа конструкций и др. с учетом всех нормативных документов.
Вопросы для самостоятельной работы студентов:
1) особенности, которые необходимо учитывать при проектировании, изготовлении и возведении сварных строительных металлоконструкций в районах
с расчетными температурами от минус 45 оС до минус 60 оС [2 – 8, 13, 14, 16];
2) особенности проектирования болтовых соединений при низких температурах;
3) особенности изготовления МК на открытых площадках при непосредственном воздействии низкой температуры [12];
4) выбор конструктивной формы для хладостойких конструкций [16];
5) метод деконцентрации напряжений [16];
6) технологические методы повышения хладостойкости МК [12, 16-18]:
• при изготовлении;
• при транспортировке;
• при монтаже.
7) технические возможности каркасов зданий из МК, рекомендуемых
для применения в районах с расчетной температурой от минус 45 оС до
минус 60 оС.
6.4.2. Проектирование стальных конструкций
с учетом предотвращения хрупкого разрушения
При проектировании стальных конструкций следует исключить возможность их хрупкого разрушения, возникающую вследствие неблагоприятного влияния сочетания следующих факторов:
• пониженной температуры, при которой сталь в зависимости от ее химического состава, структуры и толщины проката переходит в хрупкое состояние;
• действия подвижных, динамических и вибрационных нагрузок;
• высоких местных напряжений, вызванных воздействием сосредоточенных нагрузок или деформаций деталей соединения, а также остаточных
напряжений;
25
• резких концентраторов напряжений, ориентированных поперек направления действия растягивающих напряжений.
Для предотвращения хрупкого разрушения конструкций следует:
• выбирать сталь согласно требованиям [13];
• по возможности избегать расположения сварных швов в зонах действия растягивающих напряжений, превышающих 0,4Ry;
• принимать меры по снижению неблагоприятного влияния концентрации напряжений и наклепа, вызванных конструктивным решением или возникающих при различных технологических операциях (правка, гибка, гильотинная резка, продавливание отверстий и т.п.);
• избегать пересечений сварных швов;
• для сварных стыковых соединений применять выводные планки и физические методы контроля качества швов;
• учитывать, что конструкции со сплошной стенкой имеют меньше концентраторов напряжений, чем решетчатые;
• в стыках элементов, перекрываемых накладками, фланговые швы не
доводить до оси стыка не менее чем на 25 мм с каждой стороны;
• применять возможно меньшие толщины элементов сечения (особенно
при гильотинной резке кромок и продавливании отверстий);
• фасонки связей, вспомогательных и других второстепенных элементов
крепить к растянутым элементам конструкций по возможности на болтах.
При применении в сварных соединениях проката толщиной t ≥ 25 мм из
низколегированных сталей в крестообразных, тавровых и угловых соединениях,
а также у сварных швов с полным проплавлением, один из элементов в которых
испытывает растягивающие напряжения по толщине листа, возникает риск появления слоистого разрушения (дефекта в прокате, образующегося под действием сварки, в виде слоистых трещин, параллельных плоскости проката) [19].
Такой дефект обычно обнаруживается при ультразвуковом контроле
качества швов.
Возникновение слоистого разрушения существенно зависит от формы
соединений и расположения сварных швов, от размера шва, толщины свариваемых элементов, степени жесткости соединения и технологии сварки.
Склонность проката к слоистым разрушениям следует определять при испытаниях на растяжение в соответствии с ГОСТ 28870 по величине относительного сужения ψ z на образцах, ось которых нормальна к поверхности проката.
Исключить возможность слоистого разрушения можно при соблюдении
условия
ψzp ψzн
где ψ zp – суммарный фактор риска; ψ zн – нормируемое значение фактора
риска для проката в соответствии с ГОСТ 28870: ψ zн 15, ψ zн 25, ψ zн 35 соответственно для групп качества проката Z15, Z25, Z35.
26
Расчетное значение ψ zp следует определять по формуле
ψzp
ψzф
ψzг
ψzш
ψzж
ψzс ,
где ψ zф – форма соединения и расположения сварных швов; ψ zт – толщина
свариваемого проката; ψ zш – катет шва; ψ zж – степень жесткости соединения;
ψ zc – влияние технологии сварки (суммарный фактор от количества проходов, последовательности наложения швов и подогрева).
Значения ψ zф , ψ zт , ψ zш , ψ zж , ψ zc представлены в табл. 37 [13] и в табл. 1
[16].
Расчетное значение ψ zр может быть уменьшено на 50% в случае работы
материала на статическое сжатие по толщине и увеличено на 10% – в случае
действия по толщине динамических или вибрационных нагрузок.
6.4.3. Выбор материала и соединений
для металлических конструкций с учетом климатического
района строительства («северное исполнение»)
Стали для МК «северного исполнения»
Выбор стали производится на основе вариантного проектирования и
технико-экономического анализа с учетом рекомендаций СП [13]. В целях
упрощения заказа металла при выборе сталей различной прочности следует
стремиться к большей унификации конструкций, сокращению числа сталей и
профилей. Выбор стали в общем случае зависит от следующих параметров,
влияющих на работу материалов:
• температуры среды, в которой монтируются и эксплуатируются
конструкции; этот фактор учитывает опасность хрупкого разрушения при
пониженной температуре, что особо важно для конструкций «северного
исполнения»
• вида напряженного состояния в конструкции; наличие поля растягивающих напряжений повышает опасность хрупкого разрушения конструкций
«северного исполнения»;
• толщины проката, применяемого в элементах; этот фактор учитывает
изменение свойств стали с увеличением толщины.
В соответствии с СП [13] при назначении стали для конструкций следует учитывать группу конструкций, расчетную температуру, требования по
ударной вязкости и химическому составу согласно приложению В [13].
За расчетную температуру в районе строительства следует принимать
температуру наружного воздуха наиболее холодных суток обеспеченностью
0,98, определенную согласно СП [20].
В соответствии с СП [13] требования к поставке стали установлены для
трех климатических районов строительства с расчетными температурами от
27
минус 45оС и выше, от минус 45оС до минус 55оС включительно и ниже минус 55оС, а также в зависимости от группы конструкций, нормируемых показателей по ударной вязкости и требований по химическому составу.
Необходимо помнить, что хрупкое разрушение элементов стальных
конструкций является одним из самых опасных видов их предельных состояний первой группы; опасность такого разрушения связана с внезапностью,
отсутствием заметных пластических деформаций стали при разрушении элементов; возможностью снижения их прочности до неопределенно низкого
уровня, т.е. с разрушением стальных конструкций при нагрузках нормальной
эксплуатации.
Многофакторность хрупкого разрушения стали и стальных конструкций существенно осложняет расчетную оценку прочности элементов. Для малоуглеродистых и низколегированных сталей среди факторов, вызывающих
хрупкое разрушение, доминирующим является снижение температуры. В связи с этим, сопротивление элементов стальных конструкций хрупкому разрушению отождествляется с понятием их хладостойкости.
Одним из важнейших условий обеспечения надежной работы металлоконструкций в «северном исполнении» является сохранение вязкости и пластичности стали при температуре наружного воздуха минус 45оС… минус 60оС.
Сказанное выше подчеркивает важность проблемы выбора стали для МК
«северного исполнения» и вынесено для самостоятельного изучения студентом.
План самостоятельной работы:
1) вспомнить раздел общего курса металлических конструкций «Материалы для строительных стальных конструкций» [2-5], что дает более глубокое понимание поставленной задачи;
2) изучить технические требования, предъявляемые к стальному прокату для МК;
3) для более полного понимания вопроса познакомиться с результатами
исследований по использованию малоуглеродистых сталей для МК «северного исполнения» [16, 21], а также самостоятельно поработать с монографиями,
пособиями, периодической отечественной и иностранной технической литературой, касающихся данной проблемы;
4) так как в реальном проектировании используют нормативные документы [13], то следует изучить их рекомендации, учитывая информацию п.п.
1, 2, 3, и выбрать сталь для МК «северного исполнения».
При выборе стали для конструкций особое внимание следует обратить
на соответствие категории стали требованиям СП [13]; категория отражает
требования ГОСТов к химическому составу стали, ее механическим свойствам, включая ударную вязкость при комнатной и низких температурах. Как
правило, номер категории в одном из ГОСТов может не соответствовать по
указанным требованиям этому же номеру категории в другом ГОСТе.
28
Окончательный выбор стали в пределах каждой группы конструкций
должен выполняться на основе вариантного проектирования и сравнения технико-экономический показателей (расхода стали и стоимости конструкций), а
также с учетом заказа металла и технологических возможностей завода – изготовителя. При этом можно воспользоваться рекомендациями, изложенными
в [16, 21]. Однако использование литературных источников не должно сводиться к голому копированию готовых решений или примеров расчета. Желательно использовать также и справочную литературу.
Болтовые соединения
Этот вид соединений широко применяется при монтаже всех конструкций, в т.ч. МК «северного исполнения», а также при сборке элементов типовых конструкций на строительной площадке. Есть некоторые особенности
использования болтовых соединений в МК «северного исполнения», которые
студенту предлагается изучить самостоятельно при условии, что он владеет
знаниями раздела «Болтовые соединения» общего курса металлических конструкций и нормативных документов [2-8, 13].
Вопросы для самостоятельного изучения:
1) требования к болтам при различных условиях их применения [13];
2) влияние температуры на выбор класса прочности болтов;
3) ограничения по применению болтов классов точности А и В в многоболтовых соединениях [13];
4) особенности размещения болтов в МК «северного исполнения»;
5) марки стали для фундаментных болтов; влияние температуры.
Сварные соединения
Этот вид соединения должен исключить в МК «северного исполнения»
возможность хрупкого разрушения как основного металла так и в сварных
швов, что имеет место в результате неблагоприятного сочетания следующих
факторов: прежде всего, пониженной температуры, при которой сталь в зависимости от ее химического состава, структуры и толщины проката переходит
в хрупкое состояние; высоких местных напряжений, вызванных сосредоточенными нагрузками; резких концентраторов напряжений на участках с высокими местными напряжениям, направленными поперек действующих растягивающих напряжений.
Общие вопросы расчета, проектирования и исследования сварных соединений изложены в [2-5, 13]; вопросы для самостоятельного изучения приводятся ниже:
1) выбор сварочных материалов (электродов, сварочной проволоки и
т.д.) в соответствии со сталями соединяемых элементов и расчетной температурой [13];
2) проектирование сварных угловых швов в климатических районах с
расчетной температурой ниже минус 45оС до минус 60оС [13];
29
3) влияние предела текучести стали соединяемых элементов на выбор
катета углового шва [13, табл. 38];
4) особенности применения прерывистых сварных швов [2-4, 13];
5) меры, предотвращающие хрупкое разрушение стальных конструкций
со сварными швами.
6.4.4. Особенности проектирования зданий и сооружений
из металлических конструкций в «северном исполнении»
Климатические и технологические особенности возведения и эксплуатации зданий и сооружений в районах Сибири с суровым климатом предъявляют к конструкциям «северного исполнения» повышенные требования по
несущей способности, надежности, максимальной заводской готовности и сочетанию с другими конструкциями. Большое значение приобретают и геометрические размеры несущих конструкций, особенно размеры, определяющие отапливаемый объем здания и площадь стен.
На основании опыта проектирования сформулированы основные положения, которыми рекомендуется пользоваться при проектировании металлоконструкций промышленных зданий и сооружений в «северном исполнении»:
1. При выборе схем несущих конструкций следует применять, в основном, статически неопределимые системы, обеспечивающие повышение надежности. С этой целью необходимо максимально использовать пространственную работу каркаса здания и покрытия.
2. При обеспечении технологических требований рекомендуется в качестве основного принимать шаг плоских конструкций несущего каркаса здания
равным 12 м.
3. При выборе материала несущих стальных конструкций следует отдавать предпочтение сталям, сочетающим высокую прочность с пластичностью,
уменьшающим опасность хрупкого разрушения.
4. Несущие элементы конструкций рекомендуется выполнять сплошностенчатыми, что обеспечивает их сохранность при транспортировке и складировании.
5. Для пролетов зданий 36м и более рекомендуется применять сплошностенчатые арки ломаного очертания с затяжкой.
6. При подборе сечений элементов конструкций предпочтение следует
отдавать листовому и фасонному прокату меньшей толщины, а также использовать замкнутые гнутосварные профили, имеющие ограниченную наружную поверхность.
7. Количество концентраторов напряжений в узлах и элементах конструкций, таких как резкие углы перелома между элементами, отверстия, подрезки и т.д., должно быть сведено к минимуму. Кромки растянутых элементов из низколегированной стали после резки должны быть подвергнуты механической обработке.
30
8. Следует сокращать количество монтажных деталей – скоб, планок,
стержней, привариваемых к основным конструкциям. После монтажа эти детали должны быть удалены, а места их приварки зачищены, особенно в растянутых элементах конструкций.
9. В отправочных марках несущих конструкций по возможности должны отсутствовать выступающие части. При наличии в монтажных узлах выступающих частей их прочность должна быть обеспечена при транспортировке и складировании.
10. При конструировании монтажных узлов соединения ригеля и колонны рекомендуется:
– вертикальную опорную реакцию передавать через уголковые накладки и
болты, распределенные по высоте стенки, или через опорные столики из листа;
– растягивающую силу, действующую по верхнему поясу ригеля, передавать через листовые боковые накладки и болты, либо через фланцевые соединения с использованием прокатных тавров и болтов;
– сжимающую силу, действующую по нижнему поясу, передавать через
фланцевые соединения на болтах.
11. При соответствующем технико-экономическом обосновании следует проектировать покрытия в виде крупных блоков, предусматривая их сборку на конвейерной линии или в тепляках.
В случае изготовления металлических конструкций на открытых площадках при непосредственном воздействии низкой температуры главными
специфическими факторами являются:
• условия для увлажнения свариваемых кромок основного металла и сварочных материалов (флюсов, электродных покрытий и др.), что существенно
повышает опасность образования пор и содержание водорода в металле шва;
• увеличение вероятности хрупких разрушений в процессе сборки,
транспортировки и кантовки незаконченных изготовлением элементов конструкций;
• отрицательное физиологическое воздействие низкой температуры
на организм человека, что приводит к увеличению вероятности образования
разнообразных технологических дефектов при формировании сварного шва
(непровары, шлаковые включения, подрезы, наплывы), являющихся острыми
концентраторами напряжений.
Для гарантирования эксплуатационной надежности важное значение
приобретает выполнение некоторых конкретных рекомендаций, полученных
в результате многолетнего опыта проектирования, изготовления и эксплуатации стальных сварных конструкций для северной климатической зоны, а также научных разработок ряда ведущих исследовательских организаций, занимающихся данной проблемой.
Основным документом для проектировщиков являются действующие
нормы проектирования [13, 14], предусматривающие целый ряд требований и
рекомендаций по предотвращению хрупкого разрушения конструкций зданий
31
и сооружений. Эти требования и рекомендации, которые неукоснительно надо соблюдать, являются предметом самостоятельного изучения студентами.
Вопросы по проектированию зданий и сооружений из МК, а также их
элементов в «северном исполнении» для самостоятельной работы студентов
[13, 14]:
1) устройство температурных и деформационных швов;
2) обеспечение неизменяемости пространственной системы каркаса
здания и сооружения;
3) расчет элементов стальных конструкций при центральном растяжении и сжатии;
4) расчет элементов стальных конструкций при изгибе;
5) расчет элементов стальных конструкций на действие продольной силы с изгибом;
6) расчет элементов стальных конструкций на прочность с учетом
хрупкого разрушения;
7) расчет элементов стальных конструкций на выносливость;
8) проектирование стальных конструкций с учетом предотвращения
хрупкого разрушения.
Вопросы для самостоятельного изучения составлены с учетом знаний
общего курса металлических конструкций.
Выбор конструктивной формы балочных конструкций
Проектирование стальных конструкций любого вида и назначения, как
правило, процесс многовариантный. В особой степени это относится к нетиповым конструкциям, выбор конструктивной формы которых, а также формы
их элементов, во многом зависит от квалификации конструктора.
При выборе конструктивной формы следует учитывать [16], например,
что сплошностенчатые конструкции по сравнению со сквозными имеют значительно меньше очагов конструктивно-технологических концентраторов напряжений, практически нечувствительны к случайным эксцентриситетам нагрузки, в них существенно меньше узлов и сопряжений, в которых возникают
дополнительные напряжения, неучитываемые расчетом. Практически все современные стальные конструкции являются сварными, однако для монтажных соединений в целях повышения хладостойкости конструкций целесообразно широко применять соединения на болтах, в том числе высокопрочных.
Выбор конструктивной формы является важнейшей задачей при проектировании хладостойких конструкций. Очевидно, требование хладостойкости
в климатических условиях нашей страны предъявляется ко всем конструкциям, эксплуатируемым при воздействии естественных низких температур воздуха и особенно к конструкциям, подверженным динамическим и циклическим воздействиям или работающим в агрессивных средах, а также возводимых в климатических районах с расчетными температурами ниже минус 40
°С. Выбирая форму элементов таких конструкций, надо избегать применения
32
конструктивной формы низкой хладостойкости. Следует учитывать, что концентрация напряжений сама по себе, даже в предельной своей форме в виде
трещин, не приводит к катастрофическому снижению прочности малоуглеродистых и низколегированных сталей. Опасность концентрации напряжений
всегда усугубляется в тех случаях, когда возникает в зонах, охрупченных
технологическими воздействиями сварки или наклепом стали. Именно в конструктивных формах низкой хладостойкости и сочетаются эти два фактора
хрупкого разрушения.
Как правило, для всех конструктивных форм низкой хладостойкости
можно найти конструктивно-технологические методы и приемы, которые будут соответствовать принципам повышения хладостойкости.
Конструктивная форма многовариантна. Можно создать несколько
конструктивных форм, отвечающих заданным требованиям. Выбор из этого
многообразия оптимальной формы возможен только на основе инженерных
(материалоемкость, трудоемкость изготовления и монтажа, скорость возведения и стоимость) и технологических (надежность и долговечность) критериев.
Окончательное решение о выборе конструктивной формы должно устанавливаться на основе обобщенного критерия – минимальной металлоемкости и стоимости, полученной с учетом приведенных затрат.
Вопросы для самостоятельной работы:
1) методика подбора минимальных сечений изгибаемых элементов
[13] для:
• балок из однородного материала с устойчивой стенкой;
• бистальных балок с устойчивой стенкой;
• балок с гибкой стенкой;
• балок с перфорированной стенкой.
2) сравнительная оценка металлоемкости стропильных конструкций
(балок и ферм различной конструктивной формы) [16];
3) задача выбора оптимальной высоты балки;
4) условия выбора конструктивной формы балочных конструкций
[16].
Выбор конструктивной формы ферменных конструкций
Облегчение ферм осуществляется в основном за счет отказа от значительной части фасонок и сухарей в их конструкции. Использование одиночных уголков, тавров, двутавров с параллельними гранями полок, контактной
сварки (электрозаклепок) в узлах обеспечивают снижение трудозатрат на изготовление ферм по сравнению с традиционными конструкциями стержней
из парных уголков и фасонок. Применение замкнутых сечений – круглых и
прямоуголньных труб – обеспечивают дополнительную экономию металла и
более эффективное использование сталей повышенной и высокой прочности
в сжатых и в сжато-изогнутых стержнях. Кроме того, фермы из замкнутых
стержней обладают повышенной устойчивостью на монтаже.
33
Эффективность сечений стержней ферм и колонн оценивается удельным
радиусом инерции j i / A и коэффициентом α = i / h – показателями, зависящими от формы сечения и относительной тонкостенности (табл. 1).
Таблица 1
Сечение
t / h или t / D
j i/ A
1
2
3
1 / 16
1 / 16
αx
ix / h
αy
iy / h
4
jx
0,60
αx
0,31
jy
0,89
αy
0,21
jx
0,87
αx
0,31
jy
0,56
αy
0,20
jx
0, 63...0,87
αx
0,27...0,29
jy
0,82...0, 76
αy
0,24...0,22
jx
0, 67...0,86
αx
0,39...0,40
jy
1, 66...2,16
αy
0,31...0,32
20 Ш … 70 Ш
jx
1,31...1,92
αx
0,43...0,41
t / h 1 / 32...1 / 51
jy
0,57...0, 47
αy
0,24...0,22
13 ШТ. … .30
ШТ.
b 1 / 30...1 / 56
1, 07...2, 09
1 / 30...1 / 110
j
0,2 D / t
1,21
1 / 36
j
0,2 h / t
0,79
1 / 16
34
0,34...0,35
0,40
0,365
Данная таблица свидетельствует о явных преимуществах сечений тавров, гнутых швеллеров, круглых и прямоугольных труб по сравнению с парными уголками.
Анализ металлоемкости покрытий показал, что использование конструкций из прогрессивных профилей не всегда дает ожидаемую экономию металла.
Так, например, металлоемкость ферм с поясами из широкополочных тавров
при пролетах 18 и 24 м на 4-7% выше, чем у типовых уголковых ферм. Перерасход стали обусловлен тем, что из-за малого набора, освоенных производством профилей, сортаменты стропильных и подстропильных ферм составлены с
большим шагом нагрузок, что приводит при определенных условиях к значительному недоиспользованию несущей способности конструкций.
Покрытия с фермами из замкнутых гнутосварных профилей (ЗГСП) имеют
наименьшую металлоемкость, но область распространения их значительно ограничена, что объясняется также недостаточным набором освоенных профилей.
Наиболее проработанными и имеющими наибольшую область распространения для условий сурового климата оказываются фермы из спаренных
прокатных уголков, т.е. конструкции, относительно которых в последнее
время утвердилось мнение, как об устаревших, «традиционных», служащих
эталоном для демонстрации эффективности новых конструкций.
Вопросы для самостоятельного изучения:
1) проектирование ферменных конструкций с учетом предотвращения
хрупкого разрушения [2-4, 7, 8, 13, 16];
2) конструктивные требования, предъявляемые к фермам при их проектировании [13, 16];
3) особенности проектирования ферм из гнутосварных профилей, с поясами из широкополочных двутавров, с поясами из широкопллочных тавров и
перекрестной решеткой из одиночных уголков, из круглых труб [13, 16].
Применение зданий-модулей с учетом территориальных особенностей
Здание-модуль представляет собой здание из МК комплектной поставки
(КП) с фиксированными параметрами, предназначенного для размещениями
групп однородных технологических процессов. Возводится оно на основе типового комплекта МК и инженерного оборудования в комплектно-блочном
исполнении.
Данный тип зданий отличается от традиционных решений возможностью блокировки.
Модульные здания используются:
• для строительства предприятий в отраслях, требующих ускоренного
развития;
• для объектов городской и сельской инфраструктуры;
• для обеспечения людей временным жильем в зонах бедствий;
• для организации вахтовых поселков, баз поисково-спасательных
служб, модульных лабораторных и исследовательских комплексов и т.п.
35
Теплостойкость модульных зданий:
• повышенная прочность и устойчивость к неблагоприятным условиям –
не поглощают влагу и не деформируются;
• использование в климатических районах с температурными режимами
от минус 60 оС и выше; рабочая температура внутри помещений +20 оС.
Мобильность модульных зданий:
• высокая скорость строительства;
• возможность изменения места дислокации;
• использование там, где невозможно вести капитальное строительство;
• транспортировка любым видом транспорта.
Автономность модульных зданий: вся внутренняя инфраструктура (электроснабжение, отопление, водоснабжение и водоочистка и т.д.) может быть организована независимо от централизованных наружных инженерных сетей.
Вопросы для самостоятельной работы студентов:
1) изучение особенностей территориального применения зданиймодулей (по материалам соответствующих сайтов Интернета);
2) типы зданий-модулей «северного исполнения» [22].
Использование принципа «мобильности» в северных и отдаленных
районах
В настоящее время значительно расширилась область применения мобильных зданий, предназначенных, в первую очередь, для быстрого возведения временных поселков геологов, строителей и других категорий населения.
Это связано с выполнением различных социальных программ, устранением
последствий природных и техногенных катастроф, развитием туризма и др.
Согласно стандарта [23] мобильное здание или сооружение определяется как здание или сооружение комплектной заводской поставки, конструкция
которого обеспечивает возможность его передислокации. В зависимости от
типа мобильного здания число его передислокаций за срок эксплуатации
должно быть не менее трех для сборно-разборных зданий из линейных и плоских элементов и не менее пяти – для сборно-разборных зданий из блокконтейнеров [24].
По степени мобильности здания делятся на две группы: сборноразборные и контейнерные [23]. Благодаря наибольшей заводской готовности
уже в конце 1980-х гг. преобладающим типом стал контейнерный.
Соответствие с климатическими воздействиями определяется их исполнением в зависимости от расчетной температуры наружного воздуха:
• северное (С) с расчетной температурой наружного воздуха t = – 55оС;
• обычное (01) с t = – 45оС;
• обычное (02) с t = – 35оС;
• южное (Ю) с t = 25оС.
Необходимость обеспечения возможности передислокаций вносит специфику в конструирование узлов и стыков таких зданий. Если во время мон-
36
тажа стационарных зданий, состоящих из отдельных элементов, как правило,
нет необходимости проектировать стыки разъемными, то для мобильных зданий это требование является обязательным, что практически исключает использование, например, сварных соединений. Для обеспечения мобильности
разработчики зачастую вынуждены идти на существенное (по отношению к
стационарным зданиям) увеличение расхода металла и других материалов в
несущих элементах. Учитывая преимущественно серийное производство мобильных зданий, снижение расхода конструкционных материалов на их изготовление при минимально возможном количестве типоразмеров элементов
представляется одной из важнейших задач инженерного конструирования.
К настоящему времени сложились некоторые подходы и принципы
конструирования мобильных зданий, применение которых обеспечивает повышение эффективности мобильного домостроения. Прежде всего, это общетехнические и общестроительные принципы:
• концентрация материала;
• обеспечение и учет пространственной работы материала в несущей
конструкции;
• обеспечение и учет совместной работы основания и конструкции здания.
Разумеется, любой из перечисленных принципов, будучи применен отдельно от других, поставленных задач не решает. Необходим комплекс инженерных принципов для создания эффективных конструкций мобильных зданий. Такой комплексный инженерный анализ целесообразно выполнять с применением
современных программных средств, которые позволяют создавать расчетные модели, в достаточной мере отражающие всю специфику работы конструкций.
В проектной и строительной практике широко используют прямоугольную форму объемного блока, что обусловлено прежде всего сложившейся
традицией. Большинство работ, направленных на поиск новых пространственных форм, архитекторы выполняли с учетом следующих особенностей
[25]: технологичности изготовления, экономичности, удобства транспортировки и монтажа, эстетичности, возможности рациональной расстановки мебели и оборудования, удобства стыковки объемных элементов друг с другом
и крепления к несущим конструкциям. Полагая все эти особенности, безусловно, важнейшими, можно отметить, что форма здания – одно из наиболее
выразительных архитектурных средств.
В практике строительного проектирования форма несущей конструкции
рассматривается и как средство для уменьшения внутренних усилий, создания преимущественно растягивающих или сжимающих напряжений для учета
специфики конструкционного материала (арки рационального очертания,
фермы с нисходящими или восходящими раскосами и т.д.). В таких случаях
выполняется поиск рациональной конструкции для заданной нагрузки.
Кроме того, можно отметить существенное влияние формы здания на
величину и характер распределения действующих на него нагрузок. К таким
нагрузкам, в первую очередь, следует отнести аэродинамические и снеговые.
37
Специфика применения мобильных зданий, связанная с их транспортировкой и использованием в экстремальных условиях, зачастую диктует необходимость поиска новых пространственных форм. В связи с этим предложена
следующая классификация мобильных зданий по формам поверхности, представляющая интерес с точки зрения аэродинамических нагрузок, порождаемых формой здания:
• параллелепипед (с закруглением углов или с обелиском в верхней части, что также можно отнести к этой группе, лишь бы основной объем был
близок по форме к параллелепипеду);
• сложные многогранники, имеющие в плане форму многоугольника с
числом вершин более четырех;
• тела вращения, составляющие особую и достаточную большую группу;
• тела неправильной формы и цилиндрические с некоторым основанием.
Наиболее эффективно можно регулировать уровень и характер распределения нагрузок, проектируя поверхность мобильных зданий в виде тел из
последних двух групп. Безусловно, при этом должны быть в достаточной степени учтены и все основные архитектурные требования.
Мобильные здания традиционной формы не позволяют вертолету развивать скорость более 80 км/ч. При этом резко (почти в 2 раза) возрастает
расход горючего, что существенно ограничивает возможности современных
вертолетов по оперативной доставке зданий в труднодоступные районы.
Плохо обтекаемые традиционные формы зданий не только вызывают
значительные аэродинамические силы уже на малых скоростях, не позволяя
вертолету двигаться в наиболее экономичном режиме, но и приводят к возникновению заметных нагрузок на само здание (сосредоточенных, передаваемых с элементов подвески; распределенных в виде аэродинамического
давления на поверхность). Для снижения аэродинамических сил, действующих на здание в процессе его транспортировки, целесообразно проектировать
его в форме обтекаемого тела. Однако при этом следует учитывать то, что на
внешней подвеске даже хорошо обтекаемое тело займет наиболее невыгодное
положение по отношению к направлению набегающего потока. В связи с
этим, помимо выбора хорошо обтекаемой формы, необходимо обеспечивать
стабилизацию груза в заданном положении. Стабилизаторы, прикрепленные к
зданию, вызывают дополнительные силы сопротивления, увеличивая усилия
в подвеске, и, следовательно, нагрузку на здание. Для оценки нагрузок, возникающих при транспортировке зданий по воздуху, как правило, недостаточно сведений, предоставляемых нормами.
Вопросы для самостоятельного изучения:
1) конструктивная схема мобильных зданий;
2) форма поверхности мобильного здания как средство повышения его
эффективности [25];
3) комплексное применение инженерных принципов для разработки
мобильных зданий [26].
38
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Жуков, В. И. Самостоятельная работа студентов под руководством
преподавателя: методические рекомендации / В. И. Жуков. – Красноярск :
Сиб. федер. ун-т, 2008. – 6 с.
2. Москалев, Н. С. Металлические конструкции: учебник / Н. С. Москалев, Я. А. Пронозин. – М. : АСВ, 2008. – 344 с.
3. Металлические конструкции : учебник для студ. высш. учеб. заведений / Ю. И. Кудишин и др. ; под ред. Ю. И. Кудишина. –8-е изд., перераб.
и доп. – М. : Издательский центр «Академия», 2006. – 688 с.
4. Металлические конструкции : в 3 т. Т. 1. Элементы конструкций :
учеб. пособие для строит. вузов / В. В. Горев, Л. В. Енджиевский, Б. Ю. Уваров, В. В. Филлипов и др.; под ред. В. В. Горева. – 3-е. изд., перераб. и доп. –
М. : Высш. шк., 2004. – 551 с.
5. Металлические конструкции : в 3 т. Т. 2. Конструкции зданий : учебник / В. В. Горев, Б. Ю. Уваров, В. В. Филиппов, Л. В. Енджиевский и др. ;
под ред. В. В. Горева. – М. : Высш. шк., 1999. – 528 с.
6. Металлические конструкции : в 3 т. Т. 3. Специальные конструкции
и сооружения : учеб. пособие для строит. вузов / В. В. Аржанов, В.И. Бабкин,
В. В. Горев, Л. В. Енджиевский и др. ; под ред. В. В. Горева. – 2-е изд., перераб. и доп. – М. : Высш. шк., 2002. – 544 с.
7. Металлические конструкции: справочник проектировщика : в 3 т.
Т. 1. Общая часть / под общ. ред. А. А. Кузнецова. – М. : Изд-во АСВ, 1998. – 576 с.
8. Металлические конструкции: справочник проектировщика : в 3 т.
Т. 2. Стальные конструкции зданий и сооружений / под общ. ред. А. А. Кузнецова. – М. : Изд-во АСВ, 1998. – 516 с.
9. Енджиевский, Л. В. Металлические конструкции, включая сварку:
учебно-методическое пособие для курсовой работы студентов всех форм обучения специальностей 270102.65 «Промышленное и гражданское строительство», 271101.65 «Строительство уникальных зданий и сооружений» и бакалавров направления 270100.62 «Строительство» / Л. В. Енджиевский,
И. Я. Петухова, А. В. Терешкова. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2012. – 92 с.
10. Петухова, И. Я. Металлические конструкции, включая сварку: учеб.метод. пособие для выполнения курсового проекта /И. Я. Петухова. – Красноярск. Сиб. федер. ун-т, 2014. – 96с.
11. Петухова, И. Я. Металлические конструкции. Состав и оформление
рабочих чертежей КМ и КМД : учеб.-метод. пособие для курсового и дипломного проектирования / И. Я. Петухова, А. В. Тарасов. – Красноярск :
Сиб. федер. ун-т, 2014. – 76 с.
12. СП 70.13330.2012. Несущие и ограждающие конструкции. Актуализированная редакция СНиП 3.03.01–87. – Введ. 01.01.2013. – М. : ОАО ЦПП,
2013. – 280 с.
39
13. СП 16.13330.2011. Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81*. – Введ. 20.05.2011. – М. : ОАО ЦПП, 2011. – 173 с.
14. СП 20.13330.2011. Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*. – Взамен СП 20.13330.2010; введ. 20.05.2011. – М. :
ОАО ЦПП, 2011. – 90 с.
15. СТО 4.2-07-2014. Система менеджмента качества. Общие требования к построению, изложению и оформлению документов учебной деятельности. – Введ. 9.01.2014. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2014. – 60 с.
16. 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.
17. ГОСТ 23118-2012. Конструкции стальные строительные. Общие
технические условия.
18. Трофимов, В. И. Легкие металлические конструкции зданий и сооружений: разработка конструкций, исследование, расчет, изготовление, монтаж / В. И. Трофимов, А. А. Каменский. – М. : Наука, 1997. – 576 с.
19. СТО 02494680-0056-2007. Слоистое разрушение сварных соединений строительных стальных конструкций. Требования при проектировании,
изготовлении и монтаже. – Введен 01.10.2007. – М. : ЗАО «ЦНИИПСК
им. Мельникова».
20. СП 131.13330.2012. Строительная климатология. Актуализированная версия СНиП 23-01-99*. – Введ. 01.01.2013. – М. : Минрегион России,
2013. – 113 с.
21. Бирюлев, В. В. Металлические конструкции (вопросы и ответы) :
учеб. пособие для вузов / В. В. Бирюлов, А. А. Кользеев, И. И. Крылов,
Л. И. Стороженко; под ред. В. В. Бирюлева. – М. : Изд. АСВ, 1994. – 336 с.
22. Енджиевский, Л. В. Каркасы зданий из легких металлических конструкций и их элементы : учеб. пособие / Л. В. Енджиевский, В. Д. Наделяев,
И. Я. Петухова. – 2-е изд., перераб. и доп.– Красноярск : ИПК СФУ, 2010. –
248 с.
23. ГОСТ 25957-83. Здания и сооружения мобильные (инвентарные).
Классификация, термины и определения.
24. ГОСТ 22853-86. Здания мобильные (инвентарные). Общие технические условия.
25. Денисенко, А. А. Форма поверхности мобильного здания как средство повышения его эффективности / А. А. Денисенко // Промышленное и
гражданское строительство. – 2006. – № 10. – С. 46, 47.
26. Денисенко А. А. Комплексное применение инженерных принципов
для разработки мобильных зданий / А. А. Денисенко // Промышленное и гражданское строительство. – 2006. – № 11. – С. 54, 55.
40
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
26
Размер файла
619 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа