/
Text
, ,М. Михаилов
.. н IE
Н
А. М. МИХАЙЛОВ
СВАРНЫЕ
КОНСТРУКЦИИ
Допущено rлавным управлением кадров и учеб-
ных заведений Министерства монтажных и спе-
циальных строительных работ СССР в качестве
учебноrо пособия для техникумов
r!tJ
МОСКВА СТРОйИЗДАТ 1983
ББК 38.54
М 88
УДК 624.014.25(075.32)
Рецензенты: доц., канд. техн. наук М. К. БОРОАИЧ (кафедра
СТРОИТeJlЬНЫХ конструкций ВЗИСИ) и каид. техи. наук А. д. Со-
колова (зам. rлавноrо инженера ВНИПИ ПромстапьКОНСТРУIЩRJI)..
Михайлов А. М.
М 69 Сварные конструкции: Учеб. пособие для тех.
никумов. М.: Стройиздат, 1983. 367 С., ил.
Изложены основы проектирования наиболее распространенных
сварных строительных конструкций. Приведены общие сведения оспо..
собах сварки, сварочных материапах и материапах самих конструкций.
Исследовано термическое влияние сварки и отрицательное впиявие
сварочных напряжений и деформаций. Изложены вопросы расчета 11
конструирования сварных балок, копонн, ферм, листовых конструкций,
их узлов и деталей. Расчеты иплюстрируются примерами.
Дпя учащихся строитепьных и монтажных техникумов, специапи..
зирующихся в области сварных конструкций.
м 3202000000-453
047(01)-83
КБ 33-13 83
ББК 38.54
6С4.05
(с) СтроАиздат, 1983.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Сварка является основным способом соединения стальных кон-
струкций. В отечественном строительiтве она почти ПОЛНОСТЬЮ вы-
-теснила клепку. Блаrодаря этому существенно упростились конст-
руктивные формы, уменьшился расход мета.lIла, значительно снизи-
лась трудоемкость изrотовления.
Для реализации решений, предусмотренных Основными направ-
лениями экономическоrо и социальноrо развития СССР на 1981
1985 rоды и на период до 1990 rода, утвержденными XXVI съездом
КПСС, по снижению материалоемкости, трудоемкости и стоимости
строительства необходимы дальнейшее совершенствование проеКТJf-
рования и методов расчета сварных конструкций, разработка и ши-
рокое внедрение оптимальных конструкций, которые, удовлетворяя
эксплуатационным требованиям, были бы наибо...1ее экономичны по
расходу материала и трудовым затратам.
Учебник ПОСВЯlЦен вопросам проектирования сварных строитель-
ных конструкций, расчету их элементов и узлов. Проектирование
сварных конструкций имеет свою специфику. Темпы их изrотовле-
ния и монтажа, экономичность, надежность и долrовечность в зна-
чительной степени зависят от рациональности конструктивноrо ре-
.шения и совершенства технолоrии сборки и сварки. В процессе
l1роектирования должна полностью использоваться передовая тех-
нолоrия изrотовления и монтажа, а также учитываться технолоrиче-
ские оrраничения в производстве сварных конструкций. В связи с
этим характеристика сварных соединений (rл. 111) начинается с
KpaTKoro изложения основных сведений о способах сварки и свароч-
ных материалах, применяемых в строительстве. Отдельно рассматри-
вается сварка арматуры железобетонных конструкций и сварка пла-
стических масс.
Сварка плавлением сопровождается HarpeBoM металла в широком
интервале температур и последующим охлаждением HarpeTblx зон
с разными скоростями, при котором происходит кристаллизация
расплавленноrо металла. Поэтому рассмотрены также структурные
и фазовые изменения в зоне сварных соединений, решающим обра-
зом влияющие на прочность и пластичность конструкций; показаны
механизм образования сварочных напряжений и деформаций, их
отрицательная роль и способы устранения.
Наиболее трудной задачей, с которой приходится сталкиваться
в процессе проектирования сварных конструкций, является обеспе-
чение трещиностойкости их материала. Поведению стали при раз-
личных воздействиях посвящена rл. IV. Пластическая работа объяс-
няется исходя из теории дислокаций, возможность хрупкоrо раз-
рушения с позиций теории трещин в ее COBpe leHHOM толковании.
1.
......з
Обе теории излаrаются в популярной форме с привлечением эле-
ментарных сведений из физики и математики в объеме средней
школы.
Обращено внимание на работу сварных соединений при пере-
менных напряжениях и указаны конструктивные мероприятия по
предотвращению усталостноrо разрушения сварных конструкций.
Отмечена актуальность для строительных конструкций проблемы
малоцикловой усталости.
В rл. V изложена методика расчета и конструирования стыко-
вых, нахлесточных, тавровых и уrловЬ1Х сварных соединений. Рас-
четы на прочность выполнены по предельному состоянию в соответ-
ствии с rлавой СНиП 1I-28 81.
В последующих четырех rлавах подробно разобраны вопросы
проектирования наиболее распространенных строительных сварных
конструкций: балок перекрытий, подкрановых балок, центрально- и
внецентренно сжатых колонн, стропильных ферм, листовых конструк-
ций. При этом наряду с традиционными конструкциями рассмотрены
новые, более проrрессивные, созданные и внедренные при непосред-
ственном участии научно-исследовательских, проектных и производ-
ственных орrанизаций Минмонтажспецстроя СССР (перфорирован-
ные балки, фермы из труб и rнутых профилей) .
Кроме теоретическоrо материала учебник содержит 24 приме-
ра, которые иллюстрируют расчет и конструирование сварных со-
единений и конструкций. Разбор примеров проведен по возможно-
сти подробно, чтобы учащиеся моrли iIроследить за ходом решения
самостоятельно.
По вопросам, не нашедшим в учебнике полноrо отражения, сле-
дует обращаться к литературным источникам, список которых при-
веден в конце книrи.
В приложениях приведен нормативный и справочный материа
необходимый учащимся при разборе примеров, а также курсовом
и дипломном проектировании.
В книrе принята двойная нумерация формул, рисунков, таблиц
и примеров: римские цифры обозначают номер rлавы, арабские
порядковый номер формулы, рисунка, таблицы, примера.
В учебнике применена Международная система единиц (СИ).
При использовании нормативных документов, которые содержат
единицы, подлежащие изъятию, следует руководствоваться со-
отношениями: 1 Krc== 10"'3 тс==9,81 H==9,81.IO"'3 кН; 1 Krc/cM2=:J
==98 100 Па==0,0981 МПа.
......4......
r па. ёI 1. О&ЩИЕ СВЕДЕНИЯ
t 1. КРАТКИЯ ИСТОРИЧЕСКИЯ 0&30Р
РА3ВИТИЯ СВАРНЫХ констРУКЦИЯ
Сварка является наиболее проrрессивным способом
соединения металлических конструкций. Высокая произ-
водительность и качество работ, а также экономичное
использование металла обеспечивают преимущественное
использование сварки при изrотовлении разнообразных
металлоконструкций, в том числе и строительных.
Большой вклад в развитие и совершенствование сва-
рочных процессов и оборудования внесли отечественные
ученые и инженеры. В 1802 r. профессор физики, а впос-
ледствии академик В. В. Петров (1761........1834) впервые
в мире получил электрическую дуrу и указал на возмож-
ность ее практическоrо использования для плавления
металлов. Применение электрической дуrи для сварки
металлов было осуществлено в 1882 r. русским изобре-
тателем Н. Н. Бенардосом (1842........1905). Свой «способ
соединения и разъединения металлов непосредственным
"
деиствием электрическоrо тока» он назвал «электроrе-
фестом»* .
Сущность предложения Бенардоса сводилась к тому,
что с одним полюсом источника тока соединялись свари-
ваемые детали, с друrим уrольный стержень (элект-
род), вставленный в специальную рукоятку, которую
держал сварщик. При пропускании тока между электро-
дом и деталями в месте сварки возникает электрическая
дуrа, блаrодаря которой металл деталей плавится и сое-
диняется. После прекращения действия дуrи и застыва-
ния металла образуется прочное соединение.
Однако способ электросварки Бенардоса при всех
своих достоинствах обладал рядом недостатков. Наибо-
лее существенным было попадание в расплавленный ме-
тал уrольных частиц от накаленноrо электрода, в резуль-
тате чеrо металл сильно насыщался уrлеродом и терял
пластические свойства.
В 1888 r. rорный инженер и металлурr Н. [. Славя-
нов (1854........1897) изобрел независимо от Бенардоса дру-
rой способ электросварки, применив в качестве возбуди-
теля дуrи металлический электрод. Свое изобретение
· FефесТ..... боr оrня и кузнечноrо ремесла в древнеrреческой
мифолоrии.
......5
Славянов назвал «электрической отливкой металлов»,
так как первоначально он применил Ayry именно для
небольших отливок, rлавным образом при ремонте паро-
вых машии.
Способ Славянова имел значительные технолоrичес-
кие преимущества перед электроrефестом Бенардоса.
Кроме Toro, замена уrольноrо электрода металлическиi\tl
освобождала сварной шов от насыщения уrлеродом и
улучшала ero качество.
Изобретения Бенардоса и Славянова, несмотря на
всеобщее признание, не получили при их жизни должноrо
распространения и впоследствии были почти забыты как
в России, так и за рубежом. Произошло это по следую-
щим причинам: на рубеже XIX и ХХ вв. со стороны про-
изводства не поступало еще достаточно запросов на но-
u
выи метод соединения элементов металлических конст-
рукций, поскольку клепка представляла собой хорошо
. .
налаженныи технолоrическии процесс; электротехничес-
кая промышленность не выпускала необходимых элект-
ромашин и трансформаторов; мощность электростанц.ий
была недостаточной для выработки большоrо количества
электроэнерrии на технические цели.
UUирокое распространение электросварка получила в
rоды первой мировой войны в США на работах по вос-
становлению немецкоrо трофейноrо флота. Эти работы
показали простоту, быстроту и экономическую целесооб-
разность электросварки для соединения металлических
.
детален.
В нашей стране электросварка металлов возродилась
только после Великой Октябрьской социалистической
революции. Начало было положено в 1920 r. профессо-
ром В. П. Волоrдиным (1881 1953), возrлавлявшим
электросварочную лабораторию Дальневосточноrо уни-
верситета во Владивостоке.
Первые работы по изучению распределения напряже-
. u
нии и исследованию прочности сварных конструкции про-
водились В 20-е rоды в Научно-техническом комитете
Народноrо комиссариата путей сообщения (НТК НКПС)
под руководством профессора Н. С. Стрелецкоrо (1885
1967), поставившеrо вопрос о применении сварки в мо"
стостроении.
В 1929 1930 rr. сварку начали применять в больших
объемах при строительстве промышленных объектов.
Первая крупная строительная сварная конструкция, из..
-----6.....
rотовленная в нашей стране, предназначал ась для Днеп-
ровской rэс.
Со второй половины 1931 r. усиленно распространяет-
ся сварка металлических конструкций леrких цехов.
С 1932 r. переход от клепки к сварке для ряда строитель-
ных конструкций стал не только рекомендуемым, но и
обязательным. Институт норм и стандартов строитель-
ной промышленности Высшеrо Совета Народноrо Хо-
зяйства (ВСНХ) СССР выпустил альбом сварных конст-
рукций под редакцией Н. С. Стрелецкоrо, который дол-
roe время был настольной книrой проектировщиков.
Б 1934 r. Центральным бюро стандартизации rлав-
стройпрома Наркомтяжпрома СССР были разработаны
Технические условия и нормы проектирования промыш-
ленных зданий (ТУ и Н) ...... «Металлические конструкции
и сооружения:.. Они явились документом, стимулировав-
u
шим дальнеишее развитие и ПРlfменение сварных строи-
u u
тельных конструкции в нашеи стране.
В 1935 r. в Ленинrраде при реставрации покрытия
Таврическоrо дворца над круrлым залом был сооружен
первый в СССР сварной купол системы Шведлера* диа-
метром 18 м, состоящий из 20 ребер и 5 ярусов. Ребра,
кольца и раскосы купола были составлены из 3 стальных
полос, сваренных в крестовое сечение. Сварной купол
диаметром 36,5 м и высотой 14,4 м, состоящий из 12 ре-
бер и 4 ярусов, был возведен над зданием цирка в Маке-
евке (Донбасс).
До 1934 1935 rr. сварочный процесс выполнился
вручную электродами с ионизирующими покрытиями,
т. е. тонкими покрытиями из pacTBopeHHoro в жидком
стекле мела, которые обеспечивали только стабильность
дуrи и не rарантировали требуемую прочность шва.
Б связи с этим качество сварных соединений оказыва-
..10СЬ невысоким. К тому же свариваемые конструкции
были изrотовлены исключительно из низкоуrлеродистой
стали.
111 И. Шведлер (1823-----1879)..... немецкий инженер, заслуrа КОТО-
poro заключается в том, что он впервые привлек внимание к стати-
чески определимым фермам и указал на их преимущества по срав-
нению с мноrораскосными. В середине XIX и начале ХХ в. широкое
распространение п.олучили сетчатые купола Шведлера (рис. 1.1),
состоящие из ребер в вертикальных (меридиональных) плоскостях
и }{олец в rоризонтальных. Связи в трапецеидальных панелях меж-
ду ребрами и кольцами устраивают из двух перекрещивающихся
раскосов или одноrо диаrональноrо.
.......7.......
Рис. 1.1
Для сварки ответственных конструкций с 1935 r. на-
чинают. широко применять электроды с высококачествен-
ными толстыми покрытиями, разработанными в ведущих
u
научно..исследовательских институтах и на крупнеиших
заводах.
С 1940 r. успешно развивается автоматическая и по-
луавтоматическая сварка под слоем флюса. Этот способ,
впервые предложенный Н. r. Славяновым, в 20-х roAax
был детально разработан для сварки меди коллективом
исследователей, руководимым академиком Е. о. Пато-
ном (1870 1953). В 1929 r. Е. О. Патон орrанизовал в
Киеве при АН УССР электросварочную лабораторию,
на базе которой в 1934 r. был создан Институт электро-
сварки (ныне ИЭС им. Е. О. Патона) .
Сварка под флюсом получила широкое распростране-
ние в период Великой Отечественной войны и в после-
u
военные rоды при изrотовлении сварных конструкции,
имеющих швы большой протяженности (двутавровых
балок, сплошностенчатых колонн, rазrольдеров постоян-
Horo объема и т. п.). На заводах началось внедрение по-
u
точно"массовоrо производства сварных конструкции.
В это же время осваивается сварка леrированных стапей
и сплавов цветных металлов.
Со второй половины 40..х rодов сварку стали приме-
нять в строительстве мостов. Под руководством Е. О. Па-
тона, возrлавившеrо исследовательские, проектные, за..
водские и монтажные работы, в 1953 r. был построен
крупнейший в мире цельносварной шоссейный мост (ны-
не им. Патона) через реку Днепр в Киеве.
Исследования, проведенные институтом Проектсталь-
конструкция совместно с [осударственным институтом
-----8-----
по проектированию металлурrических заводов (rипро-
мез), позволили в 1948 r. ввести в эксплуатацию на За-
порожском металлурrическом заводе первую в нашей
стране и в Европе цельносварную доменную печь (объ-
емом 1300 мЗ). С этоrо момента все доменные печи про-
ектируют только сварными.
Крупным достижением конца 40-х начала 50-х ro-
дов стало широкое внедрение сварочных работ в строи-
тельство металлических каркасов высотных зданий в
Москве, причем впервые в практике мноrоэтажноrо
строительства была применена монтажная сварка.
В 1950 1955 rr. в иэе им. Е. о. Патона был разра-
ботан новый индустриальный способ изrотовления
резервуаров, предложенный в 1944 r. инженером r. В. Ра-
евским, способ рулонирования (сворачивания). Сущ-
ность способа состоит в том, что стенки и днище свари-
вают автоматически на специальном заводском стенде в
большие полотнища и затем сворачивают в рулоны диа-
метром 2,5 3 м, которые можно перевозить по железной
дороrе. На строительной площадке доставленные рулоны
разворачивают в проектное положение, производя толь-
ко монтажную сварку. По сравнению со старым мето-
дом полистовой сборки резервуаров способ рулонирова-
ния позволил перенести основную часть работ на
заводы-изrотовители и тем самым значительно облеrчил
и ускорил монтаж.
В это же время в строительстве начали применять
сварку алюминия. Наибольшее распространение она по..
лучила при изrотовлении листовых конструкций резерву-
аров для хранения сернистой нефти и друrих жидкостей.
Сварка алюминия и ero сплавов под слоем флюса полу-
поrруженной дуrой была разработана в 1953 r. иэе им.
Е. о. Патона. В 1959 r. на Волrо-Донском комбинате
u u
синтетических жирозаменителеи построен первыи свар-
ной алюминиевый резервуар вместимостью 1000 мЗ из
сплава AMr5. По проекту института rипроспеnнефть
возведено 6 резервуаров вместимостью 2000 мЗ смешан-
ной I{ОНСТРУКЦИИ. Внутренняя оболочка, являющаяся не-
посредственным хранилищем, выполнена из сплава AMr,
внешняя из стали.
е 1954 по 1966 r. в Ленинrрадском инженерно-строи-
тельном институте проведены научные работы по иссле-
дованию материалов, соединений, технолоrии сварки и
формы профилей в связи с перспективой развития алю--
миниевых строительных и крановых конструкnий. В ре-
.....9.....
зультате этих работ в 1968 r. в Ленинrраде сооружен пер..
вый в СССР опытный сварной алюминиевый пешеходный
мост в виде пространственной двухшарнирной арки (ав..
торы и. Н. Артемьева и л. А. Носков).
В 50 60-e rоды дальнейшее развитие получили меха-
низированные способы сварки. Был создан ряд поточных
линий, например по сварке стальных двутавровых балок
на Днепропетровском заводе металлоконструкций И [.
и. В. Бабушкина (1960 r.). Непрерывно расширяется
применение сварки под слоем флюса.
За последние rоды значительных успехов достиrло
внедрение таких высокопроизводительных способов
сварки, как электрошлаковая, сварка в среде активноrQ
(уrлекислоrо) или инертноrо rаза (aproHa, rелия, азота),
а также контактная сварка. Вышли из стадии лабора-
"
торных исследовании новые сварочные процессы: холод-
"
иая сварка, сварка трением, токами высокои частоты
(индукционная), ультразвуковая, электронно-лучевая,
плазменная, лазерная.
В настоящее время около 98 О/О стальных строитель-
ных конструкций в СССР выполняют сварными. Приме-
рами сооружений, возведенных за последние 20 лет, явля..
ются цельносварные телевизионные башни высотой 315 м
вЛенинrраде (1962 r.) и 385 м в Киеве (1973 r.), каркас
Дворца спорта «Юбилейный» в Ленинrраде на 6200 зри
телей (1967 r.). В 1960 r. на Криворожском металлурrи
ческом комбинате им. В. и. Ленина вступила в строй
первая, самая крупная по тому времени доменная печь
объемом 2000 мЗ. Затем на друrих заводах было возве-
дено еще 9 таких печей. В 1965 r. на заводе им. Ильича
в r. Жданове задута печь объемом 2300 мЗ, а на Криво
рожеком металлурrическом I{омбинате 2700 м3. Впо
следствии в Советском Союзе возводится несколько до..
менных печей объемом 3000 мЗ, а в 1971 r. коллектив ин
ститута rипромез совместно с 16 друrими проектными op
I'анизациями закончил проектирование чуrуноплавильноrо
arperaTa на 3200 мЗ, который в следующем rоду был со-
оружен на Новолипецком металлурrическом заводе. За
скоростное строительство создатели печи удостоены в
1981 r. rосударственной премии СССР.
С 1974 r. на Криворожском металлурrическом комби-
нате действует доменная печь объемом 5000 мЗ, уступа-
ющая лишь двум печам японских фирм. При ее возведе-
нии широко применена низколеrированная сталь, что ени..
зило удельные капитальные затраты на 15 0/0. Министер-
----- 1 О -----
"
6)
J
4
183м
Рис. 1.2.
Рис. 1.8
'26. 65
J,
РиСе 1.4
..... 11 ....
ством черной металлурrии СССР принято решение о
строительстве сверхмощной домны объемом 5580 мЗ на
Череповецком металлурrическом заводе.
Особое место занимают большепролетные простран-
ственные покрытия олимпийских спортивных объектов в
Москве. Универсальный крытый стадион на 45 Tы.. зри-
телей спорткомплекса «Олимпийский» (рис. 1.2) являет-
ся уникальным сооружением, не имеющим аналоrов в
мировой практике как по конструктивному решению, так
и мноrоцелевому использованию путем трансформации.
Эллиптическое в плане здание размером 224X183 м
по rлавным осям, высотой около 40 м, общим объемом
1,2 млн. м3 перекрыто тонколистовой оболочкой (мемб-
раной) 1 в форме эллиптическоrо параболоида. Мембра-
на выполнена из стали марки 14r2, имеет толщину 5 мм
и подкреплена системой радиальных ребер 2 в виде
леrких висячих ферм и кольцевых ребер из прокатных
швеллеров. По контуру мембрана закреплена монолит-
ным железобетонным кольцом 3, которое опирается на
расположенные по периметру здания стальные колон-
ны 4.
При назначении основных конструктивных элементов
покрытия авторы.......... конструкция разработана сотрудни-
ками мастерской Моспроект-2 под руководством
ю. В. Рацкевича и Центральноrо научно-исследователь-
CKoro института строительных конструкций (ЦНИИСК)
им. В. А. Кучеренко под руководством профессора
В. И. Трофимова стремились к максимальному умень-
шению объема работ на монтаже. С этой целью была
предусмотрена сборка мембраны из тонколистовых сек-
ций длиной около 90 м и шириной 1,3.........1 О м, которые
были сварены в заводских условиях и доставлены на
строительную площадку в рулонах. После развертыва-
ния каждым рулоном можно было перекрыть площадь
около 500 м2.
Трансформация спортивной арены предусматривает
образование двух залов вместимостью 20 тыс. зрителей
каждый. Конструктивно она осуществляется с помощью
двух спаренных решетчатых рам 5 пролетом 146 м, не-
сущих специальные акустические занавесы. Рамы и мем-
бранное покрытие, имеющие различную жесткость, не
связаны между собой, что обеспечивает их разде.ТIЬНУЮ
работу.
Мембранная система покрытия отличается выrодной
статической работой блаrодаря совмещению несущих и
....... 12 .......
.
оrраждающих конструкции, поэтому она нашла приме-
пение и в друrих олимпийских сооружениях. Они разра-
ботаны различными проектными институтами также сов-
местно с сотрудниками ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко.
Покрытие в виде двух сочлененных седловидных обо-
лочек размером по осям 66Х 168 м каждая принято для
велотрека в Крылатском (рис. 1.3). Пространственно
работающая мембрана толщиной 4 мм выполнена из
низколеrированной стали марки 10r2Cl, которую пос-
тавляли в рулонах шириной 6 м. Последние раскатыва-
v
лись на весь перекрываемыи пролет по провисающим в
u v
соответствии с предусмотреннои rеометриеи направляю-
щим полосам, расположенным с шаrом 6,3 м. Направля:-
ющие соединены между собой проrонами из rHYTblx про-
филей, которые установлены с шаrом 3 м и обеспечивают
пространственную жесткость покрытия, стабилизацию
мембраны при неравномерном наrружении, а также слу-
v
жат опорои при укладке рулонов.
Сварными стальными мембранами перекрыт и уни-
версальный спортивный зал на 5 тыс. зрителей в Измай-
лове (рис. 1.4). Он состоит из OCHOBHoro зала размером
66Х72Х28,5 м и тренировочноrо........36х72хl3 м. Мем-
браны толщиной 2 мм выполнены из нержавеющей ста-
ли марки 12Х18НI0Т. По диаrоналям и контуру преду-
смотрены утолщения из листовой низколеrированной
стали марки 14r2.
Мембраны собирались из рулонируемых лент шири-
ной 1 м, сваренных на производственной базе монтиро-
вавшей орrанизации (трест Стальмонтаж) в полотни"
ща шириной 5,9 м и длиной 66 м. Относ тельно неболь-
шая масса и возможность доставки большеразмерными
рулонами позволили свести до минимума количество
монтажных швов, осуществить сборку и монтажную
сварку мембран на земле и поднять их в проектное по-
ложение в rOToBoM виде.
Применение изделий повышенной заводской rOToBHO.
сти является rенеральным направлением индустриализа-
ции строительства и вместе с тем большим резервом сни-
жения ero материалоемкости и трудоемкости. В 1972 r.
ЦК КПСС и Совет Министров СССР приняли постанов-
v
ление о развитии производства и комплектном поставки
леrких металлических конструкций. Оно положило нача-
ло большой творческой работе научно-исследовательских
v
институтов, проектных и строительных орrанизации, за-
водов металлических конструкций по созданию леrкиХ
----- 1 3
унифицированных несущих и оrраждающих металличе-
ских конструкций, изrотовляемых на высокомеханизиро-
ванных поточных линиях. Уже поставляют продукцию
передовые предприятия Выксы, Ташкента, Видноrо, Во-
роне)ка, Киреевска, Молодечно, Первоуральска.
В поточном автоматизированном процессе производ-
ства важное место занимают новые виды сварки: вЫсо-
кочастотная, контактная, принудительное сквозное про-
плавление, сварка лучом и др. Трудовые затраты при
u
изrотовлении леrких металлических конструкции снижа-
ются на 25 30 О/о по сравнению с традиционными конст-
рукциями. Сравнительно неБОJIьшие rабариты унифици"
ре,ванных элементов позволяют перевозить их, как пра-
вило, в контейнерах .аюбым видом транспорта. Блаrода-
u
ря этому воз {ожна доставка конструкции в отдаленные
и труднодоступные районы.
Общие сроки строительства производственных зданий
u
С применением леrких металлоконструкции сокращаются
в ряде случаев в 1,5 раза. Объясняется это уменьшением
объема работ по устройству нулевоrо цикла блаrодаря
снижению наrрузок на фундамент и высокой степени за-
u
водскои rотовности элементов каркаса и cTeHoBoro за-
полнения.
Здания из .пеrких металлических конструкций имеют,
u u u
наконец, современныи, выразительныи архитектурныи
вид. Они без труда поддаются ремонту и допускают за-
мену отдельных конструктивных элементов.
Дальнейшее развитие производства и применения в
строительстве леrких металлических конструкций опре
деляется изысканием новых возможностей и идей по соз-
данию проrрессивных конструктивных форм, разработке
процессов изrотовления и монтажа, направленных на
превращение строительства в поточную механизирован-
ную сборку зданий из крупноразмерных элементов ком-
плектной поставки. Это позволит решить задачу повыше-
ния качества и эффективности строительства в соответ-
ствии с решениями XXVI съезда кпсс.
t 2. ДОСТОИНСТВА СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИИ
И ОСО&ЕННОСТИ ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Стремительный рост производительности изrотовле-
u
ния стальных конструкции в послевоенные rоды связан
прежде Bcero с переходом от клепки к сварке. В настоя-
u
щее время строительные стальные конструкции в нашен
..... 14 .....
-стране, как отмечалось в предыдущем параrрафе, изrо-
товляют преимущественно сварными. В этом состоит ос-
новная особенность отечественноrо металлостроительст-
ва, так как за рубежом по разным причинам около поло-
вины конструкций выполняют клепаными *.
Основные преимущества сварных конструкций следу-
ющие.
1. Экономия металла за счет снижения массы конст-
ру&ций (на 15 20 О/о) блаrодаря: а) отсутствию отвер-
.
стии под заклепки и полному использованию поперечно-
ro сечения в растянутых зо-
нах элементов (рис. 1.5);
б) более рациональной кон-
структивной форме. Так, на-
пример, стыки сварных со-
ставных балок выполняют
без вспомоrательных дета-
лей, а стыки клепаных ба-
лок с помощью накладок,
утяжеляющих конструкцию
Рис. 1.5 (рис. 1.6). При сварке сое-
t f1
----- ----- ----- -----
... .11.. ..
.. .11" ·
.... ....
. ..11. ..
I
.. "'\',. .-
...
. ..11.. ..
.. .11. .
... p. ..
. .. .11. ...
.......
....
Рис. 1.6
* в США, например, большинство заводов меТЗ.плических кон-
струкций оснащено клепальным оборудованием, которое, естествен-
но, не должно простаивать и нуждается в постоянной заrруэке.
I< тому же производительность этоrо оборудования часто выше про-
изводительности оборудования, используемоrо не только Аля руч-
ной, но и для автоматической сварки.
..... 15 .....
динение элементов, расположенных во взаимно перпен-
дикулярных плоскостях, осуществляют непосредствен-
но, при клепке с помощью уrолков (см. рис. 1.5).
К сказанному следует добавить, что масса наплав-
ленноrо металла в сварных конструкциях редко пр евы-
тает 2 О/О массы OCHoBHoro металла. В клепаных конст"
рукциях масса заклепок достиrает 3,5 4 о/о.
2. Снижение трудоемкости изrотовления конструкций
(на 30 50 о/о) блаrодаря уменьшению числа операlЦИЙ
металлообработки и их упрощению. Сварка устраняет
операции по разметке, образованию и последующей рас..
сверловке отверстий. К тому же сам процесс сварки про..
изводительнее клепки.
3. Плотность и rерметичность сварных швов, что име..
ет особенно важное значение при изrотовлении и монта..
же резервуаров, rазrольдеров, трубопроводов и прочих
емкостных конструкций, предназначенных для хранения,
транспортирования или переработки жидкостей и rазов.
Орrаническая связь отдельных элементов друr с друrом,
создаваемая сваркой, превращает их в конструкцию, со..
вмещающую преимущества составных конструкций и до..
стоинства монолитных.
4. Удешевление оборудования. Применение сварки
позволяет значительно сократить потребность заводов
металлических конструкций в дыропробивных прессах и
сверлильных станках, а также в дороrостоящих клепаль..
ных машинах и инструментах. Основная же сварочная
аппаратура, состоящая из сварочных трансформаторов,
тракторов, rоловок и полуавтоматов, относительно прос-
та и недороrа.
Однако для обеспечения высокой работоспособности
сварных конструкций необходимо учитывать их специ..
фические особенности при проектировании.
а) Важным этапом проектирования является выбор
.материала, что оказывает влияние не только на эксплуа-
тационные качества конструкции, но и на ее массу истои"
мость изrотовления. Поэтому материал выбирают с уче..
том характера наrрузок (статические, динамические, по-
вторно..переменные), работы в условиях низких темпера..
тур, аrрессивности среды и Т. п. Кроме Toro, на выбор
материала влияет значительное тепловое воздействие
сварки.
б) Не менее важную роль иrрает взаимное влияние
к,онструкции и теХНОЛО2ии иЗ20ТО8ления. Принятая кон-
структивная форма в известной мере оrраничивает выбор
.....16.......
технолоrических приемов и способов сварки, а устано-
u
вившаяся технолоrия изrотовления сварнои конструкции
u
до некоторои степени сказывается на изменении исход-
ных свойств материала, на точности соблюдения проект-
ных размеров и формы конструкции, а также на ВОЗНИК4
"
новении в неи Toro или иноrо напряженноrо состояния.
в) Для конструкций, воспринимающих динамическую
наrрузку или работающих в условиях низких темпера-
тур, при которых материал может потерять свои пласти-
ческие свойства и приобрести склонность к хрупкому
разрушению, первостепенное значение имеет форма
сварносо соединения.
r) Доведение свариваемых кромок до плавления (при
сварке плавлением) или до пластическоrо состояния
(при сварке давлением) вызывает неоднородность свар-
Horo соединения, т. е. образование зон с различным хи-
u u
мическим составом металла, различнои структуром и,
следовательно, с различными механическими свойства-
ми. К этому может добавиться и rеометрическая неодно-
родность, обусловленная принятой конструктивной фор-
u "
мои или технолоrиеи сварки.
д) Местные пластические деформации, возникающие
в околошовной зоне вследствие HepaBHoMepHoro HarpeBa
в процессе сварки и последующеrо охлаждения, вызыва-
ют появление сварочных деформаций и наnря"сенuй.
Отмеченные особенности свидетельствуют о том, что
к созданию сварных конструкций следует подходить ком-
плексно путем выбора надлежащеrо материала, раци-
ональной конструктивной формы и соответствующей тех-
нолоrии изrотовления. При этом необходимо иметь в ви-
ду, что современные научно"технические достижения
позволяют реrулировать процесс сварки и не только
предотвращают ее вредные последствия, но и использу-
ют этот процесс для повышения работоспособности кон-
струкций.
t э. ТРЕSОВАНИЯ, ПРЕДЪSlвпSlЕМЫЕ
к ТЕхнопоrичным СВАРНЫМ КОНСТРУКЦИSlМ
Технолоrичными считают конструкции, материал и
форма которых позволяют применять наиболее произво-
дительные способы их изrотовления, транспортирования
и монтажа при обязательном соблюдении условий экс-
плуатации. Учет технолоrичности в процессе проектиро-
вания стальных строительных конструкций базируется
на трех принципах, разработанных профессором
2.......462
-----17.......
Н. С. Стрелецким: 1) экономия металла (проектировоч"
ный принцип); 2) экономия трудовых затрат (производ-
ственный принцип); 3) ЭКОНО IИЯ времени за счет сокра..
IЦения сроков производства работ (орrанизационный
принцип). Он начинается на стадии разработки черте..
жей КМ (конструкции металлические), т. е. в проектных
орrанизациях. Здесь помимо обычноrо соответствия кон-
структивноrо решения архитектурной и технолоrической
е
частям проекта устанавливают качественнын и количе..
е u
ственныи уровни технолоrичности, а именно: в какои ме..
ре создаваемая конструкция удовлетворяет основным
требованиям технолоrичности и каковы основные пока-
затми технолоrичности и технико-экономические харак"
теристики в сравнении с ранее выполненными nporpec-
сивными проектными решениями.
При разработке чертежей КМД (конструкции метал..
.,1ические, деталировка) работа по учету и проверке тех-
нолоrичности продолжается в конструкторских отделах
заводов-изrотовителей. Она заключается rлавным обра-
зом в учете производственных особенностей cBoero заво-
да, обеспечении необходимых удобств и экономичности
перевозки, удовлетворении дополнительных технических
требований (ДТТ), которые прилаrаются к доrовору на
изrотовление конструкций, заключенному между заво"
дом и заказчиком (монтажной орrанизацией).
Результатом проде.панной работы ДОЛ}I{НО быть мак-
симально возможное отражение в рабочих чертежах ос-
новных условий и требований технолоrичности сварных
конструкций.
1. Наименьшие стоимость и расход металлопроката
за счет снижения массы конструкций, применения наи-
более эффективных rvlapoK стали и профилей, рациональ-
Horo раскроя металла (с Iинимальными отходами) и ис-
пользования проката стандартных размеров.
2. Создание в проектном решении предпосылок для
'наименьшей трудоемкости, стоимости и сроков изrотов-
ления конструкций. Это требование предусматривает:
а) максимальную типизацию конструктивных эле-
е
ментов и стандартизацию детален по нормалям заводов-
изrотовителей для обеспечения изrотовления конструк-
ций на поточных линиях;
б) учет допусков на прокзт металла, изrотовление и
монтаж конструкций с целью получения точной reoMeT..
рической формы сооружения простыми, малотрудоемки-
ми способами;
----18----
в) перенос трудоемких операций сборки и сварки с
монтажной площадки в условия высокомеханизирован..
Horo завода..изrотовителя и поставку конструкций круп..
ными блоками при непременном учете размеров и rpy..
зоподъемности транспортных средств;
r) перенос трудоемких операций монтажной сборки
и сварки по возможности сверху, из проектноrо положе..
ния, вниз, на площадку укрупнительной сборки;
д) применение передовой технолоrии изrотовпения и
u u
монтажа автоматическои и полуавтоматическои свар..
ки и кислородной резки, кондукторной сборки и образо..
вания монтажных отверстий, безвыверочноrо монтажа
и т. п.
3. Обеспечение в проектном решении условий для
осуществления высококачественных сварных и болтовых
соединений (расположение сварных швов и болтов в ме..
стах, удобных для производства работ, а также для кон..
троля В процессе изrотовления, монтажа и эксплуата-
ции) .
4. Предотвращение возникновения больших остаточ"
ных сварочных деформаций и напряжений (в местах
скопления и пересечения сварных швов, в асимметрич"
ных сечениях и т. п.) за счет выбора рациональной кон..
структивной формы.
5. Создание условий для такой технолоrии изrотовле-
ния и монтажа, которая не снижала бы эксплуатацион-
ную (несущую) способность сварных конструкций и не
вызывала бы склонность к хрупкому разрушению.
6. Разработка таких проектных решений, которые
предопределяли бы надежную эксплуатацию конструк-
ций в течение расчетноrо срока службы здания или со..
оружения, минимальные трудовые и денежные затраты
u u
на содержание конструкции, текущии ремонт и возмож-
ную реконструкцию.
Практика показывает, что одновременное соблюдение
всех условий технолоrичности сварных конструкций за-
труднительно вследствие противоречивости способов и
приемов их учета при проектировании. Однако даже про..
стой анализ перечисленных требований с внесением по..
правок, оптимально отражающих их противоречивый
характер, существенно улучшает конструктивные реше-
ния, повышая их технолоrичность.
2*
о 4. ОСНОВЫ РАСЧЕТА СТРОИТЕЯЬНЫХ констРУКЦИА
Конечная цель расчета любой конструкции состоит в
использовании полученных результатов для оценки при-
rодности конструкции к эксплуатации в сочетании с эко-
номичностью, что находит отражение в выборе общеrо
метода расчета на внешние воздействия.
До 1955 r. строительные конструкции в нашей стра-
не рассчитывали на прочность по методике допускаемых
напряжений, введенной в практику в 1826 r. француз-
ским ученым и инженером л. Навье (1785 1836). Со-
rласно идее методики, напряжения О' от фактической на-
rрузки (рабочие напряжения), подсчитанные по форму-
JIaM сопротивления материалов, не должны превышать
допускаемоrо значения [0'], полученноrо делением пре-
дельноrо (опасноrо) значения О'пред на коэффициент за-
паса К;
а < [о] == Опредl К.
(1. 1)
ля строительной стали опасно появление текучести, и
поэтому О'пред==О'т (рис. 1.7).
Основными недостатками указанной методики явля-
ются: 1) принципиальная идентичность коэффициента
v
запаса для всех конструкции из данноrо материала и
невозможность учета специфики работы разных конст-
рукций; 2) невозможность учета фактической изменчиво-
сти наrрузок и механических свойств материала; 3) не-
достаточный учет развития пластических деформаций.
Вследствие перечисленных обстоятельств коэффици-
ент запаса оказывается условным. Это приводит К не-
v v
равнопрочности различных сооружении, конструкции и
их элементов, отчеrо страдает экономический эффект,
KOToporo потенциально можно достиrнуть расчетным пу-
тем.
Выход из создавшеrося положения был найден вен-
терским ученым r. Казинчи, который в 1911 r. предло-
}кил проводить статистическое изучение наrрузок и ме-
ханических свойств материалов. В нашей стране эта
идея была заострена в специальную проблему профес-
сором Н. с. Стрелецким. Она нашла отражение в разра-
ботанном под ero руководством методе расчета по пре-
дельным состояниям.
Этот метод начал применяться в СССР с 1955 r. по-
сле утверждения OCHOBHoro руководящеrо документа по
проектированию Строительных норм и правил
........ 20 ----
(СНиП). в настоящее время б
по предельным состояниям
рассчитывают все конструк-
ции промышленных и rраж-
v
данских здании и сооруже-
ний, мостов, а также мон.. бт
тажные приспособления, за
исключением механических
"
узлов и деталеи, относящих..
ся к области машинострои-
u
тельных конструкции, кото-
рые по..прежнему рассчиты"
вают по допускаемым напряжениям.
С 1962 r. на новую расчетную методику начали пере-
ходить страны члены Совета Экономической Взаимопо-
мощи (СЭВ). Постоянной Комиссией СЭВ по строитель-
ству были утверждены «Основные положения по расчету
строительных конструкций и оснований», разработанные
на базе соответствующей rлавы СНиП II..A.I0..71.
В 1973 r. этот документ принят в качестве стандарта СЭВ.
В 1976 r. в результате дальнейшеrо совершенствова-
ния метода расчета по предельным состояниям в содру-
eCTBe с учеными социалистических стран утвержден и
введен в действие новый стандарт (Ст. СЭВ 384..76), ко-
торый, соrласно «Конвенции о применении стандартов
СЭВ», является обязательным для применения в доrо-
ворно-правовых отношениях по экономическому и науч-
но-техническому сотрудничеству и в народном хозяйстве
стран членов СЭВ. В нашей стране этот стандарт ут-
вержден rосударственным комитетом СССР по делам
строительства (roccTpoeM СССР) и введен в действие с
января 1978 r.
Под предельным понимается такое состояние конст-
рукции, при котором она перестает удовлетворять предъ-
являемым к ней эксплуатационным требованиям или тре-
бованиям во время возведения. Поскольку причины пре..
кращения эксплуатации разнообразны, конструкция
может иметь несколько предельных состояний. Cor ласно
указанной rлаве СНиП, различают две rруппы предель-
ных состояний: 1) по потере несущей способности или
неприrодности к эксплуатации; 2) по неприrодности к
нормальной эксплуатации.
Предельные состояния первой rpYnnbI характеризу-
ются двумя признаками. Первый относится к конструк"
циям, обладающим большой жесткостью, для которых
о
е
РИС. 1.7
..... 21
остаточные деформации несущественны или маловеро-
ятны по условиям работы. При высоком качестве изrо-
и
товления эксплуатация таких конструкции может про-
должаться вплоть до исчерпания неСУLЦей способности
(вследствие потери прочности, устойчивости или устало-
cTHoro разрушения).
В деформативных конструкциях решающим является
второй признак, коrда чрезмерные остаточные деформа-
ции (вследствие текучести материала, ползучести, подат-
ливости соединений или образования трещин) делают не-
и и
возможнои дальнеишую эксплуатацию, хотя несущая
способность еще не исчерпана.
Сопоставление обоих признаков приводит к выводу,
что пределом несущей способности конструкции являет-
ся наивысший предел ее эксплуатационной способности.
Особенность расчета по первой rруппе предельных со-
стояний состоит в учете изменчивости обстоятельств ра-
боты конструкции или сооружения, осуществляемом в
трех направлениях: учет изменчивости наrрузок, измен-
чивости механических свойств материала и изменчиво-
сти условий работы конструкции, сооружения или их эле-
ментов.
Основными характеристиками наrрузок и друrих воз-
действий, вызывающих реактивные силы (изменение тем-
пературы, смеLЦение опор, усадка и Т. д.), являются их
нор.м.ативные значения, Т. е. значения, близкие к наи-
большим наrрузкам и воздействиям при нормальной экс-
плуатации. Их устанавливают rлава СНиП 11-6-74 [18].
Возможное отклонение в неблаrоприятную (большую)
"
сторону от нормативных значении вследствие изменчи-
и u u
вости или отступлении от условии нормальнои эксплуа-
тации учитывает коэффициент надежности по наеРУЭ1Се
'Yf;?; 1 (см. табл. 1 прил. 1), принимаемый по той же rла-
ве СНиП в зависимости от вида наrрузки и с учетом до-
полнений и изменений, утвержденных roccTpoeM СССР
в 1980..........1981 r.
Наrрузки и воздействия, получаемые путем умноже-
ния их нормативных значений на соотвеТСТВУЮLЦие коэф-
фициенты надежности, называются расчетными!
F == Рп 'Vt; q == Чп Yt. (1.2)
Они представляют собой наибольшие возможные на-
u
rрузки и воздеиствия за время эксплуатации сооруже-
ния. Таким образом, коэффициент надежности по наrруз-
ке корректирует неточно установленную нормативную
..... 22 .......
наrрузку на основании
.,
полученнои из опыта рас-
u
четнои наrрузки.
Основным параметром
сопротивления материала
силовым воздействиям яв-
JIяется нормативное сопро-
тивление Rn, устанавли-
ваемое с учетом условий
u
контроля и статистическои
u
изменчивости своиств
материала. За норма..
тивное сопротивление рас-
тяжению, сжатию и из-
rибу прокатной стали принимают, как правило, наимень"
шее контролируемое (браковочное) значение предела те-
кучести О'т, rарантируемое rосударственными стандартами
(rОСТами) или техническими условиями (ТУ) на ме-
талл. Оно обозначается Ryn. При отсутствии ярко выра-
u u
женнои площадки текучести за условныи предел текуче-
сти принимают напряжение 0'0,2, соответствующее оста-
точному относительному удлинению 0,2 О/о (рис. 1.8).
Если эксплуатация конструкций, работающих на рас-
тяжение, возможна и после достижения сталью предела
текучести (например, трубопроводы, цилиндрические ем-
кости и прочие подобные конструкции, подверrающиеся
внутреннему давлению), то за нормативное сопротивле-
ние принимают наименьшее rарантируемое значение пре-
дела прочности (BpeMeHHoro сопротивления) О'в. Ero обо-
значают Rиn.
В целях полноrо использования прочностных свойств
u
строительных сталеи их нормативные сопротивления ус-
тановлены в rлаве СНиП 11-23..81 [21] дифференциро-
ванно для каждой марки стали с учетом rруппы прочно-
сти, вида проката и ero толщины (табл. 1.1).
За нормативное сопротивление растяжению, сжатию
и изrибу алюминиевых сплавов принимают меньшую из
двух величин: 0,7 О'в и 0'0,2.
Возможное отклонение сопротивления материала в
неблаrоприятную сторону от нормативноrо значения учи-
тывают коэффициентом надежности по материалу ,\,т. Он
отра1Кает изменчивость свойств материала и их отличие
от свойств отдельно испытанных образцов. Ero значения
установлены в пределах от 1,025 до 1,15 с учетом особен..
"
68
60,2
е
РIIC. 1.8
23
a>ci>co ::! '1:)11:) С) С) С::Н:::Н:::> 1.t)C)C)C) 11:)11:)11:)11:) C)11:)11:) 1l)C)C)
i:1t:: 11:)11:)<0<0<0<000 1/)<0<000 ('t)LO <ОI1:)I1:)Il)t--<о
C't:)C't:)C't:)C't:)C't:)C't:) C't:)C't:)C't:)C't:) C't:)C't:)C't:)CW)C't:)C't:)C't:)C't:)C't:)
о: t-o=::
ё a>t-o
D"O.
Co С)С)С)С)С)С)С) С)С)С)С) С)С)С)С)С)С)С)С)С)С)
g,.c.... =-
>а 0= C"I....C't:)C't:)C't:)C"IC't:) ('t) C"IC't:) C"I....('t)C't:)t--<О C't:)f:::iСО
Q. и C"IC"IC"IC"IC"IC"IC"I C"IC"IC"IC"I C"IC"IC"I C"IC"IC"IC"I C"I
f-
U
= .
Q . , со
=...0 :I I.t)
.g.a: O е C"I
.g. QJ а) c:= С)
:! 8 g. .. ..
= .... ....
.а са и
u
f- eJ I 1l)1/)C)C)C)C) 1t)C)C)C) 1t)1l)1.t)1/)C)It)Il)Il)C)O
:s: OeJco
Q lat:: <O<Ot--t--t--t-- <Ot--t--O) 11:) <ОIl)t--<О<О<ООО
Q. C't:)C't:)C't:)C't:)C't:)C't:)C't:) C't:)C't:)C't:)C't:) C't:)C't:)C't:)C't:)C't:)C't:)C't:)
f- ::=::
U t-ot-o
со О .
о:: ::I! со а) 1/)Il)I.t)1/)1t)11:) Il) I.t) 11:) 1/) 1/)1/)1/)It)Il)Il)1/)1/)Il)
Сос=::
ооа: =- ....C't:)C't:)C't:)C"IC't:) C'8 C"I....C't:)C't:)fN<O
8:( :Си C"IC"IC"IC"IC"IC"I C"I C"I C"I C"I C"I C"I
f-
>.
Q .
Q. tW
С ...
Q 8
'- t: О)
Q := С)
= со I
::а 00
..Q I
о ('t)
(:) C"I
f- 1- r:c t-- С)
U tr 11:) ('t)
=:: О c't:) I
t; C"I ....
:: = I
:r: f-t
= u -= U ....
Q О О О
=
. tr Е--е
:r: ... :lI
f-
Q са О .. .. .. .. ... .. ..
Q. ..Q с)с)СОС)С)С)С) С)С)С)С) С)С)С)С)С)С)С)С)С)С)
с C"I,IIII, C"IC"IC't:), ....C"I....C"I....C"I....C"I....C"I
Q :1 а:: I 1 1 1111111111
u t; ::Е J.... .........
о f- ........ .... .... .... .... ....
u C":) C"I c't:) ....... .... .... .... ....
=
f-
U
tr
U
С.
...
:: -=
=-= ,== .==
о О :lI о
со CQ == CQ
:! t:: о == о
::с Е-о о Е-4
() u
= со :s:
:: ...
f- t=: ее t=:
:Е
С.
Q .... C"I
= . I
11:) 11:)
. () ()
....... = =
=::
1; с,) c't:) ('t)
со t:: Е-о re
t-o U U
и 00
== aI ......
J:: .. .. ..
g. t:: ....... .... C"I .... C"I
со I I I I I
\с) () <о <о 11:) 11:)
со 00 t:: () () t:: t::
.... = = () tJ
Е--с = = .. u = ('t) ('t) ('t) ('t) ('t)
t:: и=() tJ t::ut::() Е-о fo4 fo4 f- fo4
::.:: =() t:: U U U U U
00 00 00 00 00 00 0000 r:Q r:Q
.....с ..... .... ....... .... .... .... .....
...... 24
00000 о
1.l)1.l)1.l) 1O 1.l)
C't)C't) c't) c't)
10 1.l) 10 10 10 10
.....OQ) C"I .....
C"I C"I .... ..... C"I C"I
1.l)
о
..
.....
1.l) 10 10 10 О О
COCOCOCO
c't) c't) c't) c't) c't) c't)
C"IC"I ""' C"I
.
....
t---
I
о
00
tt)
u
О
..
.. ..о
00080
III....л'
........ .
C"I .
о
.
I
.....
C"I
-=
о
о
...
и
==
t:;:
C"I
!2
C'I:)
...
u
10
5 ё
C'I:) (.)
... C'I:)
u ...
u
..ll:) U
иС
C t::
C'I:)C'I:)C'I:)C'I:)
.........E-t
uuuu
1.l)1t)1t)01t)1t)0000 00 SO ooo о
1.l) Ct)соlt)ё'.)to- со OO C't) Ct) IQ
C't)C't)«)C't)C't) c't) C't)C't)«)C't)C't) ct)
ooooooooooo o 1t)1t) It)It)1O 10
C't)C"I.... C"It-- 1.l) C't) С'10 .... .....
C"IC'1C"1C'1C"1C"1C"1C'1C'1C'1C"1C"1C'1 с'1 с'1 ..... ..... с'1
1.l)
C"I 10 Lt')
О О <:)
.. .. ..
.... .... ....
10:8100101000001000 1010101000 <:)
СО СО1Оооt--оо соQ)оо COCOCO t--
C't)C't) C't)C't)C't)C't)C't)Ct)C't)C't)C't)C't) c't) c't) c't) c't) c't) c't)
1t)1t)1t)1t)1t) 1OIt)1OIt)It) 1O 1t)101t) 101t) 10
C"I""' C't) ....o C"I C\iI
C"IC"IC"IC'1C"1 С'1С"1 C"I ""C"IC"I C"I
О О
* QO
00 .... I
I t--
C'I:)
C"I I I.f)
о о
C'I:) о 1"'-
. 00 О
.... C'I:) .....
.
. f--t f-
.... U U
о о
..
.. .. .. .. .. .. .. .. ....о ..
0000000000000 000000
....C"I,....C'1C't).....C\iI....C\iI«)....C"I C"I,.....o 1
I ,...., о
ll....lllJ1Jllll . ........ л. .... ....
....С'1 ....C"I .... ....C\iI .... C\iI.
-= .=
:i5 :i5
= =
:r= = ""
о о \о
и и
""
ее ее f-4
.... C"I
. .
10 1.l)
(.) и
t:: t:: 10
C'I:) c't) с ..
... ... и u
U U C'I:) с
... C'I")
u ...
.. .. u
.... .... .... ..10
. . I . I
C"I СО Ф 10 10 C"I сои gB
t:: () и 5 t:: С иС
с с u C
C'I") C'I") c't) c't) ("t) c't) c't) c't) C'I') ("t)
E-t ... E-t E-t E-t E-t "'E-t E-tЕ--
U U U U U U uu uu
CO CO
----- 25 -----
......
....:
I
. ::s с::> сно
.ue)co Q:' U:)1.t:) t--
°at:: ('\') ('t) ('t)
I!=
cu...
D' О _
U с.си ==- L.t:) l.t:) 1.0
сес::: C'I CiI
с..о:с Q: C'I C'I
u
-:S:.
.cofooO)
:S:lI:gt")o. 1.0
:t;: J с::>
.. ..
(1)0) :s:
a gc.
0)- с:: l.t:)C::>C::>
00) со
:ct::t:: ::s t--
Q: ('\') .
I-ofoo
со О -
::Е а. CU l.t:) u) l.t:)
C.8:S: I с::
о :с :=.. ..
:си Q: CiI C'I
>.
:.:
са
t':I
(-о
8 *
со ..
t:: t--
со I r--
:с I
со
с>
r-- et:)
:с О t--
t:: .... 00
:s: f-4 f-4
U U
u О О
о t....
"-
со 1.0 со
::с
I ('\')
I I I
! ...
...
со
со
t:
с:.
:s:
t; t:::
со U
foo ('1')
U Е-о
со U
:.: t:Q
с.
со
t::U
t:::
C'I? C'I?
I E-o
UU
CQCQ
t:
....
::с
с::::
с
<:)
t:::
с::> С::>С::>С::>С::>С::> С::>ОС::>С::>С::>С::>С::>1.ОС> L.t:)
...... ('\') ('\') со 1.0 C'lCilOSCOL.t:)OCOOo) со
. . . ... .l.t:).L.t:). .
с::> L.t:) C::>1.OL.t:) C::>01.01.08L.t:)L.t:)C::> с>
со с::> C't:)CiI о)ОО('\')...... L.t:)('\')CO.
C'I c't:) ('\')C't:) C'lC'IC'f:)('t)('\')C't:)C't:)('\')C't:)
Lt:)
L.t:) Lt:) CiI
с::> с> с::> с
.. .. .. .. ..
...... .... .....
с::> с::>ос::>с::>с::> C::>C::> C::>C::>C::>8 8
c't:) l.t:);.r--co . . r-- со .....
. ... .....l.t:).l.t:) .
1.0 l.t:) l.t:) 1t) l.t:) 1t) 1.Ol.t:) l.t:)l.t:)l.t:)C> It)
о) .....c::> ('t) C::>o).C'lc::>co.r--
C\I C't:)C't:) ('t) ('t)C'lC'f:)C't:)C't:)C'f:)('t)('t)
::s::ф
E-t() t-- О
О I
::r: r-- CiI
g et:) о
COet:)
Q. .
= ....
.:S: f-4
u.....
:с O
8 t....
2
ra . ..
Ос::>с::>с::>с::>с::>с::>
=.......C'lC't:)......C'I
IIIIII
cac::>...... ......
E-t CiI .....
U
Ct'i('\')
r-- t-- С>
I I
CiI c't:)
0000
С>
фО) с?
I
f-4 f-4
UU
00
t.-.. t....
ct'i
r--
I
00
C'I
о)
....
Е-
U
о
а а а а
C::>C"IC::>C::>C::>C::>C::>C::>C::>
C'lC't:).....c-аC't:)......C'I.....с-а
II1111111
. ...... . .
C'I ..... C'I .... ....
.
Q)
I
.
.:s: e:i.= .= e:i = e:i'=: -=.=: .= -= -= ci
00::a 02 020220 2 о
C:Q::c r:a:ж: r:a::cr:a::c::Cr:a :Ж: со
00:с::С0:с 0:ж:0::с::С0 :Ж: о
E-оE-tО°E-tо 0E-t0°E-t О
()()()()()() ()()()()()() () ()
:S:::=ca = :S::: ::S:: = са =
-&6 -& -&1::; -&6 е
.... C'I
...... Q.
с:.
uc.. о.. ... "-'
= "-' u u u
t'- C"iI
t- . L.-. '-- t....
u......
ro ф о') о) с') о)
с::> о Q О О
5S0 000 U')U')1l)000 000000 U')O 55 ссс
; (N......U') со со U') U') c't:) ...... U') . t-- со cr:> со U') LQ 11:)
. .... .... ...... .. . .
0 00fБ0 oocooo:g LQIl)OIl)OO 00 О сос
;; . c't:) (N ...... ...... 00 ......U') ...... c't:) ..... c't:) cr:> 0C)
cr:> ct) cr:> cr:> ct) cr:> cr:> ct) cr:> cr:> cr:> cr:> cr:> cr:> cr:> cr:> (N
Il)
U') LQ U') U')
О ...... О О С С
. . .. .. .. .. ..
...... ...... ...... ..... ...... ......
ооооос 08 05500 0000055 с оое
t-соU') cr:>t-- о) t-- cr:> cr:> со U') ос) t-- со t-- t-- ('.
... .. . ...Il) . . .. . . ..
U') Il)U')U') U')U')I1:)LQLQIl)О 11:) LQ О Il) Il) Il) LQ Il) U') Il) Il) 11:)
O coco U').cr:> g:Ф cr:> COIl)C"') . . Cn
Ct)cv,) CN cr:>cr:>cr:>cr:>cr:> ct) cr:>cr:>cr:>cr:>cr:>cr:> c't:) cr:> cr:> )
ct)cr:> .. ct)C'f:)LC LC
cr:> et:) cr:> О cr:> c'f:)
...... t-- со t-- t-- t-- OQ t-o-cr:> t-- t'-- t--t--t-- t--
I I t-- I I I . It-:- I I I I 1';- r-:..
c'f)
I ..... ...... ..... """......ф"""
с
00 00 о 0000 00 О 0000 00 00 oooo oo
LQ et:) ......C"')"""
о) о) I фф Ф I Cnо) фф фф . I I
...... ...... cr:> ...... ...... .... ...... ..... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... .....
I I . I I
f-- f-- (--4
u u ...... uu u ...... uu uu UU.................
о о ОС Q 00 00 OO>.>
;... (--4 (--4 t..... f--t Е--
..
.. ."0 cn .. .. ..с .. ..
o oocoU') Ic Oc о оосо .. ..
!i!ill ......cr:>......cr:>CnC'f:) c'f:) cn cr:> о) 0).....(.0
LQIIII I I 1 I I 1 I I I I f II v
.. с ..... cr:> ...... О ...... ...... O ..0 .-
..... cr:> со ос) ...... (Y)CO ...... ...... ..... ...... ......
-= .::s: -="0=: -= = -= .,;-= ::s: ::s: .::s:" ::s: ::s:: ::s: ::s:
2 о 02 о 2 2 02 о:а 020 C
:= со СО::с со := :1: со:= со:= CQ := са а::
:= О О::с о := := 0:= 0:= О:=О::СС
о Е- \с) Е-о Е- О О Е-о Е-О E-оЕ--оОЕ-о
U U Uu U u u ии uu UUUUU
:s:: с.. ::S:ro ::s: ::S: = :s:: C'I:S ::s:: C'I:S ::::
-er f-- -e- е е -& e -e-t:: G
>. ...... C"J
-.......
Е- t::{ t::
...... ...... с.. с.. :r: t::t:
u u t...
C\I c't U :r:
t..... t..... ><
о о . I.Q О
..... ..... .... ..... .....
......
.
8CJ&O
=Iс:
\с ...
t:S сио
3Joi
=
cu Q.. =
:!
cu
.
.;.= 8
()
't) .g.... Ia
() 8=!Е
cи
t:::: 1:11::(
cu .
Оси&о
=:ас:
18.ф
C::=
B=
i
а:::
t! 1(.) О 0010
..... О') 00 00 (о
1(.) -.::tt -.::tt-.::tt-.::tt
010 10 10 10
t-- 10 10 10 10
ct) С\') C't:)C't:)Ct)
.
5 10
=ae о ..... .....
.. .. ..
0"- ..... ..... .....
с
00 000
t! С\') С\') .....
10 10 1(.)
8
=-
ct) С\') C't:)C't:)C'f,)
С\') C\')
t-- t-- t--t--t--
I I I I I
C':I C':I .....
0000 000000
C':I C':I C':I
О') О') 0)0')0')
..... ..... ..... ..... .....
f-4f--4 f-4
UU UU
00 000
O C':II(.) О
I 1(.) ct) 111
I f
-.::tt -.::tt -.::tt С\')
ct)
-=-=: -=:-=-=:
00 0210
CQCQ CQ=eQ
00 0:=0
f-4 Ol-l
ии иии
== = =
t:: t::e
u
t::
t::{
ее
« :I:
u
J.-. ><
-.::tt 10 О
.... ..... .....
>-
.
«1
...
g
&о
=
=
...
8
""
..
&о
5
со
t:
=
5
...
D
&о
..
с:а.
'"
10 1(.) о 10
С\')С\') t--
10 10 10 С\')
80100
О t-- C':I
-.::ttCt)С\')
.....
..
0000
О') О') t-- .....
u) 10 10 -.::tt
0000
-.::tt.....1О
-.::tt -.::tt С\')
.а
а::
u
а::
=
tr
О
а.
с
О
О
u
:2s
r:Q
t-- (о t--1 О')
I t-- t'--
· C':I ·
C':It'--ооО)
OO(O
tCO')oo
0'). .
.....С\').....С\')
U.....u.....
o o
J.-.
00
1111
-.::tt (о С\') (о
ct) .....
-=:.= -=
О О О
CQ CQ CQ
O O о
\о f-4 \о 1-1
и и u
=а.=а. =
t:: r:;: r:;:
е
<
(о
.....
..... 28 ......
10 10 10 tt)
С\') С\') о) О')
10 10 10 10
801010
О ..... .....
-.::tt1О1О
10 10
..... ..... ..... .....
.. .. .. ..
..... ..... ..... .....
8
10 10 (о (о
0000
-.::tt -.::tt О') о) О
-.::tt -.::tt 10 10 С
=
=
Ef
а::
О
..а
f-4
tO
::а
=
:=
=
а.
с
C\')I.O(O
11 t-;-
C':IooC':l
00 000 t'--
C':IC':IC\')t'--
O')O)
..... ..... ..... .....
. .
U U ..... ...... f-4
oo
f--t
Q)
5
C':I o
1111
...... ...... ......
g
>- <
gf::"ee
ee
<UU
:::I::
00 10 C':I
..... ..... ..... .....
c:iф
gJ
t-
1(.)
('t)
O
:s
= о
gca
=cu
CU
a::
&ш
=cu
E-
00
=
:15
u
О
==
О
... :s
.....('t)
t--O
ICQ
0=
00=
('t)eQ
f-4
.. u
'7 U
..... О
.............. L...
o
ф О
t::
а.
::2CQ =
а.а> CQ
:a t)
:=
ogj o
=и ::'::1-1
::.:: cu
О .:а:= 00
:geQ S::s
=I-I ti ia
O U=: u
L-.==:= >-
ocu:J4Q) 0=
:=trt:a= =0
= eaa::
эg;-=g :а
O=O \O
-&\0 := 1:{ О I
ocu =
.aa:8 а::"""'"
=а:;::=:= .
a t)....
t::Iu0tr 00
а:: а. -= C':I
0tll:C 0000')
i- O <d "'"
= и C u
:= .
:a""' oU
.....: tr = = а.е d
& O ар
.. = tr...... О С\')
tII: u ..... с
= "'OI О
:= s2 а. =:2; C':I с?
(,Jtll:t:;CU:= "'"
Q)= = .....
...tr:=f-4:=f064
cu=cuucu =.....
:s g; tII: =u
=Q)=a:::sa.
a. ct) :S: t:: =
. . ......... . О') а::
...... -.::tt 100=
.....
00
.
С\')
.
.....
.....
t::
=
::с
u
:2s
CQ
«1
а::
'--
i-
cu
CQ
U
са
t::{
О
:8
eQ
cu
О
=
О
00
.
с
('t)
v .
постеи контроля механических своиств стали, предусмот-
ренных rОСТами или ТУ на поставку проката.
Характеристика, получаемая делением нормативноrо
сопротивления на коэффициент 1т, называется расчет-
Нbl.lи' сопротивлением материала:
R == Rn/Ym, (1.3)
Она представляет собой наименьшее возможное сопро-
тивление материала за время эксплуатации. Значения
R установлены нормами проектирования. В табл. 1.2
приведены формулы для определения расчетных сопро-
тивлений прокатной стали по СНиП 11-23-81, в табл.
1.3 rOToBble численные значения расчетных сопротивле-
ний алюминиевых сплавов по СНиП 11-24-74 [19].
т а б л и ц а 1.2. Расчетные сопротивления R прокатноА стали
Расчетное сопротивление
Форму па подсчета
Растяжению, сжатию, изrибу по пре-
делу текучести R,
То же, по пределу прочности R.
Сдвиry Rs
Смятию торцовой поверхности (при
наличии приrонки) R"
Смятию местному в цилиидрических
шарнирах (цапфах) при плотном ка-
сании R,P
Диаметральному сжатию катков (при
свободном касании в конструкциях с
оrраниченной подвижностью) Rcd
Растяжению в направлении толщины
проката Rt1a
Ry==Rgn/Ym
Rи==Rиn/Ym
Rs==0,58 Ry
Rp==Rи
Rlp==0,5 Rи
Rcd==O,025 Rи
Rth==0,5 Rg
Особенности действительной работы материала, эле-
u u .
ментов, а также конструкции, здании и сооружении в це-
u
лом, имеющие систематическии характер, но не отража-
емые в расчете прямым путем, в необходимых случаях
учитывают коэффициентом условий раБОТЬt 1с. Он вво-
дится в качестве множителя к значению расчетноrо со-
противления и отражает влияние температуры, аrрессив-
u .
ности окружающеи среды, длительности и мноrократнои
повторяемости воздействия, приближенности расчетных
схем и предпосылок (ус< 1), а также перераспределение
усилиЙ, деформаций и прочие блаrоприятные факторы
(Ус> 1).
Численные значения коэффициента Ус установлены
rлавами СНиП [19, 21] (см. табл. 2 прил. 1) на основа-
29
Т а б л и ц а 1.3. Расчетные сопротивления R алюминиевых сплавов
Значения R. МПа. для СМа808
термическ и иеуп- термически упрочняемы.
РОЧНJlемых марок марок
Расчетное сопротивление
t: 11) .....
..... ..... .....
0-04 L.
IQ u)
0-04 ....
< -с -с < -с < < о') о")
..... .....
Растяжению, сжатию, 25 40 70 125 55 100 125 175 195
иэrибу по пределу теку-
чести R.,
То же, по пределу проч- 35 55 85
ности R",
Сдвиrу R. 15 25 40 75 35 60 75 105 115
СМЯТИIО торцовой по- 40 60 105 180 80 145 180 265 295
верхности (при наличии
приrонки) Rp
Смятию местному при 20 30 50 90 40 75 90 130 145
плотном касании R'JJ
При М е ч а н и я: 1. В таблице учтены изменения и дополнения к
rлаве СНиП 11-24-74, введенные в действие с 1.07.81 r.
2. Расчетные сопротивления получены путсм умножения соответст-
вующих числовых данных указанной rлавы на коэффициент 0,0981
и окруrления до значения, KpaTHoro 5 МПа.
З. Значения расчетных сопротивлений соответствуют температуре на-
ружноrо воздуха в интервале от 65 до +50 ос. ДЛЯ конструкциЙ,
эксплуатируемых при температуре выше +50 ос, табличные значения
R следует умножать на коэффициент KT< 1, приводимый В СНнП
11-24-74.
4. Полуфабрикаты из термически неупрочняемых сплавов поставляют
в виде листов (все марки) и труб (AMr2M), из термически упрочняе-
мых сплавов..... в виде профплеЙ (все марки) 11 труб (все марки,
кроме АД31Тl и АД31Т5).
"ии экспериментальных и теоретических данных о дей-
ствительной работе материалов и конструкций в услови-
ях эксплуатации и строительства. В большинстве случаев,
при нормальных условиях работы, коэффициент Ус== 1 и
мо>кет быть опущен.
Степень ответственности и капитальности зданий п
. u
сооружении, а также значимость последствии наступле-
ния тех или иных предельных состояний в необходимых
-случаях учитывают коэффициентом надежности по на-
значению yn 1. Ero численные значения установлены
«Правилами учета степени ответственности зданий и со-
оружений при проектироваНИII КОНСТРУКЦИЙ», введеННЫl\IИ
18 действие [OCCTpoe 1 СССР с 1.07.81 r. (см. табл. 3 прил.
....30......
1). На этот коэффициент следует делить значение рас..
четноrо сопротивления материала или умножать значе..
ния расчетных наrрузок и воздействий (усилий).
Для удобства и упрощения расчетов rлава СНиП.
lI..A.lO..71 разрешает вводить коэффициенты,\,с и Уn В рас..
четное сопротивление материала. Тоrда формула (1.3)
принимает вид.:
R == Rn yc/(Ym Уn). (1.34)
Идея расчета по первой rруппе предельных состояний
заключается в выполнении требования, чтобы наиболь-
шее возможное за время эксплуатации усилие не превы-
шало значения, соответствующеrо минимально возмож"
ному сопротивлению рассчитываемоrо элемента конструк"
пни:
Nmax Фmlп.
(1 . 4 )
Левую часть этоrо неравенства можно представить
в развернутой форме:
Nmax == I i Fin Yfi.
Здесь Cli символизирует переход от расчетных наrрузок
Fin == р1п Yfl + р2п Yf2 +.. ·
v
К искомому усилию, осуществляемыи в рамках статиче..
CI{OrO расчета конструкции.
Правая часть
Фmiп == RA == [Rп Ус;' (Уnl уп)] А,
[де А ----- rеометрическая характеристика рассчитываемоrо элемента
(площадь поперечноrо сечения, момент сопротивления и т. п.).
ТаI{ИМ образом, неравенство (1.4) принимает вид:
a; Fin Yfi [Rn 1'с/(Ут 1'11)] А. (1.4a)
Учитывая, что aiFin ==Nin есть нормативное уси..
лис, при одинаковых коэффициентах надежности Yfl ==
=='Yf2 == ... == 1'f получим
У! "fNin [Rп l'с/(Ут 1'п)] А,
или, разделив обе части заПIIсанноrо неравенства на YtA,
Nin/ А "' Rn Ус/(1'! 1',п уп).
Но Nin/A представляет собой напряжение а, а
дробь Ус/ (У! 'Vт уп) можно рассматривать как коэффи--
циент запаса этоrо напряжения по отношению к норма..
* При расчете стальных конструкций и их соединений по пре..
делу прочности соответствующее расчетное сопротивлсние дополни
Te.1JbHO делят на коэффициент Уи == 1,3.
----- 3 1 .......
тивному сопротивлению материала Rn. Тоrда условие
(1.4a методики предельных состояний превращается в
обычное условие неразрушимости (1.1) методики допус-
каемых напряжений:
а R п/ К == fJпред/ К == [а] .
Проведенный анализ позволяет сделать вывод, что
ранее применявшийся метод расчета строительных кон-
струкций по допускаемым напряжениям является част-
о
ным случаем расчета по первои rруппе предельных со-
стояний, коrда коэффициенты 'Yf, 'Ут, 'Ус и 'Уп приняты по-
стоянными для всех случаев наrружения любых видов
о
конструкции.
Этот вывод показывает, что в методике предельных
состояний бывший единый коэффициент запаса К оказы-
вается расшифрованным и расчлененным на систему пе-
ременных коэффициентов 'Yf, ,\,т, 'Ус и ,\,n. Причем любая
составная часть коэффициента запаса может устанавли-
ваться и реrулироваться отдельно путем наблюдений за
о
режимом наrрузок, изучения своиств материала, срав-
нения особенностей работы различных конструкций, со-
оружений и их элементов. Тем самым создаются условия
для постоянноrо совершенствования методики расчета
о о
строительных конструкции на научнои основе.
Вторая rpynna предельных состояний оrраничивает
эксплуатационными требованиями в первую очередь Же-
Сткость строительных конструкций. Расчет производят по
нормативной наrрузке, т. е. без учета возможной пере-
rрузки (,\" == 1). Объясняется это тем, что конструкции
должны обладать необходимой жесткостью в течение
Bcero периода эксплуатации, а не в критические моменты
выхода из строя, характеризуемые предельными состоя-
ниями первой rруппы и коэффициентами '\'f-=l= 1.
Сварные строительные конструкции приходится рас-
считывать на жесткость rлавным образом при изrибе:
f/l fи/I. (1.5)
Здесь 1/1........ наибольший по абсолютному значению относительный
проrиб (зависит.от наrрузки, механических свойств материала, reo-
метрии и расчетной схемы конструкции); 1u./I......... предельное значе-
ние проrиба, оrраничивающее нормальную эксплуатацию. [приво-
дится В rлавах СНиП 11-24-74 и 11-23-81 (см. табл. 4 прил. 1)].
· н ормальн,ой эксплуатацией считается процесс беспереб.ойной
работы конструкции или сооружения, осуществляемый в соответст-
вии с предусмотренными в нормах или заданиях на проектирование
функциональными (технолоrическими или бытовыми) условиями.
----- з 2 ......
По существу, деформации второй rруппы предельных
"
состоянии не являются предельными в полном смысле
слова. Они сохраняют возможность для работы конст-
рукции и при больших наrрузках, хотя это может при-
вести к затруднениям эксплуатации вследствие мелких
повреждений, увеличивающих затраты на ремонт. Следо-
вательно, деформации второй rруппы лишь оценивают
рациональность и приrодность конструктивной формы и
поэтому полностью от нее зависят. Саму же конструк-
тивную форму определяют деформации первой rруппы
предельных состояний, которые, являясь абсолютно наи-
большими, лимитируют возможность эксплуатации по
объективным условиям.
r n 8 . 8 11. МАТЕРИАЛЫ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИИ
t 5. СТАпи
Сталь является наиболее распространенным материа-
лом сварных конструкций. Она представляет собой сплав
железа с уrлеродом. Уrлерод повышает прочность стали,
"
но снижает ее пластические своиства и свариваемость.
Поэтому для строительных сварных конструкций приме-
няют только низкоуrлеродистые стали (с содержанием
уrлерода не более 0,25 о/о).
Сталь обыкновенноrо качества, содержащая кроме
уrлерода так называемые нормальные добавки (Mapra-
нец 0,8 о/о, кремний 0,5 о/о) и небольшое количество
вредных примесей (сера, фосфор, иноrда мышьяк), до
"
недавнеrо времени поставлялась металлvрrическои про-
мышленностью только в соответствии с rOCT 380 71 *.
Ее получают мартеновским или кислородно"конвертер-
ным способом. Мартеновскую сталь выплавляют в спе-
циальных реrенеративных печах из чуrуна и железноrо
лома. В результате химических процессов, происходя-
щих в процессе плавки, в сплаве уменьшается количест-
во уrлерода, удаляются нежелательные примеси и до-
бавляются друrие компоненты. Кuслородно-конвертер-
ную сталь получают путем ПРОДУВI{И жидкоrо чуrуна и
ero примесей технически чистым кислородом. В связи с
"
идентичностью своиств сталь, выплавленную в мартенов..
ских печах и кислородно"конвертерным способом, в до-
кументах на поставку не разrраничивают.
3-----462
33
С развитием электрометаллурrии возрастает объем
выплавки строительной стали в электропечах. Эта сталь
., .,
отличается повышенноя чистотои в отношении содержа..
ния серы и фосфора. Перспективна по качеству истои"
мости сталь, выплавленная из железа прямоrо восста..
новления. В этом случае исходным продуктом служит не
чуrун, выплавленный в доменной печи, а rубчатое желе..
зо, получаемое обработкой рудноrо концентрата в спе..
циальных печах. Окончательный продукт выплавляют в
электродуrовых печах большой мощности.
По степени раскисления различают сталь кипящую,
спокойную и полуспокойную. Кипящая сталь (обознача-
ется «кп») получается при неполном раскислении спла-
ва, коrда после разливки в изложницы (толстостенные
чуrунные формы) остатки закиси железа FeO продол..
жают реаrировать с уrлеродом. Внешне это выражается
выделением пузырьков окиси уrлерода СО и бурлением
жидкоrо металла наподобие кипения воды. Для кипя..
"
щеи стали характерно неравномерное распределение yr..
лерода, серы и фосфора, называемое ликвацией. rолов-
ная часть и сердцевина слитка обоrащены примесями, а
периферия бедна ими. Неоднородность химическоrо со..
става сопровождается неоднородностью механических
свойств. Кроме Toro, кипящая сталь имеет повышенную
склонность к хрупкому разрушению (особенно впрока..
те толщиной 20 мм и более), что оrраничивает ее при..
менение в сварных конструкциях областью элементов,
находящихся в условиях статическоrо наrружения и
эксплуатируемых при температуре не ниже зо ОС.
СпОКОйНУ10 сталь (<<сп») получают при более полном
раскислении за счет введения в расплав ферромарrанца,
ферросилиция или алюминия, которые восприимчивы к
I{ИСЛОРОДУ сильнее, чем уrлерод. Дополнительное рас-
.,
кисление «успокаивает» жидкую сталь и придает еи
большую однородность по химическому составу и меха..
ническим показателям. Спокойная сталь имеет более
высокое качество, чем I{ипящая, и поэтому дороже при..
мерно на 10 12 о/о. Она применяется в КОНСТРУКЦИЯХ,
эксплуатируемых при температуре ни}ке зо ос, а так..
же независпмо от температуры в I{ОНСТРУКЦИЯХ, которые
работают в особо тя}келых условиях и подверrаются не..
.,
посредственному воздеиствию дина мических наrРУЗОI{
(балки рабочих площадок rлавных зданпй мартеновских
и конвертерных цехов, элементы бункерных и разrрузоч..
ных эстакад, воспринимающие наrруз!{у от подвижных
----- 34 ......
составов, подкрановые балки, фасонки стропильных и
ПОДСТРОПИJIЬНЫХ ферм).
170луспокойная сталь (<<пс») по степени раскисления
и !{ачеству занимает промежуточное положение между
!{ипящей и спокойной. Она затвердевает без кипения, но
с выделением rазов. Применяется в несущих !{онструк"
циях перекрытий и ПОКРЫТlIЙ (фермы, риrсли рам, rлаn..
ные балки перекрытий и т. п.). Производство полуспо..
койной стали характеризуется высокой технико"эконо"
мической эффективностью. Расход ферросилиция на
раскисление снижается в 2 5 раз, алюминия в 5 раз
по сравнению со спо!{ойной сталью. Себестоимость и
цена проката из полуспокойной стали на 2 9 рубjт
меньше, чем из спокойной. Однако по качеству одно..
родности химическоrо состава и механических свойств,
сопротивляемости хрупкому разрушению и прочностным
показателям при больших толщинах прокат из полу"
спокойной стали уступает прокату из спокойной стали.
Поэтому для наиболее ответственных сварных конструк"
ций применяют спокойную сталь. Исключение составля..
ет марrанцовистая полуспокойная сталь, поскольку по-
вышенное содержание марrанца существенно снижает
ликвацию серы.
В соответствии с [ОСТ З80 71 * сталь поставляется
по трем rруппам: zpyппe А (при маркировке не обозна..
чается) с rарантированными механическими свойст"
вами; zpyппe Б с rарантированным химическим соста-
вом; zpyппe В с rарантированными механическими
свойствами и химическим составом. В несущих строи..
тельных конструкциях применяется сталь rруппы В, по..
скольку для обеспечения прочности необходима rapaH"
тия механических свойств, а для хорошей свариваемости
и пластичности rарантия химическоrо состава.
Эта rруппа включает следующие марки стали: BCTl,
ВСт2, ВСтЗ, ВСт4, ВСт5. Цифры обозначают условный
порядковый номер марки, зависящий от химическоrо со..
става стали и ее механических свойств. По степени рас-
кисления сталь с номерами марок 1 4 может быть спо..
койной, полуспокойной И кипящей, а с номером 5 толь"
ко спокойной или полуспокойной. Если полуспокойная
сталь имеет повышенное содержание марrанца, то после
номера ставится буква r (например, ВСтзrпс).
в строительных сварных конструкциях наиболее рас..
пространена сталь марок ВСтЗ (любой степени раскис..
ления) и БСтзrпс (см. табл. 1.1). Ее механические свой-
З.
З5....
Т а б л и ц а 11.1. Нормируемые показатели механических свойств
стаJlИ марок СтЗ и Стзrпс
Марка
стали
Предел
прочности
ав, МПа
ПрЕ'деn теку-
чести ат. МПа,
при толщине,
мм
Остзточное
относительное
удпинение б.,
%' при тол-
ЩинЕ', мм
Иэrиб На 1800 при
толщине t, мм
<20 21----10 41...... С20 21....40 >40
100
<:20 > 20
не менее
............... ........
Ст3к п 370----470 240 230 220 27 26 24
СтЗпс 380 490 2501240 230 26 25 23
Ст3сп d==0,5 t d I.5 t
Стзrпс 380 500 250 240 230 26 25 23
При м е ч а н и я: 1. Допускается превышение BepXHero предела а.
на 30 МПа при соблюдении остальных норм.
2. Для листовой и широкополосной стали любой толщины и фаСОВRОЙ
стали толщиной >20 мм значение От допускается на 10 МПа ниже
нормы.
3. Для листовой и широкополосной стали толщиной 8.....4 мм допус-
кается снижение значения 65 в размере 1.% на каждый миллиметр
уменьшения толщины.
4. Для листовой, широкополосной и фасонной стали любой толщины
допускается снижение значения 65 на 1 ОА».
ства rарантируются нормами rруппы А (табл. 11.1), хи-
мический состав нормами rруппы Б (табл. 11.2).
Важнейшими показателями механических свойств
стали являются прочностные характеристики при растя-
жении предел текучести от и предел прочности Ов (см.
рис. 1.7) и характеристика пластичности остаточное
относительное удлинение 65 (обозначение для коротких
цилиндрических образцов с начальной расчетной длиной
1 5d, rде d диаметр образца). Пластичность стали
характеризуется также изrибом в холодном состоянии.
Этот вид испытаний (рис. 11.1) про изводят на образцах 1
прокатной толщины путем заrиба на 1800 BOKpyr оправ-
ки 2, в результате чеrо на выпуклой стороне образца не
должны появляться трещины. Испытание дает только
качественную оценку пластичности (вязкости) стали.
Склонность стали к хрупкому разрушению и чувст
вительность к повреждениям проверяют испытанием на
.... 36 ----
Т а б л и ц а 11.2. НормируемыА химический состав стали марок
БСтЗ и БСтЗfпс
Содержание Itимических э.nементов, %
..а
. :s а:; ..а ,!
«s cu
8 о =.: 8:{
-е..& си ре :s: cu a
уrлерод мзрrанец кремний u Ее :s
Не более
0,З 0,6 0,07
Марка
стапи
БСт3кп
О, 14-----
0,22
0'05-----0' 17
0,4 0,65 0,04 0,05 0,3 0,3 0,3 0,08'
О , 12-----0 , 3
БСтЗпс
БСтЗсп
Б СтЗrnc O,8 1.1 I <0,15
При м е ч а н и я: 1 Сталь rруппы В дол}кна соответствовать нор...
мам rруппы Б, за исключением нижнеrо предела содержания уrлеро-
да. Верхний предел содержания марrанца допускается на 0,2 o вы-
ше приведенноrо для всех указанных марок стали. кроме ВСтзrпс.
Для проката толщиной 12 мм допускаетса СНИ}l{ение содержания
марrанца на 0,1 .o .
2. В стали, выплавленной на базе керченских руд, допускается со-
держание мышьяка до 0,15 O и фосфора....... до 0,05 О/о.
3. При раскислении полуспокойной стали алюминием, титаном или
друrими раскислителями, не содержащими кремния, а также несколь-
кими раскислителями (ферросилицием и алюминием, ферросилицием
и титаном и т. п.) содержание кремния допускается <0,05 О/о.
4. в спокойной стали, раскисленной алюминием, содержание остаточ-
Horo (кислородорастворимоrо) алюминия должно быть 0,02 0/0.
5. Содержание азота в rOToBoM прокате не ДОЛ}l{НО превышать
0,008.%.
6. в ПОЛУCDокойных И спокойных сталях допускаемое отклонение в
+0 03СИ
содержании уrлерода и кремния составляет .....0:02%' серы и фосфо...
ра+О.005 О/о. Для сварных конструкций допускается только MII-
нусовое отклонение по уrлероду, что оrоварИDзеl'СЯ при заказе стали.
ударную вязкость. Это испытание обязательно для ме-
таллопроката, используемоrо при изrотовлении конст-
рукций, которые подверrаются непосредственному воз-
действию динамических наrрузок.
Ударная вязкость характеризуется удельной работой,
затрачиваемой на разрушение стандартноrо образца с
надрезом (рис. 11.2) при испытании на маятниковом
копре системы Шарпи. В надрезанном образце напря-
жения распределяются неравномерно, концентрируясь у
корня надреза. Ударное воздействие увеличивает воз-
...... 3 7 ......
I
I r F"%o
60
д I
} 1 .kcl
11 ,
r lP2t, NO>IO';'H "
j t.';t Фf50нн t 2
Рис. 11.1
Рис. 11.2
можность перехода металла TaKoro образца в хрупкое
состояние.
В зависимости от условий эксплуатации конструкциЙ
из стали обыкновенноrо качества испытание на ударную
вязкость производят при нормальной температуре 200С
и отрицательной температуре 20 ос. ДЛЯ особо ответ..
u
ственных }<онструкции ударную вязкость определяют при
нормальной температуре после искусственноrо старения
(растяжение образца до остаточноrо удлинения в 100/0
и последующий отпуск в печи при температуре 250 ос в
течение 1 ч) *.
По нормируемым показателям прокатная сталь rруп-
т а б л и ц а 11.3. Значения ударной вязкости стали марок
ВСт3пс6, ВСт3сп5 и BCTSrnc5
Вид проката
Распопожение
образца относи-
TeльHo проката
Толщина проката,
ММ, из стали марок
Ударная
вязкость,
МДж/мZ,
не менее
g . встзrпс5
Листовая сталь Поперек 5 9 5 9
10 25 10 30
Широкополосная Вдоль 5 9 5 9
сталь, сортовой и фа- 10 25 10 30
сонный прокат
0,4
0,3
0,5
0,3
п ри м е ч а н и е. Ударная вязкость стали марки ВСт3пс6 норми-
руется только после искусственноrо старения.
* Старение представляет собой изменение строения и свойств
металла или сплава, протекающее самопроизвольно в процессе дли-
тельной выдержки при нормальной температуре (естественное ста-
рение) или при HarpeBe (искусственное старение). Старение при во-
дит к увеличению прочности и твердости металла, но одновременно
уменьшает ero пластичность и ударную вязкость.
Отпуск ----- вид термической обработки сплавов, заключающийся
в HarpeBe до некоторой температуры с последующим медленным
охлаждением (обычно на воздухе).
38 -----
пы В толщиной 4 мм делится на шесть катеrорий по-
ставки. В целях унификации и упрощения заказа стали
rлава СНиП 11..23..81 предусматривает применение кипя..
щей стали 2..й катеrории (ВСт3кп2), полуспокойной
6-й катеrории (ВСт3пс6), полуспокойной с повышеННЫ 1
содержанием марrанца и спокойной 5..й катеrории
(ВСтзrпс5, ВСт3сп5). Браковочные значения ударной
вязкости при температуре 20 ос или после искусствен..
u u u u
Horo старения полуспокоинои и спокоинои стали указан..
ных марок приведены в табл. 11.3.
Вместе с тем указанная rлава СНиП уделяет особое
внимание эффективному использованию стальноrо про..
u
ката улучшенноrо качества с rарантиеи повышенных
прочностных характеристик. При поставке проката по
rOCT 380 71 * не всеrда достиrается требуемая обес..
печенность нормативных показателей стали. Кроме Toro,
уrлеродистая сталь толщиной более 20 мм имеет пони..
о
женныи предел текучести и склонность к хрупкому раз-
рушению, что затрудняет ее применение в сварных кон..
о
струкциях, подверrающихся динамическим воздеиствиям
или эксплуатируемых при отрицательных температурах.
Эти обстоятельства привели к разработке HOBoro
стандарта проката из уrлеродистой стали для сварных
строительных конструкций rOCT 23570 79. в целях
повышения прочности и вязкости проката большой тол..
о
щины предусмотрена уrлеродистая сталь новои марки
18rсп, которая имеет прочностные характеристики на
15 20 О/о выше, а критическую температуру хрупкости
на 10 20 ос НИЖе, чем у стали ВСт3сп. Изrотовление
конструкций из стали марки 18rсп Не вызывает техноло..
rических трудностей при толщине проката до 40 мм.
По предложению ИЭС им. Е. О. Патона, механичес..
I{ие свойства проката решено дифференцировать не толь..
I{O по марке стали, ero виду (листовой, фасонный), тол..
щине, но и по rруппам прочности. В связи С этим разра..
ботаны и введены в действие новые технические условия
ТУ 14..1..3023..80. Они распространяются на листовой
прокат толщиной 4 20 мм (кроме рулонноrо) и фасон..
ный до 30 мм включительно. Прокат обеих разновид"
ностей поставляется по двум rруппам прочности 1 и 2.
rруппа указывается в заказе металла (например,
ВСт3пс6..1, ВСт3пс6..2, см. табл. 1.1).
Внедрение на металлурrических заводах статистичес-
ких методов контроля позволяет обеспечить необходи..
u о
мую rараНТИIО механичеСI{ИХ своиств каждои партии ста..
...... 39 ......
ли и возможность ее поставки по rруппе 2 с пределом
текучести на 30 МПа выше, чем по rруппе 1.
Введенный rOCT 23570 79 лишь частично решает
о
вопрос о повышении прочностных и пластических своиств
металла сварных конструкций. Бурное развитие техники
во всех областях народноrо хозяйства, сопровождающее-
ся интенсификацией режима работы оборудования, рос-
том наrрузок, увеличением rенеральных размеров соору-
жений (пролетов и высоты), а также развитие промыш-
о
ленности в северных и восточных раионах с суровыми
климатическими условиями выдвиrают новые, еще более
высокие требования к механическим свойствам строи-
тельной стали.
Этим требованиям отвечает низколеrированная сталь
повышенной прочности. В настоящее время она постав-
ляется по rOCT 19282 73 (толстолистовая и широко-
полосная универсальная), rOCT 19281 73 (сортовая и
фасонная), ТУ 14..1..3023..80 и друrим специальным тех-
ническим условиям, указанным в табл. 1.1.
Леrирование придает стали определенные физико"хи-
мические и механические свойства. Кроме уrлерода и не-
избежных примесей (фосфор, сера, кремний, марrанец)
она содержит и друrие, леrирующие элементы (медь, ти-
тан, хром, ванадий и т. п.) либо кремний или марrанец
в повышенном количестве. Суммарное содержание леrи-
о
рующих компонентов в низколеrированнои стали не пре-
вышает 2,5 о/о. Поставляемая преимущественно в rоряче-
катаном состоянии, эта сталь имеет в диапазоне
наиболее употребительных толщин предел текучести
(1T==295 395 МПа и предел прочности (1B==440 540 МПа,
обладает высокой пластичностью, хорошо сваривается,
менее склонна к хрупкому разрушению.
Обозначение марок низколеrированной стали состоит
из цифр и букв, характеризующих ее химический состав.
Буквы pyccKoro алфавита обозначают наличие компо-
нентов: А азота, r MapraHua, Д меди, М молиб-
дена, Н никеля, П фосфора, Р бора, С кремния,
т титана, Ф ванадия, Х хрома, Ц циркония,
Ю алюминия. Цифра после буквы указывает пример-
ное процентное содержание соответствующеrо компонен"
та в целых единицах (цифра 1 не ставится, содержание
менее 0,3 О/О не указывается). Поскольку уrлерод присут-
ствует в стали любой марки, ero наличие не обозначает-
ся, а количественное содержание в сотых долях процен-
та указывается в 100 раз ббльшим чпслом в начале обо-
-- 40 -
значения марки. Так, марка 15f2СФ означает, что со-
держание уrлерода составляет 0,15 о/о, марrанца до
2 о/о, кремния и ванадия в пределах 1 О/О каждоrо.
Присутствие перечисленных леrирующих элементов
сказывается на свойствах стали по..разному. Азот в не-
связанном виде оказывает отрицательное влияние, спо-
собствуя старению стали и повышению ее хрупкости. Па-
этому ero содержание оrраничивают (см. примеч. 5 к
табл. 11.2). В химически связанном состоянии азот обра-
зует нитриды и становится леrирующим компонентом,
способствуя измельчению структуры стали и улучшению
ее механических свойств (за исключением ударной вяз-
кости при отрицательных температурах).
Мареанец, как отмечалось выше, обладает свойства-
ми раскислителя. К тому же он образует туrоплавкие
карбиды, что приводит к некоторому повышению проч-
ности стали. Леrко соединяясь с серой, марrанец снижа-
ет ее вредное действие, однако при содержании более
1,5 О/О он делает сталь хрупкой.
Кремний тоже раскисляет сталь и повышает ее проч-
насть, но ухудшает пластичность, коррозионную стой-
кость и свариваемость. Ero содержание оrраничивается
0,35 о/о.
Медь несколько повышает прочность стали и содей-
ствует ее коррозионной стойкости. Избыточное содержа-
ние (>0,7 о/о) способствует старению стали.
Хорошими леrИРУIОЩИМИ элементами являются мо-
либден, никель, хром, бор, вольфрам, титан и др. Однако
u
их применение в строительном стали оrраничивается де-
фицитом и высокой стоимостью.
Существенноrо улучшения механических свойств мож-
но достиrнуть не только леrированием, но и термической
обработкой стали. Блаrодаря HarpeBY до определенной
u
температуры, выдержке и охлаждению с заданном ско"
ростью изменяется ее структура и растворимость леrи-
рующих элементов, что способствует повышению преде-
лов текучести и прочности при незначительном снижении
пластичности, а также повышает сопротивляемость хруп-
кому разрушению.
В зависимости от rарантируемых характеристик ус-
тановлено 15 катеrорий поставки низколеrированной
стали, но в строительных сварных конструкциях приме-
няется сталь только катеrорий 2, 6, 7, 9, 12, 13, 15 (табл.
11.4). Катеrория 2 допускается для про ката толщиной до
4 мм. Сталь катеrорий 6 и 12 обычно поставляется без
...... 41
Т а б л и ц а 11.4. Нормируемые показатеJlИ НИЭКОJlеrированноА
стаJlИ ДJlЯ строитеJlЬИЫХ конструкций
Нормируемые локазатели
Химический состав
еханическис свойства при растя-
жении и изrибе в холодном состо-
янии
Ударная вязкость при температу-
ре, ос:
40
50
-----70
Ударная вязкость после искус-
cTBeHHoro старения и при темпера-
туре, ос:
40
50
70
Катеrории поставки стали
I 6 I 7 I 9 I 12 I 13 I 15
+1+ + + + + +
+ +.+ + + + +
I I
+
+
+
+
+
+
При м е ч а н и я: 1. Нормируемые показатеJ1И обозначены знаком
«плюс», ненормируемые ----- знаком «минус .
2. Диаметр оправки при испытании на изrиб в холодном состоянии
d == 2/ (см. рис. 11.1).
термической обработки, катеrорий 7, 9, 13 и 15 терми-
чески обработанной. Последнее, однако, относится толь-
ко к толстолистовому прокату. Фасонный и сортовой
прокат обычно поставляют без термической обработки,
поэтому при толщине более 11 мм катеrории 7, 9, 13 и
15 на такой про кат не распространяются. Прокат из
низколеrированной стали марок 09f2, 09f2C и 14f2, по-
ставляемый по ТУ 14-1 3023 80, так же как прокат из
уrлеродистой стали обыкновенноrо качества (и при тех
же толщинах) , дифференцируется по двум rруппам проч-
ности (например, 09f2 rp. 1, 09f2 rp. 2).
Содержание серы в низколеrированной стали должно
быть не более 0,040 О/о, фосфора не более 0,035 О/о. Ис-
ключение составляет сталь марки 10ХНДП, rде фосфор
является леrирующим компонентом и содержится в KO
личестве 0,07 o, 12 о/о.
Содержание МЫШЬЯI{а в низколеrированной стали, так
же как в уrлеродистой стали обыкновенноrо качества, не
должно превышать 0,08 О/о. При выплавке из керченских
руд оно тоже может доходить до 0,15 О/о, но в этом случае
фосфора должно быть не более 0,03 о/о.
..... 42
Применение низколеrированной стали повышенной
прочности явилось значительным вкладом в развитие
строительной индустрии, позволившим осуществить ряд
новых конструктивных решений. Однако дальнейшее со..
вершенствование сварных металлических конструкций
требует внедрения стали еще более высокой прочности
с пределом текучести 450 750 МПа (и выше) и преде..
лом прочности 600 850 МПа. Трудность заключается в
том, что увеличение содержания уrлерода и леrирующих
элементов существенно ухудшает свариваемость стали.
Тем не менее в нашей стране удалось решить эту задачу.
rруппа ученых, инженеров и проектировщиков удостоена
в 1979 r. rосударственной премии СССР за разработку
и внедрение принципиально HOBoro способа направлен..
v v v
Horo воздеиствия на структуру и своиства стали, которыи
получил название карбонuтрuдНО20 упрочнения. OCHOB
ной леrирующий элемент при этом ванадий. Ero BBO
дЯТ в количестве 0,07 o, 15 о/о.
в связи с возросшим за последние rоды производст
вом ванадия появилась возможность широкоrо исполь
зования карбонитридноrо упрочнения с целью получения
экономически эффективных высокопрочных и хладостой
v v
ких сталеи для сварных строительных конструкции Mac
cOBoro назначения. Имеется в виду в первую очередь
сталь марок 14r2АФ, 16r2АФ и 18r2АФ, из которой за
rоды десятой пятилетки изrотовлено и смонтировано
250 тыс. т конструкций. Промышленное производство
проката из такой стали освоено на Орско Халиловском
и Нижнетаrильском металлурrических комбинатах, Ho
волипецком и Череповецком металлурrических заводах.
Из сталей повышенной и высокой прочности создают
проrрессивные сварные конструкции каркасов крупных
производственных зданий, мостов, эстакад, резервуаров,
rазrольдеров, доменных печей, кранов большой rрузо..
подъемности.
На основе принципов карбонитридноrо упрочнения
впервые в отечественной практике разработана единая
.,
rруппа низколеrированных строительных сталем, систе..
матизированных по уровням прочности (см. табл. 1.1).
Блаrодаря этому конструкторы и проектировщики полу
чили набор эффективных материалов, которые примени..
мы не только в обычных климатических условиях, но и
при температуре ниже 400C.
Для правильноrо выбора марки стали все стальные
конструкции отнесены rлавой СНиП 11..23..81 к четырем
..... 43 ......
rруппам в зависимости от степени ответственности и ус-
ловий эксплуатации. В каждую из этих rрупп входят
соответственно следующие сварные конструкции.
1. Конструкции, работающие в особо тяжелых усло-
u
виях или подверrающиеся непосредственному воздеист-
вию динамических наrрузок (подкрановые балки; балки
рабочих площадок цехов; элементы конструкций бункер-
ных и разrрузочных эстакад, непосредственно восприни-
мающих наrрузку от подвижных составов; фасонки
ферм; пролетные строения и опоры транспортерных ra-
лерей; специальные опоры больших переходов линий
электропередачи высотой более 60 м; элементы оттяжек
мачт, оттяжечных узлов и т. п.).
2. Конструкции или их элементы, работающие при
статической наrрузке на растяжение, изrиб, изrиб с рас-
тяжением (фермы; риrели рам; балки перекрытий и по-
u u
крытии; лестничные косоуры; опоры линии электропере-
дачи, за исключением опор больших переходов; опоры
сборных шин и выключателей открытых распределитель-
ных устройств подстанций; элементы комбинированных
опор антенных сооружений; трубопроводы rэс, насос-
ных станций и т. п.).
3. Конструкции или их элементы, работающие прFt
статической наrрузке на сжатие и сжатие с изrибом (ко-
лонны; стойки; опорные плиты; конструкции, поддержи-
вающие технолоrическое оборудование; опоры открытых
u
распределительных устроиств, за исключением опор
rруппы 2; элементы стволов и башен антенных сооруже-
ний; проrоны покрытий и т. п.).
4. Вспомоrательные конструкции зданий и сооруже-
ний (связи; элементы фахверка; лестницы; площадки;
оrраждения; второстепенные элементы антенных соору-
жений и т. п.).
t 6. АJlЮМИИИЕIЫЕ СПJlАIЫ
в чистом виде алюминий неприrоден для строитель-
u о u
ных конструкции из-за низкои механическои прочности
(aO,2==20 30 МПа, aB==60 70 МПа). Однако он хорошо
сплавляется с большинством металлов (кроме свинца)
и кремнием, что позволяет получать качественные кон-
струкционные материалы с широким диапазоном свойств:
высокопрочные (с пределом текучести до 550 МПа и пре-
делом прочности до 700 МПа), обладающие высокой
коррозионной стойкостью, хорошо сваривающиеся и т. д.
-44
При этом содержание caMoro алюминия ко.пеблется в
пределах 80 98 О/о.
Различные присадки влияют на свойства алюминие-
вых сплавов следующим образом. Маzнuй повышает ме-
ханические характеристики и коррозионную стойкость.
Такое же влияние оказывает марzанец (в количестве до
1 О/о). Однако при одновременном содержании MapraHua
и меди коррозионная стойкость снижается. Сама же медь
значительно повышает прочность алюминия, но при этом
понижается пластичность. Наибольший эффект упрочне-
ния достиrается в сочетании с маrнием. Кремний улуч-
шает механические свойства сплавов (за исключением
пластичности) и почти не вызывает понижения коррози-
онной стойкости. Цинк оказывает существенное упроч-
няющее действие, эффект KOToporo также усиливается
присутствием маrния. При отсутствии друrих примесей
цинк мало влияет на коррозионную стойкость сплава.
Помимо перечисленных основных компонентов в алю..
миниевые сплавы добавляют в небольших количествах
(0,02 0,2 О/о) хром, титан, цирконий и друrие металли-
ческие присадки. Железо является неизбежной, но в
большинстве случаев нежелательной примесью. Оно за..
метно снижает прочность, пластичность и коррозионную
стойкость сплавов. Крайне нежелательно присутствие
pacTBopeHHoro водорода. Это приводит к браку продук-
ции (появлению пузырей) и увеличивает пористость
сварных швов.
Современные алюминиевые сплавы делятся на две
катеrории: литейные и деформируемые, т. е. обрабаты-
ваемые давлением. Литейные сплавы в отечественном
строительстве применяют для изrотовления только мел-
ких фасонных деталей вследствие низкой пластичности.
Из деформируемых сплавов изrотовляют различные по..
луфабрикаты: листы, плиты, ленты, профили, трубы,
прутки. В зависимости от химическоrо состава эти спла-
вы делятся, соrласно rOCT 4784 74*, на несколько
rрупп (систем) со следующей маркировкой (табл. 11.5):
АД 1 технический алюминий (содержание примесей не
более 0,4 О/о); АМц алюминиево-марrанцевые сплавы,
содержащие 1 1,6 О/о марrанца; AMr алюминиево-
маrниевые сплавы, или маrналии (цифра после буквен..
Horo обозначения указывает процентное содержание
маrния, напрпмер AMr2); АД (с ЧIlСЛОВЫМ обозначением
номера сплава, например АДЗ 1) трехкомпонентные
сплавы, леrирова иные кремнием (0,3 1,2 О/о ), маrнием
45 ......
Т а б л и ц а 11.5. Деформируемые аJlюминиевые СПJlавы ДJlЯ сварных
строитеJlЬНЫХ конструкций
Обозначение Марки , еханические характеристики
u при растяжении
о
t:
Q)
Система = остаточ-
= предел предел
D: ное отно-
0= прочности текучести сительное
f-o О'в' Па О'т' МПа
CJIQ УДЛинение
оСО
Uf-o б10, %
деАст- p KoMeH-
вующее дуеМое
АДI 1013 АI М 60 30 28
АМц 1400 Al Mn М 90 145 45 18 22
AMr2 1520 Al Mg М 165 235 16-----18
П 235 4 6
AI Мg { Т 130 70 13
АД3! 1310 Si ТI 195 145 бъ==8
Т5 155 120 б5==8
1915 1915 AI Zn { 315 195 10
Т 345 215 10
1925 1925 Mg 345 195 9
При м е ч а н и е. Сплавы марок и состояний, не указанные в табли-
це, допускается при менять при наличии технико-экономическоrо
обоснования и после проверки в опытных конструкциях.
(0,4 1,4 О/о) и называемые силуминами; высокопрочные
трехкомпонентные сплавы, содержащие 3 7 О/о цинка и
около 2 О/о маrния. Последние имеют только цифровое
обозначение (например, 1915), что соответствует меж..
дународному стандарту. Соrласно приложению к rOCT
4784 74*, подобная маркировка рекомендуется для
всех без исключения сплавов. При этом первая слева
цифра 1 обозначает основу любоrо сплава аЛIОМИНИЙ,
вторая цифра указывает основной леrирующий элемент
или rруппу элементов. Так, цифра 3 обозначает силуми..
ны, 4 алюминиево"марrанцевые сплавы, 5 MarHa..
лии, 9 упомянутые высокопрочные сплавы. Цифры 6,
7, 8 оставлены в резерве. Последние две цифры марки..
ровки указывают номер сплава, причем у всех деформи"
руемых сплавов последняя цифра нечетная (включая
ноль). Для опытных сплавов вводится пятизначная
марКИрОВI<а, начинающаяся с буквы О (например,
01920) .
Деформируемые алюминиевые сплавы делятся на
термически неупрочняемые и упрочняемые. К первому
виду относятСя технический алюминий и сплавы систем
46
AI Мп и Al Mg с различным содержанием маrния.
Повышение прочностных характеристик этих сплавов
достиrается холодной обработкой наrартовкой, т. е.
наклепом (обозначается Н) или полунаrартовкой (П).
Термически неупрочняемые сплавы хорошо свариваются,
однако в связи с пониженным значением остаточноrо от-
носительноrо удлинения HarapToBaHHbIe листы не следу-
ет подверrать rибке и сварке во избежание появления
трещин. В таких случаях предпочтительнее полунаrарто-
ванные, отожженные и rорячекатаные листы.
Отожженное состояние алюминиевых полуфабрика-
тов (М) достиrается их выдерживанием в течение 1
1,5 ч при температуре 390 4300C с последующим мед-
ленным (не более 30 ос в 1 ч) охлаждением до комнатной
температуры. После такой процедуры материал стано-
вится более пластичным и менее прочным.
1( термически упрочняемым относятся сплавы систем
Al Mg Si и Аl Zn Mg. Повышение прочност-
ных характеристик этих сплавов достиrается закалкой с
последующим естественным (Т) или искусственным (Тl)
старением. Во втором случае возможна и неполная за-
калка (Т5). Закалка заключается в наrревании сплава
до температуры 450 520 ос и последующем охлаждении
в воде (реже в масле) при температуре не ниже 20 ос.
Сплавы марок АД31 и 1915 подверrают закалке на прес-
се без охлаждения в воде. Последний к тому же облада-
ет способностью к самозакаливанию, которое достиrает-
ся охлаждением полуфабрикатов на воздухе сразу после
прессования. Эта способность определяет высокую проч-
ность сварных соединений элементов из сплава марки
1915 (около 90 О/о прочности OCHoBHoro металла) без
специальной термообработки после сварки.
Естественное старение осуществляют при комнатной
температуре в течение 4 30 сут, искусственное при
температуре около 1500С в течение нескольких часов.
t 7. ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАПЫ
Полимеры это высокомолекулярные орrанические
соединения (Т. е. соединения с большой молекулярной
массой), молекулы которых состоят из множества (от
10 тыс. ДО 2 млн.) реrулярно или нереrулярно повторяю-
щихся атомных звеньев одноrо или нескольких типов.
Полимер в сочетании с наполнителем представляет
пластическую массу (пластмассу, пластик). Кроме Toro,
... 47 -
в состав пластмассы MorYT входить CJIедующие компо-
ненты: краситель, стабилизатор, пластификатор, смазы-
вающее вещество и др. Однако ее основные свойства
предопределяются видом примененноrо полимера.
В зависимости от поведения при наrревании полиме-
ры делятся на две rруппы. К первой относятся полиме-
ры, не меняющие своих свойств при наrревании. Они не
размяrчаются, не плавятся, а по достижении определен-
ной температуры (17Q--.-.-.200 ОС) сразу разлаrаются с вы-
делением rазов и обуrливаются. Такие полимеры назы-
ваются термореактивными. Они и основанные на них
пластмассы не MorYT подверrаться повторному HarpeBY,
а следовательно, сварке.
КО второй rруппе относятся полимеры, которые при
наrревании переходят из твердоrо в >кидкое arperaTHoe
состояние, а после охлаждения снова твердеют. Эти по-
лимеры называются термопластичными, а пластмассы
на их основе тер.мопласта.мu. И те, и друrие MorYT под-
верrаться MHoroKpaTHoMY наrреванию и, следовательно,
сварке. Свойства наиболее распространенных в строи-
тельстве термопластичных полимерных материалов от-
ражены в табл. 11.6, данные которой заимствованы из
справочника [16] (с некоторым окруrлением при пере-
воде в СИ).
t 8. СВАРНАЯ АРМАТУРА ЖЕЛЕЗО&ЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЯ
Сварку применяют для соединения арматуры из ro-
рячекатаной стали и обыкновенной арматурной прово-
локи. Соrласно rOCT 5781 75, стержневая rорячеката-
ная арматура делится на пять классов в зависимости от
механических свойств (табл. 11.7). Класс арматуры
можно установить визуально. Стержни класса А-I изrо-
товляют круrлыми rладки-
ми, классов A-II........A.V пе.
риодическоrо профиля с дву-
мя продольными ребрами
(рис. 11.3). Стержни класса
A II имеют выступы, идущие
по ВИНТОВЫМ линиям с оди-
наковЫм заходом по обе сто-
роны от ребра (рис. 11.3, а),
класса A-III выступы по
винтовым линиям с правым
заходом по одну сторону и
а)
15)
Р8с. 11.1
... 48 -
.,;
;
:11:
>а
с.
...
и
:с
Q
:11:
:!
:с
с.
а:8
U
а:8
М
:!
:1
CII;
=
:1
=а
с.
с::
,;
Q
1;
=а
со.
...
:1
:!
=
с.
:Е
=а
1;
Q
с::
=а
=а
...
u
=
а.
...
as
со.
м
=а
CJ
D'"
=
=
м
JI
I
О
11
.
.
cd
.....4
t-ot
са
t:r
=
8:;
о
.
f-8
4-----462
I
c:l.
11:1
:;
«u
:Во
11:1 .
c:l.e;:
>аса
I-oID
са
c:l.
cu
с
:1
cu
f-
I
11:
cu
11:1
:1:
с:а.
1:
:1:
t-ca
gc:
g :€
:€ 8'
. .
i:Hi
= :i<5
cag>.cu
"11:8=
Ia 11:1
=
g.
f
1
OG
t:
:€
rA
а
11:1
I
1;
cu
8:(
cu
c:l.
t:
.
cu
iE=
=
и:а
са
c:l.
!.
t
"а.
t::
:i
=
c:l.
«1
:1
CII
I
5
с
со
с>
.....
+
о
8:(
с>
t'--
О
=
=-=
с:а.
«1
ID
U
о
о
I
о
со
.....
10
I
10
.....
о
о
со
I
о
10
.....
t'--
.....
I
.....
=
е:
са
iE
u
......
.....
(о
.....
I
.....
о
('t)
о')
J
о')
о
L..
2
IQ
са
(1)
J::;CII;
r:=
GJ4U
1;1;
оа:8
с:!
с::>
.....
+
о
8:(
с>
t'--
f
1--
О
с>
I
с>
t'--
I
о
о')
с>
с>
о')
I
о
о
с>
со
f
10
I.Q
1
о
('t)
('t)
1
.....
('t)
с>
(о
о')
J
о')
о
s..
о
Iid
tw)
а:
са
=
(1)
I;
Em
-=
о:
с.
с> \t:)
со 10
+ +
О О
8:( 8:(
с> \Q
.....
I r
1-- 1--
О О
с> О
t'--
f I
о о
QO
....
I
.....
10
f
с>
.....
10
.....
.....
f I
о
о
.....
о
о
.....
f
о
QO
с>
10
с>
00
('t)
.....
t
«'
1;
t:I
а:
=
са
... 49
о
10
....
f
о
о
....
с>
с>
I.Q
('t)
f
о
о
('t)
....
«'
t
са
1;
t:
с> с>
10 О
..... .....
+ +
О о
8:( 8:( о
10 10 QO
'1 I +
1-- 1-- О
О О r:::(
с>
со
J
о
с>
t'--
f
с>
о
I.Q
с>
.....
.....
f
с>
QO
о
t'--
f
с>
со
10
('t)
f
с>
('t)
с>
.....
о')
f
о
8
=
(1)
1;
са
=
О
t:I
а:
а
с
о
о
1
с>
со
.....
с>
О
О
.....
J
о
о')
('t)
.....
v;
с>
('t)
о')
f
о
.....
о')
са
(1)
1:;
=
о
tw)
а:
5
t:
о
f
о
о
10
00
f
....
о
00
f
со
('t)
10
.....
.....
v
о
I
10
('t)
о
.....
J::;
О
=
t
=
1:;
о
С
с>
10
+
о
8:(
о
('t)
I
1--
О
с>
10
+
О
t:{
с>
('t)
f
о
со
.....
с>
I
8
с:"
t'--
.....
f
о
QO
о')
10
со
t'--
....
с>
О
.....
10
.....
f
.....
о
о')
f
о
t'--
о
('t)
....
J
t-..
8
1
с>
t'--
с>
10
f
10
с>
('t)
.....
.....
:zs
8:{
=
:1
«'
=
а
с
с>
+
О
8:(
со
1
1--
О
10
QO
('t)
J
QO
('t)
10
('t)
QO
I
о
со
о
о
10
r
о
10
.....
.....
.....
10
с>
.....
f
о
t'--
с>
с>
t'--
f
с>
f
.....
.....
с>
....
с>
О
('t)
I
8
.....
. 4u .
=0 а:
1-- .......
«' (1) t
I-- 0«S
(1)= 1--1:;
:s= -&=
1:;«' «,О
=8-. c..
1--0 O
(1) ......,........ (1) 1--
:1 01---&
= -===......,
a...a.: 1a
c=Ec
Т а б л и ц а 11.7. J(J1ассификация и механические характеристики
стаJlьноА арматуры
Диаметр Предел Предел Остаточ-
Класс Ное отно- Модуль
арМа- Марка сТаЛИ попереч- текучести прочности сительное улруrости
Horo се- О'т' МПа О'в, МП(l
туры l,еllИЯ d, мм удлинение В, rПа
6, %
Ст3кп3
Ст3пс3
Ст3сп3 6 40 225 370 25 206
A-I ВСт3кп2
ВСт3пс2
ВСт3сп2
встзrпс2 6 12
ВСт5пс2 1 0 40
ВСт5сп2
A-II 295 490 19 206
18r2C \ 40 80
10rT 1 0 32
A-III 35rC 6 40 390 590 14 196
25r2C
A-IV
80С
20хr2Ц
10 18
10 22
590
885
6
196
А-У
23X2r2T
10 22
785
1030
7
186
B-I
Bp-I
3 5
3 5
490
540 515
196
167
левым по друrую (рис. 11.3, б). Для стержней классов
A..IV и А..У предусмотрен про филь арматуры класса
A..III, но с дополнительной окраской концов соответст"
венно в красный и зеленый цвет.
Обыкновенная арматурная проволока делится на два
класса (см. табл. 11.7): B..I холоднотянутая низкоуr..
леродистая rладкая проволока (rOCT 6727 80), Bp..l
то же, периодическоrо профиля (ТУ 14-4-659..75). Ос..
U U U U
новнон механическои характеристикои проволочнои ар-
матуры является предел прочности, который уменьшается
с увеличением диаметра ПРОВОЛОI{И.
.... 50 --
Сварка термически упрочненной арматуры и BЫCOKO
прочной проволоки, как правило, не допускается, так
!{ак она приводит к утрате эффекта упрочнения.
. 9. СОРТАМЕНТ СТАЛИ
в строительных !{онструкциях сталь применяют в ви
де изделий, прокатываемых на металлурrических заво
дах и имеющих различную форму поперечноrо сечения
(профиль) в зависимости от назначения прокатноrо
стана. Каталоr поставляемых профилей с указанием их
формы, rеометрических характеристик и массы называ
ется сортаментом. Он оформляется в виде rосударствен
Horo стандарта.
Листовая сталь прокатывается между двумя валками
(толстая и тонкая) или четырьмя (универсальная) в ви
де широкой полосы прямоуrольноrо сечения (рис. 11.4).
Сталь толстолистовая rорячекатаная (rOCT 19903 7 4*)
прокатывается толщиной t==4 160 мм с рекомендуемой
-е.)
Рис. 11.4
Рис. 11.5
а}
о)
б)
Ь=o,6 2,2M
'ь =0,6" 2,2м
ъ =0,5 --1,ч.н
1
Рис. 11.6
4*
........51.......
rрадацией 1 мм для толщин 4 6 мм; 2 мм для толщин
6 22 мм и далее 25, 28, 30, 32, 36, 40, 50, 60, 80, 100 мм.
Листы толще 40 мм в строительных КОНСТРУJ<ЦИЯХ при
меняют редко вследствие более низкоrо качества и yc
ложнения изrотовления. Ширина толстолистовой стали Ь
колеблется в пределах 0,7 3,8 м при длине l==2 12 м.
Наиболее употребительными являются листы шириной
1 2,4 м и длиной до 8 м (см. табл. 1 прил. 3). Изrотов
ление более широких и длинных листов значительно дo
роже, так как их можно прокатывать только на специ
альных станах.
Толстолистовая сталь применяется в листовых KOHCT
рукциях И В элементах сплошностенчатых KOHCTPYI\
ций балок и колонн.
Сталь тонколистовую прокатывают холодным и ro
рячим способами. Холоднокатаные листы (rOCT
19904 74*) имеют толщину 0,5 5 мм при длине 1 6 м,
rорячекатаные (rOCT 19903 74*) 0,5 3,9 мм при
длине 1 ,2 6 м. Холоднокатаная сталь значительно дo
роже rорячекатаной и более дефицитна. Ширина TOHKO
листовой стали колеблется в пределах O,5 2,3 м. Эту
сталь применяют для изrОТОВЛ IIИЯ rHYTbIx и штампо
ванных тонкостенных профилей, а также кровельных по-
крытий.
Сталь широкополосная универсальная (rOCT
82 70*) является наиболее деlпевым и технолоrичным
ВИДОМ проката. Блаrодаря четырем валкам (рис. 11.5)
она приобретает ровные края, что уменьшает TpyдoeM
кость изrотовления сварных конструкций, поскольку не
требуется продольная резка и пристрожка KPOMOI{. CTaH
о
дартные поперечные размеры ШИРОКОПОЛОСНОIf универ
сальной стали приведены в табл. 2 прил. 3. Наиболее
употребительная длина полос 5 12 м, предельная дли-
на 19 м. Универсальную сталь применяют для полок
и стенок сварных балок, сплошных колонн и прочих кон-
струкций.
Сталь рулонная (rOCT 19903 74*) поставляется в
свернутом виде, и поэтому ее ТОol'JIIIина оrраничена
12 мм. Ширина рулонов O,5 2,2 м. Рулонная листовая
сталь весьма технолоrична, так как в элементах значи
тельной длины не требуется устройство стыков. Ее при
меняют в листовых КОНСТРУКЦИЯХ и СПЛОllIНЫХ TOHKO
стенных элементах, но преДУСl\fатривают в проеI(тах толь
ко после соrласования с заводом изrотовителем,
поскольку не все заводы имеют установки для развора
..... 52 .....
чивания и правки рулонной стали. Максимальная масса
рулона rорячекатаной стали не более 10 т.
Сталь полосовая (rOCT 103 76) имеет толщину 4.........
60 мм, ширину 12 200 мм, длину 3 9 м. Ее применяют
для конструктивных деталей типа ребер жесткости и
диафраrм, а также для изrотовления rHYTblx профилей.
Полосовая сталь обладает теми же технолоrическими
достоинствами, что и универсальная (ровные продоль-
ные края).
В сравнительно небольшом объеме используются в
u
сварных конструкциях друrие разновидности листовои
стали. Рифленая сталь (rOCT 8568 77*) имеет ромби-
ческие (рис. 11.6, а) или чечевицеобразные (рис. 11.6, 6)
выпуклости (рифы), которые препятствуют скольжению
при ходьбе. Поэтому рифленые листы применяют для
настила рабочих площадок и лестничных ступеней.
Сталь просеЧНО-Вblтяжная (rOCT 8706 78*) получа
ется растяжением листа в холодном состоянии с предва
рительным образованием сквозных щелей (рис. 11.6, в).
Она применяется rлавным образом для настилов пло..
щадок, rде возможно скопление производственной пыли.
Сталь волнистая (rOCT 3685 71 *) применяется для
покрытий и обшивки стен неотапливаемых зданий при
больших производственных тепловыделениях.
Уrловая сталь прокатывается в виде равнополочных
инеравнополочных уrолков. РавнопОЛОЧНblе уrолки
(rOCT 8509 72*) имеют номер, обозначающий ширину
полки Ь в сантиметрах. Однако на строительных черте..
жах их размеры принято указывать в виде LbXd, мм,
rде d толщина профиля. Сортамент предусматривает
уrолки размером от 20Х3 дО 250Х30 мм, но при их вы..
боре следует учитывать, что не все профилеразмеры про-
катываются на металлурrичеСI{ИХ заводах. Кроме Toro,
использование полноrо сортамента привело бы к назна-
чению в проектах сходных по площади поперечноrо се-
чения (и массе) профилей часто с худшими rеометриче..
скими характеристиками. Во избежание этоrо, а также
для уменьшения объема работ на заводах металличес
ких КОНСТРУI{ЦИЙ по сортировке, складированию и тран-
спортировке профилей Всесоюзное объединение Союз-
металлостройниипроект совместно с roccTpoeM СССР
ввело сокращенные сортаменты профилей общеrо назна..
чения, которые освоены предприятиями черной метал..
лурrии и обязательны к применению в процессе проек-
тирования строительных стальных конструкций. Сорта-
53 ....
мент наиболее употребительных равнополочных уrолков
приведен в табл. 3 прил. 3.
Неравнополочные уrолки (rOCT 8510 72*) имеют
номер, обозначающий отношение размеров полок В/Ь в
сантиметрах. На чертежах размеры указывают в милли-
метрах: LBXbXd. Полный сортамент предусматривает
профилеразмеры от 25Х 16Х3 дО 250Х 160Х20 мм, но
заказывают и поставляют уrолки только размерами, ука-
занными в сокращенном сортаменте (см. табл. 4 прил. 3).
Полки уrолков имеют параллельные rрани, что об-
леrчает конструирование. Их минимальная толщина оп-
ределяется условиями прокатки. Длина колеблется в пре-
делах 4 19 м в зависимости от условий прокатки и транс-
портирования. Уrловая сталь, как и полосовая, относится
к разряду так называемой сортовой стали. В целях
"
уменьшения отходов при раскрое сортовои металлопро-
кат для сварных конструкций обычно заказывают мер-
ной (определенной) длины. Если требуемые размеры за-
ранее неизвестны, прокат заказывают длиной 12 м, крат-
ной укрупненному модулю 3 м. В случае комплектации
u
этим металлопрокатом элементов меньшеи протяженно-
сти остающиеся обрезки леrко использовать для изrо-
товления друrих элементов.
Уrолки находят широкое применение в сквозных
сварных конструкциях (см., например, рис. VII.3, VIII.7)
и в качестве конструктивных деталей (опорных столи-
ков, стыковых накладок и т. п.).
Балочная сталь включает двутавры и швеллеры.
Двутавры (rOCT 8239 72*) имеют номер, соответству-
ющий высоте профиля /1 в сантиметрах. Сортамент со-
стоит из 17 основных номеров с 1 О по 60. Кроме Toro,
для двутавров Q 18 30 предусмотрена серия «а» С бо-
лее широкими и толстыми полками при той же стенке.
Однако серийные профилеразмеры практическоrо при-
менения почти не нашли и металлурrическими заводами
не освоены. То же относится к двутавру Q 33. COI<pa-
щенный сортамент двутавров приведен в табл. 5 прил. 3.
Полки двутавров имеют УI<ЛОН внутренних rраней
12 О/о, который затрудняет крепление примыlающихx де..
талей. Этоrо недостатка лишены тонкостенные двутавры
с параллельными ПОЛI<ами (ТУ 14..2..205-76). К тому же
они экономпчнее обычных профилей в среднем на 14
19 О/о. Сортамент тонкостенных двутавров включает де..
вять основных профилеразмеров высотой 12 30 см. Од..
иаI<О по условиям прокатки получаIОТСЯ весьма УЗI<ие
.... 54
полки, что оrраничивает применение таких двутавров в
сварных конструкциях.
Швеллеры (rOCT 8240 72) нумеруются по тому же
принципу, что и двутавры. Сортамент включает 16 ос..
новных номеров с NQ 5 ПО Ng 40, причем швеллеры
NQ 14 24 серии «а» имеют более мощные ПОJIКИ, но при..
меняются реДI\:О. Не освоены и швеллеры NQ 33, 36.
Полки швеллеров имеют уклон внутренних rраней
10 о/о, но указанный [ОСТ предусматривает также про..
фили с параллельными rранями полок, обозначаемые
буквой П после номера. Швеллеры обоих типов взаимо"
заменяемы по основным размерам и площади попереч..
Horo сечения. Профили с параллельными rранями полок
имеют несколько лучшие rеометрические характеристики
относительно оси х и существенно большие (до 25 о/о)
относительно оси у. Они более I{ОНСТРУКТИВНЫ блаrодаря
упрощенному креплению примыкающих деталей. Одна"
ко заказ таких швеллеров оrраничен необходимостыо
перевалковки прокатноrо стана на заводе..изrотовителе
и поэтому реален только при массовом строительстве
запроектированноrо объекта. Заказ швеллеров с укло"
ном внутренних rраней не оrраничен. Их сокращенный
сортамент приведен в табл. 6 прил. 3.
Тонкостенные швеллеры (ТУ 14..2..204..76) обладают
теми же достоинствами и недостатками, что и тонкостен..
ные двутавры. Их сортамент также включает девять ос..
новных профилеразмеров той же номинальной высоты.
Тавры с параллельными rранями полок (ТУ
14..2..24.. 72) получают путем продольной резки (роспус..
ка) пополам аналоrичных двутавров (рис. 11.7), произ..
водство которых освоено в 1978 1979 rr. на универ..
сальном балочном стане Нижнетаrильскоrо металлурrи..
ческоrо комбината имени В. И. Ленина. В зависимости
от формы поперечноrо сечения и назначения двутавры
делятся на нормальные Б, широкополочные ...........ш, ко..
лонные К, колонные уширенные КУ. Соответству"
ющие тавры обозначаются БТ, ШТ, КТ, КУТ.
Сортамент двутавров Б номинальной высотой 20
100 см при ширине полок 10 32 см включает 14 основ..
ных и 32 серийных профилеразмера. Сортамент двутав"
ров Ш при той же высоте 1I ширине полок 15 40 см со..
стоит из 12 основных и 33 серийных профилеразмеров.
Двутавры К при номинальной высоте 20 40 см и такой
же ширине полок имеют 6 основных и 37 серийных про..
филеразмеров. Двутавры КУ, имеющие полки большеrо
.... 56 ......
размера, чем высота сечения, находятся в стадии экспе-
риментальной проверки, и их окончательные размеры
будут установлены на основе опытных прокаток.
ь Балочную сталь прокатывают дли-
f !/ t ной 5 19 м. Подобно сортовой стали
' - f- 'х ее заказывают мерными длинами 6, 9,
12 м или иноrда, по соrласованию с за-
:.1 водами-поставщиками, 15 и 18 М.
C:::=tL...::J Обычные двутавры и швеллеры на-
ходят применение в сварных конструк-
циях cocTaBHoro сечения: сквозных ко-
лоннах (см., например, рис. VII.l, б,
VII.3, й, VII.5), поясах ферм и т. д.
Применение двутавров и тавров с па-
раллельными rранями полок наиболее
рационально в сварных колоннах, под-
крановых балках, конструкциях по-
крытий И перекрытий, пролетных стро-
Рис. 11.7
х
Рис. 11.8
а)
!I
. х
. ...............
, \.:
"f.,)
Ь
.
'У
"
.
\..
Ь
,
Q:)
х
б)
у
\
r .
.
х
,
....
ioo,)
ь
-<::
Рис. 11.9
l!) о) В) 2)
Ij У
t t
:::t .+- X -t. Х
1; ! UJ
Рис. 11.10
56 .....
ениях мостов, эстакадах технолоrических трубопроводов,
обшивке бункеров и т. п.
Трубы стальные бесшовные rорячекатаные (rOCT
8732 78*) наружным диаметром D==25 550 мм и тол
щиной t==2,5 75 мм (рис. 11.8) ввиду дефицита и высо-
кой стоимости применяют только в радио.. и телебаш-
нях, мачтах и прочих специальных сооружениях, для ко-
торых основной является ветровая наrрузка и необходи-
мо максимаЛЬ1l0 снизить значение аэродинамических ко-
эффициентов.
rHYTbIe профили изrотовляют из листовой стали на
специальных rибочных машинах или путем холодной про-
катки. Они представляют собой новый вид стальных
профилей, снижающий трудоемкость изrотовления, а
иноrда и монтажа конструкций блаrодаря уменьшению
объема сборочно сварочных работ. Наиболее употреби-
тельны холодноrнутые уrолки (рис. 11.9, а) и швеллеры
(рис. 11.9, б)', изrотовляемые на металлурrических заво
дах. Равнополочные уrолки (rOCT 19771 74*)' имеют
ширину полок b==36 160 мм, толщину t==3 6 мм; не-
равнополочные (rOCT 19772 74*) B===32 90 мм,
b==25 70 мм, t==2,5 4 мм. Швеллеры поставляют сле
дующих размеров: h==26 380 мм, b==25 160 мм, t==
==2,5 8 мм. Длина указанных профилей находится в
пределах 3 12 м.
По индивидуальным заказам можно изrотовить rHY-
тые профили любой конфиrурации, если потребность в
. .
них не меньше минимальнои производственнои нормы,
.
оправдывающеи расходы на технолоrическое оснащение
завода. При этом, однако, необходимо иметь в виду, что
пластическое деформирование металла в процессе холод-
ной rибки сопровождается структурным изменением, ко-
торое принято называть наклепом. Поэтому применение
холодноrнутых профилей не следует предусматривать в
конструкциях, подверrающихся непосредственному воз..
.
деиствию динамических и повторно-переменных Harpy
зок. Эти профили целесообразны в слабонаrруженных
элементах, требующих значительной жесткости (paCKO
сы леrких ферм, связи, элементы фахверков стен и пе-
реrородок, элементы площадок, лестниц и оrраждений).
Сварные профили. Несмотря на относительно широ..
кий сортамент прокатных профилей, металлурrическая
промышленность не удовлетворяет полностью нужды
строительства. Во мноrих случаях приходится применять
составные элементы, сваренные из нескольких листов
57 ....
или друrих прокатных профилей. Широкое распростра-
нение получили сварные двутавры, изrотовляемые по
межреспубликанским техническим условиям (МРТУ
7..14..66) на поточной линии Днепропетровскоrо ЗМК им.
И. В. Бабушкина (рис. 11.10, а). Автоматическая сварка
создает блаrоприятные возможности для производства
v
двутавров из универсальнои стали в соответствии с твер-
до установленным сортаментом наподобие сортамента
прокатных профилей.
В условном обозначении cBapHoro двутавра указыва-
ются буква Д "(Днепропетровский завод), порядковый
номер профиля по сортаменту и буква, соответствующая
назначению двутавра: а) «п»..... для сварных двутавров
применительно к подкрановым балкам пролетом 6 и
12 м под мостовые электрические краны rрузоподъемно-
стью 5 75 т (например, двутавр Д24п); б) «т» то же,
rрузоподъемностью 100 275 т (например, Д24т);
в) «к» для сварных двутавров применительно к колон-
нам (например, Д24к); r) «б»..... для сварных балочных
двутавров общеrо назначения (например, Д24б).
Двутавры всех четырех типов изrотовляют длиной 6
и 12 м, но по требованию заказчика MorYT поставляться
длиной 8.....12,5 м. Минимальный заказ должен равнять-
ся ваrонной норме 62 т. Общий заказ должен быть
v
кратным этон норме.
Трубы стальные электросварные (rOCT 10704.....76*)
наружным диаметром D==22 1620 мм и толщиной t==
==1 16 мм (рис. 11.10,6) широко применяют при соору-
жении нефте.. и rазопроводов. Их использование в ре-
шетчатых строительных конструкциях (фермах, арках
и т. п.) дает экономию стали до 25 О/о.
Холодноrнутые сварные профили квадратные (рис.
11.10, в) и прямоуrольные (рис. 11.10,2) общеrо назна-
чения имеют размеры aXt от 63Х3 дО 200Х8 мм и ьх
XhXt от 32Х63Х2 дО 180х250х8 мм. Технико"эконо-
мические исследования показывают, что замкнутые rHY-
тые профили весьма эффективны в стержневых системах
и по расходу металла практически равноценны круrлым
трубам. Их получают двумя способами. На Молодечненс-
u v
ком заnоде лсrких металлоконструкции из рулонном ста-
ли сначала IIзrОТQВЛЯЮТ элсктросварные трубы круrлоrо
сечения, ,<оторым затем придают прямоуrольныЙ про-
филь. Поточный метод изrотовления этих изделий может
обеспечить потребности не только caMoro предприятия,
но и родственных заводов. Так, например, Первоураль-
..... 58 .....
СКИЙ завод леrких металлоконструкций выпускает на ба-
зе указанных профилей фермы типа «Молодечно».
руrая технолоrия принята на предприятиях черной
металлурrии (Череповецкий завод, Маrнитоrорский ком-
бинат, 3апорожсталь). Она предусматривает формова-
ние прямоуrольных и квадратных профилей на профи-
леrибочном стане с последующей сваркой замыкающеrо
шва на потоке стана.
t 10. СОРТАМЕНТ АЛЮМИНИЕВЫХ ПОЛУФА&РИКА ТО.
Профили из алюминиевых сплавов для строительных
конструкций получают прокаткоЙ, прессованием, rибкой
и штампованием. Путем прокатки на сортовых станах
можно получить такие формы поперечноrо сечения, как
Kpyr, полоса, квадрат, мноrоуrольник. Однако в ряде
случаев слитки невозможно прокатать без предвари-
тельноrо прессования. Кроме Toro, прессованные изделия
приобретают более точную форму с меньшими допуска-
ми по размерам. Таким образом, прокатка не в
состоянии полностью заменить прессование даже при из-
rотовлении простейших профилей. Значительные затра-
ты, вызываемые настройкой прокатноrо стана на каж-
дый новый размер или форму поперечноrо сечения, и
большие потери времени на смену инструмента делают
процесс прокатки экономически невыrодным, оrраничи-
вая ассортимент алюминиевых профилей листами, поло-
сами и лентами.
Листы алюминиевые общеrо назначения и конструк-
ционные (rOCT 21631 76*) поставляют толщиной 0,5
10,5 мм, шириной 1 2 м и длиной 2 7 м. Ширина и
длина прокатываемых листов зависят от марки сплава и
СОСТОЯНН>I поставки. Листовой полуфабрикат может по-
ставляться в рулонах шириной 1,2 и 1,5 м. Ленты (rOCT
13726 78) изrотовляют толщиной 0,25 2 мм, шириной
0,4 1 м и длиной до 20 м.
Прессованные профили получают на rоризонтальных
rидравлических прессах с номинальной силой давления
5 120 МН. Процесс прессования заключается в сжатии
HarpeToro примерно дО 4000С слитка и последующем
продавливании металла через профилированное очко
стальной матрицы (рис. 11.11). Имея набор матриц с
различным очертанием очка, можно изrотовлять всевоз-
можные прессованные профили (рис. 11.12). Их попе-
речные размеры зависят от мощности пресса и rабаритов
..... 59 .....
ero контейнера, куда помещается наrретый слиток. При
указанных значениях силы давления размеры сплошных
открытых и полуоткрытых профилей из мяrких сплавов
должны вписываться в Kpyr матрицы диаметром D ==
==55 530 мм. Большинство современных заводов обо-
рудовано прессами с развиваемой силой давления 50 МИ,
чему соответствует D==320 мм.
Перечень действующих [ОСТов на поставку прессо-
ванных профилей приведен в СНиП II 24-74. Следует
v
также руководствоваться номенклатурои освоенных
профилей, приведенных в каталоrах Все-
союзноrо института леrких сплавов
(ВИЛ С) , и номенклатурой профилей,
изrотовляемых Воронежским заВОДО 1
v
строительных алюминиевых конструкции
им. Ф. Б. Якубовскоrо и заводом в
r. Видное.
rиутые профили изrотовляют преи-
Рис. 11.11 мущественно из тонких листов и лент
r
Рис. 11.12
Рис. 11.18
-60
толщиной до 4 мм. Их конфиrурация может
быть столь же разнообразной, что и у сталь-
ных профилей. Примеры некоторых сечений приведены
на рис. 11.13. rибка производится в холодном состоянии.
Используются чаще Bcero наиболее пластичные сплавы
.(технический алюминий, маrналии, силумины и алюми-
ниево-марrанцевые сплавы в отожженном и полунаrар-
тованном состояниях).
UПтампованные детали получили распространение
при изrотовлении элементов оrраждения каркасно-па-
нельных конструкций, стеновых панелей, архитектурно-
строительных деталей и профилированных стержней.
Процесс холодной листовой штамповки серийных дета-
лей является производительным и обеспечивает большую
точность изrотовления и экономичность.
r n 8.8 111. ХАРАКТЕРИСТИКА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИА
I tt. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СПОСО&АХ СВАРКИ
И СВАРОЧНЫХ МАТЕРИАЛАХ
в современном строительстве распространены rлав-
ным образом электродуrовая (ручная, автоматическая,
полуавтоматическая) и электрошлаковая сварка. Orpa-
ниченное применение находят контактная сварка, ra-
зовая, rазопрессовая, сварка трением, холодная, ульт-
развуковая.
Электродуrовая сварка основана, как указывалось
в 1, на явлении возникновения дуrи 2 между метал-
лическим стержнем (электродом) 1 и свариваемыми
деталями 3 (рис. 111.1). Дуrа, будучи концентрирован-
ным источником тепла, расплавляет основной металл
и металл электрода, образуя сварной шов 4. В зависи-
мости от среды, в которой происходит дуrовой разряд,
различают следующие три разновидности электро-
сварки.
а) Сварка открытой дУZОЙJ коrда в состав rазовой
среды зоны дуrи входит ат-
мосферный воздух с приме-
сью паров свариваемоrо
металла, материала элект-
рода и электродноrо покры-
тия. Этот вид сварки про-
изводится вручную чаще
Bcero плавящимися (метал-
.... 61
(+)
+( )
Рис. 111.1
лическими) штучными электродами, имеющими специ..
альное покрытие, которое выполняет стабилизирующие,
защитные и леrирующие функции. При сварке ro..
лым электродом (проволокой) получаются швы низко..
['О качества, так как в расплавленный металл внедря..
ются из окружаIощеrо воздуха кислород, образующий
окислы, и азот, образующий нитриды, что делает шов
хрупким.
Покрытия приrотовляют из мелкоразмолотых и
тщательно перемешанных компонентов, связанных нат..
риевым (Na20. Si02) или калиевым (К2О. Si02) жид..
ким стеклом, и наносят под давлением на проволочные
стержни слоем 0,5 3 мм. Такие покрытия называются
толстыми в отличие от ранее применявшихся тонких
(толщиной О, 15 0,25 мм), которые представляли собой
растворенный в жидком стекле мел, что повышало ио..
низацию дуrовоrо пространства, но не повышало суще..
ственно качество cBapHoro шва.
Компоненты современных электродных покрытий
образуют при плавлении шлаки и rазы, предохраняю..
щие расплавленный металл от вредноrо воздействия
кислорода и азота воздуха. К шлакообразующим со..
ставляющим относятся титановый концентрат, MapraH"
цевые руды, полевой шпат, каолин, мрамор, кварцевый
песок, доломит, а также вещества, стабилизирующие
rорение дуrи, например калий, натрий и кальций, вво"
димые в виде соединений: К2СОз (поташ), КNОз (ка..
лиевая селитра), СаСОз (мел), Na20 (окись натрия)
и др. rазообразующие составляющие включают дре..
весную и пищевую муку, крахмал, декстрин, целлюло..
зу, хлопчатобумажную пряжу.
Для раскисления расплавленноrо металла свароч..
ной ванны служат элементы, более восприимчивые к
кислороду, чем железо. К ним относятся, как отмеча..
лось в Э 5, марrанец, кремний, титан, алюминий.
В электродное покрытие большинство раскислителей
вводят в виде ферросплавов.
В целях повышения механических характеристик
шва и придания ему специальных свойств (жаростой..
кости, износоустойчивости, коррозионной стойкости) в
состав покрытия включают леrирующие добавки: вана..
ДИЙ, вольфрам, марrанец, молибден, никель, титан,
хром и некоторые друrие элементы.
Ввиду разнообразия высококачественных ПОКРЫТИЙ
электроды удобнее классифицировать не по составу
----- 62 -----
.::
е
:с
::r
c.
=1
c.
сф
а:;Ф
foe(,.J
c:>
:1,-
::
C
:s:c
...
C.J
:s: .::
с..=
Q1:r
c.
с.....
:c
e
=
:I
::r:c
=..а
==
...
:e
.
..... с..
.
::::еа
y
O:S:
:ri
:s::e
'""
a;:
\01:{
c:..s
E--t
= 'ф=, '(1)=
=::s 0::s
== ФО (,)0
>е Во.. :а о..е
:i5 (.) :a e &:Q
:ас: О = .. ::;;:
CU= = ..<
t';S::r t:rCJ t::=C"I =Ug
Ot:: t) ':s: t)
Cto. o..f-- ==O C)
t';Sfoo t::f-t =..... t:: OOC"l<
a:lCJ U ,:s;:::r t:::{ ;......e
и= '6 r:Q
.а0 00 е Q)O :;:
8:;::': == :I: < а о.. C\:I
t';S ::r о C"I :at::o::r:
foo
u o.. ,:s;: Cl. .:s: Oo
\O OO lC t::fJ
0::= :I:::=......
ci I .ф ОХ
D: t:::
::: I . . lCO
foo < U>.> I lC
:в ::;;: M C"I ........
о. 00.. OO
О 16 U
О
t: (1)
........
foo ..... I
О Ф I uci ..
= t--I М..... .....
. ...... ........
О ос.) О.
о ::с 1L?0
::s ..М
::: <-,. . C?OC"l ::C
CJ ::1= U<
= о.. .
a:I U' ::;;: U r:t..
t';S lC'" CQ ..о..
cw) о
IQ I U .. с) м .....
Oci c.) .. .
t';S I ..... et:) О
t::( ::I:I OMU . ..
о < t:: ,6 :r: Н:) :r:
о. u C"I ХОо.. u!Q.<
foo ........ I
:.: CQC't:>u < M:r: ca ..
CIJ .. .. м
:i .. lC ... . lC
..........::s:0 et:) .. .. C?:S:!Q.
I I I с.о Lf.) ........
О t:::r: .. О · · 00 ::f""r'C.....
:.: :r:UO :r:U et:) I
О. M uot::
t';S <CQ C;i <00..(1)
CO
I
8 1 .
cw) ·
ОО)С":) = t::( О О О О О О
,- v t';S lC 00 lC сх) C"I lC
i = '00. ..... .....
",=,-
ot::( '-
=IQ
foo се
CJt::o
e;D:Ce
е;=:'; t: о о о о о о
t';S=CIJ ..... lC lC (j) (j)
fooФ -.::t' oe::r
ф=
=
t:>
с D: ..а N
:2s f-o::S 00 lC сх) -.::t' t'- c'f:)
= и""""
= Соо .. ... .. .. .. ..
= :.: о 8"""4 О ..... о.....
cu
:а t::(
a:I
е; Q,)
t:: · I 8 ::
са crC =
а: O==O) сх) C"I сх) C"I с.о о
:>: foo foo .а = о
е; O8:;:: . ..... C"I 8"""4 C"I ..... C\:I
= foo CU Q,) 8:; 00
CJ О foo а::{ со
O=5
a:I
3
е; ::a:I
е; e;foo:a
CIJ g СоС: о о о о 8
... a::{= 8"""4 lC lC
CU CUPOC. oe::r -.::t'
Соо .
а:: g. a:I
=t)
< < 0<
ooU'od.L>laIr6 UlI C"I C\I I с.о LCr6
(1) (1) а; ,roro
----- 63 -----
tI::
:I:
Q.
>а
f-t
::Е
о..
<
ufi
t::<
t:::{C"I
e
<с.о
C"I .....
lC
(.)
... .. t::
ее е
<U<
C"IC"IC"I
LCOO
8"""48"""4
.>J
tC L.C
LC с.о
........ ........
et:) et:)
I I
:s:::s:
::r::r:
00
о о
lC C"I
00
(j)
lC lC
C\l0
... ..
8"""4
ОСХ)
C"I .....
00
'O!t'(j)
LQ lC
lC О
(f5('5
I
Q,)
=
foo
и
О
Q;
..< &
ее =
:;:::;;: ::r
uC"l
C"I:r: Q,) со
Co 'о
C"I C"I t: О
=
:S Ь
::s 'о
cu
>. со
со 'о
= О
... с:
== О
t';S :.::
со и
t';S Q)
'" cr
=
:а
о.
Q,)
...
cw)
Q,)
'о
Ф
:i
:.::
о.
tO
a:I
CJ
CU
е;
и
О
=
>-
cw)
«s
О.
и
с:
:i5
=
.а
t';S
:а
=
=
=
I
t::: ...
::r: Q,)
< >.
cw)
=
о с.
cu
t-. foo
.
м
о.
;а
t:::: >е
са
О
О.
...
:.::
Q,)
е;
(7)
«s
=
=
...
:в
а:
о)
cr
>.
е;
О
=
е
(о
ro
I
с\8
ro
cu
=
=
cu
cr
=
cw)
о
'о
О
с.о
о
a:I
О
t:
=
...
a:I
О
r::{
О
О.
f-o
.0)
...:
..
D:
= r:(
=a:I=
t';Sa:l1:;
CU
::r.Qfoo
.., со t';S
""'(f')(f')
::st';St';S
c.
=
0.=
t: .
C\8
QI
foo
Q,)
О
a:I
О
и
=
::r
8"""4
lC
00
с.о
о
ro
.
покрытия, а по результатам механических испытании
образцов наплавленноrо металла и cBapHoro стыково-
ro соединения, которые должны быть не меньше зна-
чений, приведенных в табл. 111.1.
При изrотовлении сварных конструкций применяют
низкотоксичные рутиловые* электроды марок ЭРС..l,
AHO-l, 03С-3 и др., покрытие которых содержит же-
лезный порошок. Эти электроды обеспечивают высокое
качество сварки. На монтаже широко используют ру-
тиловые электроды марок МР-3, АНО-3, АНО-4, 03С..4
и др., приrодные для сварки в любом пространствен-
ном положении.
Целлюлозные электроды марок ВСЦ-З, ВСЦ-4 об-
разуют rазовую защиту шва при образовании неболь-
шоrо количества шлака. Блаrодаря этому они удобны
для сварки неповоротных стыков rазопроводов без под-
кладных колец.
Фтористокальциевые электроды УОНИ-13/45,
УQНИ-13/55 обеспечивают очень высокое качество на-
плавленноrо металла. Их применяют для сварки наи-
более ответственных конструкций как на заводе, так
и на монтаже. К этому же виду относятся электроды
УП-2/45, УП-l/55 и СМ..}I. Электроды УОНИ-13/55У
.
применяют для сварки стержневои арматуры железо-
бетонных конструкций ванным способом (см. 13).
Плавящиеся электроды изrотовляют из сварочной
проволоки, которая, соrласно rOCT 2246 70*, делится
на низкоуrлеродистую, леrированную и высоколеrиро-
ванную. Все электроды для ручной сварки открытой
дуrой, указанные в табл. 111.1, выполняют из низкоуr-
леродистой проволоки марки Св..ОВ или для сварки
конструкций, работающих в тяжелых условиях,
Св-ОВА. Начальные буквы свидетельствуют, что прово..
лока сварочная, цифры указывают среднее содержание
уrлерода в сотых долях процента. Буква А в конце обо-
значения марки проволоки и типа электродов характе..
ризует повышенное качество стали вследствие оrрани"
ченноrо содержания серы и фосфора.
Для цветных металлов, поддающихся электродуru..
вой сварке, разработаны специальные электроды. Так,
для сварки алюминиевых сплавов применяют электро"
ды с покрытиями, n состав которых входят криолит
* РУТUЛ ----- природный минерал, содержащий до 60 О/о титана
е виде ero двуокиси Ti02.
64 ...
(NазАIF6) и rалоrениды (хлориды и фториды) калия,
натрия, лития, бария и друrих элементов (KCl, NaCI,
LiCI, NaF и Т. д.). Однако сварка алюминиевых дета-
u u u
леи открытои дуrои возможна только при нижнем по-
ложении шва, поэтому более распространена арrоноду"
rовая сварка, обладающая рядом технолоrических
'1)
l-IаПl!bо8ленuе
Cf.lOpKlI
.:
+ (...)1
1 (+)I
'"
8)
5
+(---)
Рис. 111.2
преимуществ и обеспечивающая высокое качество сое..
динений (см. ниже).
В целом ручная электродуrовая сварка является
наиболее трудоемким и наименее производительным
видом сварки. Тем не менее она широко применяется
блаrодаря своей универсальности, поскольку в боль..
шинстве случаев может производиться при любом по-
ложении в пространстве и в труднодоступных местах.
Особенно распространена ручная сварка при монтаже
металлических конструкций, соединении арматуры же-
лезобетонных конструкций и различных элементов са-
u
нитарно"технических устроиств.
б) Сварка закрытой ayzou. rорящей под слоем
флюса 2 в среде паров OCHoBHoro металла, rолой элек..
тродной проволоки 1 и caMoro флюса (рис. 111.2, а).
В результате плавления флюса образуется жидкотяrу-
чая пленка шлака 3, предохраняющая плавильное
462
---- 65 .......
пространство от контакта с атмосферным воздухом и
леrко удаляемая после остывания.
Сварочные флюсы представляют собой сыпучие ве..
щества. По химическому составу различают флюсы..
силикаты, построенные на основе силикатов кальция,
марrанца или маrния; фторидные флюсы, имеющие в
основе фтористый кальuий (CaF2), и керамические
флюсы, состоящие из минеральных шлакообразующих
компонентов и ферросплавов.
ПО способу производства флюсы делятся на плав..
леные и неплавленые. Первые получают плавлением
входящих компонентов и rрануляцией расплава, в ре..
зультате которой образуются мелкие зерна размером
дО З 4 мм. Такие флюсы оказывают на металл шва
слабое леrирующее воздействие. Неплавленые флюсы
являются сильнолеrирующими. Их изrотовляют из тон-
коразмолотых и механически перемешанных материа..
лов, связанных жидким стеклом. Блаrодаря тщатель..
ному перемешиванию образующиеся зерна размером
1 2 мм должны содержать все необходимые компо..
ненты флюса в заданных соотношениях.
На формирование cBapHoro шва большое влияние
оказывает изолирующая способность флюса. Она зави-
сит от ero rрануляции и физическоrо состояния. Разли..
чают флюсы стекловидные, имеющие насыпную плот-
ность более 1000 Kr/M3, и пемзовидные менее
1000 Kr/M3. Первые обладают лучшей изолирующей спо..
собностью вследствие более мелкой rрануляции и
плотноrо строения частиц.
Флюсы классифицируют и по ряду друrих призна..
ков: по соотношению входящих окислов (основные и
кислотные); по назначению (для сварки низкоуrлеро..
дистых, низко.. и высоколеrированных сталей, алюми..
ниевых сплавов и т. д.); В зависимости от разновидно"
сти сварки (автоматическая, полуавтоматическая и
электрошлаковая, которая рассматривается дальше).
При автоматической сварке под флюсом механизи..
рованы подача к месту сварки электродной прово fоки
и перемещение дуrи по линии сварки. Проволока в
процессе непрерывноrо разматывания бухты подается
автоматической rоловкой 4 (рис. 111.2, б), которая вы..
Ilолняет, таким образом, функции сварщика при ручной
сварке.
Достоинством автоматической сварки является вы..
сокая производительность (в 3 6, а иноrда в десятки
66 ........
раз выше, чем при ручной) и rлубокое проплавление
снариваеl\lЫХ деталей. К недостаткам относится увели-
ченный объем сварочной ванны с расплавленным ме-
таллом, что существенно затрудняет сварку в верти-
кальном положении и в стесненных условиях. Это
обстоятельство оrраничивает применение сварки под
флюсом, особенно при монтаже металлических конст-
рукций.
При наложении швов, которые неудобно выполнять
автоматически, успешно применяется полуавтоматиче-
ская сварка. В этом случае механизирована только по-
дача проволоки, осуществляемая с помощью rибкоrо
IIIланrа 5 (рис. 111.2, в), а движение вдоль шва произ-
водится вручную. Флюс подается из воронки б, совме-
щенной с держателем 7, на котором находятся кнопки
управления.
Электроды для сварки под флюсом по [ОСТ
9087 81 (см. табл. V.2) выполняют из низкоуrлеро..
дистой проволоки марок Св..О8, Св-О8А, CB-08r А,
Cb-IОrА, Cb-IОr2 и леrированной марок CB-IOHMA,
Cb-О8ХН2rмю. Буквы [, М, н, Х, ю и цифры после
них характеризуют леrирующие Э.llементы и их про-
центное содержание (см. Э 5). В остальном обозначе-
ния те же, что и у электродов для ручной сварки от-
крытой дуrой.
В настоящее время широкое распространение полу-
чает полуавтоматическая сварка порошковой проволо-
кой, представляющей собой трубку диаметром 2 3 мм
с запрессованным внутрь порошком шлако- и rазооб-
разующих компонентов, которые обеспечивают защиту
расплавленноrо металла от воздуха, необходимое рас..
кисление и леrирование. Наиболее употребительна про..
волока марок ПП-АН8 и ПП-АН3. Первая поставляет-
ся по ЧМТУ 4-353-71, вторая по ТУ ИЭС 22-66.
В дальнейшем полуавтоматическая сварка порош-
КОВОЙ проволокой должна постепенно вытеснить руч-
ную сварку на монтаже, поскольку не уступает ей по
доступности выполнения работ, обеспечивая в то же вре-
мя высокие производительность и качество.
в) Сварка дуzой, zорящей в среде защuтноzо zазаl
осуществляется неплавящимся (вольфрамовым) элект
родом (вручную или механизированным способом) или
плавящимся электродом (с помощью автоматических и
полуавтоматических установок). В первом случае (рис.
111.3, а) вольфрамовый стержень 1, расплавленный ме-
5*
----- 67 -----
u
талл сварочном ванны и
присадочной проволоки 2
изолируются от атмосфер-
Horo воздуха поступаю-
щим из rорелки 3 инерт-
НЫМ (aproHoM, rелием)
или активным (уrлекис"
ЛЫМ) rазом 4. Вольфрам
является туrоплавким ме-
таллом с температурой
плавления около 3400 ОС, обладающим высокими элект-
ронной эмиссией (испусканием), коррозионной стойко-
стью и прочностью. Блаrодаря этим качествам расход
вольфрама при сварке не превышает 1,6 r на 1 м дли-
ны шва.
Сварка плавящимся электродом (рис. 111.3, б) ос-
нована на таком же принципе с той лишь разницей, что
шов формируется самим электродом.
Способ сварки в заLЦИТНОЙ среде уrлекислоrо rаза
(СО2) разработан в начале 50-х rодов советскими ис-
следователями К. В. Любавским и Н. М. Новожило-
вым. В настоящее время он применяется rлавным об-
разом для сварки низкоуrлеродистых и низколеrиро-
ванных сталей (rOCT B050 76*). Уrлекислый rаз, не
являясь инертным, при высокой температуре активно
окисляет металл, что компенсируется повышенным
содержанием раскислителей (кремния и марrанца) в
электродной проволоке марок CB..OBr2C, cb-овr2СЦ,
CB..IOXr2CMA. Уrлекислый rаз применим только для
сварки плавяLЦИМСЯ электродом. Вольфрамовые элект-
роды в этих условиях быстро окисляются и сrорают.
Сварка в уrлекислом rазе обладает рядом преиму"
ществ по сравнению со сваркой под флюсом: отсутст"
вием приспособлений и операций по засыпке и уборке
(рлюса, а следовательно, по удалению шлака, вследст"
вие чеrо возможна в любом пространственном положе..
нии; более высокой производительностью (на 15
20 О/о) и более низкой стоимостью; возможностью на-
блюдения за процессом rорения дуrи и образования
lllBa, что особенно важно при полуавтоматической
сварке. К недостаткам следует отнести возможность
сдувания струи rаза ветром или сквозняком, что ухуд-
llJaeT защитное действие rаза и качество шва; необхо-
димость защищать рабочих от излучения ду.rи и от
опасности отравления при сварке в замкнутом "РОСТ-
......68.......
о}
1, \\\\ З
(4
6)
,"!,
Рис. 111.3
раliстве. Кроме Toro, сварка в уrлекислом r&зе воз-
можна только при постоянном токе и дает менее rлад..
кую поверхность шва, чем сварка под флюсом.
Сварка в среде aproHa (арrонодуrовая) или rелия
плавящимся или неплавящимся электродом использу-
ется преимущественно для соединения алюминиевых
элементов, а также тонких листов из высоколеrирован"
ных нержавеющих и жаропрочных сталей. Выбор ви"
да сварки обусловлен положением шва в пространстве,
ero конфиrурацией и протяженностью. Механизирован..
ная арrонодуrовая сварка плавяlЦИМСЯ электродом
применяется для соединения стальных деталей толщи-
ной 3MM, алюминиевых 4 мм. При меньшей
толщине экономичнее сварка неплавящимся электро"
дом. К тому же шов получается менее пористым.
Наиболее производительна автоматическая сварка
плавящимся электродом. Она целесообразна в стацио..
нарных условиях при большом объеме прямолинейной
сварки в нижнем положении. Полуавтоматическую
сварку применяют при выполнении криволинейных, ко..
ротких, потолочных И вертикальных швов, т. е. в тех
случаях, коrда автоматическая сварка нецелесообраз--
на или невыполнима.
Внедрение арrонодуrовой сварки существенно упро..
стило проблему соединения алюминиевых конструкций.
Долrое время они плохо поддавались сварке из..за ак-
тивноrо окисления расплавленноrо аЛЮМИliИЯ и обра--
зования окисной пленки, препятствующей формирова..
нию шва. При сварке в струе инертноrо rаза окисление
металла почти не происходит. К тому же rазовая струя
постоянно охлаждает околошовную зону и отводит те"--
ло, что положительно отражается на свариваемых де-
талях вследствие уменьшения сварочных деформаций.
Ручная арrонодуrовая сварка алюминиевых KOHCT
рукций применяется в любом пространственном поло..
жении, но при толщине деталей не более 20 мм. В про..
тивном случае требуется предварительный подоrрев
свариваемых кромок до 150 ос ацетилено"кислородным
пламенем.
Электрошлаковая сварка представляет собой, по
существу, бездуrовой процесс. Для расплавления кро-
мок OCHoBHoro металла и электродов используется теп-
ло, выд ляющееся при прохождении электрическоrо
тока через жидкий шлак (рис. 111.4). Шлаковая ванна
1 образуется путем расплавления rранулированноrо
----- 69 .....
флюса, заполняющеrо прос.
транство между кромками
OCHoBHoro металла 3 и ох-
лаждаемыми проточной во-
дой формующими медными
ползунами 2, которые плот-
но прижаты к поверхности
смариваемых деталей.
Процесс сварки начинает-
ся с возбуждения и поддер-
жания мощной электричес-
кой дуrи или нескольких дуr
под флюсом между основ-
ным металлом и электрода-
ми 4. Дуrи плавят флюс и
затем rасятся образующим-
ся расплавленным шлаком,
который с этоrо момента становится проводником элект-
рическоrо тока от электродов к изделию. В такой после-
довательности дуrовой процесс переходит в электрошла-
ковый. Шлаковая ванна при этом достиrает температу-
ры, превышающей температуру плавления OCHoBHoro и
электродноrо металлов, которые стекают на дно шлако-
вой ванны, образуя сварочную (металлическую) ван-
ну 5.
Электрошлаковая сварка ведется автоматически в
вертикальном положении rолыми электродами. По ме-
ре плавления OCHoBHoro и электродноrо металлов ис-
точник HarpeBa поднимается выше, а внизу после ох-
лаждения образуется сварной шов б. Шлак, таким
образом, выполняет функции нзrрева металла, ero
плавления и защищает расплавленный метаЛJI от атмо-
сферноrо воздействия. Сварка применяется для стыко-
вых соединений элементов из уrлеродистой, леrирован-
ной и специальных сталей толщиной 16 500 мм и
более. Зазор между кромками свариваемых листов
составляет обычно 20 40 мм в зависимости от толщи-
ны листов.
1( достоинствам электрошлаковой сварки относят:
возможность получения за один проход автомата сое-
динений практически неоrраниченной толщины и без
специальной подrотовки (разделки) кромок сваривае-
мых деталей; уменьшение расхода флюса в десятки
раз по сравнению с электродуrовой сваркой под слоем
флюса, что помимо экономии материалов способствует
ь..
&
J
Рис. 111.4
5
2
----- 7 О .....
более постоянному химическому составу металла шва;
fалый расход электроэнерrии (в 1,5 2 раза меньше,
чем при дуrовой сварке под флюсом, и в 4 раза мень..
ше, чем при сварке открытой дуrой); возможность по..
лучения (при правильной технолоrии сварки) соедине..
ний без дефектов типа пор, шлаковых включений, тре..
щин; уменьшенное содержание rазов в металле шва.
К недостаткам следует отнести: возможность про
изводства работ только в вертикальном или близком к
нему положении (отклонение не более 30 О) сваривае..
мых плоскостей; крупнозернистую структуру металла
шва и в зоНе термическоrо влияния сварки, что снижа..
ет ero ударную вязкость при отрицательных температу-
рах; необходимость изrотовления и установки перед
сваркой технолоrических деталей (планок для BЫBOД
начальноrо участка шва, rде возможны непровары, за
пределы соединений; формующих ползунов и др.).
t t2. КЛАССИФИКАЦИЯ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИА И ШВОВ
Наименования сварных соединений и швов в строи
тельных конструкциях устанавливают по различным
признакам.
а) В зависимости от взаимноrо расположения ева..
риваемых элементов различают стыковые, нахлесточ-
а)
2)
JI:C )
w
:: : : : : : : : 11: : : : : : ::
-1 I [::::11::::]
/ : 11 : []о
6) . . т! I Зr
Рис. 111.5
1 (:::: :::::)
71
IS
::
со
...
u
::с
Q
:в
::с
..а
=
..
u
со
..
=
cu
cu
е;
d)
са
1:10
Q
1:10
8
:в
t:{
=:
=
(\:1
c..s
::1
::s:
r::
\с)
c..s
t--
:i
о.
QJ
:Е
cr)
со
О.
:Е
:Е
:i
:Е
cr)
со
О. .........................
g
5и:>
o::f--
cou
::со
L-.
с...
о::
u
CI.'
tr
=
t-o
J
.......
1Qt--
(';00
E--
au
со
:s:L-.
0::0
сос
:lC:co
и
Q)o.
:rco
=a:I
и
::и
о
...
са
<
)(
э
IC
Q
:!
...
u
I
о.=с-::
Q)Q)IQ
t-o::c3
a:;
сооо
с.с,,-
со:во
><:IQ::C
о
:Е
о
о.
::.:
cr)
:1:
::.:
u
(т)
>.
S
i=
o:iiC
c
соо
lQo.
5::':
:s:
Q)
:s:...
::со
со",
a:I
00.
::С",
O
:s:
со
::t
о.
:Е
:Е
Q.
I I \с О 00 I
LC .....
I I ...... ..... o
......
. .. J
lQ lQ 00
I J C'J I 11
о .
о о о
.... со (.D со
I I I I , I
...... C'I') C'I') lQ
......
............... о
о
с.о
I I о ... ... о I
о о lQ
C'I') lQ
lQ
I I со ... I I c'f)
lQ ... lQ
.. со ..
...... .... ф
........ 11
Lf:)
C'I') Lf:) lQ I
I I о I I
...
о о о ...
о
...............
о о о о с>
.... C'I') C'I') C'I') lQ
I I I I I I I I
C\I 00 00 со
...... ...... ....
----------
о t:t О ti О t:t О
..
::Е ::s I ....
::.....
О О t::;0
u u О :с
О О a:lt:1
::s:0
u u о-
о О О ::Е
::Е u u u 8
о :s:: о
о.. ::.:: ."",
'::S: ::Е ::: О . u
c..s ::ВО :iS ::Е
u ::Со.. ::СО ::I:
О ('f) rr)o.. ::E=
c..s c..s
u 0..== о.. o..:a
\00 \O \О::с::Е
('f) о ::С O о,::;: о
Q) 't:1 ' t:I :.J
>0 > ::C:ll:
c:s
.....
о
t$
....
---- 72 ........
I u"') о
.....& lt:)
...... .....&
00 I
11
Q:'
о
о с о
...... о
I I ...... .....
lQ I I
..... 00 00
о о
00 ..... lt:)
I ... lt:) . ..
C\I О
C\I ..... со
.....
............
00 ..... со ...
с.с
. .. ...
ф 00
о о о . ..
о
о
со <:> о о
..... со c't) со
I I I I
со о 00
...... C\I .....
r:::t О J:::{
. I . , .><
=0 ::E ::Е >а
1:;0.
O =0 =
tCI CJ иа::{
0:::S: tJ:::S:
=>а :2::Е
с..са :2==
сои tClU
и::Е r::{0
ии ::d
О ии
.= CJ .:S: = == -:S::S:
::8 :a::E :а::Е
:Ж:U :ж:::8::Е :ж:::8
::E rt)tI:0 ('I)tI:
Q.:zI ::ro. a3t:r0
Q.:s: c..=
'g:Ж:1Id \с) Со.« \с) с.. О
, О O O 9tc..
::E '0)
t::( ::Е :ж: ><:
........ 7 ........
C\I
00
"
Q:'
lt:)
l'
......
I
о
c't)
о
.....
...
......
о
.....
00
со"
11
o
о
со
I
о
I.Q
. , .
::E':S: О
:s:Q)c..
()tI:;:.:
=
D::I:;><
::Ео>а
>.tClca
ca:S:
c..
(J :s:
::Е
=:s: :s:
:а::Ес,)
:ж:::80
('I):ж::х:
t:rCJ
c..:s::s:
\Oc..
9t:a0
><::etI:
Q.
О
rt)
I
а
са
О
...
:ж:
CI)
:2
Q,)
1:;
(1)
:21
:1
CI)
:s::
r::t
CI)
8
:ж:
::с
О
I
ёё
O
83
t:S:tJ::
=:s:
:ж:....
=::8
O
с..;:.:
Ои
f-oСО
(Jo.
t:;
t::1:0
I
r::{1
. .. t3
tCI ...
00::
8
CI)
.:;: r:;:
::tL-.
tI:>.
tI:c..
С:х:
o..
0('1)
"'и
и>-
0:s:
=
,0.
01
;..: ... j
V003:
:s:::c
:ж:Q)
::r
::со.
(1)C::
01
\OQ.
о
вые, уrловые, тавровые и комбинированные соедине.
ния. Стыковые соединения (рис. 111.5, а, б) осущест"
вляют путем заполнения расплавленным металлом про..
странства между свариваемыми элементами. Такой
вид соединения наиболее рационален при сварке листов.
В целях обеспечения хорошеrо провара и условий сво.
бодноrо деформирования (усадки) остывающеrо шва в
листах толще 8 мм предусматривают специальную об..
работку кромок. Это мероприятие позволяет rлубже
вводить электрод и оставлять между стыкуемыми эле..
ментами зазор постоянноrо размера (табл. 111.2).
Остальные из перечисленных соединений выполня-
ют уrловыми (валиковыми) швами, заполняя расплав..
ленным металлом уrол, образованный поверхностями
соединяемых элементов. При нахлесточно.м соединении
(рис. 111.5, в) свариваемые детали частично перекры"
вают друr друrа .Такое соединение особенно распрост"
ранено в решетчатых конструкциях. Ero разновидно..
стыо является соединение с накладками (рис. 111.5, z,
д). Оно применяется при стыковании элементов из
разнообразноrо профильноrо металла.
Нахлесточные соединения проще в обработке эле..
ментов под сварку, но менее экономичны, чем стыковые,
по расходу металла (особенно соединения с накладка.
ми). Кроме Toro, эти соединения отличает резкая кон-
центрация напряжений, что весьма нежелательно в
конструкциях, подверrающихся динамическим и по..
вторно..переменным наrрузкам или работающих в усло..
виях низких отрицательных температур.
Иноrда с помощью накладок усиливают стыковое
соединение, переходя тем самым к соединению комби..
нированноrо типа (рис. 111.5, е).
ТавРО80е соединение (рис. 111.5, ж) представляет
собой крепление торца одноrо элемента к поверхности
друrоrо, как правило, под прямым уrлом. При УZЛО80.л/,
соединении (рис. 111.5, з) крепятся торцы элементов,
находящихся во взаимно перпендикулярных плоскос"
тях. Тавровые и уrловые соединения широко применя..
ются в сварных конструкциях блаrодаря простоте вы..
полнения, высокой прочности и экономичности. Их
осуществляют уrловыми швами без разделки или с
разделкой кромок.
б) По назначению сварные швы относят к раБОЧИ.А-t
и связующим. Разрушение первых влечет за собой вы.
ход конструкции из строя, поэтому ОНИ должны быть
....... 7 4 ......
положеНIJЯ с6арки
BepтиKQAbll(J@
f.'O 150 1050
(j. a
I
t (:)k
Рис. 111.6
О)
L: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :
о)
J:: :::::: :::::: :::
Рис. 111.7
а)
[ #
о)
о)
6)
,
w "'''''''
Рис. 111.9
rорuэонтольное
.8 ло80ЧКV.
\'"
l 1111111
1111111 ],
"
Рис. 111.8
8
рассчитаны на прочность по действующему усилию, че-
ыУ посвящена rл. У. Связующие швы в большинстве
случаев не влияют на прочность конструкции, И их на-
значают конструктивно.
....... 75 ----
tj) По месту выполнения сварные швы делятся на
заводские, осуществляемые в стационарных условиях
при изrотовлении отправочных элементов конструкций,
1I монтажные, выполняемые на строительной площадке
при укрупнительной сборке элементов до подъема или
после установки в проектное положение.
r) По положению в пространстве при выполнении
сварки шов может быть нижним, rОРИЗ0нтальным, вер-
тикальным и потОЛОЧНЫм (рис. 111.6), что реrламенти-
руется [ОСТ 11969 75* в зависимости от уrлов пово-
рота продольной и поперечной осей шва. Положение
монтажной сварки установленных элементов cTporo
определяется их проектным положением, поэтому кон-
структивное решение должно предусматривать мини
мальный объем сварочных работ в неудобном положе-
нии, особенно потолочном. В заводских условиях бла-
rодаря вОзможности кантовки (переворачиванию) эле
ментов в процессе изrотовления все швы должны
выполняться наиболее производительной дуrовой свар-
кой в нижнем положении (стыковые) и «в лодочку» (yr-
ловые). Для электрошлаковой сварки необходимо обес-
печить вертикальное положение с отклонением, как ука-
зывалось в 11, не более 300.
д) По протяженности сварные швы бывают
непрерывными (рис. 111.7, а) и прерывистыми (рис.
111.7,6). Последние в большинстве случаев нежела
тельны, так как приводят к концентрации напряжений
по концам шва и к пониженной коррозионной стойко-
сти в промежутках между швами. Основное преимуще-
ство прерывистых швов......... ускорение ручной сварки
блаrодаря уменьшению объема наплавленноrо метал
па ........ не может компенсировать отмеченных недостат-
ков. Эти швы применяют в качестве связующих, а также
для сварки лестниц, площадок и прочих слабонаrружен-
ных конструкций и элементов с напряжениями менее
0,4 R.
е) По количеству слоев, наложенных при сварке,
швыI MorYT быть однослойными (однопроходными) и
.мноzослойными (мноrопроходными). Первые выполня
ют одним проходом сварочной дуrи (рис. 111.8, а) вто-
рые несколькими (рис. 111.8,6).
ж) По внешней фОрl\lе сварные швы делятся на
нормальные, т. е. с плоской поверхностью (рис.
111.9, а), выпуклые, т. е. усиленные (рис. 111.9,6), и
BozHyrbte (рис. 111.9, в). Выпуклые швы характерны
...... 7 б -----
для ручной сварки. К BorHYTbIM уrловым швам прибе-
rают в целях повышения сопротивления сварных сое-
динений усталости (BorHYTocTb стыковых швов являе1'
ся браком). BorHYTocTb и плоская поверхность швов
достиrается реrулировкой режима сварки или специ
альной механической обработкой.
Условное изображение и обозначение сварных швов
в технической документации, а также на строительных
чертежах (табл. 111.3) установлено rОСТами.
т а б л и ц а 111.3. Условное изображение сварных швов
на строительных чертежах
8ииимый шоВ Не6иIJиМЫli шоВ
Шо6 (с лице80t1 стороны) (с o50pomJfOi1. стороны)
заВооскоii монтажныii эа60dскоli монтажныil
Сты.ко6ой 11111111111111111111 )()()()()()()()( жж ж.ж ж.ж ** **
У2ло60i1. :
непрерыВный 1111111111111111111 )(}()(){}(}(}( ш.ш шw ш.ш
лреры6tLстыl1 111111 111111 111111 )()()( }()()( LLШJ ......... LШJ.J
t 13. СВАРКА АРМАТУРЫ
ЖЕЛЕЗО&ЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИА
Производство работ осуществляется в соответствии
с указаниями rOCTOB и нормативных документов по
сварке арматуры и закладных деталей железобетонных
конструкций (см. [20]). В заводских условиях, т. е.
при изrотовлении каркасов, сеток и друrих арматурных
изделий, применяют rлавным образом контактную CBap
ку. Она представляет собой сварку с использованием
давления. Технолоrический процесс осуществляется в
арматурных цехах специальными контактными машина
МИ, которые состоят из двух основных частей механи
ческой и электрической. Первая призвана обеспечить
закрепление свариваемых деталей и создать необходи-
мое усилие сжатия. Назначение электрической части..........
HarpeB металла в месте сварки до требуемой темпера-
туры.
Наиболее распространены следующие виды KOHTaKT
v
нои сварки.
77 .....
1. Стыковая сварка непрерывным оплавлением исполь-
зуется для соединения стержневой арматуры из низко-
уrлеродистой стали (марки Ст3). Эта сталь обладает
хорошими пластическими свойствами при нормальной
и высокой температуре, не получая закалки при быст-
ром охлаждении интенсивно разоrретой околошовной
зоны.
Сварка начинается с включения электрическоrо то-
ка, после чеrо концы соединяемых стержней, которые
находятся под наПРЯJКением сварочной цепи, сводят до
леrкоrо соприкосновения (рис. 111.10, а). Происходит
быстрое разоrревание торцовых поверхностей до жид..
Koro состояния с образованием перемычек. Ток, прохо-
дя через перемычки, HarpeBaeT металл до расплавления.
Для обеспечения непрерывноrо процесса торцы стерж-
ней по мере их оплавления сдавливают (осаживают).
Сварка происходит между близлежащими слоями ме-
талла, доведенноrо до пластическоrо состояния под дей-
ствием высокой температуры и прикладываемоrо дав..
ления. При этом расплав с окислами выдавливается из
плоскости соединения, а переrретый металл околошов..
ной зоны деформируется, образуя усиление (рис.
111.10, б) и rpaT (окислы и капли расплавленноrо ме-
талла) .
2. Стыковая сварка преРЫ8истым оплавлением ос..
новной способ соединения стержней из закаливающей..
ся стали марок Ст5, 35rc, 25r2C, ВОС, 20хr2Ц (см.
табл. 11.7). Этот вид сварки также начинается с вклю-
чения тока, но затем концы соединяемых стержней
сближают периодически, вызывая короткими замыка-
ниями прерывистое оплавление. В результате металл
прилеrающих зон наrревается до требуемой температу-
ры постепенно. На заl{лючительном этапе сварку ведут
непрерывным оплавлением. Предварительный подоrрев,
который может быть осуществлен вне машины, обособ-
ленным источником тепла, предупреждает резкую за-
калку околостыковой зоны и снижает связанную с этим
склонность к хрупкому разрушению.
Следует иметь в виду, что в процессе оплавления вы..
сокоуrлеродистых и низколеrированных сталей возмож"
но выrорание уrлерода, марrанца, кремния и друrих
компонентов, а также насыщение металла кислородом,
вследствие чеrо MorYT снижаться механические харак-
теристики cBapHoro соединения.
3. Точечная сварка применяется rлавным образом
........ 78 .......
а)
п
s
Рис. 111.12
N
Рис. 111.13
........ 79
б)
l
-+.
\
Рис. 111.10
а)
J
о)
. }.
I
t
.*.
Рис. 111.11
д
Рис. 111.)4
для соединения пересекающихся стержней при изrотов-
лении каркасов и сеТОК. Стержни, собранные крест"на-
крест (рис. 111.11, а), устанавливают и зажимают элек-
тродами контактной машины (рис. 111.11, б). Затем
u u
включают электрическии ток, которыи HarpeBaeT нахо-
дящийся между электродами металл. Наибольшее теп-
ловыделение происходит в месте контакта стержней, в
результате чеrо поверхностные слои l\fеталла расплаВJ1Я-
ются, образуя литое ядро, общее для стержней. После
этоrо ток выключают, а давление выдерживают до пол-
ной кристаллизации металла расплавленной зоны. 1и-
u u u
пы соединении, выполненных контактнои сваркои, по-
казаны на рис. 111.11, 8.
При большом объеме работ широкие плоские и ру-
лонные сетки, а также плоские каркасы сваривают на
специализированных мноrоточечных машинах автома-
u u
тическоrо деиствия, входящих в состав поточнои линии.
Контактную точечную сварку пространственных карка-
сов производят на подвесных маIlIинах в комплекте с
механическими устройствами, которые обеспечивают пе-
u u u
ремещение изделии в вертикальнои и rоризонтальнои
плоскостях или поворот BOKpyr продольной оси.
В случае отсутствия оборудования для контактной
сварки допускается применение дуrовой сварки соеди-
u
няемых по длине арматурных стержнеи из rорячеката-
ной стали диаметром d 8 мм и при выполнении рас-
u
считываемых на прочность соединении в каркасах и сет-
ках с обязательными конструктивными дополнениями в
u u
местах сопряжения продольнои и поперечнои арматуры
(косынки, лапки, крюки и т. п.).
Основным способом соединения арматуры на монта-
же является ванная сварка в инвентарных формах. Ме-
талл электрода 1 расплавляется за счет непрерывноrо
rорения дуrи и удерживается в жидком состоянии под
слоем шлака 2 чаще Bcero разъемными медными форма-
ми 3, которые закрепляются у свариваемоrо стыка
струбцинами или специальными хомутами. Тепло жид-
кой ванны расплавляет торцы стыкуемых стержней 4,
u
присадочныи металл смешивается с основным, и после
остывания образуется прочный шов. Сварка может вес-
тись в rоризонтальном (рис. 111.12, а) и вертикальном
(рис. 111.12, б) положениях. По ее окончании формы
леrко снимаются и переносятся на новый стык. Вместо
{eДHЫX допускается использование rрафитовых форм,
которые, однако, быстрее выходят из строя.
. ...;... 80 .......
Наиболее эффективной является полуавтоматичес-
кая ванная сварка под флюсом в медных формах. Она
обеспечивает высокую производительность и хорошее
качество сварки стержней диаметром d == 20 40 мм. Ис
пользуется сварочная проволока диаметром 2 и 2,5 мм
марок Св-ОВА (только для арматуры класса А-I и клас
са A-II из стали марки 10fT), CB OBfA, CB 10r2 и
Cb-IОfА (для арматуры классов A-I A-III).
Получила распространение полуавтоматическая
сварка порошковой проволокой диаметром 2-----3 мм. При
небольших объемах работ применяется менее эффектнв"
ная ручная ванная сварка rоризонтальных стержней.
Она ведется в медных формах и может быть OДHO или
мноrоэлектродной. Во втором случае (рис. 111.13) ис-
пользуют rребенку из заранее приrотовленных электро-
дов 1 типа Э42А дЛЯ арматуры класса А-I и Э50А или
Э55 дЛЯ арматуры классов A-II и A-III. fребенку BCTaB
ляют посредством вспомоrательной планки 2 в держа..
тель 3 и опускают так, чтобы электроды попали в зазор
между соединяемыми стержнями. После возбуждения
дуrи между электродами и дном формы образуется ван..
на расплавленноrо металла, постепенно заполняющеrо
весь зазор.
Если разъемные формы отсутствуют или их исполь-
зоваНИе нерационально, допускается применение остаю..
щихся стальных желобчатых подкладок или накладок
(рис. 111.14). Последние отличаются ббльшими размера-
.
ми, так как они воспринимают часть эксплуатационнои
наrрузки. Ванной сваркой на подкладке соединяют
стержни диаметром 20 32 мм. Длина подкладки l
1,5d, толщина t==6 мм. Зазор между стержнями а==
== (1,5 2)dэ, rде dэ диаметр электрода, но не более
20 мм.
Сварку на стальной накладке применяют обычно для
стержней диаметром d==36 BO мм. Длина накладки
1 2d, толщина t==6 15 мм, зазор а== 15 35 мм. В этом
.
случае помимо OCHoBHoro стыка, выполняемоrо ваннон
сваркой, заваривают фланrовые швы длиной l.......... а, ко..
торые обеспечивают передачу oceBoro усилия на наклад..
ку. Такая сварка называется ванна-шовной.
Недостатком стальных подкладок и накладок, оста..
ющихся после сварки, является то, что они не позволя..
ют тщательно проверять качество выполненных стыков,
затрудняя физические методы контроля швов. В резуль..
тате MorYT оказаться скрытыми непровары и шлаковые
462
81 .....
включения. Кроме Toro, при
частом расположении арма-
турных стержней подкладки
и накладки мешают замоно-
личиванию стыков железо-
бетонных элементов.
Распространенная ранее
. монтажная дуrовая сварка
протяженными швами на-
1 . хлесточных соединений и сты-
ковых с круrлыми сплошны-
ми накладками в последние
rоды вытесняется ванной и
ванно-шовной сваркой. Од-
нако ее применение допуска-
ется и на практике встреча-
ется. Типы соединений при-
ведены на рис. 111.15 (повер..
хность периодическоrо про-
филя условно не показана).
Нахлесточное соедине-
ние с односторонним швом
(рис. 111.15, а) применяется
для арматуры классов A-I-----
A-III диаметром до 20 мм,
с двусторонними швами
(рис. 111.15, б) ----- для арма..
туры класса A-I и класса
A-II, выполненноЙ из стали
марки 10rT. с помощью
круr.пых накладок (рис.
111.15,8) соединяют армату-
ру классов A..I ----- A-IV, причем последнюю можно свари-
вать только в rоризонтальном положении разносторон-
ними швами, сдвиrая накладки на расстояние с;;з:d
(рис. 111.15, с). Соединение с двусторонними швами
(рис. 111.15, д) применяют для сварки арматуры клас-
сов А-I ----- A-III.
Длину нахлестки или накладки 1 для стержней из
арматуры класса A-I принимают равной 3d при двусто-
ронних швах и 6d при односторонних; из арматуры
классов A-II и A-III ----- соответственно 4d и 8d, класса
A..IV 10d.
Диаметр накладок назначается по расчету (см. 21).
Сборку стержней периодическоrо профиля произво-
rЛ
[
6) 1
.
2) С
:::::: :::
IJ
1
1
Рис. III.J5
..... 82
дят так, чтобы выступы одноrо стержня попадали в вы-
емки друrоrо.
Все соединения с накладками неэкономичны из..за
повышенноrо расхода электродов и затраты металла на
накладки. Поэтому их используют в редких случаях для
отдельных стыков или если необходимо rарантировать
высокую прочность соединения.
t t4. СВАРКА ТЕРМОПЛАСТОВ
Сварка элементов из термопластов производится
плавлением. Она основана на свойстве полимерных ма-
териалов переходить в вязкотекучее состояние при на-
rревании до определенной температуры. Такое состоя-
ние при наличии плотноrо контакта соединяемых дета-
лей способствует возникновению межмолекулярноrо
взаимодействия и диффузии.
В отличие от металлов температура сварки термо-
пластов невысока (см. табл. 11.6), что упрощает приме-
няемое оборудование. В основу классификации спо-
собов сварки плавлением положен принцип иаrрева эле-
ментов. При сварке строительных конструкций
применяются rлавным образом воздушно..rазовый, кон-
тактно"термический и высокочастотный способы. Мно-
rие друrие способы ----- механический (трением), ультра-
звуковой, световой (инфракрасными или KoreppeHTHbI-
ми лучами), лазерный, нейтронный имеют в строи-
тельстве оrраниченное пр именение.
Воздушно-zазовая сварка термопластов (рис. 111.16)
является наиболее простой и распространенной. Кром-
ки соединяемых элементов 1 и часть присадочноrо прут-
ка 2 наrревают струей 3 rорячеrо воздуха (чаще Bcero)
или азота, уrлекислоrо rаза, aproHa. Источником тепло-
вой энерrии служит электричество или rорючий rаз (во-
дород, ацетилен, светильный rаз и т. п.). Второй вари-
ант более опасен для работы. Сварку производят специ-
альными rорелками 4, имеющими сменные наконечники.
Присадочные прутки заrотовляют путем экструзии (про-
давливанием через rоловку определенноrо сечения).
Простейшим прутком может служить полоса, вырезан-
ная из свариваемоrо материала. Прутки толщиной (ди-
аметром) более 3,5 мм применять не рекомендуется, так
как их трудно проrреть.
Детали толщиной t 2 мм можно сваривать без раз-
делки кромок с зазором a==I 1,5 мм (рис. 111.17, а).
6* 83 ----
1
Рис. 111.16
Сварку выполняют в два про-
u u
хода, укладывая верхнии слои
и слой с обратной стороны.
При большей толщине (2<
<t<5 ММ), коrда двусторон-
няя сварка невозможна, целе-
сообразна V-образная раздел-
ка кромок с уrлом раскрытия
а==60..........70 о и зазором a
==O,5 1,5 мм ( рис. 111.17, б).
а) о) а
w4t ll w
о)
w
о]
1
wr+
8) 1
V/1
2 2
Рис. 111.17
3
Wl7 """
!2
Рис. 111.18
Сварку выполняют в несколько проходов до полной ук-
ладки шва. Наиболее прочное соединение при толщине
1>2 мм дает Х-образная разделка кромок с тем же yr-
лом раскрытия (рис. 1
111.17, в).
Аналоrично стыковым
выполняются нахлесточные,
уrловые и тавровые соедине-
ния, но они не обеспечивают
достаточной прочности. Yr-
ловые швы особенно непри-
емлемы, коrда свариваемый
материал получен путем Рис. 111.19
..... 84 ...
прессования и является слоистым. Шов в этом случае
соединяет один лист с несколькими слоями друrоrо, и
монолитноrо соединения не получается.
Недостаток воздушно-rазовой сварки пластмасс за-
ключается в ручной работе. Для повышения производи-
тельности применяют прутки треуrольноrо и квадратно..
ro сечений с площадью, близкой к площади сечения раз-
делки, а также сдвоенные прутки. Эффективен
предварительный подоrрев прутка и свариваемых кро-
мок. Для сварки прямолинейных швов в rоризонтальном
положении разработаны полуавтомат и автомат (для
сварки линолеума).
Контактная термическая сварка основана на исполь-
зовании в качестве теплоносителя вместо rорячеrо воз-
духа (rаза) различных наrревателей в комбинации с
механическим давлением. Обычно используют электро-
наrреватели, позволяющие точнее реrулировать темпе-
ратуру и продолжительность HarpeBa.
Различают два вида контактной сварки пластмасс:
оплавлением и проплавлением. В первом случае Harpe-
ватель 1 соприкасается непосредственно со свариваемы-
м и поверхностям и (р ис. 111.18, а), во втором........ нахо..
u
дится в контакте с внешнеи поверхностью соединяеМblХ
деталей 2 и тепло поступает к свариваемым поверхно..
стям через толщу деталей (рис. 111.18, 6). Первый спо..
соб используется для сварки деталей значительной тол..
щииы, второй........ для сварки тонких листов и пленок
(t 5 мм).
Контактную сварку плоских массивных заrотовок
осуществляют путем наrревания косых стыков, имеющих
уклон 1 : 3-----1 : 5, до размяrчения и последующеrо обжа-
тия специальными роликами 3 (рис. 111.18, в). При до..
статочно большом давлении (1 2 МПа) и температуре
порядка 150 250 ос (в зависимости от вида пластмас..
сы) удается получить сварной шов, не уступающий по
прочности основному материалу. Недостатком этоrо
способа является трудность применения в условиях мон-
тажа. Даже при малых давлениях и прямых стыках сое-
диняемые элементы необходимо зажимать в специаль..
ных приспособлениях, что не всеrда возможно.
Разновидностью контактной сварки является сварка
двух листов в паз под прямым уrлом. Для этоrо торец
одноrо листа наrревают, 8 в месте стыка на втором листе
расплавляют паз rорячим металлическим бруском. По
----- 85 .....
u .
достижении нужнои температуры первыи лист вставля-
ют в паз и прижимают до охлаждения.
Аналоrичным образом производится стыковая свар-
ка пластмассовых труб диаметром d>50 мм и толщи-
ной t>2 мм. Для наrревания инструмента и торцов
труб используют пластины в форме диска (при малом
диаметре труб) или кольца (при d>200 мм), в свою
очередь, HarpeBaeMbIe в муфельных печах* или встроен-
ными электропроводниками. В монтажных условиях на-
rpeB может производиться rорелкой.
Трубы диаметром d<50 мм соединяют враструб, для
чеrо удобна сварка закладным наrревателем. С этой
целью в раструбной части фитинrа ** 1 при ero формо..
вании или отливке заделывают спираль 2 из проволоки
BblcoKoro омическоrо сопротивления (рис. 111.19).
При контактной сварке проплавлением пленочные из-
u
делия MorYT наrреваться с однои или одновременно с
двух сторон. Во втором случае скорость сварки возра..
стает. Работы ведут на прессах, снабженных HarpeBaTe..
лями омическоrо сопротивления. Сварочный процесс яв"
ляется циклическим, и длина шва обычно получается
равной ДЛИНе наrревателя.
При небольшом объеме работ получили распростра-
нение сварочные клещи. Они состоят из двух зажимов,
имеющих реrулируемый электрообоrрев. Зажимая кле..
щами края соединяемых пленок и проrревая их, полу..
u t.. u
чают ровныи и прочныи стыковои шов.
Для соединения пленок толщиной менее 0,1 мм в по-
следнее время все шире применяется разновидность
контактной сварки проплавлением, называемая термо..
импульсной сваркой. В этом случае на наrреватель ма..
лой теплоемкости подается прерывистый ток (импуль..
сами). В процессе KpaTKoBpeMeHHoro наrревания темпе..
ратура достиrает необходимоrо маКСИМУ Iа и происхо..
дит проплавление за счет выделяющеrося тепла. Затем
температура падает ниже пороrа размяrчения пласт..
массы и соединение охлаждается.
11: Муфельная печь ----- пламенная или электрическая печь, в ко-
торой наrреваемый предмет находится внутри замкнутой тонкостен-
ной камеры ----- муфеля, предохраняющей от воздействия продуктов
rорения.
** ФитиН2 ----- фасонная соединительная деталь трубопровода,
помещаемая в местах поворотов, переходов, разветвлений, а так-
же в местах сопряжения прямолинейных звеньев труб. В зависи-
М.ости от этоrо фитинr называется муфтой, уrольнИКОМ, тройником,
крестом и т. п.
,..... 86 .....
Армированные пленки
соединяют только внахлест
ку. Для изrотовления из них
сварных конструкций типа
оболочек (пневматические
здания, резервуары, бассей
вы, контейнеры и т. п.) ис
пользуют стационарные сва"
рочные прессы. В MOH
тажных условиях пленки
сваривают с помощью пе-
реносных прессов (струб-
цин) .
Высокочастотная сварка
основана на способности
диэлектриков поrлощать энерrию переменноrо электри"
ческоrо поля и за счет этоrо наrреваться. Все термо..
пласты являются хорошими диэлектриками, но не все
хорошо поrлощают энерrию высокочастотноrо поля.
Способность пластмасс к HarpeBY в поле тока высокой
частоты характеризуется фактором диэлектрических по
терь k == 8 tgl), rде 8 диэлектрическая проницаемость,
tgl) так называемый TaHreHc yr ла потерь. Чем выше
tgб, а следовательно, k, тем интенсивнее разоrрев. У по
лиэтилена и пропилена, например, эти характеристики
очень малы (tg б 1. lO 4, k 2 .lO 4), поэтому приме
нение для них высокочастотной сварки в чистом виде
требует приложения слишком больших частот и техни
чески сложно.
Стационарная установка для высокочастотной свар-
ки состоит из двух частей (рис. 111.20): rеператора ча..
стот 1 и рабочеrо opraHa 2 электродов, являющихся
одновременно зажимами. Свариваемые листы 3 поме..
щаются между электродами в поле высокой частоты и
наrреваются. Поскольку наrревание происходит по всей
толще материала, а теплоотдача наружных слоев боль-
Ше, чем внутренних, последние наrреваются сильнее.
Блаrодаря этому материал при нажатии не выдавлива-
ется из под электродов и сваривается по всей толще
равномерно.
Электрическое напряжение и частота, используемые
при сварке, зависят от вида пластмассы. Ламповые re-
нераторы разрешается эксплуатировать при частоте до
150 мrц. Во избежание пробоя свариваемоrо пакета
выходное напряжение не должно превышать 60 70 %
........ 87 ........
1
Рис. 111.20
пробивноrо для данной пластмассы диэлектрика.
Наиболее современными являются роликовые высо-
кочастотные машины непрерывноrо действия. В них
электроды имеют вид роликов, между которыми непре-
рывно протяrивается свариваемый материал (см. рис.
111.20). По конструкции установка напоминает ножную
швейную машину с указанными электродами вместо иr-
лы и челнока. Один из электродов движется возвратно-
поступательно.
Ltля сварки пленок из полиэтилена и друrих термо-
пластов с низким TaHreHcoM уrла потерь электроды по-
крывают материалами, достаточно термостойкими и
имеющими больший TaHreHC. В этом случае стыкуемые
u
пленки наrреваются не током высокои частоты, а за
счет теплоотдачи электродов и сварка, по существу,
превращается в контактную.
Высокочастотная сварка обеспечивает швы, не усту-
пающие по прочности основному материалу. При мас-
совом производстве работ она удобна, производительна
и экономична. Область применения этоrо вида сварки
пластмасс расширяется за счет повыIенияя частоты
электрических колебаний до уровня сверхвысоких час-
тот (порядка 2000 3000 мrц).
t t5. ТЕРМИЧЕСКОЕ ВО3ДЕАСТВИЕ СВАРКИ НА МЕТАЛЛ.
СВАРОЧНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ И ДЕФОРМАЦИИ
Процесс сварки плавлением сопровождается HarpeBa-
нием металла cBapHoro соединения, который претерпе-
вает структурные и химические изменения. В связи с
этим различают три зоны соединения (рис. 111.21): зо-
ну наплавленноrо металла, зону термическоrо влияния
сварки и зону OCHoBHoro металла.
Обязательным условием сварки является поддержа-
ние температуры расплавленноrо металла шва (стали) в
интервале 1500 1600 ос (участки О, 1). При более низ-
кой температуре сварочный процесс неэффективен, так
u u
как холодныи металл отличается высокои теплопровод-
ностью, что приводит К большим энерrетическим поте-
рям.
Расплавленный металл соединяемых элементов и элек-
трода перемешивается и после прекращения действия
дуrи подверrается первичной кристаллизации. Остывание
u
металла вызывает появление усадочных усилии, кото-
рые MorYT явиться причиной возникновения трещин в
rорячем металле (при температуре 1000.......1350 ОС), не
...... 88 ......
t ос
.
..... .......... ........... 7500
о 1 2 J
Рис. 111.21
,...
I
L
I
,
l
lJl
Рис. 111.22
а)
О)
+6
r
I
L
/Jl
"
о
t,OC
600
r
l
-б
Рис. 111.23
----- 89 .....
успевшем еще приобрести прочность. Эти трещины на-
зываются «rорячими». Незаметные вначале, они MorYT
u
В дальнеишем привести к разрушению конструкции, осо-
бенно при действии динамических наrрузок. Появлению
трещин способствует крупнозернистая структура метал-
ла, повышенное содержание уrлерода, серы и друrих
примесей, большая толщина свариваемых элементов. К об..
разованию rорячих трещин весьма склонны кипящие ста-
ли, имеющие внутренние концентраторы напряжений в
виде rазовых и шлаковых включений. По этой причине
в ответственных сварных конструкциях необходимо при-
менять, как указывалось в Э 5, спокойную сталь.
Зоной OCHOBHoro металла считается та ero часть око-
ло шва, которая наrревается при сварке не выше темпе-
ратуры 723 ос, дО которой металл сохраняет свои ме-
ханические свойства (участки 5, 6). Зона термическоrо
влияния сварки охватывает участки 2, 3, 4, находящиеся
между основным и наплавленным металлом. Для нее
характерен резкий температурный перепад......... от 1500
до 723 ос, что приводит к возникновению неоднородной
структуры металла.
На участке 2, rде температура превышает 1100 ос,
u u
находится переrретыи металл с крупнозернистаи струк-
турой иrольчатой фОр fЫ (видманштеттова* структура).
Этот металл имеет пониженное механическое качество
по сравнению с основным.
На участке 3, в диапазоне 900 IIOO ос, металл пре-
терпевает полную перекристаллизацию, приобретая
мелкозернистую структуру сорбита** и повышенные Ме-
ханические свойства. Участок 4 находится в интервале
723 900 ос. Здесь металл претерпевает частичную пере..
u
кристаллизацию и по своиствам мало отличается от ос-
HOBHoro. Он состоит из крупных зерен феррита и мел-
ких феррита и перлита ***.
При сильном охлаждении зоны термическоrо влия-
ния возможно также образование закалочных структур,
* По имени австрийскоrо ученоrо А. Видманштеттена (1754
1849), впервые обнаружившеrо указанную структуру при исследо-
вании железоникелевых метеоритов.
** ПО имени анrлийскоrо исследователя r. К. Сорби (1826
1908) .
*** Феррит основной компонент стали, представляющий собой
почти чистое железо с небольшим количеством pacTBopeHHoro yr-
лерода (0,006 0,02 О/о). Вместе с друrим компонентом цементи..
ТОМ (карбид железа FезС) феррит образует смесь под названием
перлит (с содержанием уrлерода 0,8 О/о).
........ 90 ........
например мартенсита *. Он обладает высокой твердо-
стью, но имеет пониженную пластичность и поэтому
склонен к образованию трещин, называемых «холод-
ными». Появлению таких трещин, как и rорячих, спо-
собствует повышенное содержание уrлерода (более
0,2 О/о), применение кипящей стали и большая толщина
свариваемых элементов.
Таким образом, в области cBapHoro шва существует
несколько участков, rде возможно образование трещин.
Но трудность леrирования металла зоны термическоrо
влияния и неизбежные структурные превращения дела-
ют ее наиболее уязвимым местом соединения.
Наrревание свариваемых деталей и последующее ох-
лаждение порождают их деформирование и появление
напряжений. При равномерном наrревании и охлажде-
нии стержень, закрепленный только одним концом (рис.
111.22), свободно удлиняется и укорачивается. Никаких
напряжений и остаточных деформаций в нем возникнуть
не может. При равномерном наrревании стержня, сво-
бодный конец KOToporo упирается в стену (рис. 111.23, а),
в нем возникают напряжения сжатия, возрастающие с
повышением температуры. После достижения предела
текучести (точка А на рис. 111.23, 6) дальнейшее повы-
шение температуры вызовет в стержне пластическую
деформацию, а сами напряжения будут следовать зако-
ну изменения предела текучести (участок АВ). При ос-
тывании напряжения снижаются по прямой Ве до ну-
ля. Дальнейшее охлаждение вызовет укорочение стерж-
ня без остаточных напряжений.
Установим температуру, при которой в стержне из
стали марки БСт3 наступает текучесть. Соrласно зако-
ну rYKa,
о==Ев, ОН.)
rде Е модуль продо..'Iьной упруrости стали, равный 206 rПа; в----
относительное удлинение стержня:
в == Дlt / 1 == a,l дt/ 1 == а,дt. (111.2)
Здесь а== 12.10 6°C . ..... коэффициент линейноrо расширения стали;
дt разность между температурой HarpeBa 11 и начальной темпе-
ратурой to.
Подставляя выражение (111.2) в зависимость (111.1),
получим
о == Еа,д! .
(111.3)
* По имени немецкоrо металловеда А. Мартенса (1850.......
1914).
91 .....
а)
а}
t,-c
92 ........
Рис. 111.24
Рис. 111.25
х
а'
\
\
\
\
\
I
,
1
I
I
/
/
С повышением температуры коэффициент а увели-
чивается, а модуль Е уменьшается. При наrревании до
/1 ==300 ос приближенно можно считать, что a,E==const.
Тоrда появлению текучести (0'===О'т===225 МПа) соответ"
ствует
I1t == от/(аЕ) == 225/(12.10 6.206.103) 90 ос.
Таким образом, стержень из стали марки ВСт3, име..
ющий начальную температуру /0==20 ос, переходит в
пластическое состояние при наrревании до темпера-
туры
ti :::; to + 11/ == 20 + 90 == 110 ос.
При равномерном наrревании и последующем ох..
лаждении стержня, жестко защемленноrо обоими кон..
цами (рис. 111.24, а), возникают остаточные напряже..
ния, которые Moryr достиrать предела текучести. В про..
цессе наrревания такой стержень ведет себя аналоrично
предыдущеr.tу (участки ОА и АВ на рис. 111.24, б). При
остывании напряжения уменьшаются до нуля по..преж-
нему по прямой ВС, однако при дальнейшем охлажде..
нии стержень не имеет возможности укорачиваться сво-
бодно и в нем возникают напряжения растяжения 0'1
(участок CD), которые будут или меньше предела те..
кучести, или равны ему (рис. 111.24,8), в зависимОсти
от температуры наrревания 11.
В сварных конструкциях происходит неравномерное
наrревание и остывание узкой полосы металла, вслед..
ствие чеrо процессы возникновения температурных де..
(рормаций и напряжений несколько отличаются от рас..
смотренных схем.
При наплавке валика на кромку листа происходит
ее местное наrревание до температуры плавления ста-
ли 1530 ос. Распределение температуры по мере удале-
ния от кромки, т. е. по ширине листа, имеет вид убыва-
ющей функции t == f (х), rрафик которой изображен на
рис. 111.25, а.
Если бы лист состоял из отдельных, не связанных
друr с друrом продольных волокон, то они получили бы
свободное относительное удлинение (111.2) и их концы
образовали бы поверхность a t==af(x) (рис. 111.25, б).
В действительности все волокна связаны одно с друrим,
и лист может деформироваться только как единое це-
лое, претерпевая изrиб выпуклостью со стороны наплав-
ленноrо металла.
Лист представляет собой пластину, но в случае,
коrда ero ширина Ь значительно меньше длины 1,
...... 93 .....
п.1tастину можно условно принять за брус. Так как тем-
пература большей части листа ниже той, при которой
сталь теряет упруrие свойства (t<600 ОС), то, соrлас-
v
НО вводимои В сопротивлении материалов rипотезе
Я. Бернулли, поперечные сечения листа при ero изrибе
не искривляются, а остаются плоскими. Поэтому про-
извольное сечение аа в результате HarpeBa повернется
в новое положение а'а', наклон KOToporo определяется
из условия равновесия внутренних сил:
ь ь
y == r adx == о; т == J adx.x == о. (Ш.4)
Отрезки, заключенные между кривой a t и прямой
а'а', характеризуют стесненные деформации волокон
листа при наrревании, которые приводят к возникно-
вению температурных напряжений о. В упруrой зоне
эти напряжения не превышают предела текучести. Они
пропорциональны деформациям и имеют значение,
приведенное в (111.3), т. е. эпюра е соответствует очерта..
нию эпюры о.
После достижения предела текучести условно по-
лаrают, что напряжения О==От остаются постоянными
до температуры t==500 ОС, а затем снижаются до нуля
при t==600°C (от==О), В зоне с более высокой темпе-
ратурой (вблизи сварочной ванны) температурные на-
пряжения отсутствуют, поскольку металл здесь нахо-
дится в пластическом состоянии. При этом он получает
продольную усадку в виде остаточных деформаций
сжатия, поскольку удлинению волокон препя ствует
жесткость .писта.
В процессе остывания после сварки лист стремится
укоротиться, но свободному деформированию более
иаrретых волокон препятствуют соседние, менее Harpe-
тые и раньше остывшие волокна. В результате напря-
женное состояние охладившеrося листа характеризует-
u о
ся новои эпюрои сварочных, теперь уже остаточных,
напряжений с растянутой зоной в области наибольше-
ro разоrрева при сварке (рис. 111.25, в). Лист при этом
изrибается в противоположном направлении, т. е. вы-
пуклостью со стороны, не имеющей наплавленноrо ме-
талла. Соответственно меняется и положение прямой
й'а', наклон которой по-прежнему определяется из ус-
ловия равновесия (111.4).
Значение сварочных напряжений и деформаций за-
висит от технолоrии сварки (ширины зоны разоrрева)
..... 94 ----
и ширины листа. При слабой силе тока или высокой
скорости сварки зона разоrрева имеет небольшую ши-
рину вследствие малоrо количества вводимоrо тепла.
В этом случае основная масса металла наrревается
слабо (изотерма 6000С находится близко к сварочной
ванне) и оказывает резкое противодействие свободному
удлинению волокон разоrретой зоны. В результате
возникают значительные пластические деформации на-
rpeBa, которые при остывании вызывают большие оста-
точные напряжения со стороны наплавленноrо ме-
таЛЛа.
При увеличении силы тока зона разоrрева стано-
вится шире, кривая температурных удлинений прини-
мает более полоrий характер (изотерма 6000С распро-
страняется в rлубь листа, протяженность ero упруrой
зоны сокращается). Это приводит К уменьшению пла-
стических деформаций HarpeBa, а следовательно, к
уменьшению остаточных напряжений после остывания,
которые на кромке MorYT стать даже отрицательными.
Аналоrично силе тока на характер эпюры остаточ-
ных напряжений влияет изменение ширины листа при
постоянном режиме сварки. Очевидно, что более узкий
лист наrревается равномернее и имеет меньшие напря-
жения.
При сварке двух JlИСТОВ встык (рис. 111.26,a) воз-
никают не только продольные, но и поперечные сва-
рочные напряжения и деформации. Эпюру продольных
напряжений ау можно представить как комбинацию
эпюр, получающихся при наплавке валика на кром.ку
каждоrо листа. Блаrодаря симметрии эпюры прямая
аа в этом случае не поворачивается и остается rори-
зонтальной.
Поперечные напря}кения ох возникают вследствие
неодновременноrо (последовательноrо) наложения
cBapHoro шва по длине стыка. В процессе сварки листы
стремятся изоrнуться выпуклостыо внутрь, чему пре..
пятствуют напряжения, характер распределения кото..
рых предсrавлен на рис. 111.26, б. При остывании лис..
ты стремятся разоrнуться и принять фОрl\1У выпукло..
стью наружу (штриховые линии на рис. 111.26, а), от..
чеrо возникают напряжения, эпюра которых изобра..
жена на рис. 111.26, В. Суммарная эпюра ох большей
частью следует второй эпюре.
Наличие в средней части соединения двухосноrо
растяжения затрудняет развитие пластических дефор..
----- 95 -----
а)
.
I :----................
I
I
I
,
10
I
,
\
\
.............. ...... \
, ......-
,
I \
I k
I
6:,' r
т 5"
I
, ,
\ I
\ I
,
.....- ........
L------......-
\
\
\
I
,
I
I
..... I
...... ......... ........ ...J
Эпюра 6v
'б
Рис. 111.26
о)
..
.
2)
dJ
Эпюры
о) 8)
8)
p
JI
С, "'1" ""'II II" ",,,,:::; 1
J
Рис. 111.27
...... 96 ......
маций и повышает возможность xpYnKoro разрушения.
Опасность разрушения существенно возрастает при
сварке встык деталей, закрепленных от свободных пе..
ремещений по краям, что случается довольно часто.
Поэтому возможно большая свобода деформирования
стыкуемых элементов является основным признаком
правильно сконструированноrо соединения.
В соединениях уrловыми швами также возникают
сварочные напряжения и деформации. В накладывае-
мом листе нахлесточноrо соединения развиваются од-
нозначные напряжения по краям и разнозначные в се..
редине (рис. 111.27, а). Если лист узкий, т. е. швы нахо-
дятся на небольшом расстоянии друr от друrа, то
существенно возрастают поперечные напряжения ах.
В самих швах тоже возникают поперечные усадоч
ные напряжения, поскольку жесткость свариваемых
листов препятствует свободному сокращению шва при
остывании. Внутренняя часть шва при этом оказывает
u u u u
ся растянутои, а поверхностныи слои, остывающии
быстрее, ------ сжатым (рис. 111.27, б). В мноrослойном
уrловом шве (как, впрочем, и стыковом) каждый по-
следующий слой при остывании сжимает предыдущий,
отчеrо усадочные напряжения уменьшаются.
Поперечные напряжения часто бывают невелики
вследствие уrловой деформации соединяемых элемен"
тов. На рис. 111.27,8 показано коробление листов при
сварке уrловыми швами и стыковым с V-образной раз-
делкой кромок. В тавровых соединениях уrловая де-
формация приводит к искривлению полок, называемо-
му 2рuБО8uдностью (рис. 111.27, е). Коробление и rри-
бовидность практически не оказывают влияния на
несущую способность элементов и поэтому в большинст-
ве случаев допустимы. Исключение составляют лишь те
случаи, коrда уrловая деформация влияет на точность
u
примыкания соседних элементов или детален.
Тавровые и двутавровые элементы кроме rрибовид-
ности страдают от изrиба в плоскости стенки из-за
продольной усадки (рис. 111.27, д). Такое деформиро-
вание называется сеРnО8uдностью (саблевидностью).
Оно обусловлено односторонним расположением свар..
ных швов по отношению к полкам и существенно ухуд-
шает эксплуатационные качества строительных конст-
рукций. Эпюра продольных усадочных напряжений в
полке аналоrична эпюре ау в стыковом соединении (см.
рис. 111.26, а).
7----462
97
Сварочные напряжения и деформации относятся к
собственным факторам, т. е. они возникают в конструк"
циях при отсутствии внешних сил. Влияние остаточных
напряжений на прочность и эксплуатационную способ..
ность сварных конструкций может оказаться сущест"
венным, особенно в условиях плоскоrо напряженноrо
состояния, способствующеrо хрупкому разрушению.
Крайне неблаrоприятны напряжения, появляющиеся
при сварке толстых элементов. В этом случае напря..
женное состояние является объемным, что еще больше
затрудняет пластическую работу материала. Отрица..
тельное влияние остаточных напряжений усиливается
наличием концентраторов вследствие дефектов сварно..
ro шва.
Остаточные сварочные деформации влияют на reo..
метрическую форму сооружений и иноrда на несущую
способность конструкций и их элементов. Так, напри..
мер, коробление стенки балки или колонны способству"
ет потере устойчивости (см. 28). Размер остаточных
деформаций зависит от технолоrии сборочно сварочных
работ и конструктивной формы. Последняя может
иметь решающее значение, поэтому в процессе констру"
ирования должны быть заранее известны характер
ожидаемых деформаций и их ориентировочные раз..
меры.
Конструктивные и технолоrические мероприятия по
устранению и уменьшению остаточных сварочных на..
пряжений и деформаций в общих чертах основаны на
следующих принципах: 1) уменьшение пластических
укорочений на стадии наrревания; 2) искусственное co
здание пластических удлинений на стадии охлаждения;
3) создание предварительных деформаций, противопо
ложных ожидаемым остаточным; 4) У lеньшение числа
сварных швов и их симметричное расположение; 5) pa
циональная последовательность сварки. Эти вопросы
имеют большое практическое значение и подробнее рас..
сматриваются в последующих rлавах, посвященных изу..
чению конкретных сварных конструкций и их работе
под наrрузкой.
rn... IV. РА&ОТА МАТЕРИАЛА
СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИИ ПОД HArpY3KOA
t t6. ПЛАСТИЧЕСКАI РА60ТА ПРИ СТАТИЧЕСКОМ НАrРУЖЕНИИ
Наиболее существенный недостаток конструкцион"
Horo материала не отсутствие необходимой прочности
или жесткости, а недостаточная пластичность, т. е. не..
достаточное сопротивление распространению трещин.
Малую прочность и жесткость можно учесть в процессе
конструирования. Бороться же с трещинаl\tIИ и их опас..
ными последствиями иамноrо труднее.
Основной материал строительных сварных конструк"
ций сталь состоит из множества кристаллов, име..
ющих различную ориентацию в пространстве. Кристал..
лы содержат атомы, которые расположены в опреде..
ленном порядке, образуя кристаллическую решетку.
Сила взаимодействия (сцепления) атомов (кривая 3 на
рис. IV.l) является суммой двух составляющих: силы
взаимноrо притяжения кривая 1 и силы отталкива-
ния кривая 2. Эти силы зависят от межатомноrо рас..
стояния '. При малых расстояниях кривая силы оттал..
кивания круче кривой силы притяжения, поэтому сум..
марное воздействие отрицательно. Исходное, равновес..
ное положение атомов в кристаллической решетке
определяется условием равенства сил притяжения и
отталкивания, чему соответствует расстояние '0 и нуле..
вое значение силы сцепления.
Максимум силы сцепления определяет наибольшее
межатомное расстояние 'СЦ, достижимое в идеальной
кристаллической решетке при упруrом деформировании
в данном направлении. Если r<rсц, то структура обла..
дает несущей способностью, так как увеличение рассто-
яния между атомами возможно только за счет роста
силы сцепления. Если '>'СЦ, то увеличение расстояния
возможно при уменьшающейся силе и структура оказы..
вается ненесущеспособной. Отсюда следует, что предель-
ная прочность рассматриваемой структуры достиrается
после завершения максимальной упруrой деформации,
посколькустроение идеальной кристаллической решетки
не допускает изменения расположения атомов, приво-
дящеrо к остаточной деформации. При растяжении та..
кой структуры вплоть до разрушения возможно лишь
увеличение расстояния между атомами и объема эле..
ментарной ячейки решетки. Если в процессе наrруже..
7.
99
+dJ
Рис. 'У.l
t.сц
2
.6
Рис. IV.3
1(
со..
х
I
,...
..
r
, ..
I
L
1(
.......
, ,
...
Рис. IV.2
а)
Рис. IV.4
5)
ния максимальное значение силы сцепления не дости-
rHYTo, то после разrрузки первоначальные межатомные
расстояния и объем ячейки восстанавливаются.
Однако модель идеальноrо монокристалла (зерна)
феррита, OCHoBHoro компонента стали, допускает сме-
щение одной части решетки относительно друrой на
межатомное расстояние r (рис. IV.2). При этом восста-
навливается нормальное строение кристаллической pe
шетки без изменения объема, но с остаточным измене-
нием формы кристалла.
Обозначим смещение произвольноrо ряда атомов от-
носительно исходноrо положения через х (рис. IV.3).
в начальной стадии деформирования кристалличеСI{ОЙ
решетки, соrласно закону rYKa при сдвиrе, касателыiыIe
напряжения пропорциональны смещению:
't' == ау == ах / r .
(IV. 1)
Здесь G и у ----- соответственно модуль и уrол сдвиrа.
Пока x<r/2, напряжения стремятся вернуть атомы
в первоначальное положение. Если x==r/2, то т==о, НО
равновесие неустойчиво, и при x>r/2 верхний ряд aTO
мов стремится занять новое, устойчивое положение
равновесия, которое повторяет первоначальное, но со
сдвиrом на размер межатомноrо расстояния '. В ре-
зул.ьтате TaKoro сдвиrа каждый предыдущий атом за-
нимает место последующеrо, и упорядоченное строение
кристаллической решетки восстанавливается.
Таким образом, касательное напряжение, которое
можно рассматривать как сопротивление смещению
атомов, есть периодическая функция с периодом, paB
ным одному межатомному расстоянию. В современной
учебной литературе по сопротивлению материалов при
нимают, что силы взаимодействия атомов меняются 110
синусоидальному закону (см., например, [10]). Тоrда
можно считать
't' == '(с sin (211:Х / ') ,
rде '(с ----- максимальное касательное напряжение, которое надо пре
одолеть, чтобы сдвинуть слой атомов на расстояние '.
При малых смещениях sin (21tx/r) 21tx/r, в силу чеrо
приходим к пропорциональной зависимости Т===ТС 2nx/r,
соответствующей закону rYKa (IV.l). Отсюда 't'c2nx/I.==
=== Ох/, и, следовательно,
1'с == а/211: а/6 == 78.103/6 МПа== 13000 МПа.
101 ......
't
't
ч:
.........
'[
ч:
Рис. 'У.Ь
Рис. IV.6
1
Fис. IV.8
2
102
't"
't
't
't
'r
't"
Рис. IV.7
а)
Рис. 1-';.9
5)
Фактически же первые деформации скольжения в
монокристалле чистоrо феррита появляются, как пока-
зывают опыты, уже при '['== 1 МПа. Такое расхождение
между теоретическим и действительным сопротивлени-
ем сдвиrу объясняется тем, что кристаллическая струк-
тура никоrда не бывает совершенной. Уже в процессе
кристаллизации возникают неизбежные дефекты, нали-
чие которых и делает кристалл более податливым, чем
следовало ожидать.
Основную роль при объяснении механизма пласти-
ческоrо деформирования монокристаллов иrрают осо-
боrо рода дефекты кристаллической решетки, называе-
мые дuслок.ацuя.м,u*. Для Toro чтобы понять сущность
дислокации, рассмотрим модель кристаллической ре..
тетки, изображенную на рис. IV.4, а. Представим, что
кристалл разрезан между соседними рядами атомов от
точки С вверх и в этот разрез вставлен лишний слой
атомов подобно листу бумаrи, частично вложенному
между страницами книrи. Искаженная таким образом
решетка представлена на рис. IV.4, б. В этом случае
rоворят, что создана краевая дислокация с ядром в точ-
ке с. Подобную дислокацию принято обозначать сим-
волом ...L (вертикальная линия указывает положение
лишнеrо слоя атомов).
На достаточном удалении от линии дислокации ис-
кажение кристаллической решетки столь незначительно,
что трудно судить о существовании дислокации вообще.
Точно так же в книrе, в которую вложен лист, трудно
определить, какая часть ее состоит, например, из пяти-
сот, а какая......... из пятисот одной страницы.
Под действием внешних сил происходит постепенное
продвижение дислокации от атома к атому, и в конце
концов она может быть вытолкнута на поверхность кри-
сталла (рис. IV.5). В результате и образуется новое,
сдвинутое положение кристаллической решетки, т. е.
происходит сдвиr без нарушения целостности материа-
ла, о чем rоворилось выше. Плоскость возможноrо сдви-
ra (плоскость скольжения) характеризуется rоризон
· Идея TaKoro объяснения принадлежит анrлийскому физику
Дж. Тейлору. В 1934 с. он высказал предположение, что в крис-
таллах есть очень малые области, rде правильный порядок атомов
нарушен, ряды их смяты и смещены. Эти нарушения он назвал
«dislocation» (дислокация, перемещение). Со временем под данным
термином стали понимать не само смещение, а участок материала с
нарушенным структурным порядком.
..... 103 ....
тальной чертой в символе, обозначающем краевую
дислокацию.
Поскольку продвижение дислокаций носит волновой
характер, т. е. происходит постепенно, сдвиrовые напря-
жения во MHoro раз меньше теоретическоrо сопротивле-
ния сдвиrу идеальной кристаллической структуры, в
которой дислокациям необходимо преодолевать актив-
ность всех атомов одной плоскости сразу. Передвиже-
ние дислокации через кристалл можно уподобить пере-
мещению складки по ковру. Коrда складка пройдет
через весь ковер, он окажется несколько сдвинутым, но
сила, необходимая для перемещения складки, HaMHoro
меньше той, которая нужна, чтобы сдвинуть ковер цели-
ком.
Вторая разновидность дислокаций, так называемая
винтовая дислокация, показана на рис. IV.6. Она пре
вращает ровные атомные плоскости кристалла в спи-
рально закрученные. Краевая и винтовая дислокации
отличаются направлением движения по отношению к
направлению скольжения. В первом случае линия дис
локации перемещается параллельно направлению сколь-
жения, во втором перпендикулярно.
В реальных условиях дислокация необязательно
должна быть целиком KpaeBoro или винтовоrо типа.
Дислокационная линия может в начале быть краевой, а
в конце винтовой, и наоборот. Между началом и
концом она может оказаться частично винтовой, а час-
тично краевой. Однако принципы движения обоих типов
дислокации различны, и в этом одна из причин слож-
Horo поведения реальных дислокаций, которые обычно
представляют собой искривленные пространственные
линии.
Влияние дислокаций на прочность двояко. В малом
количестве они упрочняют материал, создавая препятст-
вия для последующеrо продвижения пластических дефор-
маций. С увеличением числа дислокаций прочность сни-
жается. При определенном напряжении начинается мас-
совое движение дислокаций, что соответствует появлению
текучести. Дальнейший рост числа дислокаций снова при
водит к упрочнению. Избыточное и беспорядочное скоп
ление дефектов затрудняет продвижение дислокаций,
препятствуя тем самым пластическому сдвиrу монокри-
сталла.
Реальные металлы и сплавы имеют поликристалли
ческое строение, т. е. содержат orpoMHoe количество
)04
кристаллических зерен, но и в этом случае пластическое
деформирование можно объяснить с позиций дислока-
ционной теории. Особенно большое влияние дислокации
оказывают на свойства сварных соединений. При свар-
ке плавлением условия кристаллизации сварочной ван-
ны во MHOrOM отличны от условий кристаллизации слит-
ков и отливок. Это обстоятельство накладывает харак-
терный отпечаток на кристаллическое строение металла
CBapHoro шва. Плотность несовершенств кристалличе-
CKoro строения в швах часто выше, чем в крупных ли-
тых изделиях.
Зерна поликристалла имеют различным образом
ориентированную кристаллическую решетку и начинают
пластически деформироваться в разное время, что за-
трудняет общий сдвиr одной части поликристалла от-
носительно друrой. Препятствия сдвиrу создают и rpa-
ницы зерен, rде решетка искажена и имеются отложе-
ния инородных включений.
Дислокация, образовавшаяся в зерне, перемещается
к ero rранице и поrлощается поrраничным слоем с не-
упорядоченным атомным строением. В смежном зерне
новая дислокация возникает только при большем сило-
вом воздействии и перемещается по новому направле-
нию в соответствии с ориентацией зерна. Поэтому, на-
пример, чистое железо, СОСТОЯlцее из большоrо числа
зерен, сильнее сопротивляется пластическому деформи-
рованию, чем отдельный кристалл феррита. Еще боль-
ше сопротивление у стали блаrодаря тому, что зерна
перлита затрудняют образование сдвиrов в менее проч-
ных зернах феррита. В леrированных сталях аналоrич-
ную роль иrрают включения твердых карбидов и нитри-
дов.
Поrраничные слои становятся проницаемыми для
дислокаций только при большом развитии пластических
деформаций, в основном соответствующем появлению
текучести. Плоскости интенсивноrо развития сдвиrов
проявляются на поверхности образца в виде сетки ли-
ний, наклоненных примерно под уrлом 45 о к ero оси
(рис. IV.7). Это так называемые линии Людерса Чер-
нова*. Они MorYT быть установлены визуально блаrода-
· Линии впервые описаны в 1859 r. немецким металлурrом
В. Людерсом и независимо от Hel'o в 1884 r. русским металлурrом
Д. К. Черновым, который выдвинул идею о целесообразности КОН-
структивноrо распределения материала в СОО1'ветстнии с траекто-
риями наибольших деформаций.
105
u
ря отскакиванию окалины или тонко нанесеннои краски
(полированный образец становится матовым).
'[аким образом, площадка текучести (см. рис. 1.7)
возникает в результате запаздывания пластических де-
формаций в зернах феррита вследствие сдерживающеrо
влияния указанных факторов. По этой причине мелко-
зернистая сталь имеет более протяженную площадку и
более высокий предел текучести, так как на rраницах
мелких зерен контактные сопротивления больше, чем на
rраницах крупных. По существу, задача термической
обработки и леrирования стали заключается в получе-
u u
нии мелкозернистои структуры и создании условии для
блокирования дислокаций.
Однако площадка текучести характерна далеко не
для всякой стали. При малом содержании уrлерода
(менее 0,1 о/о) ничтожные включения и прослойки не в
силах оказать блокирующее влияние на дислокации в
зернах феррита, и площадка текучести не возникает,
заменяясь плавной кривой постепенноrо развития плас-
тических деформаций (см. рис. 1.8). В сталях с повы-
шенным содержанием уrлерода (более 0,3 о/о) или в вы-
соколеrированных площадка текучести также не прояв-
ляется, но по друrой причине. Перлитовые и прочие
твердые включения достиrают столь значительных раз-
меров, что постоянно сдерживают деформации зерен
феррита, делая сталь жесткой. СледоватеЛЬНОt площад-
ка текучести является особенностью, присущей оrрани-
ченной rруппе сталей, к которым относится и строитель-
ная сталь.
Преодолев площадку текучести, сталь вновь способ-
на противостоять внешним воздействиям вследствие
развития разнонаправленных дислокаций, которые ока-
зывают взаимное сдерживающее влияние и тормозят
дальнейшие сдвиrовые смещения (стадия самоупрочне-
ния) .
После Toro как пластические деформации примут
массовый характер, смежные зерна 1 обламываются по
краям и поворачиваются в направлении OCHOBHoro сдви-
ra (рис. lV.8). К этому времени ослабевает сопротивле-
ние перемещению дислокаций, которым удается обойти
или преодолеть твердые участки 2.
Накопление больших необратимых сдвиrов и разви-
u
тие значительных касательных напряжении MorYT при-
вести к нарушению целостности материала, т. е. к раз-
рушению. Различают разрушение вязкое (пластичес-
106
I{oe) и хрупкое. Первое,
соrласно терминолоrии
Я. Б. Фридмана*, возни..
кает от сдвиrа (рис.
1\'.9, а), второе имеет ха-
рактер отрыва (рис. 1V.9,
б). В зависимости от на-
rружения и структуры
стали возможно смешан..
ное разрушение.
При вязком разрушении
скопление дислокаций кон-
центрируется в местах слабины материала, порождая
lfИКрОПОрЫ и «шейку» утонение образца (рис.
IV.IO, а). Резкое возрастание разности скоростей сме-
щения смежных слоев приводит к возникновению соб-
u u
ственных напряжении, которые MorYT превзоити сопро..
тивление отрыву и вызвать появление микротрещин **.
В дальнейшем происходит процесс роста и слияния
микротрещин в макротрещину, которая распространя"
ется в виде зиrзаrов, направленных под уrлом 45 о к оси
образца, т. е. по линиям наибольших касательных на..
пряжений. После Toro как макротрещина достиrает кри"
'1 IIческоrо размера, наступает быстрый процесс разру-
шения материала с образованием коническоrо уrлубле-
ния, называемоrо «чашечкой» (рис. 1V.IO, б). На дне
Чашечки, которое образовано непосредственно зиrзаrо06-
разной трещиной, разрушение имеет характер отрыва,
края же разрушаются вследствие сдвиrа (рис. 1V.l О, в).
Таким образом, первопричиной вязкоrо разрушения
являются касательные напряжения и пластические де..
, u
{Jjормации, связанные с перемещением дислокации, но
само нарушение целостности материала происходит пу-
тем отрыва, т. е. в результате развития нормальных на-
Л1)яжений.
&
Область пластической работы стали очень велика.
Это создает оrромный резерв прочности стальных свар..
ных конструкций и способствует тому, что они редко
разрушаются вязко. Обычно разрушение стали являет..
ся следствием ее перехода в хрупкое состояние из..за
а}
6)
6)
ш
btJ
Рис. IV.IO
· я. Б. Фридман (1911.....1968)..... ВИДНЫЙ советский ученый в
области механики и материа..1Jоведения.
.. М,l1сроТрещиНа........ дефект, обнаруживаемый с помощью мик-
роскопа (в отличие от .м.а;<ротреЩUНbl, которая видна невооружен-
ным rлазом или при малом увеличении).
107
различных обстояте.пьств, препятствующих развитию
пластических деформаций.
Поведение алюминиевых сплавов с точки зрения
пластическоrо деформирования под наrрузкой и процес-
са разрушения аналоrично работе стали блаrодаря
структурному сходству (наличие пластичных зерен
алюминия и упрочняющих включений).
t 17. ХРУПКОЕ РАЗРУШЕНИЕ
Непредвиденный и внезапный выход из строя мноrих
сварных конструкций (подкрановых балок, стропиль-
ных ферм, транспортерных rалерей, трубопроводов,
резервуаров, сосудов BbIcoKoro давления) заставил
серьезно подойти к проблеме хрупкоrо разрушения и
выявил необходимость введения новых прочностных
характеристик, учитывающих способность материала
противостоять начавшемуся разрушению.
Хрупкое разрушение низкоуrлеродистой стали про-
исходит при незначительном развитии пластических де-
формаций и сравнительно невысоких напряжениях (ни-
)ке предела текучести). Поверхность излома имеет, как
правило, шевронный узор, т. е. рисунок, напоминающий
рыбий скелет. Вершина шеврона указывает на источник
разрушения, которым в сварных конструкциях может
быть трещина, сварочный дефект, раковина при плавке.
Хрупкие разрушения при низких номинальных на-
пряжениях отмечались задолrо до Toro, как для изrо-
товления металлических конструкций стала широко
применяться сварка. Однако опыт эксплуатации, а так-
же лабораторные и натурные испытания сварных кон-
струкций и соединений показывают, что сварка в зна-
чительной степени способствует возникновению хрупко-
ro разрушения (см., например, [24]). Ее отрицательное
влияние проявляется в нескольких направлениях.
1. Наличие концентраторов напряжений в сварных
Швах даже при высоком качестве их выполнения.
2. Изменение химическоrо состава расплавленноrо
металла вследствие нерациональноrо леrирования или
эаrрязнения вредными примесями и rазами.
3. Изменение свойств металла в зоне термическоrо
влияния сварки. Увеличение хрупкости происходит
вследствие роста зерна и высокой скорости охлажде-
ни. Степень отрицательиоrо влияния зависит от содер-
....... 1 08 ........
жания в основном металле серы и фосфора, ero пред-
варительной обработки и режима сварки.
4. Стесненность сварочных пластических деформа-
ций и деформационное старение металла. Деформаци..
онные разрушения связаны с возникновением сложноrо
напряженноrо состояния (двух- или TpexocHoro растя..
жения) вследствие затруднений усадки металла. Этот
вопрос подробно рассмотрен в 15 (см., например, рис.
111.26). Процесс старения, как отмечалось в 5, состоит
в постепенном упрочнении материала и снижении ero
пластичности в течение достаточно длительноrо време-
ни. При старении низкоуrлеродистой стали выделяются
включения цементита, нитридов и карбидов, которые
препятствуют сдвиrу зерен феррита. Деформационное
старение происходит после пластическоrо деформиро-
вания при t< (O,4 O,5) tпл, rде tпл температура плав..
ления стали. Деформационное старение, как показыва..
ют специальные исследования, оказывает решающее
влияние на хрупкое разрушение сварных конструкций,
изrотовленных из низкоуrлеродистых и низколеrиро-
нанных сталей.
5. Высокий уровень остаточных сварочных напряже-
ний, возникающих в процессе упруrопластических пре..
образований при охлаждении шва. В связи с этим от-
дельные зерна металла вблизи шва и особенно в CaMOl\1
шве претерпевают пластические (сдвиrовые) деформа-
ции, а остальные зерна упруrие искажения. Такое со..
стояние металла сварных соединений делает ero более
предрасположенным к появлению очаrов разрушен я
под влиянием внешних воздействий по сравнению с ос-
новным металлом, не имеющим высоких остаточных на-
пряжений.
Первым условием хрупкоrо
наличие зародышевых трещин
способных в блаrоприят-
ствующих условиях раз-
виться в быстрорасту-
щую маrистральную тре-
щину (скорость ее рас-
пространения может дос--
тиrать 1800 м/с). в пре-
дыдущем параrрафе уста-
новлена теоретическая
прочность стали на сдвиr.
Прежде чем перейти к те-
t
t
разрушения является
критическоrо размера,
6
t t t t t
· ..... ..... ..... ..... ..... ..... J
. ..... ..... ..... ..... ...... .....1.
"
Рис. IV.ll
109 ......
ории трещин, интересно выяснить, насколько велика мо-
жет быть теоретическая прочность стали на разрыв. Для
этоrо необходимо вновь обратиться к силам межатомно..
ro взаимодействия (см. рис. IV.l).
Для Toro чтобы увеличить расстояние , между
атомными слоями, находящимися в равновесии (рис.
IV.ll), надо приложить растяrивающую силу. Считая
силу сцепления атомов равной напряжению от растяrи..
вающей силы, последнее можно приближенно выразить
в виде триrонометрической функции
а == Осц sin (2пz/Т), (а)
rдс О'сц теоретическая прочность сцепления, т. е. напряжение, не-
посредственно предшествующее моменту разрушения кристалличе-
ской решстки, коrда межатомное расстояние возрастает до значе-
ния 'СЦ И дальнейшее ero увеличение не требует увеличения силы;
'[ /2 длина полуволны синусоиды.
Напряжению а и перемещению z==r ro соответст-
вует, как известно из сопротивления материалов, удель-
ная работа, или, что то же, удельная потенциальная
энерrия и, равная при разрушении площади диаrраммы
в пределах от z==O до z== Т /2:
Т/2 Т/2 Т/}.
и == J' odz == J осц sin (2пz/Т) dz == (ТОсц!(2п)] cos (2пz!Т)lо ==
==....... [ТОсц/(2п») (cos n cos О) == ТОсц/П,
При хрупком разрушении в области излома образу-
ются две поверхности, которые раньше не существова-
ЛН. В связи С этим возникает идея связать энерrию но..
вых поверхностей с энерrией деформации тела и перед
разрушением. Для понимания природы вопроса следует
иметь в виду, что твердые тела, как и жидкости, имеют
поверхностное натяжение, которое является реальной
физической силой. Для Toro чтобы увеличить поверх..
ность любоrо тела, необходимо произвести работу по
преодолению этой силы, после чеrо на новой поверхно..
сти произойдет накопление энерrии.
Энерrетические условия развития трещин в хрупком
материале впервые рассмотрены в 1920 r. анrлийским
ученым А. rриффитсом. Следуя ему, обозначим поверх..
ностную энерrию, приходящуюся на единицу площади,
через у и назовем ее плотностью поверхностной энерrии.
Тоrда суммарная энерrия двух поверхностей, образую..
щихся при разрушении, равна 2 у.
Предположим, что прн достижении теоретической
....... 11 О .......
лрочности О'сц вся потенциальная энерrия переходит в
поверхностную, т. е.
Тосц/п == 21'. (6)
В случае малых перемещений sin (2'Jtz/T) 21tz/T
u u u
И В пределах линеинои упруrости, с однои стороны,
справедливо уравнение (а) в ВИде 0' О'сц2'Jtz/Т, с дру-
rой, ......... закон [ука (111.1) в форме о' == Ez/ro, rде Е
u
модуль упруrости материала, характеризуемыи TaHreH-
сом уrла наклона а касательной в точке О. Отсюда
асц === ТЕ/(2п,о), что В комбинации с уравнением энерrе-
тическоrо баланса (б) дает значение теоретической проч-
ности
ОСЦ== V 1'Е/ '0. (IV. 2)
Для стали y 1 Дж/м2, E 200 rПа, а среднее зна-
чение paBHoBecHoro расстояния между атомными слоя-
ми 'o 2.10 10 м.
После подстановки числовых значений в формулу
(IV.2) находим
О'СЦ == V 1.200.109/(2.10......10) Па 3,2.1010 Па == 32000 МПа.
Таким образом, если принять фактическое сопротив-
ление стали разрыву О'в 400 МПа, то оказывается, что
ее теоретическая прочность в 80 раз больше. Это Несо..
ответствие и было объяснено rриффитсом, который по-
казал, что при разрушении тела напряжения достиrают
теоретичеСI{ОЙ прочности не по всему объему, а лишь в
вершине узкой и острой трещины. Он показал также,
что подобная трещина может стать нестабильной при
сравнительно низких номинальных напряжениях и на-
чать увеличиваться в длину, приводя по мере cBoero
роста к лавинному разрушению.
Следовательно, для оценки реальной прочности ма-
териала необходимо отказаться от вводимоrо в сопро-
тивлении материалов допущения о ero сплошности и пе-
рейти от рассмотрения поведения локальной области ма-
териала, выделенной в окрестности точки тела пронз-
вольной формы, К рассмотрению rлобальноrо поведения
тела определенной формы и размеров, включая размеры
трещин.
rриффитс установил критическую длину 1 трещины, располо-
женной перпендикулярно направлению paBHoMepHoro растяжения
10НКОЙ пластины толщиной t (рис. IV.l2). N\атериал при этом под-
чиняется закону [ука вплоть до caMoro разрушения (идеальная
хрупкость) .
111
4IE------
б:::
б
2l 2l
Рис. IV.12
/
+ОС ''у/
/
/
У".тах /
О "....... lC
"/.1 Рис. IV.IЗ
,
,
"Ус ,
,
. . . .
. о . .
. . .
. . .
:1
. . .
. . .
Рис. IV. 14
I
л
ш
Рис. IV.15
...... 112 ...
Передачу напряжений от одноrо торца пластины к друrому
можно наrлядно представить в виде силовых линий (подобно Mar-
нитным силовым линиям В физике). Около краев линии распределя-
ются равномерно по поверхности пластины, т. е. расстояния между
ними одинаковы. По мере приближения к трещине однородность
напряженноrо состояния нарушается и центральные силовые линии
начинают искривляться, стараясь обоrнуть препятствие. Их поведе-
ние аналоrично поведению упруrих струн, которые стремятся к ми-
нимальной длине. Поэтому у вершины наблюдается местное скоп-
ление силовых линий с уменьшенным расстоянием между ними, что
свидетельствует о концентрации напря}кений.
Прилеrающая к трещине область, наоборот, оказывается разrру..
женной. Объясняется это тем, что появление сквозной трещины в
деформируемом тепе приводит к снижению напряжений (на береrах
трещины должно выполняться условие 0==0) и высвобождению
энерrии упруrой деформации и== (no2jE)l2t. Это значение rриффитс
получил, пользуясь rOToBblM решением задачи о напряженном состо-
янии указанной пластины (см., например, [10]).
Трещина вносит также поверхностную энерrию, которая равна
работе, затраченной на образование ДВух поверхностей трещины:
2v2lt==4ylt. Суммарная энерrия, раСХодуемая на увеличение трещи-
ны до размера 1,
U с ==......... (па! / Е) 12 t + 4уи (IV. 3)
складывается из двух разнозначных частей. Одна соответствует
уменьшению потенциальной энерrии упруrой деформации в окрест-
ности трещины (парабола а на рис. IV.l3), друrая-----увеличению
энерrии поверхностноrо натяжения (прямая 1). Характер изменении
суммарной энерrии в зависимости от длины трещины, т. е. rрафик
функции (IV.3), представлен параболой 2. При малой длине трещи-
ны преобладает вторая энерrетическая состав.пяющая, и для разви-
тия трещнны необходим приток энерrии извне (увеличение наrрузки).
Первая составляющая преобладает при больших значениях l и
вызывает самопроизвольное развитие трещины хрупкоrо разрушения
после достижения критическоrо значения [с. Для er \) опреде."ения
функцию (IV.3) необходимо исслеДОВать на экстремум (в данном
случае на максимум), т. е. взять первую производную и прирав-
нять нулю:
dU с / dl == ----- 231 (02/ Е) lt + 4,\,t == О
иди после сокращения на 2t:
02 пf/ Е......... 2"1 === О.
(1 V . 4)
Отсюда критическая длина трещины при заданном значении на-
пряжений 0':
lс == 2,\,Е/(по2)
(IV.5)
или критическое значение номинальных напряжений при заданной
длине l:
ас == v 2,\,E/(nl).
(IV.6)
Таким образом, чем меньше о, тем больше критический размер
ВОЗ!dОЖНЫХ трещин. Чем меньше длина исходных трещин, тем ббль-
шие напряжения MorYT развиваться бсз роста трещин.
Если опять рассмотреть взаимодействие двух атомных слоев
(см. рис. 1\'.11), то трещина может быть изображена в виде разо-
шедшихся слоев (рис. IV.l4), и, очевидн;о, нет смысла рассматривать
8----462
.... 113
значения 1<'0. Учитывая, что, соrласно формуле (IV.2), '\'==o ц ,о/Е,
nOCJle подстановки в выражение (IV.6) при l ro получаем
о с== V (20 ц 'о/Е) Е/(л'о) == ОСЦ V 2/п. ОСЦ'
т. е. критическое напряжение достиrает теоретической прочности
сцепления. Эта оценка, безусловно, носит rрубый характер, но она
указывает ориентировочную нижнюю rраницу [.
Условие (IV.4) можно записать в ЭI<вивалентной форме
а V nl == V 2уЕ
(IV. 7)
или
к == Ке, (IV.8)
r де К == (J V nl коэффиuиент интенсивности напряжений, Па. м 112,
введенный американским ученым Дж. Ирвином; Кс == V 2уЕ ........кри.
тическое значение этоrо коэффициента, характеризующее сопротив-
ление материала продвижению трещины.
Коэффициент К можно трактовать как «силу» расширения тре-
щины. Трещина начнет распространяться, если сила К достиrнет
критическоrо значения. Силовой критерий более практичен, чем
энерrетический, поскольку внимание сосредоточено на окрестности
трещины, отпадает необходимость в определении энерrии Bcero тела
" опасность разрушения оценивается по интенсивности соответству-
ющеrо напряженноrо состояния.
Соотношение (IV.7) качественно подтверждается при идеально
хрупком разрушении. Однако идеальная хрупкость..... явление не.
чаСТQе. Большинство конструкционных материалов при разрушении
проявляет в той или иной мере пластические свойства. В таких слу.
чаях наблюдаются значительные количественные отклонения от рас-
сматриваемоrо соотношения, так как развитие трещины в условиях
пластическоrо деформирования требует значительно больших энерrе-
тических затрат.
Опыты свидетельствуют, что при разрушении низкоуrлеродистой
стали пластическая деформация охватывает сравнительно узкий
слой, примыкающий к трещине (толщиной 0,2 0,4 мм). Но тоrда,
как показали в 40 50-x rодах Дж. Ирвин и друrой американский
ученый Е. Орован, пластическую работу можно учесть в рамках той
же схемы rриффитса, если придать поверхностной энерrии более
широкий смысл и заменить V суммой (У+Ур), rде vр-----удельная
энерrия пластической деформации.
Экспериментально установлено, что указанной толщине пласти-
чески деформируемоrо слоя соответствует значение Vр 2.103Дж/м2,
которое на три порядка выше поверхностной энерrии идеально хруп-
Koro разрушения V 1 Дж/м2, поэтому последней можно пренебречь.
Следовательно, формула rриффитса принимает вид:
ас == V 2,\,р E/(nl).
(IV.9)
Отсюда выясняется, что по-прежнему справедливо условие Ир.
вина (IV.8), в котором К с == V 2,\,р Е KOHCTaHTa материала, харак-
теризующая вид разрушения. Чем больше Ке, тем разрушение бли-
же к вязкому, и, наоборот, чем меньше Ке, тем разрушение ближе к
хрупкому.
114 ......
Хотя слой пластической деформации тонок, он HaMHoro больше
атомных расстояний, поэтому нижняя rраница длины трещины 1 в
формуле (IV.5) существенно больше '0 и, rрубо rоворя, должна оце-
ниваться толщиной пластическоrо слоя.
Разобранный случай (см. рис. IV.l2) относится к 1 типу тре-
щин ----- трещинам отрыва (рис. IV.15), поэтому соответствующие
I(оэффициенты обозначают КI и KIc. Для трещин п перечноrо сдви-
ra (тип II сдвиr в направлении, перпендикулярном фронту трещи..
вы) и продольноrо (тип III сдвиr параллельно фронту трещины)
вводят коэффициенты KII, KIlc и KIII, KIIIc, причем KII ==KIII ==
== TY l, rде 't номинальные касательные напряжения.
После разработки стандартных методов определения критиче-
ских значений коэффициентов интенсивности напряжений и уста-
новления их нормативных значений для различных марок стали и
условий наrружения появится возможность расчета сварных конст-
рукций на трещиностойкость в виде проверки неравенств типа Ki<
<KiC (i== 1, 11. 111). Теоретические предпосылки для TaKoro каче-
ственно HOBoro подхода к проблеме прочности обусловлены крупны-
ttfи успехами, достиrнутыми за последние три десятилетия механи-
кой разрушения. Большой вклад внесли исследования советских уче-
ных: Ю. Н. Работнова, Я. Б. Фридмана, r. И. Баренблатта, r. П. Че-
репанова, В. В. Панасюка, М. Я. Леонова, В. 3. Партона, Е. М. Мо-
розова, С. В. СеренсеН8, Н. А. Махутова и др.
Актуальность проблемы трещиностойкости сварных
конструкций возрастает в связи с тенденцией к BHeдpe
нию все более прочных (и, как правило, более хрупких)
сталей. В таких конструкциях обычно аккумулируется
большая потенциальная энерrия, которая, высвобожда
ясь при возникновении трещин, может вызвать лавин
ное разрушение.
Повышение сопротивления сварных конструкций
хрупкому разрушению достиrается комплексом TeXHO
лоrических и конструктивных мероприятий. Решающее
значение имеет выбор материала с учетом условий вы-
полнения сварки, эксплуатации и сохранения высоких
исходных качеств OCHoBHoro металла после сварки. Для
u о
конструкции из высокопрочнои стали определяющими
являются: необходимый химический состав наплавлен
Horo металла, отсутствие трещиноподобных дефектов,
снижение уровня концентрации напряжений в местах
перехода от cBapHoro шва I{ основному металлу.
В случае опасности низкотемпературноrо разруше
ния основной металл должен иметь достаточный запас
ударной вязкости (см. табл. 11.3) и не должен быть
склонным к деформационному старению под влиянием
термическоrо цикла сварки. Наплавленный металл не
должен уступать основному по вязкости.
В rлаве СНиП 11..23..81 рекомендации по выбору мар..
ки стали и комплекс яонструктивных мероприятий по
8* I ! 5 -----
v
ковке подверrают только мноrослоиные швы, причем
первый и последний слои не проковывают во избежание
образования микротрещин. При сварке листов толщи-
ной более 16 мм необходимо проковывать и металл
околошовной зоны.
Наиболее эффективным средством снижения оста-
точных сварочных напряжений (на 85 90 О/о) является
высокотемпературный отпуск, осуществляемый при
t==550 680 ос. Он может быть общим и местным. При
общем высоком отпуске всю конструкцию или ее чаСТI)
помещают в печь, rде производится постепенный HarpeB,
v
выдержка при максимальнои температуре и медленное
охлаждение. Однако такая термообработка строитель-
ных сварных конструкций вызывает затруднения из-за
их крупных rабаритов и высокой стоимости технолоrи-
ческой операции.
Местный высокий отпуск отличается от общеrо тем,
что HarpeBY подверrают только шов и околошовную зо-
ну. В строительстве он применяется rлавным образом
при термообработке сварных стыков трубопроводов.
Эффективен и местный низкотемпературный отпуск.
Он осуществляется движущейся rазовой rорелкой или
индуктором, которые наrревают металл по обе стороны
cBapHoro шва вдоль rраницы пластических деформаций
до 150 200 ос. После охлаждения металла водой об-
v
разуется поле остаточных напряжении сжатия, которые
наклаДЫЕаются на сварочные напряжения растяжения
и тем самым уменьшают их.
t 18. ПРОЧНОСТЬ ПРИ ПЕРЕМЕННЫХ НАПРЯЖЕНИЯХ.
УСТАЛОСТЬ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИИ
в процессе проектирования иноrда бывает необходи-
мо рассчитывать сварные конструкции на прочность при
действии напряжений, периодически меняющихся во
времени t. Совокупность последовательных значений пе
ременных напряжений за один период их изменения Т
называется циклом. Наибольшее алrебраическое значе
иие напряжений цикла ашах называется максимальным,
наименьшее amln минимальным.
Цикл характеризуется коэффициентом асимметрии
p==O'mln/amaX' средним напряжением (постоянная со-
ставляющая цикла) О'т=== (amaX+O'mln) /2 и амплитудой
(переменная составляющая) аа == (amaX O'mln) /2. Если р ==
== ........1.ат == О, аа == атах, то цикл называется сuмметричн,ы.'tt
...... 111 .-
(рис. IV.16, а). Во всех остальных случаях циклы
являются асимметричными (рис. IV.16, б). Если макси-
мальное или минимальное напряжение равно нулю,
цикл называется отнулевым, полным асимметричным
или пульсирующим. При растяжении в этом случае р==
== О, Omln == О, От == Оа ==
==Отах/2 (рис. IV.16, в),
при сжатии p== oo,
Отах == О, От == Oa == (Jmln/2.
Если алrебраические зна..
v
ки напряжении Отах И (JmiD
одинаковы, цикл называ-
ется однозначным (рис.
IV.16, z); если неодинако-
вы знакоперемеННЫlv'l
(см. рис. IV.16, а, б).
Разрушение, вызван-
ное MHoroKpaTHblM воз..
никновением переменных
напряжений, называется
усталостным" а способ-
ность металла противо-
стоять такому разруше..
нию выносливостью.
Анализ выхода из строя
различных конструкций
и мноrочисленные экспе-
6тах,мпа
400
6т=230
61 = 170
100
L
4 6
пbas=I01
}
о
t
d)
6
т
t::f
ос)
t
о
6)
6
т
t::J
'\о
J.
t
о
t
Рис. IV.18
---- .....::;:... I":= ':""
8
п
12 14'107
10
р не. 1 У. 17
118 .....
с+)
е
с+)
&1
е
с+)
е
Рис. IV.18
риментальные исследова-
ния показывают, что ус-
талостное разрушение
происходит при напря-
жениях ниже не только
предела прочности, но
часто и предела текуче..
сти, установленноrо ста-
тическим испытанием.
На рис. IV.17 показан
rрафик изменения сопро-
тивления усталости (кри-
вая Вёлера*) стали мар-
ки Ст3 в зависимости от числа n симметричных циклов.
Асимптота этой кривой характеризует напряжение уста-
лостноrо разрушения при nЬав=== 107, называемое преде-
лом усталости или выносливости. Указанное число цик-
лов принято считать базовым. Опыты показывают, что
стальной образец, не разрушившийся после базовоrо чис-
ла циклов, выдерживает сколь уrодно большое число
циклов при данном максимальном напряжении. Таким
образом, под базовым следует понимать число циклов, до
KOToporo ведется испытание образцов.
Предел усталости при изrибе обозначают ар , при
растяжении (сжатии) apt. Здесь индекс р по-преж-
нему указывает значение коэффициента асимметрии
цикла, поэтому предел усталости при симметричном
дикле изrиба обозначают a l, при симметричном цикле
растяжения .......... a H. При отнулевом цикле имеем соответ-
ственно ай и aot.
1
2
Рис. IV.19
· А. Вёлер (1819----1914)..... немецкий ученый и инженер, с экс-
периментальных работ KOToporo берет начало изучение усталости
материалов.
119 ......
Если образцы подверrнуть испытанию на ВЫНОСJlИ-
вость при каком..либо асимметричном цикле, то кривая
усталостной прочности расположится выше, чем при
СlIмметричном цикле. Следовательно, при любом виде
деформирования (изrиб, растяжение и Т. д) наrружение
с симметричным циклом наиболее опасно.
Кривая усталостной прочности алюминиевых сплавов
не имеет асимптоты, поэтому базовое чис.'IО циклов для
них принимают более высоким nЬав== 108. То же относит-
ся к некоторым леrированным сталям, подверrнутым
закалке. К таким материалам понятие предела уста-
лости, CTporo rоворя, неприменимо. За характеристику
их выносливости (относящуюся К спадающему участку
кривой Вёлера) принимают предел оераниченной вынос-
ливости Орn наибольшее максимальное по абсолют-
ному значению напряжение цикла, при KOTOpO 1 обра-
зец еще не разрушается после определенноrо (задавае-
Moro) числа циклов п<пЬаз. Для алюминиевых сплавов,
используемых в строительстве, принимают число п==
2.10б, не выходящее за рамки области эксплуатации
металлических конструкций.
Термин «усталость» сохранился с первой половины
XIX в. Он обязан своим происхождением ошибочному
мнению, что металл под влиянием переменных напря..
)I{ений перерождается, превращается из пластичноrо
«волокнистоrо» В хрупкий зернистый. В действительно-
сти структурных изменений не происходит, но термино..
лоrия укоренил ась.
Из большоrо числа факторов, влияющих на сопротив"
ление усталости, наиболее существенна концентрация
напряжений. В том месте, rде возникают наибольшие
напряжения (обычно в зонах изменения сечения или на..
рушения поверхностноrо слоя), образуется трещина. Ее
зарождение, однако, еще не свидетельствует о потере
неСУIЦей способности конструкции, которая после этоrо
может выдержать до нескольких миллионов циклов.
При однородном напряженном состоянии появлению ви"
димой трещины предшествует 85 90 О/о общеrо числа
циклов и лишь около 10 % приходится непосредственно
на стадию разрушения.
В случае знакопеременноrо цикла трещина попере..
менно раскрывается и закрывается (рис. IV.18). При
закрытии ее неровные поверхности надавливают друr
на друrа, обминаются и cr лаживаются. По мере увели..
чеllИЯ числа циклов трещина постепенно проникает
----- 120 ......
вrлубь, еще больше увеличивая концентрацию напряже-
ний (на концах трещины возникает объемное напряжен-
ное состояние). Коrда напряжения внеразрушенной
части сечения, которая воспринимает всю наrрузку, ока..
жутся настолько большими, что материал не сможет их
выдержать (коэффициент интенсивности напряжений
достиrнет предельноrо значения KIc) , произойдет вне..
запное неудержимое разрушение. Картина излома име-
ет своеобразный вид (рис. IV.19). На образце отчетливо
видна rладкая, иноrда отполированная зона 1 внедре-
ния усталостной трещины и резко отличающаяся от нее
шероховатая матовая поверхность 2 типично хрупкоrо
разрушения.
Микроскопические исследования показывают, что
усталостная трещина проходит сквозь тело кристалли-
ческоrо зерна феррита, обходя перлитовые участки. С
u
точки зрения дислокационнои теории разрушения, при
знакопеременных напряжениях rруппы дислокаций пе-
ремещаются в плоскостях скольжения то в одном, то в
друrом направлении. При этом повышается вероятность
их скопления на оrраниченном участке. Если же число
u
скопившихся дислокации достаточно велико, то, как от..
мечалось в 16, может возникнуть трещина. Концентра-
ция дислокаций около препятствия представляет собой
локальное упрочнение материала. Образование же тре..
щины снимает это упрочнение. При последующих цик"
лах сдвиr в тех же плоскостях скольжения происходит
беспрепятственно и новые дислокации как бы «стекают»
в трещину, за счет чеrо та растет.
Работа сварных металлических конструкций и сое..
динений при переменных напряжениях не составляет
исключения (см., например, [23]). Зона перехода шва в
основной металл и особенно дефектные участки самих
швов нередко становятся очаrами усталостноrо разру..
шения. Обычно трещины располаrаются под прямым yr..
лом к поверхности свариваемых элементов, что указы..
вает на влияние нормальных напряжений.
В отдельных случаях выносливость сварных соеди..
нений оказывается более низкой по сравнению с закле..
почными или болтовыми. Это дало повод для утвержде-
ния, что сварка создает большую концентрацию наоря..
u
жении, чем KpyroBbIe отверстия, и поэтому не должна
допускаться в конструкциях, испытывающих перемен-
ные напряжения. В действительности качественные свар-
ные соединения вызывают меньшую концентрацию на-
........ 121 .......
u
пряжении, и если они иноrда имеют пониженную уста-
лостную прочность, то причину следует искать в
проявлении иных факторов, в первую очередь остаточных
напряжений.
Наибольшей выносливостью обладают стыковые сое-
динения (см. рис. 111.5, а), наименьшей нахлесточные
с фланrовыми швами (см. рис. 111.5, 8, е). Последние
создают высокую концентрацию напряжений. Кроме то..
ro, у концов фланrовых швов возникают значительные
остаточные сварочные напряжения растяжения, rде
обычно и возникают усталостные трещины в основном
металле.
Добавление лобовоrо шва несколько повышает вы-
носливость нахлесточноrо соединения блаrодаря более
равномерному распределению силовоrо потока при об-
варке по контуру. В этом случае усталостные трещины
образуются по rранице лсбовоrо шва, причем может
возникать несколько очаrов разрушения.
Проверка выносливости сварных соединений и ос-
HOBHoro металла относится к расчетам по первой rруп-
пе предельных состояний (см. Э 4) и производится по
формуле
атак <;: a,Rv Уо,
(IV. (0)
еде а ----- коэффициент учета числа циклов (п 105), вычисляемый
по СНиП 11-23-81 в зависимости от rруппы рассчитываемоrо эле-
мента или cBapHoro соединения, которая устанавливается там же;
R v ----- расчетное сопротивление усталости, принимаемое по той же
rлаве СНиП исходя из нормативноrо сопротивления стали Ru" и
rруппы элемента или соединения; \''' ----- коэффициент, зависящий от
алrебраическоrо знака наибольшеrо по абсолютному значению на-
пряжения:
Уо == с/ (а ---- р). (IV. 11)
При О'шах>О (растяжение)
с==2,5, а== 1.5, если -----1 p o;
с==2, а== 1,2,:, 0<p 0,8;
с==а== 1, :. 0,8<р< 1.
При атах <О (сжатие) с==2, а== 1, если -----1 p 1.
Правая часть условия выносливости (IV.IO) не дол-
жна превышать Ru/Yи, rде Уи коэффициент надеж-
ности в расчетах по пределу прочности, равный 1,3.
К конструкциям, ПОДВерженным усталостным явле-
ниям, относятся подкрановые балки (см. Э 32) J балки
рабочих площадок и элементы конструкций бункерных
и разrрузочных эстакад, MHoroKpaTHo воспринимающие
наrрузку от подвижных составов, конструкции под дви-
.... 122 .....
rатели, а так}ке конструкции высотных сооружений ти
па антенн, промышленных труб, башен, мачт и подъемно
транспортных сооружений, испытывающих ветровую Ha
rрузку.
Основным способом предотвращения усталостноrо
разрушения сварных конструкций являются KOHCTPYK
тивные мероприятия, направленные на снижение KOH
центрации напряжений. Этому способствует создание
плавных переходов от наплавленноrо металла к OCHOB
ному, полный провар швов, обварка элементов по кон-
туру.
Плавный переход к основному металлу чаще Bcero
достиrается в результате механической обработки швов
абразивными круrами или фрезами. Наибольший эф
фект получается от зачистки стыковых швов. Удаление
наплыва заподлицо с поверхностью свариваемых ЭJIе
ментов УЛУЧllIает качество nOBepXHocTHoro слоя и повы
шает выносливость llIBa практически до уровня BЫHOC
ливости OCHoBHoro металла. Механическая обработка
друrих видов соединений менее эффективна. Выносли
вость нахлесточных соединений с лобовыми llIвами воз
растает не более чем на 20 30 0/0, а в ряде случаев не
возрастает вообще. Ощутимоrо снижения концентрации
напряжений можно добиться только за счет комплекс
Horo применения механической обработки и дополни
тельных конструктивно технолоrических мероприятий:
перехода на более толстые накладки, rлубокоrо прова
ра корня llIBa, увеличения размеров и полоrости шва.
Наиболее уязвимым местом сварных конструкций,
подверженных действию переменных напряжений, явля
ются, как было сказано ранее, фланrовые швы. Они
наименее долrовечны, а указанные мероприятия к ним
неприменимы. Исследования показали, что выносливость
фланrовых швов понижается с ростом остаточных CBa
рочных напряжений. В наибольшей степени это сказы
вается на элементах, имеющих различные приварки KOH
структивноrо характера: фасонки, ребра, диафраrмы и
т. П. Изменение поля остаточных напряжений достиrа
ется способами, указанными в предыдущем параrрафе.
В настоящее время все больший интерес представля
ют вопросы, связанные с поведением материалов в пла
стической стадии. Явление разрушения под действием
циклических напряжений, вызывающих пластическое
деформирование материала, получило название мало..
цикловой усталости. К ней может привести, например,
123
частое наполнение и опорожнение резервуаров боль
шой вместимости, повышение и понижение BHYTpeHHero
давления в воздухонаrревателях доменных цехов.
В отличие от обычной (мноrоцикловой) усталости,
при которой пластические деформации локализуются в
малых объемах вблизи зоны разрушения и максималь
ные напряжения ниже предела текучести, малоцикло
вая усталость характеризуется наличием пластических
деформаций, охватывающих значительную часть сече..
ния. Напряжения в этом случае близки к пределу TeKY
чести или превышают ero.
Проблема малоцикловой усталости весьма актуаль
на для строительных конструкций, поскольку в них по..
чти всеrда имеются концентраторы напря}кений, спо
собствующие развитию местных пластических деформа
ций. Эти деформации MorYT накапливаться даже в
случае медленно и редко меняющейся наrрузки, обуслов"
u u
ливая высокии уровень напряжении и долrовечность
материала в течение не более 105 циклов.
Различают мяrкое и жесткое малоцикловые Harpy"
жения. В первом случае контролируется предельная на-
rрузка и оrраничены напряжения (0'== const), а пласти-
ческое деформирование протекает свободно; во втором,
наоборот, оrраничена амплитуда деформаций, а напря-
жения от цикла к циклу растут. При мяrком осевом на..
rружении металлическоrо образца в области малой дол-
rовечности образуется излом вязкоrо вида с шейкой без
предварительноrо образования трещины, т. е. как при
обычном однократном статическом растяжении (см. рис.
IV.I0). Причиной разрушения является циклическое
пластическое деформирование, сопровождающееся на..
коплением повреждений и последующим зарождением
и развитием трещины. Такое разрушение характерно
для циклически анизотропных материалов, т. е. мате-
риалов, разупрочняющихся при циклическом деформи
ровании. К ним относится металл сварных швов и пе..
реходных зон сварных соединений.
В случае жесткоrо наrружения ввиду оrраниченно"
ro пластическоrо деформирования разрушение даже при
очень больших амплитудах носит усталостный харак"
тер. Условия для подобноrо разрушения возникают в
зонах концентрации напряжений, около дефектов, при
неравномерном распределении температуры по сечени
ям. Последнее обстоятельство особенно характерно для
сварных конструкций.
..... 124 ........
Изучение малоцикловой усталости началось сравни-
тельно недавно (первые исследования появились в кон-
це 50 x rодов). Поэтому мноrие принципиальные вопро
сы не нашли еще должноrо отражения в литературе или
дискуссионны (см., например, [6]). Особенно это ка-
сается влияния различных факторов на долrовечность
при малоцикловом наrружении.
r n а в а V. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ
СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИА
t t9. РАСЧЕТНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ
Сварные швы, разрушение которых влечет за собой
выход конструкции из строя, должны быть рассчитаны
fl0 действующему усилию на прочность и в необходимых
случаях....... на выносливость. Такие швы называются ра-
бочими (см. 12). На них распространяются все OCHOB
ные положения по расчету строительных конструкций,
изложенные в 4.
Прочность наплавленноrо металла зависит от мате-
риала электродной проволоки, состава электродноrо по-
крытия при ручной сварке и флюса при механизирован..
ной, технолоrии сварки. Общие сведения о сварочных
материалах приведены в 11. Формулы для определе
. u
ния расчетных сопротивлении сварных соединении
с,:,альных конструкций установлены rлавой СНиП II 23 81
и представлены в табл. V.l. Численные значения расчет
u
ных сопротивлении металла уrловых швов в зависимости
от сварочных материалов и технолоrии сварки приве
дены в табл. V.2.
Правильный выбор сварочных материалов дает воз-
u
можность при надлежащеи технолоrии сварочноrо проЦ,ес
са обеспечить прочность наплавленноrо металла, не ус..
тупающую прочности OCHoBHoro металла (см. табл. 1.2).
Однако при полуавтоматической и особенно ручной свар-
.
ке качество шва существенно зависит от условии произ
Еодства работ. Поэтому стыковой шов, подверrающийся
растяжению или изrибу, принимают равнопрочным ме-
таллу соединяемых элементов только при условии, что
он будет подверrнут тщательному физическому KOHTpO
лю: ультразвуковой дефектоскопии, радиационному кон-
тролю (просвечивание рентrеновскими лучами, raMMa
ЛУIIами) или контролю маrнитными методами
125 ....
Т а б л и ц а У.l. Расчетные сопротивлении RVJ сварных соединениА
стальных конструкций
СварНЫе соеДИ-
нения
Расчетное СОПРОТlIвпение
Форму па подсчета
Стыковые
I (о пределу текучести: сжатию;
растяжению и ИЗI'ибу при ав-
томатической сварке, а также
полуавтоматической или руч-
ной с физическим контролем
качества швов Rt01J
То жеt по пределу прочности
Rw'U
Растяжению и изrибу по пре-
делу текучести при полуавто-
матической или ручной сварке
с визуальным контролем ка-
чества швов R wy
Сдвиrу R 108
Rwy==Ry
Rwu==Rи
Rwy==O,85Ry
Rws==Rs
с yr ловыми
ШЕами
Срезу (YCJIOBHOMY) по металлу Rwf==0,55 Rwun/Vwm
шва Rw/
То же, по металлу rраницы Rwz==O, 45 Rиn
сплавления Rwz
При м е ч а н и я: 1. Значения R'II' Ru, Rиn и R8 следует принимать
по табл. 1.1 и 1.2.
2. Нормативные сопротивления Rwиn и СО01ветствующие им расчет-
ные сопротивления RUJf приведены в табл. У.2. Значения коэффициен-
та надежности по материалу шва VUJm приняты равными: 1,25 при
Rw'U,, 490 МПа; 1,35 при RU7'U,, 590 МПа.
(маrнитно-порошковая, маrнитоrрафическая, маrнитно-
индукционная дефектоскопия). Цель контроля выя-
вить внутренние, т. е. не обнаруживаемые визуально,
концентраторы напряжений: rазовые поры, образующи-
еся вследствие быстроrо затвердевания rазонасыщенно-
ro расплавленноrо металла; шлаковые включения, яв-
ляющиеся результатом небрежной очистки кромок де-
талей и сварочной проволоки от ржавчины, окалины_ и
rрязи, а также возникающие при сварке длинной дуrой,
неправильном наклоне электрода, недостаточной силе
тока и завышенной скорости сварки.
Стыковые швы, работающие на С}l{атие или сдвиr,
менее подвержены влиянию внутренних дефектов и для
них достаточны обычные, визуальные способы контро-
ля качества: внешний осмотр и обмеры, проверка непро-
..... 126
Т а б л и ц а V.2. Нормативные Rwиn и расчетные Rwl сопротивления
металла уrловых швов стальных конструкций
Сварочные материалы Значения
сопротивле.
МарКа проволоки при механизированной сварке ний, МПа
тип электрода в уrлекислом лорошко- RWUll Rr..:,'f
под фтосом Тазе вой про-
волокой
Э42 t Э42А Св-08А 410 180
346 t Э46А CB-08r А 450 200
Э50, Э50А Cb-l0rА Cb-08r2С, ПП-АН8, 490 215
Cb-08r2СЦ ПП-АН3
Э6О Св-10НМА, Cb-08r2С, 590 240
Cb-IОr2 Cb-08r2СЦ
970 Cb-ОВХН2r i\\Ю Cb-IОХr2СМА 685 280
При м е ч а н и е. При сварке проволокои марок Cb-08r2С и
cb-овr2СЦ значение Rwиn==590 МПа следует принимать ТОЛЬКО дЛЯ
швов с катетом kj 8 мм в конструкциях из стали с пределом теку-
чести Rиn 440 МПа.
ницаемости ВОДОЙ (rидравлическое испытание), керо-
сином, сжатым воздухом и т. п.
Уrловые швы нахлесточных соединений обычно ра-
ботают в условиях сложноrо сопротивления (сочетание
oceBoro растяжения-сжатия с изrибом и срезом). До
недавнеrо времени считалось, что они имеют понижеll-
ные прочностные характеристики вследствие значитель-
ной концентрации напряжений, поэтому их расчетные
сопротивления принимались меньшими, чем в стыковых
соединениях с осевыми усилиями. Последние исследова-
ния, однако, показали, что за предельное состояние сое-
динений с уrловыми швами может быть принято состоя-
ние разрушения. Это позволяет допускать на отдельных
участках швов повышенные деформации и устанавли-
вать нормативные сопротивления соединения не по пре..
делу текучести (как у большинства стыковых соедине-
НИЙ), а по пределу прочности на разрыв наплавленноrо
металла. Расчет ведется на условный срез, что находит
отражение в названии характеристик Rwf и Rwz.
Значения расчетных сопротивлений сварных соеди-
нений алюминиевых конструкций установлены rлавой
СНиП 11..24..74 и приведены в табл. V.3. Качество сты-
ковых швов должно контролироваться физическими ме-
тодами. Расчетные сопротивления соединений элемен-
тов из термически упрочняемых сплавов MorYT быть по-
вышены повторной термической обработкой (после
127 .....
Т а б л и ц а У.3. Расчетные СОПРОТИВJlеНИR RID соединениА,
выполненных арrонодуrовой сваркой в конструкциях
из алюминиевых сплавов
Значения Rw' МПа, в конструкциях из сплавоВ
термически
неу прочня емых
мароК
термически упрочняемых
МароК
Сварные
соедине-
ния
Расчет ное
сопротивление
C: tJ:) ....
с" с" .... .... ....
i:i: ::r tJ:) 11)
.... ....
< < « < < < cn cn
.... ....
при сварке с применением электродной или
присадочной ПрОВОЛоКи МароК
Стыковые Сжатию, растя- 25 40 65 55 65 80 140 155
жению, изrибу
по пределу те-
кучести RtDJJ 30 45
То же, по пре.. ..... ..... ----- ..... ........
делу прочности
Rwn
Сдвиrу RUJs 15 25 40 35 40 50 90 105
С yr ло- Срезу RUJI 20 30 45 45 45 45 110 110
выми
швами
СвА 1 I CBAMr3 I CBAМr3, 1557 I 1557
При м е ч а н ия: 1. См. пп. 1 3 примечаниА к табл. 1.3.
2. Расчетные сопротивления соединений элсм нтов из сплава марки
1915Т указаны для прессованных профилей толщиной 5 12 мм.
3. Приводимые значения RWYI Rи:э распростраНЯlОТСЯ и на расчетные
сопротивления самих сплавов в околошовной зоне стыковых и
нахлесточных соединений. Исключение составляют нахлесточные со-
единения фланrовыми швами (см. рис. 111.5, в) в конструкциях из
термически упрочняемых сплавов. В этом случае Ry составляет
50 МПа (для сплава марки АД3IТ), 60/75 МПа (АД3IТ5),
80/105 МПа (АД31ТI), 130/145 МПа (1915), 145/160 МПа (1915Т),
В числителе указано значение расчетноrо сспротивления при сварке
вольфрамовым электродом, в знаменателе..... плавящимся.
сварки). Для сплавов системы AI ----- Mg Si в этом
случае Rw==O,9R, системы AI Zn Mg Rw==R, rде
R расчетное сопротивление, принимаемое по табл. 1.3.
Однако подобный прием не всеrда применим из-за про-
изводственных трудностей. Кроме Toro, повторная тер-
мообработка является дороrостоящим мероприятиеl\f и
поэтому используется редко.
..... 128
t 20. СТЫКОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
Стыковое сварное соединение является наиболее
простым и надежным. В зависимости от толщины соеди-
няемых элементов и способа сва рки ero осуществляют
без обработки кромок или с обработкой по одному из
типов, приведенных в rOCT 5264 80, rOCT 8713 79
(см. табл. 111.2) и rOCT 14771 76 (электродуrовая
сварка в защитных rазах). Соединения под острыми и
тупыми уrлами реrламентируются rOCT 11533 75 (ме-
ханизированная сварка) и rOCT 11534 75 (ручная).
Разделка кромок имеет технолоrическое назначение и
на статическую прочность соединения не влияет.
Стыковые соединения применяются в балках, колон-
нах, но особенно целесообразны в листовых конструк-
циях (резервуарах, rазrольдерах, бункерах, силосах,
трубопроводах и т. п.). Они хорошо обеспечивают rep-
метичность, удобны для физических методов контроля
качества швов, экономичны и характеризуются менее
v v v
резкои концентрациеи напряжении по сравнению с дру-
v
rими видами сварных соединении.
Расчет CTbIKoBoro шва на действие oceBoro усилия
(по отношению к соединяемым элементам) основан на
предположении, что напряжения распределяются по дли-
не шва равномерно. При устройстве прямоzо шва (рис.
V.l, а) прочность проверяют по формуле
йш == N / Aw == N /(tmln lw) < Rwy Ус, (У.l)
rде fJю....... нормальное напряжение в рассчитываемом шве, Па; N
расчетное осевое усилие (продольная сила) в соединяемых элемен-
тах, Н; Aw площадь продольноrо сечения шва, м2; tmln....... толщи-
на более TOHKoro элемента, м; lw....... расчетная длина шва, м; RtDlI.......
расчетное сопротивление CTblKoBoro соединения растяжению или
сжатию, Па, принимаемое по табл. V.l, У.3; ус....... коэффициент ус-
ловий работы, принимаемый по табл. 2 прил. 1.
При расчете стыковых соединений растянутых эле-
v
ментов стальных конструкции, эксплуатация которых
возможна после достижения металлом предела текучес-
ти (см. 4), вместо величины Rwy следует принимать
Rwи/yи (если Rwи/Vи>Rwy).
В начальный момент сварки, коrда основной .металл
еще не успел достаточно наrреться, возможен непровар
корня шва, а в конце сварки при резком обрыве дуrи
незаваренный кратер. По этой причине расчетная длина
шва принимается короче фактической на величину б==
==2tm1n в стальных конструкциях и 3tm1n в алюминиевых:
lw == Ь б. (У. 2)
9 46
..... 129 ........
а)
.Ld
N
а)
}
6)
)
d
1 c::::r
о)
.
\
(
{
/I
Рис. V.3
( H N
11
N
Концевые участки шва, каче-
ство которых бывает плохим, не-
редко выводят за пределы свари..
ваемых элементов посредством
специальных планок (рис. V.l, 6).
По окончании сварки планки об-
рубают, а торцы шва зачищают
пневматической шлифовальной
машинкой. В этом случае pac
четная длина равна полной
длине шва, так как он ока-
зывается полноценным на
всем протяжении.
Выводные планки МОЖtIО
использовать и в целях кон-
троля качества cBapHoro
шва, придав им размеры об-
разцов для механических
N испытаний (ширина не
менее 50 мм, длина 120
150 мм с каждой стороны
шва) .
Расчетные сопротивления
стыковых соединений сталь-
ных элементов установлены
для двусторонних швов (рис. У.2, а) или односторонних
с подваркой корня (рис. V.2, б). При сварке элементов из
1 30 -----
.
fSw
1
.
.
Рис. V.2
60" 70
H
Рис. V.t
N
N
стали разной прочности принимают меньшее значение
расчетноrо СОПРОТИВJIения.
Поскольку при визуальных способах контроля каче
U u
ства швов, выполненных полуавтоматическои или ручнои
U
сваркои, расчетное СDпротивление CTblKoBoro шва растя
жению меньше, чем у OCHoBHoro металла, длина прямоrо
шва может оказаться недостаточной. Тоrда приходится
конструировать стык с КОСЫМ швом (рис. V.3). Проверка
прочности в этом случае должна производиться как по
нормальным, так и по касательным напряжениям:
ОШ == N sin a/(tmin lw) < Rwy Ус; (У.3)
'(ш == N cos a/(tmin lw) < Rws 1'с, (У.4)
rде 'tfD касательное напряжение в рассчитываемом шве, Па; а-----
уrол наклона Kocoro шва к линии действия усилия; ltD расчетная
длина шва, равная b/sin а б, м; R1D8 расчетное сопротивление
CTblKoBoro свариоrо соед.инения сдвиrу, Па, прииимаемое по табл.
V.l, v.з.
Однако чаще Bcero проверка прочности не требуется
вообще. Установим значение уrла а, при котором косой
стыковой шов, выполненный ручной сваркой с примене-
нием визуальных спо.собов контроля ero качества, равно..
прочен основному металлу соединяемых стальных лис-
тов одинаковой толщины. Если концы шва выведены на
планках за пределы листов, то lw== b/sin а и условие
прочности по нормальным напряжениям (V.3) можно
преобразовать к виду (при ус== 1):
0w == N sin? a/(tb) == о sin2 а < Rwy. (а)
Здесь a==N/(tb) HOpMaJIbHOe напряжение в поперечном сечении
свариваемых JIИСТОВ, которое ие должио превышать расчетное co
противление R" ОСRовиоrо металла.
Аналоrично МО}КНО записать условие прочности по
касательным напряжениям (V.4):
'tL:' == N sin а cos a-/(tЬ) == N sin 2a/(2tb) == а sin 2а/2 < Rws. (6)
Из полученных неравенств нетрудно найти искомое
значение а. Предположим, что поперечное сечение лис-
тов использовано полностью, т. е. a==R1I. Тоrда из нера-
венства (а) следует
'0 sin2 а == R sin2 а < Rwy или sin а < V Rwy/ Ry, (в)
а из неравенства (б)
а sin 24/2 == Ry sin 2а/2 <;: Ru.s или sin 2а < 2Rws/Ry. (r)
При сварке высококачественными электродами (типа
Э42 и выше) с полным проваром в rлаве СНиП 11..23..81
9*
131
принято RW1l/R1I==O,85 и Rws/Ry==O,58 (см. табл. 1.2 и V.l).
Поэтому из условий (в) и (r) соответственно получаем
sin (1 < V 0,85 == 0,922; (д)
s i n 2а < 2. О, 58 1 t 2. ( е)
Неравенство (д) соблюдается при a 67°12', Hepa
венство .( е) .......... при любых значениях сх. Следовательно,
если тип электрода соответствует марке стали сварива-
емых элементов (см. табл. 111.1), то при a 670 косой
стыковой шов не уступает по прочности основному ме-
таллу и может не рассчитываться.
Необходимо, однако, иметь в виду, что косые' стыки
имеют ряд существенных недостатков: перерасход основ-
Horo и наплавленноrо металла, так как косо срезанные
при раскрое концы заrотовок часто идут в металлолом, а
объем наплавленноrо металла значительно больше, чем
при прямом стыке; возникновение после сварки трудно-
исправимых винтообразных деформаций. В силу этоrо
косые стыки являются нетехнолоrичным видом сварных
соединений, и их следует устраивать только в растяну-
тых зонах с напряжениями, близкими к расчетному со-
противлению, при ручной сварке с визуальными способа-
ми контроля. В остальных случаях рекомендуется кон-
струировать прямые стыки.
При действии изrибающеrо момента (рис. V.4, а)' сты-
ковой шов работает на чистый иэrиб, и ero рассчитыва-
ют по известной из сопротивления материалов формуле
(Jw == MjW w == 6М/ (/m1n l ) < RWY у с, (V. 5)
rAe М ----- расчетный изrибаlОЩИЙ момент в соединяемых элементах,
Н. м; W 1D tmlnl 6 момент сопротивления ПРОДольноrо сечения
шва ОТН9сительно ero нейтральной оси Х, м3.
При совместном действии изrибающеrо .момента и по-
перечной силы (рис. V.4,6) стыковой шов работает на
поперечный иэrиб. В стальных конструкциях такие швы
сначала рассчитывают отдельно по нормальным и Каса-
тельным напряжениям. Нормальные напряжения прове-
ряют по формуле (V.5) , касательные по формуле
Д. И. Журавскоrо:
'tw == QSw/ (J w tmin) Rws Ус, (V. 6)
r де Q расчетная поперечная сила в соединяемых элементах, Н;
S tD статический момент площади половины продольноrо сечении
шва относительно нейтральной оси, мЗ; J w момент инерции пло-
щади B&ero сечения относительно той же оси, м'.
132 -----
а) 6) IШ
M(i '+- If .1
IШ
I
)М
c::::r б)
M )М У.1
V.5 V.6
-)М
i,,:5
:4
N
.
.а N
.
Ь/2
Учитывая, что для прямоуrольноrо сечения шва
Sw == Imtn 1 /8; J w == 1m1n .I12,
неравенство (V.б) можно записать в упрощенном виде:
Qtm1n 1 .12 3 Q
'(ш == ---- ...........2 < Rws Ус. (У. ба)
8t 13 t tmln Iw
mtn W mtn
Кроме Toro, в стальных сварных швах должны быть
проверены приведенные напряжения. При действии нор..
маJlЬИЫХ напряжений только в одном направлении
(Jred == V o + 3't" ./Jf1 ..;;: RWY V С'
(V.1J
...... 1 33 .......
rде ОЮ ----- нормальное напряжение в шве от изrибающеrо момента,
определяемое по формуле (V.5); 'tw,av ----- среднее значение касатель-
ных напряжений, получающееся в предположении их paBHoMepHoro
распределения по длине шва; р== 1,15 ----- дополнительный коэффици-
ент, учитывающий развитие пластических деформаций.
Стыковые швы элементов из алюминиевых сплавов в
рассматриваемом случае рассчитывают на совместное
действие нормальных и касательных напряжений по фор-
муле
Отах == аш/2 + 1/2 V O + 4'( .av '" RW/I Ус. (V.B)
При одновременном действии изrибающеrо момента
и продольной силы .(РИС. V.4, в>. стыковой шов работает
в условиях сложноrо сопротивления (изrиб с растяжени..
ем..сжатием), и нормальные напряжения от обоих сило..
вых факторов суммируют алrебраически:
Ои; == N/Aw + M/W w == N/(tm1n 'w) + 6M/(tm1n l ) RU;y Ус'
(V.9)
Следует иметь в виду, что при использовании свароч..
ных материалов соrласно табл. 111.1 и V.2, полном про..
варе соединяемых элементов и физическом контроле ка..
u
чества швов приводимые расчеты стыковых соединении
выполнять не требуется.
Конструктивные требования. 1. При соединении ме..
таллических листов различной толщины (или ширины)
их размеры в месте стыка должны быть одинаковыми во
избежание резкоrо изменения сечения. Для этоrо в более
толстом (или широком) листе устраивают скос с укло"
НОМ не более 1 :5 (рис. V.5). Стыки без скосов по толщи..
не допустимы при разности толщин t2 t1 не более 4 мм
и не более 1/8 толщины более TOHKoro листа (см. рис.
V.l, а). Для конструкций из стали с пределом текучести
Ryn 590 МПа указанные оrраничения составляют со..
ответственно 2,5 мм и 1/12, причем перед подваркой кор..
ня шва необходима механическая обработка ступеньки.
2. Соединение стальных листов следует осуществлять
прямым и двусторонними швами с выводными планками.
В монтажных условиях допустима односторонняя свар..
u U
ка с подваркои корня шва и сварка на остающеися
u
стальнои подкладке.
Пример V.I. Рассчитать и законструировать стыковое соеди-
нение листов шириной Ь==400 мм и толщиноЙ t.==8 мм, t2==12 мм
при действии расчетной продольной силы N ==650 кН (см. рис.
V.!, а). Материал листов сталь марки БСтЗпс6-1, сварка ручная с
134
полным проваром при визуальных способах контроля качества шва.
Условия работы........ нормальные.
Реш е н и е. Cor ласно табл. 1.1, листовой прокат из стали y"a
занной марки при толщине tmln==/1==8 мм==8.10 З м имеет расчет-
ное сопротивление R'II== 230 МПа. Поэтому в соответствии с табл.
V.l расчетное сопротивление CTblKoBoro соединения RWIl==O,85 R,I==
==0,85.230 МПа== 195 МПа. Тоrда на основании формул (V.1) и
(V.2)
О'ш == N /[ti (Ь ..... 2/1)] == 650. 103/ [8 (400 2. 8) 10....8] Па ==
== 212.108 Па == 212 МПа> Rwy'
т. е. прочность пр ямоrо стыка недостаточна. Необходимо устройст-
80 Kocoro стыка. Конструируем ero, как обычно принято на практике,
с заложением 2: 1 (рис. V.6). Соответствующее значение yrпa а==
==arct 2==63026' rарантирует равнопрочность cBapHoro шва и ос-
HOBHoro металла.
Так как t2 t. == 12........8 мм==4 MM>t./8== 1 мм, более толстый лист
должен иметь скос (см. рис. У.5).
Пример V.2. Проверить прочность CTblKoBoro соединения листов
сечением bxt==300X8 мм на совместное действие расчетных изrиба-
ющеrо момента М == 20 кН. м и поперечной силы Q == 125 кН (см. рис.
V.4, б) Остальные условия те же, что и в предыдущем примере.
Реш е н и е. Соrласно табл. У.l и 1.2, расчетное сопротивление
CTblKoBoro соединения сдвиrу
Rws == Rs == 0,58Ry == 0,58.230 МПа == 133 МПа.
Учитывая, что свариваемые листы имеют одинаковую толщину t==
== 8. 1 0 3 М, И используя выражение (У.2), по формуле (V.5) Haxo
дим нормальные напряжения
O'w == 6M/[t (Ь 2t)2 == 6.20.103/[8 (300 ----- 2.8)2 10----9) Па ==
== 186.108 Па == 186 МПа < Rwy == 195 МПа.
Касательные напряжения по формуле (V.6a)
't'w == 3Q/[2t (Ь 2t» == 3.125.103/[2.8 (300 2.8) 10---') Па ==
== 82,5.108 Па == 82,5 МПа < R",s.
Приведенные напряжения по формуле (V.7)
(Jred == V а;, + :Л;',ао == V 1862 + 3.552 МПа pd 209 МПа<
< PRwy == 1,15.195 МПа == 224 МПа,
rде '(Ш,В" == Q/[t (Ь ..... 21)] == 125.103/[8 (300 ........ 16) 1()---.8] Па ==
== 55.108 Па == 55 МПа.
Таким образом, рассматриваемое сварное соединение удовлетво
ряет всем трем условиям прочности.
Пример У.3. Определить ширину листов, рассмотренных в пре
дыдущем примере, если они выполнены из алюминиевоrо сплава Map
ки AMr2M. Сварка арrонодуrовая с присадкой из проволоки марки
CBAMr3 при физических способах контроля качества шва.
Реш е н и е. Поскольку в данном случае предусмотрены физиче-
ские способы контроля, сопротивление соединения сдвиrу составляет
135
меньшую долю от сопротивления растяжению по сравнению со сталь-
ными листами. Соrласно табл. V.3,
Rws/Rwy == 40/65 0,6 < 133/195 0,7,
поэтому предварительно определяем требуемую расчетную длину
CTblKoBoro шва из условия прочности на сдвиr (V.6a):
lw 3Q/(2tRws) == 3.125.103/(2.8.10....3.40.108) м == 0,585 м,
после чеrо производим проверку прочности соединения по формуле
(V.8) :
(J == о' /2 + 1/2 V О:. + 4't2w av == 43,8/2 +
тах w .
+ 1/21143,82 + 4.26,62 МПа == 56,4 МПа < Rwy == 65 МПа.
Здесь, соrласно формуле (V.5),
(Jw == 6M/(tl ) == 6.20.103/(8.10.....30'5852) Па ==
== 43,8.108 Па == 43,8 МПа,
а 'tw av == Q/(tlw) == 125.103/(8.10.....3.0'585) Па ==
,
==26,7.108 Па == 26,7 МПа.
Прочность соединения на совместное действие нормальных и ка-
c8Te..YJbHblX напряжений обеспечена, поэтому окончательно принима-
ем ширину листов b==lw+3t==0,585+3.0,008 м==0,609 M 610 мм.
Пример V.4. Установить минимальную толщину, которую MorYT
иметь соединяемые стыковым швом листы шириной Ь == 360 мм, пе-
редающие расчетный изrибающий момент М ==30 кН. м и расчетную
продольную силу N == 25 кН (см. рис. V.4, в). Материал листов
lIизколеrированная сталь марки 09r2 rp. 1, сварка ручная с полным
проваром при визуальных способах контроля качества шва.
Реш е н и е. Листы и соединение испытывают сложную деформз-
цию изrиб с растяжением (сжатием). Наиболее напряженными яв-
ляются верхние волокна, rде суммируются напряжения растяжения
от обоих силовых факторов. Условие прочности (У.9) при 'Ус== 1
можно записать в виде
О w == (N / 1 w + 6М / [ ) / t 1111 n R wy'
Соrласно табл. 1.1, листовой прокат толщиной 4-----10 мм из ста.
.'JИ указанной марки имеет расчетное сопротивление Ry==305 МПа,
r:оэтому в соответствии с табл. У.l расчетное сопротивление стыко-
noro соединения Rwy==0,85.305 МПа==260 МПа.
Требуемая ориентировочная толщина листов, удовлетворяющая
записанному условию прочности при lw Ь,
t (Nlw + 6M)/(I RWY) == (25.103.0,36+ 6.30.103)/(0,362х
х 260.108) М == 5'6.10....3 М 6 мм.
Ра четная длина cBapHoro шва по формуле (У.2)
lw == Ь ----- 2' == 360 ----- 2. 6 мм == 348 ММ == 0,348 м.
Напряжения
0w == (25. 103/0,348 + 6.30. 103/0,3482) / (6. 10....3) Па ==
== 260. 108 Па == 260 МПа == Rwy.
Прочность обеспечена, поэтому окончательно принимаем t==6 ММ.
----- 136
Нахлесточные . соедине..
ния осуществляют фланrо..
выми, лобовыми и косыми N
уrловыми швами. Фланzо"
выми называются швы,
расположенные параллель..
но действующему усилию
(рис. У.7), лобовыми
расположенные перпенди"
кулярно усилию (см. рис.
У.! О). Швы, занимающие
промежуточное положение,
называются косыми (см. N
рис. 111.5, е).
При соединении фланrо..
выми швами передача уси-
лия с одноrо элемента на друrой происходит неравно..
мерно как по длине шва (рис. V.7, а), так и по попереч-
ному сечению соединения (рис. V.7, б). Однако при стати-
ческом наrружении перед разрушением напряжения вы-
равниваются за счет пластической работы перенапряжен-
ных (концевых) участков шва. Это позволяет сделать до-
пущение о равномерном распределении напряжений среза
по сечению шва и производить проверку прочности сое-
динения при действии oceBoro усилия по формуле
t lt. НАхпЕСТОЧНЫЕ
СОЕДИНЕНИЯ
t . . . .
{
'1I
I
.ш
N
1
0.&/
61
N
.,J_
б.
5n:
Рис. V.7
1:wf == N / 1:..4 vf == N / (Р! kf1:lw) Rw! Уш! Ус,
(V.IO)
rде N..... расчетная продольная сила, действующая в соединении, Н;
1:Awf ----- расчетная суммарная площадь среза уrловых швов в со-
единении без учета наплывов, м2; р, коэффициент rлубины про-
вара шва, зависящий от условий сварки; при сварке стальных эле-
О)
А)
)
t $ J
J
IrJ
Рис. V.8
----- 1 3 7 ......
ментов он принимается по табл. V.4, при свар.
ке алюминиевых элементов flf==0,9, если свар..
ка одно- или двухпроходная автоматическая,
и Pt==0,7, если сварка ручная, полуавтоматиче-
ская или мноrопроходная автоматическая;
kf ........ толщина уrловоrо шва, равная катету впи"
caHHoro равнобедренноrо прямоуrольноrо тре..
уrольника (рис. V.8), м; 11D..... расчетная сум-
Рис. У.9 марная длина уrловых швов в соединении, м,
принимаемая так же, как для стыковых швов,
соrласно формуле (У.2) при б==О,ОI м в сталь-
ных конструкциях и 3kj в алюминиевых; RWf ----- расчетное сопротив-
ление соединения срезу, Па, принимаемое по табл. V.l----- V.3; VW!-----
коэффициент условий работы шва, равный 1 во всех случаях, кроме
стальных конструкций, возводимых в климатических районах с рас..
четной наружной температурой ниже 40 ос, дЛЯ которых VtD!==0,85
при нормативном сопротивлении металла шва Rwиn ==410 \Па.
Соrласно СНиП 11-23-81, соединения с уrловыми шва..
ми на условный срез следует рассчитывать не только по
.металлу шва (сеч. 1 на рис. У.9), но и по металлу rpa..
т а б л и ц а V.4.Козффициенты Р! и Pz В зависимости
от условий сварки
С,' . Значения коэффициентов
...0 =:21
Q) :I Положе- .е.... при катетах швов, мм
Вид сварки ::I!i:l ние шва -&:z:
: о .. (1\41 I 9----12 114....16 1
t::t: Q. = 0= з--..в :>18
с:.: ::t:::f
В подоч-' Р, 1 , 1 0,7
ку pz 1 ,15 1,0
Нижнее 1 . I I 0,9 0,7
1 , 15 1,05 1,0
Автоматичес- 3.....5
кая
Автоматичес- 1 4.....2 В лодоч- Р/ 0,9 0,810,7
,
кая И полу- ку Pt 1,05 1,0
астоматичес..
кая р, 0,9 0,8 0,7
Нижнее
pz 1,05 1,0
При м е ч а н и я: 1. При ручной сварке, п луавтоматической свар-
ке проволокой сплошноrо сечения диаметром менее 1,4 мм или по-
рошковой проволокой Р! == 0,7 и z == 1 независимо от положения шва
и размера ero катета.
2. Табличные значения коэффициентов соотnетствуют нормальным
режимам сварки, т. е. коrда не предусматривается специальных мер,
которые направлены на повышение производительности наплавки и
сопровождаются уменьшением rлубины проплавления.
....... 138 -----
ницы сплавления (сеч. 2). Дополнительный расчет про-
изводится по формуле
Ш2 == N / ( 2 kJ lw) RW2 YWl Ус' (У. 10а)
Коэффициент pz принимается по табл. У.4, расчетное
сопротивление Rwz по табл. V.l......... У.3. Коэффициент
условий работы Ywz назначается таким же, как 'VWJ, но
независимо от нормативноrо сопротивления стали.
Если расчетом приходится определять требуемую
длину швов, то предварительно задаются их толщиной.
Тоrда неравенства (V.IO) и (V.IOa) будут иметь вид:
lwJ :> NI( I kl Rwf Yw.f Ус); (У.l1)
lwz :> N I( z kf Rwz Ywz Ус). (У. 11a)
Окончательно следует принимать большее из требуемых
значений.
Необходимость расчета по двум сечениям вызвана
стремлением к у.меньшению объема наплавленноrо ме-
талла за счет применения высокопрочных сварочных ма-
териалов. Однако леrирование электродов и сварочной
проволоки с целью повышения прочности шва может
привести к ярко выраженной механичеСI{ОЙ неоднородно-
сти металла cBapHoro соединения, и несущая способность
соединения будет определяться менее прочным основным
металлом.
Рассмотрение двух сечений практически не увеличи-
вает объем вычислений, поскольку при любом сочетании
rеометрическнх и прочностных параметров, входящих в
приведенные формулы, одно из сечений всеrда заведомо
менее прочно и поэтому является расчетным. Для рабо-
чих уrловых швов в элементах из стали с пределом теку-
чести Ryn 295 МПа следует применять электроды или
сварочную лроволоку (см. табл. У.2), при которых вы-
полняется условие
1, lRwz < RwJ < Rwz 2/BJ' (У.12)
Тоrда излишним становится расчет по металлу rраницы
сплавления.
Если Ryn>295 МПа, то допускается использование
сварочных материалов, удовлетворяющих условию
Rwz < RwJ < Rwz z/ J, (У. 12а)
При выборе электродов и сварочной проволоки сле-
дует учитывать rруппы конструкций (см. 5) и климати-
ческие районы строительства, указанные в rлаве СНиП
........ 1 3 9 ......
11..23..81. Так, электроды 942,946,950 и 360 соответству-
ют конструкциям rрупп 2 и 3, возводи.мым В районах с
расчетной наружной температурой не ниже ..........40 ос из
стали, марки которой приведены в табл. 111.1. То же от..
носится к сварочной проволоке марок Cb-IОr2 и CB-l or А,
а также CB..OSr А при сварке низколеrированной стали.
Остальные типы электродов и марки сварочной проволо-
ки, включенные в табл. У.2, следует применять для кон-
струкций rруппы 1 во всех районах и rрупп 2, 3 в райо-
нах с температурой ниже ..........40 ос.
Лобовые швы (рис. V.I0, а) более равномерно, чем
фланrовые, передают усилие по длине (ширине соедине-
ния), но крайне неравномерно по толщине. Вследствие
малых поперечных размеров лобовоrо шва при переходе
с одноrо элемента на друrой происходит резкое измене-
ние направления силовых линий (рис. V.IO, б), в корне
шва концентрируются большие напряжения и соединение
v
хрупко разрушается от cOBMecTHoro деиствия растяже..
ния, изrиба и среза (рис. V.IO, в).
Сложное напряженное состояние инеравномерное
распределение напряжений снижают качество cBapHoro
соединения, поэтому лобовые швы независимо от их фак-
тической работы условно рассчитывают на наиболее не-
блаrоприятное (с точки зрения значения расчетноrо соп-
ротивления) воздействие срез. Таким образом, форму-
лы (V.IO) (V.12a) справедливы для расчета фланrо-
вы.х, лобовых швов и для их комбинации (рис. V.ll).
В упруrой стадии работы распределение усилий меж-
ду швами комбинированноrо нахлесточноrо соединения
происходит неодинаково. Лобовые швы, будучи более
жесткими, чем фланrовые, оказываются перенапряжен-
ными, фланrовые недонапряженными. Но поскольку
при развитии пластических деформаций усилия в швах
выравниваются, расчет комбинированных соединений
про зводят по известному из сопротивления материалов
принципу независимости действия сил:
N == Nfr + Nfl. (У.13)
rде N....... расчетная продольная сила, действующая в соединении;
N fr ........ усилие, воспринимаемое лобовыми швами; N fl ........ то же, флан"
rовыми.
Расчет уrловых швов в нахлесточных соединениях,
работающих на чистый ИЭfиб (рис. V.12, а), производят
в предположении, что напряжения Ow распределяются по
продольному расчетному сечению шва неравномерно, до-
стиrая максимума в точках, наиболее удаленных от цент-
----- 140 .........
а}
5)
4
't
1SJt;..
6w t
>1
H=Fa t
L
t;=F
.Q
g
F
\ H
H HH. . ;:r
8)
H (,М
H
N 't
Рис. V.IO
:::::'{':;;::::::;;:T
lw.8!J lw+
N
N
B N
Р ие. V.11
Рис. V.13
й)
эпюра бw c::r !I
I - . jJ
I х
,с) I .
I
C::Sj3
Рис. V.12
...... 141 ----
ра тяжести сечения (рис. V.12, б). Соответствующее ус-
ловие прочности записывается в rлаве СНиП II 23 81 че-
рез полярный момент инерции. Так, при расчете по
металлу шва
0w/ == (М/ Jfp) Р < Rw/ Yw/ Ус'
(V . 14)
Здесь М..... расчетный изrибающий момент, действующий в соеди-
нении, Н. м; J fp .....полярный момент инерции площади прямоуrоль-
Iforo сечения металла шва, равный сумме rлавных моментов инерции
J fx == Р! kf t:т/12 и J fy == (Р! kf) з 'w/12;
Р ......... радиус-вектор уrловой точки прямоуrольноrо сечения, равный
rеометрической сумме координат этой точки X==P/kf/2 и y==lto/2 от-
носительно rлавных центральных осей.
Нетрудно видеть, что в большинстве случаев, за ис-
ключением очень коротких и толстых швов, Jjж";»J/и и
y x. Поэтому Jfр Jfж, p y, И отношение
Р! kj t:т 2
Jfp/r Jjx/Y == 121w/2 == Р! kf lw/6.
Таким образом, приходи.м к известному из сопротив-
ления материалов условию прочности на изrиб, записан-
ному через осевой момент сопротивления:
ош/ == М/Wjж == 6M/(Pt kt l ) < Rw1 Уш! Ус. (У.14а)
Аналоrично записывается условие прочности металла
rраницы сплавления:
0wz == M/W zx == 6M/(Pz k, ' ) Rwz Vwz "с. (V.14б)
При изrибе в плоскости, перпендикулярной плоскости
расположения уrловых швов, расчет производят по осе-
вому моменту сопротивления:
Owj == M/Wjy == 6M![lw (Р/ k/)2J Rwf Ywf Ус;
0W% == M/Wzy == 6M/[lw (pz kf)2] Rwz Yw% Ус,
(У.15)
(У.15а)
rде Wfy==ltD(Pfkf) 2/6 ----- момент сопротивления сечения металла шва
относительно оси У; Wzy==11D(pzk/)2/6-----То же, металла rраницы
сплавления.
В соединениях, работающих на поперечный И3fиб
(рис. V.13), расчет уrловоrо шва на прочность произво-
дят по результирующим напряжениям 1'/ ('tz), которые
равны rеометрической сумме напряжений O'w/(O'wz) от из-
rибающеrо момента М, направленных перпендикулярно
ШВУ, и напряжений 'tw/ ('twz) от поперечной силы Q, на..
..... 142 -----
ь
.
C\I
...
",
*
п
...
w
"'to.)
Рис. V.14
Рис. V.15
правленных ВДОЛЬ шва и определяемых по формулам
.( У.l О) t (У .1 О а) :
"'1 == V a , + "' , ..;; RwI У wl У с;
V 2 2
'Iz == (Jwz + "t'wz < Rwz Vwz V С'
(v. 16)
(V.16a)
Соrласно rлаве СНиП 11-23-81, формулы (V.16),
(V.16a) распространяются и на случай COBMeCTHoro дей-
ствия изrибающеrо момента и продольной силы (рис.
V.14).
Уrловые швы в соединениях алюминиевых элементов
рассчитывают по осевому моменту сопротивления ТОЛЬКО
сечения металла шва независимо от ориентации по отно-
шению к плоскости изrиба. Поэтому в соответствии с ре-
комендациями rлавы СНиП 11-24-74 напряжения от из-
rибающеrо момента и продольной силы суммируют ал-
rебраически, полаrая, что и те и друrие направлены пер-
пендикулярно шву.
Конструктивные требования. 1. Максимальная толщи-
на уrловых швов в целях уменьшения возможности пере-
жоrа свариваемых элементов, а также снижения усадоч-
ных напряжений и деформаций должна быть не более
1,2 tmln, rде tmln толщина более TOHKoro элеf\1ента. При
наложении швов ВДОЛЬ закруrленных кромок прокатных
профилей максимальную толщину шва устанавливают из
условия, что rипотенуза треуrольника, вписанноrо в се-
u
чение шва, является касательнои к дуrе закруrления
(рис. У.15). В этом случае следует руководствоваться
данными табл. V.5.
---- 143 .....
Т а б л и ц а V.5. Максимальные катеты kj уrловых швов
вдоль закруrленных кромок прокатных профилеА
h......
4
Значения k " мм
6 1 8 I
10
12
Расположение шва
Вдоль пера
уrолков flрИ
толщине полки
t. мм
Вдоль полок
двутавров
Вдоль полок
швеллеров
б
8
10
12
14
ДО Н2 14 N2 16 27 Н2 30 40
ДО Н2 12 Н2 14 27 Н2 30
Н245
Н236----40
Н! 50.......во
2. Минимальную толщину уrловых швов для YMeHb
шения влияния возможных непроваров необходимо при-
нимать: в стальных конструкциях по табл. V.б, в алю-
миниевых не менее 4 мм (при сварке элементов толщи..
ной t 4 мм). Если вследствие разной толщины свари..
ваемых элементов это требование противоречит п. 1, до..
пускается устройство неравнокатетных швов (см. рис.
V.B, б), у которых катет, при.мыкающий к более тонкому
элементу, должен удовлетворять п. 1, а примыкающий к
более тонкому настоящему пункту.
т а б л и ц а V.б. Минимальные катеты k, уrловых швов
Вид
сВарки
Предеп текучес-
ти стапи, МПа
Значения k" мм, при ТOnЩнне бопее ToпCToro
из свариваемых эпементов, мм
4....51 6....10 111....16 117....22 I 23----32 1 ЗЗ--..4О 141 80
Ручная Ryn 430 4 5 6 7 8 9 10
430<Ryn 580 5 6 7 8 9 10 12
Механи- Ryn<430 3 4 5 6 7 8 9
зирован- 430<Ryn 580 4 5 6 7 8 9 10
ная
При м е ч а н и я: 1. В конструкциях из ста.'1Н с пределом текучести
Rp>580 МПа, а также независимо от предела текучести при тол-
щине элементов t>80 мм минимальные катеты уrловых швов прини-
мают по специальным техническим условиям.
2. В конструкциях, возводимых в районах с расчетными температур -
ми наружноrо воздуха ниже 40 ос, минимаJiьные катеты швов уве-
личивают на 1 мм при толщине свариваемых элементов 1 40 мм и
на 2 мм при 1>40 мм.
----- 1 44 ........
5}
M
H
H
Рис. У.I8
а)
51
H ==.. H
! » tmlл }
Рис. У.I7
....
'N
N N
. 'N .
w...
"w l
6+Л
..
N
.Q.... ,Q
N
t::I
Рис. V.18
Приводимые в таблице размеры катетов rарантируют
отсутствие в сварных соединениях холодных трещин (при
соблюдении технических требований, общепринятых в
производственных условиях, см. 15).
3. Неравнокатетные уrловые швы применяют и в
стальных конструкциях, подверrающихся динамическим
воздействиям или работающих в условиях отрицатель-
ных температур ниже 40 ос. Для уменьшения концент..
10.....462
...... 145 ......
рации напряжений при переходе силовоrо потока С одно-
ro элемента на друrой рекомендуются полоrие швы с от-
ношением катетов 1: 1,5 (рис. V.16,a). При этом боль-
ший катет должен быть расположен вдоль передаваемо-
ro швом усилия, а за толщину шва принимают меньший
катет. Более плавноrо перехода силовоrо потока дости-
rают также устройством швов воrнутой формы (рис.
V.16, б). Необходимость в полоrих швах обосновывают
расчетом соединения на выносливость или на прочность
с учетом хрупкоrо разрушения. В остальных случаях yr-
ловые швы выполняют с отношением катетов 1 : 1 (СМ.
рис. У.8, а).
4. При ручной сварке за один проход может быть вы-
полнен шов с катетом kJ 8 мм. Более толстые швы по..
лучают мноrопроходной сваркой. Уrловые швы С катета-
ми kj>20 мм применять не следует, так как они имеют
большие внутренние напряжения.
5. Минимальная расчетная длина фланrовых швов
Iw min должна быть не менее 4 kJ, или 40 мм, так как на
работе более коротких швов сильно сказывается не учи-
тываемое расчетом влияние эксцентриситета и возника-
ющеrо по этой причине дополнительноrо изrибающеrо
момента (см. рис. У.7,а). Это оrраничение распространя-
ется и на лобовые швы. Таким образом, для швов тол-
щиной kj 10 мм lwmln==40 мм, а для швов толщиной
kj>10 мм lwmln==4 kj.
6. Максимальная расчетная длина фланrовых швов
lш тах не должна превышать 85 ! kj в соединениях сталь-
ных эле.ментов и 50 kj ----- алюминиевых. В противном слу-
чае вследствие HepaBHoMepHoro распределения фактиче-
ских напряжений по длине шва (см. рис. У.7, а) ero кон-
цевые участки окажутся перенапряженными, а средние-----
недонапряженными. Это оrраничение не распространяет-
ся на соединения, в которых усилие, воспринимаемое
швом, возникает на всем ero протяжении.
7. Размер нахлеста листов должен быть не менее
5 tm1n (рис. V.17, а). Наличие эксцентриситета е приводит
к образованию пары сил, стремящейся повернуть соеди-
нение в положение, при котором эксцентриситет был бы
равен нулю ,(рис. V.17, б). При этом как в соединяемых
элементах, так и в самих швах возникают дополнитель-
ные напряжения, которые те.м значительнее, чем больше
уrол поворота соединения (т. е. чем меньше нахлест).
Выполнение указанноrо оrраничения необходимо также
для уменьшения влияния сварочных напряжений.
146
Применение нахлесточных соединений с одним швом
не рекомендуется.
8. При осуществлении стыков стальных элементов с
помощью накладок для уменьшения концентрации на-
пряжений фланrовые швы должны обрываться на рассто-
янии 25 мм от оси стыка (см. рис. V.ll). В стыках
алюминиевых эле.ментов выполнение этоrо требования
необязательно.
9. В конструкциях из термически упрочняемых алю-
миниевых сплавов следует избеrать соединений с лобо-
выми швами, так как при этом степень разупрочнения
металла в зоне термическоrо влияния сварки выше, чем
, в соединениях с фланrовыми швами.
Пример V.5. Рассчитать стык растянутых листов, изображенный
на рис. У.18, при условии, что накладки приварены вручную электро"
аами 342. Расчетное усилие N==450 кН, сечение листов bxt==180X
Х 12 мм, материал листов и накладок......сталь марки БСт3кп2-1. Лис
ты относятся к конструкции rРУППhl З, эксплуатируемой в нормаль..
ных условиях при температуре не ниже O ос.
Реш е н и е. Расчет стыка состоит в определении необходимоrо
сечения накладок и их длины, которая зависит от требуемой про-
тяженности фланrовых швов. Для возможности наложения сварных
шпов накладки должны быть несколько уже соединяемых листов.
Принимаем ширину накладок
bf == Ь ----- 2а == 180..... 2. 20 мм == 140 мм.
Требуемая площадь сечения одной накладки
А l/sN / R у == 450. 103/ (2. 220. 108) м2 == 1 0,2. 10----4 м2 == 1 0,2 см2,
rде значение расчетноrо сопротивления R,I соответствует данным
табл. 1.1 для проката толщиной 4.....10 мм из стали указанной марки.
Необходимая толщина накладки
t1 == А/Ь1 == 10,2/14 см == 0,723 см.
Окрyrляя, принимаем накладки толщиной t1 ==8 мм и уrловые Ш8Ы
толщиной k / == t 1.
Соrласно табл.III.l и указаниям на с. 140 тип электродов соответ-
ствует марке стали, rруппе конструкции и климатическим условиям
эксплуатации. Расчетное сопротивление металла yr ловых швов со..
ставляет по табл. V.2 Rwf== 180 МПа, что, принимая во внимание
неравенство (У.12), БО.'1ьше l,IRtDJ:== 1,1.0,45Run == 1,1.0,45X
Х355 МПа== 1,1.160 МПа== 176 МПа (см. табл. V.l и I.I) и меньше
Rwzpz/p/== 160.1/0,7 МПа==229 МПа (см. табл. У.4). Последнее об..
стоятельство позволяет оrраничиться расчетом по металлу cBapHoro
шва.
Требуемая суммарная длина четырех фланrовых швов с каждой
стороны стыка по формуле (V.l1) при Уш/ ==Ус == 1
I,lwf N/(fJjkfRwf) ==450.103/(0,7.8.10----3.180.106) м ==0,446 м.
Расчетная длина одноrо шва
lw == lwf/4 == 0,446/4 м == 0,112 м == 112 мм,
10*
..... 147
=l:
:
N
.. ,
о
N
J
,
N
I I
. -
I I
I I
N
Рис. V.J9
что больше lwmin==40 мм и меньше LtDmax==85 f}JkJ==85.0,7.8 MM
480 мм (см. пп. 5 и 6 конструктивных требований). Следовательно,
необходимая длина каждой накладки с учетом равенства (У.2) и
0.8 конструктивных требований составляет
1 == 2 (lw + 6 + А) == 2 (112 + 10 + 25) мм 300 мм.
Из paCCMOTpeHHoro примера видно, что приварка только фланrо-
выми швами требует довольно длинных накладок. Это обстоятель-
ство вызывает значительные отклонения силовых потоков как по
плоскости соприкосновения, так и по толщине соединяемых листов
н накладок, ухудшая работу соединения при воздействии подвижных,
вибрационных и прочих наrрузок, способных вызвать устаЛОСТllое
разрушение.
Пример V.6. Рассчитать стык, рассмотренный в предыдущем
примере, при условии, что накладки приварены к листам посредством
лобовых швов (рис. V.19).
Реш е н и е. В данном случае расчетом должна быть установле-
на толщина сварных швов, так как их длина оrраничена шириной
«:тыкуемых листов. Суммарная длина двух лобовых швов с каждой
nороиы стыка составляет 1:lw==2(Ь б). Тоrда, соrласно формуле
(V.10) или (V.ll),
kJ NI[2 /J(b...... б) RwfJ == 450.103/[2.0,7 (180.....10) lO--- .180Х
Х 106] М == 1 О , 5. 10----3 М == 1 О ,5 мм.
Окруrляя, nрииимаем kJ==t.== 12 мм. ТОI'да напряжение в на-
кладках
о == N / А == N / (2Ы1) == 450.108/ (2.180. 12. 1{}-----8) Па ==
== 104.106 Па 104 МПа« Ry == 220 МПа.
Таким образом, хотя приварка накладок лобовыми швами и
обеспечивает сравнительно малое отклонение силовых потоков (при-
ТОМ в одном направлении ----- по толщине листов), подобное соеДине-
ние требует высоких швов и, следовательно, толстых накладок. По-
ледиие работают с недонапряжением, что приводит К повышенному
расходу металла. Чтобы сделать стык более компактным н OДHOBpe
...... 148 ......
I
., .' i I
N l .T .j N
Рис. V.20
Рис. У.21
rl
1---1
t
C)
N=N,+N2
c:.
.."
,..
менно уменьшить неблаrоприятное влияние концентрации напряже-
ний, применяют обварку накладок по контуру.
Пример V.7. Рассчитать стык, рассмотренный в примерах У.5 и
V.б, при условии, что накладки обварены по контуру (см. рис. V.ll).
Реш е н и е. Соrласно примеру У.5 необходимое сечение каждой
накладки Ь1 xt1 == 140х8 мм. Назначая толщину всех сварных швов
kf==8 мм, из формулы (V.lO) или (V.ll) находим ту часть усилия
N, которая воспринимается двумя лобовыми швами с каждой CTOPI)-
ны стыка:
Nfr == Pkj I1w,fr Rwf == 0,7.8.260. Hr8.180.108 Н ==
== 262.103 Н == 262 кН,
rде I1w,fr == 2 (bi ----- 6) == 2 (140........ 10) мм == 260 мм.
Тоrда на долю фланrовых швов в соответствии с зависимостью
(V.l3) приходится усилие
N j l == N ...... N jr == 450 ....... 262 кН == 188 кН.
Дальнейший ход расчета аналоrичен принятому в примере У.5:
Elw,tl Nfl/(pjkf Rwf) == 188/(0,7.8.180) м == 0,187 м == 187 мм;
lw == 187/4 мм 47 мм;
1 == 2 (47 + 35) мм 165 мм.
Таким образом, обварка по контуру позволяет уменьшить в 1,5
раза толщину накладок по сравнению с соединением лобовыми шва-
ми (см. пример У.6) и в 1,8 раза их длину по сравнению с соедине..
нием фланrрвыми швами (см. пример У.5). Однако рассмотренный
тип соедицения удовлетворительно работает только при статическом
наrружении. В случае переменных наrрузок следует избеrать таких
соединений из..за перенапряжения лобовых швов. Более равномерной
передачи силовоrо потока можно достиrнуть постановкой Qомбиче-
Ских накладок (рис. У.20).
....... 149 .....
Пример V.8. Рассчитать прикрепление флаиrовыми швами рас-
тянутоrо элемента из двух равнополочных прокатных уrолков 90Х
х8 мм к фасонке толщиной t== 10 мм (рис. V.21). Расчетное уси-
.'1ие N==500 кН. Материал уrолков и фасонки ----- сталь марки
ВСт3сп5.1. Уrолки относятся к коиструктивным элементам rруппы
2, фасонка к элементам rруппы 1. Сварка ручная u электродами
Э42А. Условия эксплуатации нормальные при расчетноя температу-
ре наружноrо воздуха от -----30 до 40 ос.
Реш е н и е. Проведя такой же анализ, как в примере V.5, не-
трудно убедиться в правильном выборе электродов. Так как рас-
четное сопротивление
Rwt == 180 МПа> Rwz 8.z/Pi == 0,45Rиn p.z/Pt == 0,45.365.1/0,7 МПа==
== 235 МПа,
сварное соединение достаточно рассчитать по металлу швов (зна-
чение Rиn==365 МПа из табл. 1.1 продиктовано толщиной фасонки).
В случае прикрепления фланrовыми швами асимметричных про-
филей, какими являются уrолки, во избежание дополнительноrо мо-
мента площадь сечения каждоrо шва следует назначать так, чтобы
равнодействующая передаваемых ими усилий совпадала с осью при..
репляемоrо элемента (с линией центров тяжести сечений уrолков).
Поэтому усилие N или соответствующая ему суммарная площадь
сечения швов Aw== N / Rwf должны быть распределены обратно про-
порционально расстояниям швов до указанной оси. Из уравнений
равновесия
тB == о;
Im О.
с ---- ,
N2b Nzo == о;
........ N 1 Ь + N (Ь ----- Zo) == О
аходим
N2 == Nzo/b; N1 == N (Ь ----- zo)/b,
liЛИ, поскольку
N1! Rwt == Awi я N2/ Rwt == AW2'
АШ1 == IAw (Ь ----- zo)/b; AW2 == IAw zo/b.
Здесь N1 и N2-----усилия, воспринимаемые швами у обушка и пера
уrолков; АШ1 и Aw2-----соотвеТствующие расчетиые площади сечения
швов; Ь ----- ширииа привариваемой полки уrолка; Zo ----- расстояние от
сбушка уrолка до линии ero центров тяжести, принимаемое по сор-
таменту (см. табл. 3 при.". 3). В рассматриваемом случае Ь==90 мм
(по условию), zo 25,1 мм.
По табл. V.5 принимаем максимальный катет уrловоrо шва kf==
==6 мм, который можно допустить при сварке вдоль пера уrолка
толщиной t1 8 мм. Так как этот катет удовлетворяет пп. 1 и 2 кон-
структивных требований (меньше 1,2 tm(n== 1,2 t1== 1,2.8 мм==9,6 мм
и больше 5 мм), ero можно распространить и на шов вдоль обушка.
Тоrда, соrласно формуле (V.l1), суммарная расчетная длина флан-
rOBbIx швов, прикрепляющих каждый из двух уrолков:
'Llwj 1/2N/( j kj Rwj) == 500.10з/(2.0,7.6.10...... .180.106) М ==
== 0,331 м == 331 мм.
----- 15 О -----
Расчетные длины швов вдоль обушка и пера составляют:
IW1 ::::с /wj (Ь ----. zo) / Ь == 331 (90 25, 1) /90 мм == 239 мм <
< Iw.max == 85 ! kj == 85.0,7.6 мм == 357 мм;
IW2 == /wf zo/ Ь == 331 · 25, 1/90 мм == 92 мм > Iw1nin == 40 мм,
т. е. пп. 5 и 6 конструктивных требований удовлетворены. Конст-
руктивные длины:
11 == IW1 + б == 239 + 10 мм 250 мм;
12 == IW2 + б == 92 + 10 мм 105 мм.
Заметим, что для уменьшения концентрации напряжений на
концах фланrовых швов уrолки в ряде случаев обваривают по кон..
туру (подробнее этот вопрос рассматривается в 40).
На практике отношения zolb и (Ь ----- zo)/b приближенно по-
лаrают равными соответственно 0,3 и 0,7 для равнополочных уrол-
ков; 0,25 и 0,75 для неравнополочных уrолков, прикрепляемых уз-
J(ОЙ полкой; 0,35 и 0,65 для неравнополочных уrолков, прикрепляе-
мых широкой полкой.
Пример V.9. Планка сечением bXi===200X 10 мм приварена вер-
тикальным и rоризонтальным швами к полке двутавра большей тол-
щины (рис. V.22). Рассчитать и законструировать прикрепление, рав-
lJопрочное планке при чистом изrибе. Конструкция относится к
rруппе 3 и выполнена из стали марки ВСт3пс6-1. Сварка ручная
электродами 342. Условия эксплуатации нормальные при темпе-
ратуре не ниже .....40 ОС.
Реш е н и е. Вычислив предварительно момент сопротивления
сечения планки относительно нейтральной оси
W ох == tb2/6 == 1 О · 2002. 10........9/6 мЗ == 66, 7 · 10....0 мЗ
и установив по тэбл. 1.1 расчетное сопротивление стали планки R fJ ==
==230 МПа, определяем несущую способность планки на изrиб:
Мтах == Ry W х == 230.100.66'7.10....0 Н.м == 15340 Н,м.
Этот изrибающий момент уравновешивается моментом пары сил
Б rоризонтальных швах Mh и моментом вертикальноrо шва Mv:
Мтах == Mh + Mv.
!/
м
lh
е
F
Рис. У.22
бw '1
11
11
11
11
t'w
х
t
Рис. У.23
....... 15 1 .....
Принимая катет швов kJ == 8 мм, находим из условия прочно-
сти металла шва (V.l4a) момент, воспринимае..мый вертикальным
швом:
М" == Rwf Р/ kj (Ь ----- 6)2/6 == 180.108.0,7.8 (200..... 10)2.10....'/6 Н'М ==
== 6065 Н.м.
10rда момент, воспринимаемый rоризонтальными швами:
Mh == Мтах ----- Mv == ]5340..... 6065 н.м == 9275 Н'М.
Усилие, приходящееся на один rОРИЗ0нтальный шов:
Nh == Mh/(b + kj) == 9275/[(200 + 8) 10....3) Н 45.103 И.
Требуемая расчетная длина rОРИЗ0нтальноrо шва по формуле
(V.I ] )
lwf Nh/(Pj kj Rwf) == 45. ]03/(0,7 .8.1()----З. ]80.108) м ==
== 0,045 м == 45 мм,
что больше lWnlin==40 мм и меньше
lштах == 85Р! kf == 85.0,7. 8 мм == 476 мм
(см. пп. 5 и 6 конструктивных требований).
Конструктивная длина
lh == lwf + 6 == 45 + 10 мм == 55 мм.
Пример V.I0. Проверить прочность соединения, рассмотренно-
ro в предыдущем примере, если к планке приложена расчетная си-
ла Р==:50 кН, отстоящая на расстояние е==250 мм от кромки дву-
тавра (рис. V.23).
Реш е н и е. Определяем положение центра rяжести перимет-
ра сварных швов относительно оси, проходящей через вертикаль-
ное ребро планки:
Sh + Sv 21h kf lh/2 + bkf (----- kf/2)
==
Ah + Av 21h kf + bkJ
____ (2.55.8.55/2 + 200.8 ( 8/2)] 10.....9 М ____ 7 2.ln""""""'Q м ---- 7 2 мм
---- (2. 55 · 8 + 200. 8) 10----8 ----, ....., ·
Таким образом, соединение работает на поперечный изrиб под
действием изrибающеrо момента
м == F (е + lh ....... zc) == 50.103 (250 + 55...... 7,2) 10----' Н'М ==
== 14890 Н,м
и поперечной силы Q:::: F == 50 кИ.
Из сопротивления м атериалов известно, что при поперечном из-
rибе касательные напряжения в наиболее удаленных от нейтраль
ной оси волокнах равны нулю. Поэтому полаrаем, что поперечная
сltЛа воспринимается только вертикальным швом. Тоrда, corJiacHo
формуле (V.lO) , среднее касательное напряжение в нем
'(ш! == Q/ (Pkf (Ь ----- 6) J == 50. 103 [0,7. 8 (200 ...... 10) 10....8) Па ==
== 47.108 Па == 47 МПd.
152
а)
tN
tN
)
Рис. V.24
Наиболее напряженными яв-
ляются точки пересечения верти-
кальноrо шва с rоризонтальными
швами, rде суммируются напря-
жения от обоих силовых факторов.
На основании зависимостей преды-
дущеrо примера
е
F
11..
,
1"'1
к обраЭНQR
[УЗDе;ка кромок
Рис. У.25
Мтах == Mh + Mv == Nh (Ь + kf) + Mv == Rwj 1 kf (lh 6) (Ь + kj) +
+ RWf ! kj (Ь ----- 6)2/6 == RWf Wj,
rде
Wf == р, kf (lh 6) (Ь + kf) + ! kj (Ь 6)2/6.
Тоrда напряжение, вызываемое действующим изrибающим мо-
ментом:
Gwf == M/Wf == М/ {р! kj [(lh 6) (Ь + kf) + (Ь 6)2/6]) ==
== 14890/ {О, 7. 8 (55 ----- 10) (200 + 8) + (200....... 10)2/6] IО---9) Па ==
== 173.106 па == 173 МПа.
Подставляя значения нормальных и касательных напряжениЙ
в условие прочности (V.l6), получаем
"/== VО' f+" f==VI7З2+472 МПа== 179 МПа<Rw/==I80МПэ,
т. е. прочность соединения обеспечена.
t 22. ТАВРОВЫЕ И yrпOBWE СОЕДИНЕНИЯ
Тавровое соединение (рис. V.24) используется преи
мущественно ДЛЯ приварки изrибаемых элементов, но
встречается также 8 растянутых и сжатых стыках. Ero
осуществляют двумя уrловыми швами без разделки кро-
мок (рис. V.24, а) или со скосом одной или обеих кромок
....... 15 3 ....
(рис. V.24, б). В первом случае из за неполноrо провара
вследствие остающеrося между соединяемыми элемен-
тами зазора швы рассчитывают на срез. Таким образом,
при работе соединения на продольную силу условие
прочности совпадает с формулой (У.l О), при работе на
чистый изrиб с формулами (V.14) (V.14б), на попе
речный изrиб и изrиб с растяжением (сжатием):........ с
формулами (V.lб), (V.lба). Минимальные толщины
приведены в табл. V.б, которая распространяется и на
тавровые соединения.
Наличие зазора способствует концентрации напряже
ний, что отрицательно сказывается на работе соединения,
особенно при переменных наrрузках, поэтому необходи-
мо стремиться к провару на всю толщину торцовоrо эле-
мента, ликвидируя зазор (см. рис. У.24, б). В этом случае
получается единый шов, который рассчитывают как CTЫ
ковой, Т. е. ero толщину принимают равной толщине
привариваемоrо элемента t. Расчетное сопротивление R1D
устанавливают по виду работы (растяжение, сжатие или
сдвиr), а соответствующие условия прочности совпада
IOT с формулами (V.l), (V.б) (У.9).
ДЛЯ крепления ребер жесткости и диафраrм, а такл,е
сварки стенок с поясами балок и колонн двутавровоrо
сечения в конструкциях rрупп 2......... 4 rлава СНиП 11 23 81
допускает применение односторонних уrловых швов тол-
щиной kj не менее значений, приведенных в нижней CTpO
ке табл. V.б при механизированной сварке и во второй
строке сверху......... при ручной. Исключение составляют
конструкции: изrотовляемые из стали с пределом текуче
сти RlIn>380 МПа; возводимые в районах с расчетными
температурами ниже .........40 ос; эксплуатируемые в cpeДHe
и сильноаrрессивных средах.
Уrловые соединения (см. рис. 111.5,з) также MorYT
быть выполнены с разделкой кромок или без нее, но в
большинстве случаев являются связующими, т. е. Hepac
четными. Минимальная толщина швов уrловых соедине-
ний также реrламентируется табл. V.б.
Пример V.ll. Рассчитать тавровое прикрепление вертикальноrо
ребра толщиной t== 10 мм к полке двутавра большей толщины
jрис. У.25). Расчетная наrрузка р== 140 кН, расстояние е== 150 мм.
онструкция относится К rруппе 2 и выполнена из низколеrирован-
ной стали марки 10ХНДП. Сварка ручная с К-образной разделкой
кромок при визуальных способах контроля качества шва. Условия
работы ----- нормальные.
Реш е н и е. Разделка кромок позволяет рассчитывать сварное
соединение как стыковое. Оно испытывает изrиб от действия мо-
мента
....... 154 -----
м == F е == 140. 103. О, 15 Н. м == 21 · 103 Н. М
И сдвиr от действия поперечной силы Q == F == 140. 103 Н.
Требуемая расчетная длина шва из условия прочности на изrиб
(V.5) при расчетном сопротивлении R1DfI==0,85 RfI==0,85.280 МПа==
==238 МПа (см. табл. V.l и I.I)
l :> V 6M/(tRWY) == V6.21.10З/(0,01.238.108) м == 0,23 м;
из условия прочности на сдвиr (V.6a) при RWfI==0,58 RfI:=
==0,58.280 МПа== 162 МПа (см. табл. V.l и 1.2)
l ЗQ/(2tRws) == 3.140.103/(2.0,01.162.106) м == 0,13 м.
Решающим является расчет на изrиб, поэтому
,
Ь == lw + 2t == 0,23 + 2.0,01 м == 0,25 м == 250 мм.
Производим проверку приведенных напряжений по формуле
(V.7) :
(1red == V (1 + 3't;.av == V 2382 + 3.60,92 МПа == 260 МПа <
< Rwy== 1,15.238 МПа==274 МПа,
rде
(Jw == 6М/[! (Ь 2t)2J == 6.21.103/[10 (250 2.10)2 10----9] Па::;::
== 238.106 Па == 238 МПа;
't'w.av == Q/[t (Ь 2t)] == 140.103/[ 10 (250 2. 10) 10 6] Па ==
== 60,9.106 Па == 60,9 МПа.
Таким образом, прочность соединения обеспечена.
r n а в а VI. СВАРНЫЕ &АЛКИ
t 23. ТИПЫ &АЛОМ
И о&пАСТЬ их ПРИМЕНЕНИI
Балкой, как известно из сопротивления материалов,
называется конструктивный элемент, предназначенный
для работы преимущественно на поперечный изrиб.
Сварные балки применяют при относительно больших
пролетах и наrрузках, коrда прокатные балки перестают
удовлетворять условиям прочности, устойчивости или
жесткости. Сварные балки получили широкое распрост-
ранение в самых разнообразных конструкциях и соору-
жениях: перекрытиях, конструкциях производственных
зданий (подкрановые балки, балки рабочих площадок),
мостах и Т. д.
155 -----
у
Рис. VI.I
v
"
Рнс. VI.2
..
.х
О)
5)
!J
х
.
:t:
'\/
t
х
6)
Рис. VI.3
Сварная балка (рис. VI.l) чаще Bcero состоит из трех
IIИСТОВ: одноrо вертикальноrо стенки и двух rоризон
тзльных поясов (полок), прикрепляемых к стенке за-
водской автоматической сваркой. Устройство поясов из
нескольких листов, сваренных по краям (рис. VI.2),
крайне нежелательно вследствие необходимости заварки
дополнительных продольных швов большой протяжен-
ности, неизбеясноrо отставания листов друr от друrа и
HepaBHoMepHoro распределения напряясений (на рисунке
заштрихована эпюра нормальных напряясений В' верх-
нем листе, не заштрихована в нижнем).
Иноrда применяют двустенчатые балки. Они получа-
ются тяжелее одностенчатых и более трудоемкими. По-
этому их использование целесообразно в тех случаях,
коrда необходимо увеличить прочность и ясесткость б.ал-
ки в поперечном направлении (относительно оси у): при
156 ----
отсутствии поперечных связей, косом изrибе, действии
крутящих моментов (например, подкрановыIe балки, см.
рис. VI.32, д) и т. п.
В последнее время нашли применение сквозные (пер..
форированные) двутавровые балки. Они образуются рос..
пуском стенки rорячекатаноrо двутавра по ломаной
линии (рис. VI.3, а) с последующим совмещением истыко..
вой сваркой выступающих rребней (рис. VI.3, б). Полу-
ченный таким образом элемент имеет шестиуrольные от..
верстия, поэтому ero иноrда называют «сотовым».
При одинаковой затрате металла (площади попереч..
Horo сечения) момент инерции сквозноrо двутавра Jж в
],5 2 раза больше, чем у исходноrо прокатноrо. Одна..
ко до недавнеrо времени сквозные двутавры имели orpa-
ниченное применение из..за трудностей изrотовления и
высокой стоимости. Основная трудность заключалась в
том, что после роспуска происходило коробление балки.
Эта проблема была разрешена блаrодаря специальному
кондуктору*, на котором одновременно изrотовляются
две сквозные балки. Во избежание коробления полки ис-
ходных двутавров крепятся при роспуске к кондуктору.
После роспуска части балок с совпадающими rребнями
совмещаются путем вращения кондуктора и сварива-
ются.
Повышенная несущая способность наряду смехани..
зированной технолоrией изrотовления и высокой степе..
нью транспортабельности делает теперь сквозные двутав"
ры конкурентоспособными не только с обычными свар..
ными балками, но и с решетчатыми конструкциями.
Применять их следует при статических наrрузках.
Сварные балки рассчитывают в два этапа: сначала
производят предварительный подбор сечения, а затем
v
скомпонованное сечение подверrают окончательнои про..
v
верке на прочность, жесткость и устоичивость.
t 2.. КОМПОНОВКА И ПРЕДВАРИТЕЯЬНЫJ7t ПОД&ОР
СЕЧЕНИI &АЯОК
Предварительный подбор осуществляют в следующей
последовательности.
1. Подсчитывают нормативные и расчетные наrрузки.
2. Устанавливают расчетную схему балки и по прави..
* Разработан 80 Всесоюзном научно-исследовательском и КОН-
структорско-технолоrическом институте стальных конструкций
(ВНИКТИСК).
----- 157 .......
лам сопротивления материалов определяют максималь-
ные усилия (изrибающий момент и поперечную силу) от
расчетных наrрузок.
3. Вычисляют требуемый момент сопротивления попе-
речноrо сечения
w Mmax/(Ry Ус)
(VI . 1)
или
Wpl Mmax/(C1Ry Ус),
(VI.la)
если разрезная балка сплошноrо сечения из стали с пре-
делом текучести Ryn 580 МПа несет статическую на-
rрузку и закреплена от потери обrцей устойчивости (см.
28), а касательные напряжения O,9 R8 (кроме опор-
ных сечений, rде R8 Ус).
В этих формулах: w..... момент сопротивления сечения, требуемый
при работе материала балки в упруrой стадии, м3; W р' ..... то же,
при работе 8 упрyrопластической стадии (пластический момент со-
ПрОТИВJIения); МП18:1..... максимальный расчетный изrибающий мо"
мент, Н. м; С! == W Pl/W ..... коэффициент, учитывающий развитие пла..
стических деформаций, который не должен превышать 1,2; RII.....
расчетное сопротивление металла поясов изrибу, установленное по
пределу текучести, Па (принимается по табл. 1.1 или 1.3); ус........
коэффициент условий работы, приннмаемый по табл. 2 прил. 1.
При чистом изrибе в целях оrраничения развития
чрезмерных пластических деформаций вводят значение
момента сопротивления, среднеарифметическое между
упруrим и пластическим:
(W + Wpz)/2 == (W + c1W)/2 == 0,5 (1 + Ct) W.
Учет развития пластических деформаций В балках
переменноrо сечения ВОЗМОJКен только для одноrо сече-
ния ...... с наиболее неблаrоприятны.м сочетанием изrиба-
ющеrо момента и поперечной силы. В остальных случаях
пластическое деформирование недопустимо.
т а б л и ц а VI.l. Рекомендуемые соотношения высоты балки
h и толщины стенки tVJ
h, м I 1 1,5 2 I 3 4 5
tui, мм 8------10 11 o 12 12 14 16 18 20 22 22 24
h/ ffl} 1 00-----125 125 150 145 165 165 185 185. 200 210 230
При м е ч а н и е. Меньшие значения ОТНОlпения ,'1/ttc в каждом диа-
пазоне характерны для сталей повышенной прочности, большие.....
для сталей обычной прочности.
158 .......
Упруrопластическую работу алюминиевых балок не
учитывают, так как алюминиевые сплавы не имеют пло-
щадки текучести.
4. Устанавливают высоту балки h (см. рис. VI.l) ис-
ходя из трех условий: 1) наименьшеrо расхода металла;
2) требуемой жесткости балки; 3) оrраниченной строи-
u
тельнои высоты конструкции перекрытия.
Под строительной высотой понимают разность отме-
ток верха настила и верха rабарита перекрываемоrо по-
мещения. Она зависит от функциональноrо процесса, для
осуществления KOToporo предназначено проектируемое
здание или сооружение. Обычно строительная высота
u u
задается в технолоrическои или архитектурнои части
проекта.
Удовлетворение первых двух условий требует некото-
рых математических обоснований. Несущая способность
прокатных балок характеризуется вполне определенным
для каждоrо профилеразмера (высоты) моментом соп-
ротивления сечения W, приводимым в сортаменте.
В сварных балках одно и то же значение W можно полу-
чить при различных вариантах компоновки сечения. Сле-
дует стремиться к тому, чтобы высота сечения была оп-
тимальной по расходу металла.
Пусть m масса балки. Она находится в функцио-
нальной зависимости от высоты сечения: m==m(h). Оп-
ределим значение aprYMeHTa h, отвечающее минимуму
функции т. Для этоrо функцию, как известно из матема-
тики, надо исследовать на экстремум, т. е. найти ее пер-
вую производную и приравнять нулю.
acca балки складывается из массы стенки и двух
поясов:
т == тш+ 2mf.
(VI . 2)
Масса стенки
тш == phw tw l'l'ш. (VI. З)
rде р ----- плотность металла; [---- длина балки; 'Фw> 1 ----- конструктив-
ный коэффициент стенки, учитывающий превышение ее фактической
массы над теоретической из-за наличия ребер жесткости, стыковых
накладок, сварных швов и т. п.
Чтобы определить массу пояса, необходимо предва-
рительно найти ero площадь Af. Очевидно, изrибающий
момент А1 в поперечном сечении балки распределяется
u
между поясами и стенком пропорционально их моментам
инерции. Тоrда
Mf/M == Jj/J == , откуда М! == Ms.
159 .....
Здесь М f изrибающий момент, воспринимаемый поясами; I f .....
момент инерции площади сечения поясов относительно нейтраJIЬНОЙ
оси; I ..... то же, Bcero сечения балки.
С друrой стороны, Mf===Nfhf (рис. VI.4). Следов а..
тельно,
Nf == Mflhf == M /hf и А! -== Nfl Ry -== M /(hf Ry)
Отсюда масса пояса
т f -== Р [M I (hf Ry)] 'WJ, (VI.4)
rде 11'/ ----- конструктивный коэффициент пояса.
Полаrая hw hf h, подставим выражения (VI.3) и
(VI.4) в (VI.2):
т == phtw l'fw + 2р [M /(hRy)] I"'f.
Тоrда первая производная
dmldh == ptw ''''w ----- 2pl'i'f M /(h2Ry) == О, (VI.5)
или после сокращения на р!
tw 'i''lJ ----- 2",! M / (h2Ry) == О,
откуда
h(}Pt == V 2 ("'fl",w) M /(Ry tw) .
Вводя обозначение k== у 2 '1'J/Фw, получим
hopt == k V M/(Rytw) == k V W/tw , (VI.6)
rде k ----- коэффициент, зависящий от конструктивноrо оформления
балки; при постоянном сечении ero принимают равным 1'1-----1'15.
Так как вторая производная
d2m/dh2 == 4pl"'f M /(hSRy) > О,
u
то полученное значение высоты деиствительно отвечает
минимуму функции m(h) и является оптимальным по
расходу металла. Одновременно из выражения (VI.5)
имеем
ptw lфw == 2pl"'f M6/(h2Ry),
т
)м
:
W
I т./
H
'f
Рис. V 1.4
h
Рис. VI.5
ht1Jt
----- 160 .......
или после умножения обеих частей равенства на h
mw === 2т!. (VI. 7)
Таким образом, оптимальна та высота балки, при KO
торой масса стенки равна массе двух поясов, или пло
щадь сечения стенки равна площади сечения двух поясов
(рис. VI.5).
Проведенный анализ является приближенным, по..
скольку он не учитывает изменения соотношения между
высотой и ТОЛLЦиной стенки при различной высоте бал
ка и, следовательно, не учитывает изменения коэффици"
ента . Однако указанное соотношение иrрает не послед..
нюю роль в вопросе экономичности балки: чем больше
h/t1D, тем выrоднее сечение. В реальных условиях это
отношение оrраничивается необходимостью обеспечить
u
прочность и устоичивость стенки, а также рядом друrих
факторов. Поэтому обычно, меняя в формуле (VI.6) тол
LЦину стенки, добиваются такой оптимальной высоты
балки, при которой выдерживаются установленные прак
тикой проектирования отношения h/tw (табл. VI.l).
Если наибольшая высота сварной балки диктуется
экономическими соображениями, то ее наименьшая BЫ
сота определяется необходимой жесткостью. rлавами
СНиП II 23-81 и II 24 74 установлены предельные отно"
сительные проrибы fи/l, заВИСЯLЦие от назначения балок
(см. табл. 4 прил. 1).
Пусть qn нормативная, а q расчетная паrрузка
свободно лежаLЦей на двух опорах балки (см. рис. VI.9).
Тоrда максимальный расчетный изrибающий момент, как
известно из сопротивления материалов, Mmax===ql2/8.
В предельном состоянии первой rруппы
J
Мтах == WRy == h/2 Ry,
rде
J
w== .
h/2
Отсюда
J == Мтах h/(2Ry) == qI2h/(16Ry).
Полученное выражение момента инерции ПЛОLЦади ce
чения балки подставляем в условие (1.5) предельноrо
состояния второй rруппы:
ь...... == qnl3 ____ qn 13 16Ry
1 384 EJ 384 Е ql'l.h'
11.......462
..... 161 .......
rде
f 5 q n lЗ
..........
1 384 Е J
наибольший относительный проrиб рассматриваемой
балки. Отсюда
h . ____ RIIl2 qn
mJП ---- 24 Е/и q
(VI . 8)
Эта формула характеризует минимальную высоту, ко..
торая обеспечивает требуемую жесткость равномерно на-
rруженной балки при полном использовании ее несущей
способности. Приближенно формула (VI.8) может быть
распространена и на друrие случаи наrружения.
Окончательно принимают высоту, близкую к опти-
мальной, но не меньше минимальной. Кроме Toro, как
указывалось выше, балка должна вписываться в задан-
ную строительную высоту конструкции перекрытия.
При проектировании балок из низколеrированной
стали и алюминиевых сплавов минимальная высота мо-
жет получиться больше оптимальной. В этом случае наи-
выrодным будет сечение такой балки, у которой 75 О/О
материала сконцентрировано в стенке и только 25o/0
в поясах. Коэффициент k, входящий в формулу (VI.6),
должен быть положен равным 1,73. Так как rрафик
функции т (h) в области экстремума представляет собой
полоrую кривую (см. рис. VI.5), небольшое отклонение
от оптимальной высоты вызовет незначительное измене..
ние массы балки. Поэтому для алюминиевых балок реко-
мендуется k == 1,6.
При назначении высоты балки (стенки) необходимо
руководствоваться данными rOCT 19903 74* и [ОСТ
82 70* (см. табл. 1 и 2
прил. 3), причем во втором
случае высоту стенки h.w сле-
дует принимать равноЙ ши-
рине прокатноrо листа (кон-
структивное решение, вызы-
вающее резку и строrнние
продольных кромок универ-
сальной широкополосной
стали, является нетехноло-
rичным). В целях унифика-
ции конструкций высота бал-
ки должна быть кратной
100 мм.
О)
r.
I .
1
....ь
. ..!..
t..,.,
)
Эпюра !
ХО
11
..
'CтoA
.
.
.
Рис. VI.6
162 ........
5. Устанавливают толщину стенки из
1) прочности стенки на срез; 2) местной
стенки (см. 28).
Условие прочности на срез (сдвиr) в
формулой Д. И. Журавскоrо имеет вид:
'{шах == Qmax Sx/(J х tw) < Rs Ус,
..
lt8YX условии:
устойчивости
соответствии с
(VI.9)
rде 't'max ----- максимальное касательное напряжение в опасном сече-
нии балки (на уровне нейтральной оси), Па; Qmax.......... максимальная
расчетная поперечная сила, обычно возникающая у опоры балки,
Н; SЖ ----- статический момент относительно нейтральной оси площа..
ди отсекаемой ею части nоперечноrо сечения, м3 (В симметричном
сечении статический момент площади половины сечения, рис.
VI.6, а); /ж ----- момент инерции площади Bcero сечения относительно
нейтральной оси, м'; tw ----- толщина стенки, м; R. ----- расчетное co
ПРОТИ8ление металла стенки сдвиrу, Па, принимаеМое по табл. 1.2
или 1.3.
Эпюра касательных напряжений приведена на рис.
VI.6, б. Если они воспринимаются, только стенкой, то
S == (А /2) h /4 == (t h /2) h /4 == t h'2w/8',
х w w ww w w
J == J == t h3 /12'
х w ШШ '
tw h /8
Sx/ J х == == 3/(2hw),
tw h /12
и условие прочности (VI.9) принимает вид:
't'шах == 3/2QrnaxJ(tflj hw) < Rs Ус. (VI.I0)
Отсюда требуемая толщина стенки
tw 3/2Qmax/(hwRs Ус). (VI.I0a)
Опорные сечения балок, рассчитываемых с учетом
развития пластических деформаций, rлавой СНиП
11..23..81 рекомендуется проверять по средним касатель"
ным напряжениям:
't' == Qmax! (tw hw) < Rs Ус, (VI. 11)
откуда
tw :> Qmax/ (hu, R s Ус)' (VI. I1 а)
Для обеспечения местной устойчивости стенки без ук..
репления продольным ребром жесткости в балках высо..
той до 2 м должно соблюдаться соотношение
tw :> (hw/6) V Ry/ Е .
(VI.12)
r де R"....... расчетное сопротивление мета.'1ла стенки сжатию (см.
табл. 1.1); Е ----- модуль упруrости стали, равный 206.103 МПа.
В более высоких балках экономически целесообраз..
нее иметь тонкую стенку (до 1/200 1/250 ВЫСОТЫ), И ее
11.
163 .....
дополнительное укрепление продольными ребрами ста..
новится необходимым, если к балке не предъявляются
иные расчетные требования (см. 30).
Для баJIОК высотой до 3 м рациональное значение
толщины стенки в миллиметрах может быть получено по
эмпирической формуле
tw == 7 + 3h/ 1000. (VI. 13)
Толщина стенки также должна быть соrласована с
указанными rОСТами на толстолистовую и универсаль-
ную прокатную сталь. Обычно принимают t1D 8 мм
(редко 6 мм) с rрадацией в 2 мм. При заказе большой
партии металлопроката, если t1D< 12 мм, толщина стен-
ки может иметь нечетное значение.
6. Установив высоту балки и толщину стенки, перехо-
дят к компоновке поясов. По известным значениям тре-
буемоrо момента сопротивления W х Bcero сечения и вы-
соты балки h определяют ориентировочную площадь се..
чения поясных листов.
Требуемый момент инерции площади сечения балки
J х == W xh/2. Полаrая hw h, можно найти приближен-
ный момент инерции площади сечения стенки относи..
тельно нейтральной оси J1D t1DhЗ/12. Тоrда момент инер-
ции, приходящийся на пояса:
J f == J х J w == W х h / 2 ----- t w IJЗ / 12. (VI. 14)
С друrой стороны, полаrая hf h (см. рис. VI.6) и
пренебреrая моментом инерции площади сечения пояса
относительно собственной центральной оси Хо, имеем
Jf 2Af (h/2)2 == А! h2/2. (VI.15)
Приравнивая правые части равенств (VI.14) и
(VI.15), находим искомую площадь сечения поясноrо
листа:
АI == (W х h/2 tw hЗ/ 12) 2/h2 == W x/h tw h/6. (VI.16)
Толщину поясноrо листа tl (см. рис. VI.l) обычно на-
значают в пределах 8 40 мм (но не менее толщины
стенки) с rрадацией по [ОСТ 82 70*. Кроме Toro, Во
избежание больших усадочных напряжений сварки ре-
комендуется выдерживать соотношение
tl Зtw. (VI.17)
Применение листов из стали марки ВСт3 толщиной
более 40 мм и из низколеrированной стали толщиной бо..
лее 32 мм невыrодно из..за пониженноrо предела теку-
чести, а следовательно, и пониженных расчетных сопро-
тивлений (см. табл. 1.1).
164 ......
Минимальную ширину поясноrо листа назначают в
пределах
Ь! == (1/3...... 1/5) h
(VI. 18)
из условия общей устойчивости балки. По технолоrиче..
ским соображениям (для удобства авто'матической CBap
ки) эта ширина должна быть не менее 180 мм.
Местная устойчивость сжатоrо стальноrо поясноrо
листа считается обеспеченной, если отношение расчеТНQЙ
ширины ero свеса Ье/ к толщине tf не превышает следу-
ющих значений: в упруrой стадии работы материала
bef/tj == 0,5 V Е/ Ry ;
при развитии пластических деформаций
bef/tj == О, llhw/tw,
(Vl.19)
(VI 19а)
но не более
0,5 V E/Ry.
Если
hw/tw <: 2,7 V Е/ Ry,
то 80 втором случае
bef/tj == 0,3 V Е/ Ry .
( \/ 1. 1 96)
За расчетную ширину свеса поясноrо листа сварной
балки принимают расстояние от rрани стенки до края
листа, т.е. bej (bj ttD)/2 (см. рис. VI.l). В широких
листах даже при отношении be//tf, не выходящем за рам..
ки указанных значений, может наблюдаться HepaBHOMep
ное распределение нормальных напряжений (падение на
кромках и повышение посередине), поэтому ширину Ь!
рекомендуется назначать не более 600 мм.
В алюминиевых балках размеры сжатоrо поясноrо
листа должны подчиняться условию*
Ье! I t f < О, 62Е / V О, 002Е + R у , (VI. 20)
rде R,I ---- расчетное сопротивление сплава сжатию, принимаем.ое по
табл. 1.3; Е модуль упруrости алюминия, равный 70.103 МПа.
Компоновка сквозноrо двутавра имеет ряд особенно
стей. Прежде Bcero необходимо стремиться к использо..
· Эдесь и далее формулы п соответствующие коэффициенты
rлавы СНиП 11-24-74 приведены к виду, приrодному ДЛЯ любоЙ
системы единиц физических величин.
....... 1 65 ........
з:
J
z /2
/2
l
4) 1
с
C.J4
2) 1
4
2
l
Рис. VI.7
OJ t
J А 8. 1
J
1
2
mJ
f
2
Рис. VI.8
J 66 .......
ванию исходноrо npOKaTHoro двутавра с минимальными
отходами. Поэтому роспуск заrотовки целесообразно
ПРОИЗВОДJiТЬ по схеме, представленной на рис. \/'1.7, а,
придерживаясь следующих размеров: h1 == (O,6 O,75) h,
a 90 мм, c 250 мм, a==40 700.
Линия роспуска в этом случае асимметрична относи-
тельно середины исходноrо двутавра. Сквозная балка с
u
асимметричным расположением отверстии получается
поворотом нижней части на 1800 относительно попереч-
ной оси (точки 3 и 4 меняются местами) и вставкой до-
полнительноrо листа на одном конце стенки (рис.
VI.7, б). Подобная компоновка характеризуется отсутст-
вием отходов и применима при равномерно распределен-
u
нои наrрузке.
В случае реrулярно расположенных сосредоточенных
rрузов (проrоны покрытия, продольные ребра железобе..
тонных плит и Т. п.) более удобна компоновка с симмет-
ричным расположением отверстий (рис. VI.7, 8, е). Такая
компоновка предусматривает совпадение сплошных уча..
стков стенки сквозноrо двутавра с положением cocpeдo
точенных rрузов. При этом, однако, неизбежны отходы
(заштрихованные участки на рисунке) длиной со==а+Ь.
Длина заrотовки исходноrо двутавра должна составлять
lo==2n(a+b)+2c+b, rде n число отверстий в сквоз
ной балке.
Профиль, изображенный на рис. VI.8, а, распущен по
U u
ломанои, симметричноя относительно середины исходно..
ro двутавра. При серийном производстве получается два
типа Сквозных балок без отходов. Один компонуется
только из частей А (рис. VI.8, б), друrой из частей В
со вставками на обоих концах (рис. VI.8, 8). [отовые
балки имеют одинаковую длину и разное число отвер-
стий.
Для двутавров с пер- а)
форированной стенкой
предусматривают исход..
ные двутавры, как прави-
ло, из стали с пределом
текучести Ryn 580 МПа.
При этом сквозные дву"
тавры MorYT быть запро..
ектированы не только це-
u
ликом из стали однои
марки (моностальные) , но
и из двух разной прочно.. Рис. VI.9
---- 167 --
сти (бистальные). Компоновка последних рассмотрена,
например, в справочнике [9].
Прнмер VI.I. Подобрать сечение сварной сплошностенчатой бал-
ки перекрытия объекта 1 класса ответственности, которая несет
равномерно распределенную наrрузку (рис. VI.9, а), складывающую-
ся И3 постоянной наrрузки Рln== 10 кН/м С коэффициентом надеж-
ности Y/l == 1,1 и временной наrрузки Р2n== 145 кН/м С коэффициен-
том Yf2== 1,2. Строительная высота балки hb<: 1,3 м, пролет 1== 12 м.
Материал.... сталь марки БСт3пс.
Реш е н и е. Подсчет на2РУЭОI(. Суммарная нормативная наrруз-
ка на балку
qn == Pln + Р2n == 10 + 145 кН/м == 155 кН/м.
Расчетная наrрузка с учетом формул (1.2) и табл. 3 прил. 1
q == (Pln Yfl + Р2n Yf2) Уn == (10.1,1 + 145.1,2) 1 кН/м == 185 кН/м.
Определение расчетных усилий. Максимальный изrибающий мо-
мент (рис. VI.9, б)
Мтах == q12/8 == 185.122/8 кИ.м == 3330 кН. м;
поперечная сила (рис. VI.9, в)
Qmax == ql/2 == 185.12/2 кН == 1110 кН.
Определение требуеМ020 момента сопротивления. В целях эко-
номии металла проектируем балку переменноrо по ДЛИНе сечения,
и поэтому развитие пластических деформаций можно допустить
только в одном сечении ----- сечении с максимальным изrибающим мо"
ментом. Задаваясь коэффициентом Сl == 1,1 и принимая по табл. 1.1
минимальное расчетное сопротивление листовоrо проката из стали
указанной марки, по формуле (VI.la) находим при 'Ус== 1
w х Mmax/(CIRy) == 3330.108/(1,1.215.108) м8
14, 1 · lo......s м8 == 14 100 см8.
Определение высоты балки. Принимая, соrласно табл. 4 прил. 1,
f1l/1== 1/400, по формуле (VI.8) находим минимальную высоту
h . Ry 12 qn ____
mln 24 Е/и q----
215.108.12.400 155
85 м == 0,874 м == 874 мм.
206. 100 1
5
==24
Подсчитав по формуле (VI.13) ориентировочную толщину стенки
tw == 7 + 3hmin/10OO == 7 + 3.874/1000 мм 10 мм,
определяем оптимальную высоту (VI.6):
hopt == k V W x/tw == 1, I V 14 100/1 см 131 см.
Отношение hopt/tw== 131/1 == 131 находится в пределах, рекомен-
дуемых табл. VI.l, и ero корректировка не требуется. Сравнивая
полученные значения высоты, принимаем h== 130 см, что больше
hmfn, почти не отличается от hopt и не выходит за рамки допусти-
мой строительной высоты.
..... 168 .....
Определение толщины стенки. При hlJ) h минимальная требуе-
мая толщина нз условия прочности стенки на срез (VI.lОэ)
'ш == 3/2Qmax/ (hRs) == 3. 111 о. 1 ОЗ / (2 · 1,3. 130. 108) М ==
== 9,85.10 3 М 10 мм.
Здесь, соrласно табл. 1.2, расчетное сопротивление R,==O,58RII==
==0,58.225 МПа== 130 МПа, rде значение R" соответствует листово-
му прокату толщиной 4.........20 мм из стали марки БСтЭпс, поставляе-
мой по rOCT 38().........71. (см. табл. 1.1).
Нетрудно видеть, что по условию прочности (VI.11a) потребу-
ется в 1,5 раза меньшая толщина, а из условия обеспечения местиой
устойчивости стенки (VI.12) без укрепления продольным ребром
жесткости
tw == (1&16) У Ry/ Е == (1300/6) V 225/(206.108) ММ == 7,2 ММ < 10 мм.
Таким образом, принятая при определении высоты балки тол-
щина стенки t1D== 10 мм может быть оставлена без изменения.
Определение размеров поясных Аистов. Требуемая площадь се-
чения пояса по формуле (VI.l6)
А! == W ж/h......... 'ш h/6 == 14 100/130 ---- 1.130/6 см! == 86,8 см'.
Руководствуясь данными табл. 1 прил. 3, назначаем высоту
стенки h1D== 1250 мм. Тоrда толщина каждоrо поясноrо листа
'/ == (h......... hw)/2 == (1300 ---- 1250)/2 мм == 25 мм
и требуемая ширина
Ь! Aj/tj == 86,8/2,5 см 35 см.
По табл. 2 прил. 3 принимаем с некоторым запасом (учитывав
приближенность указанной формулы) листы из универсальной стали
сечением bjxtj==400x25 мм. При ЭТОМ соблюдаются условия (VI.l7)
и (VI.l8):
tJ < 31m == 3.10 мм == 30 мм;
bj/h == 400/1300 == 1/3,25,
а местную устойчивость сжатоrо BepXHero пояса обеспечивает отно-
шение
beJ/tf == (Ь! ----- tw)/(2tj) == (400 ---- 10)/(2.25) == 7,8,
что при
hu;/tw == 1250/10 == 125> 2,7 V Е/ Ry ==
== 2, 7 V 206. 1 ()З/215 == 2, 7 · 30,95 == 83,6
не превышает значения (VI.19a)
О, l1hw/tw == 0,11.125 == 13,75,
которое, в свою очередь, меньше 0,5 У Е/ R 11 == 0,5.30,95 == 15,5.
Скомпонованное сечение балки изображено на рис. V 1.1 О.
1 69
t 25. ОКОНЧАТЕЛЬНАЯ ПРО8ЕРКА &А'nОК
НА ПРОЧНОСТЬ И ЖЕСТКОСТЬ
Поскольку предварительный подбор сечения сварной
балки производят по приближенным формулам, ориенти-
ровочным значениям расчетноrо сопротивления и без
учета собственноrо веса, необходимо окончательно про-
верить ее на прочность, жесткость и устойчивость. Расчет
на прочность и жесткость выполняют в следующей по..
следовательности.
1. По назначенным размерам вычисляют фактичес..
кие rеометрические характеристики поперечноrо сечения:
площадь А, статический момент площади половины се..
чения Sx, момент инерции площади Bcero сечения нетто
(за вычетом ослаблений) /nt и момент сопротивления
W nt относительно нейтральной оси.
2. По вычисленной площади определяют вес 1 м дли-
ны балки, суммируют ero с ранее подсчитанной наrруз..
кой и уточняют расчетные усилия Мтах и Qmax.
3. Проверяют нормальные напряжения по одной из
формул (в зависимости от характера допускаемых де..
формаций, см. 24, п. 3):
О'тах == Mmax/W nt -< Ry Ус;
О'тах == Mmax/(C1Wnt> -< Ry Ус'
(VI. 21 )
(VI.2Ia)
При учете развития пластических деформаций исхо..
дят из условия оrраничения остаточных деформаций в се-
чении er===erE/Ry 3. В случае поперечноrо изrиба при..
нимают:
С1 == с, если 't == Q/(tw hw) < 0,5Rs; }
ci == 1 ,05 c, если 0,5Rs <. -< 0,9Rs.
Здесь С коэффициент, принимаемый по табл. VI.2 в зависимости
от отношения площадей сечения пояса и стенки балки А//А",. р
коэффициент, зависящий от формы поперечноrо сечения: '
(VI . 22)
.. I 1 ----- (т / Rs)2
Р == V 1 ....... а (. / Rs)2 ·
(VI. 23)
rде для Д YTaBpa, изrибаемоrо в плоскости стенки, а==О,7; для дру-
rих сечении а == О.
Значения коэффициента Сl должны быть не менее
единицы и не более коэффициента с. При чистом иэrи..
бе Сl ==0,5 (l+с).
170 ----
F
11
Рис. VI.IO
РИС. VI. 11
о)
ftl
о)
IJl2 t 1l.
,2
} tи ...
Рис. VI.12
т а б л и ц а VI.2. Коэффициенты с ДЛВ ппастическоrо расчета
на прочность двоякосимметричных сталЬНЫХ двутавров, иэrибаемых
в плоскости стенки
Af/AiJ)
0,25
0,5
1,0
2,0
с
1,19
1,12
1,07
1,04
При м е ч 8 н и е. При определении КОЭффИЦИСНТОВ для промежуточ-
ных значений AJ/A1D допускается линейная Иlперполяция.
Если к верхнему поясу балки приложена сосредото-
ченная наrруэка (рис. VI.ll), то стенка должна быть
дополнительно проверена на местное давление:
аloС == F I (tw lef) <; Ry Ус, (VI. 24)
rде Gloo местное напряжение смятия, Па; F расчетная сосре-
доточенная наrруэка, Н; let==b+2tf...... условная длина распределе-
171
ння стйтическои наrрузки по балке, м; Ь длина наrруженноrо
участка пояса (ширина полки поперечной балки), м; tj..... толщина
пояса, м; Ry ----- расчетное сопротивление металла стенки сжатию,
fIa, пр»нимаемое по табл. 1.1 или 1.3.
4. По формуле (VI.9) или (VI.l1) проверяют каса..
тельные напряжения.
5. По правилам сопротивления материалов опреде..
пиют максимальный проrиб балки от нормативных на..
rрузок и по формуле (1.5) проверяют ее жесткость.
В процессе окончательноrо расчета размеры попереч..
Horo сечения балки MorYT корректироваться. Сечение
считается подобранным правильно, если оно удовлетво-
ряет перечисленным условиям прочности и жесткости, а
запас прочности по нормальным напряжениям не превы-
шает 5 о/о.
Сквозная двутавровая балка является MHoroKpaTHo
статически неопределимой системой (рис. VI.12, а). Те..
оретические и экспериментальные исследования показы..
вают, что с достаточной точностью такие балки можно
рассчитывать аналоrично безраскосным фермам. Расчет..
ная схема представлена на рис. VI.12, б. Узлы примыка..
ния сплошных участков стенки к полкам принимают же..
сткими. В середине этих участков и в середине панелей
поясов расположены шарниры......... точки, в которых дей..
ствуют только поперечные силы, а изrибающие моменты
имеют нулевое значение. Тоrда напряжения в ослаблен..
ном отверстием сечении составляют: в крайних волок-
нах (точки 1, 4 на рис. VI.12, в)
<11 === N / At + (Q/2) (а/2) (Ус I J Х1) == M/(hoAt> +
+ QaYc/(4Jx1) < Ry Ус; (VI.25)
в волокнах стенки (точки 2, 3)
<12:=: MI(hoAt} + Qa (h2 Yc)/(4Jx1) <: (Rиlyu) Ус. (VI. 25а)
В этих формулах: At ----- площадь сечения тавра, м2; I Ха ....... момент
инерции площади сечения тавра относительно собственной цент..
ральной оси XI, M ; ho ----- расстояние между центрами тяжести тав..
ров, м; Rи ----- расчетное сопротивление стальноrо проката растяже..
нию, сжатию и изrибу, установленное по пределу прочности, Па
(см. табл. 1.1); ,",и ----- коэффициент наде>l{НОСТИ при расчете по пре-
делу прочности. Остальные обозначения..... по рис. VI.l2 (размеры в
метрах) и предыдущим формулам.
Опорное сечение балки должно удовлетворять нера..
венству
Qz sl (tw ООо) Rs Ус, (VI. 26)
rде Qz ----- поперечная сила на расстоянии z==c+s O,5a от опоры
(см. рис. VI.7, б).
........ 1 7 2 .....
Методика расчета на прочность бистальных сквозных
двутавров изложена в справочнике [9] и rлаве СНиП
11-23-81.
При расчете перфорированных балок с отношением
пролета к высоте 1/ H 12 момент инерции площади се-
чении с отверстием следует умножать на коэффициент
0,95.
Пример VI.2. Проверить прочиость и жесткость сплошностенча-
той сварной балки, подобранной в примере VI.l.
Ре w е н и е. Вычисление 2ео.метричес1ШХ характеристик, попереч-
НО20 сечения (см. рис. VI.lO). Площадь
А == Aw + 2А/ == Iw hw + 2Ь/ 1/ == 0,01.1 ,25 + 2.0,4.0,025 м2 ==
== (125 + 2. 100) l(r--' м2 == 325. 10----4 м2.
Статический момент площади половины сечения ОТНQситеЛЬНQ
нейтральной оси
Sx == А/ ILj/2 + (А w/2) hw/4 == Ь/ t/ (h ----- 1/)/2 +
+ tw h /8 == 0,4.0,025 (1,3 0,025)/2 +
+ 0,01.1 ,252/8 м3 == (638 + 195) 10---0 м3 == 833.1<rъ м3.
Момент инерции площади сечения
J х == J w + 2J / == tw h / 12 + 2bf t/ [(h....... t/)/2]2 ==
== О, О 1 · 1 ,253/ 12 + 2. О , 4 · О ,025 · 0,63752 м' ==
== (163 + 813) 10---0 м' == 976. 1 0...0 м'.
Момент сопротивления
W х == 2J х / h == 2. 976. 10....5/ 1 ,3м3 == 15. 10----3 мЗ.
Уточнение на2руэк,и и расчетных усилий. Нормативный вес 1 м
длины балки
qbn == mg == pAg == 7850.325.1<r'.9,81 И/м == 2500 И/М == 2,5 ИН/М.
Здесь т ----- масса 1 м балки; р == 7850 кr/мЭ ----- плотность стали; g ==
==9,81 м/с2....... ускорение свободноrо падения.
Суммарная расчетная наrрузка с учетом табл. 1 прил. 1
q' == q + qbn У/ == 185 + 2,5.1,05 кН/м 188 кН/м.
Максимальный изrибающий момент
M ax == q' 12/8 == 188.122/8 кИ,м 3380 КИ'М.
Поперечная сила
, ,
Qmax == q 112 == 188.12/2 кИ 1130 кИ.
Про верКа nрочности. а) По нор.мальны,М, напряжениям. Соrласно
формуле (VI.21a),
,
(J шах == Mmax/( С1 W х) == 3380/( 1 ,09. 15. 10----3) Па ==
== 207.106 па == 207 МПа < Ry == 215 МПа.
----- 1 73 .....
Здесь коэффициент сl == с, поскольку в сечении с максимальным из-
rибающим моментом поперечная сила Q == О (СМ. рис. VI.9). В табл.
VI.2 отношению A//Aw==100/125==0,8 соответствует значение с==
== 1,09. Расчетное сопротивление Ry принято исходя из толщины по-
ясных листов 21<t/==25 мм<40.
Недонапряжение составляет
Аа == [(Ry ----- O'maxJ/ Ry] 100 == [(215..... 207)/215] 100% ==3,7% < 5%.
б) ПО касательным напряжениям. Соrласно формуле (VI.9),
,
'(тах == Qmax Sx/(J х tw) == 1130.1Q3.833. 10....5/(976. 10....ъ.0,01) Па
96.106 Па == 96 МПа < Rs == 130 МПа.
В проверке условия (VI.ll) необходимости нет, поскольку оно
соблюдено в процессе предварительноrо подбора толщины стенки.
Таким образом, прочность балки при раздельном действии нор-
мальных и касаТeJlЬНЫХ напряжений обеспечена. Проверка жесткости
не требуется, потому что принятая высота балки h== 130 см значи-
тельно превышает hmin 88 см.
t 16. ИЗМЕНЕНИЕ СЕЧЕНИЯ сппОШНОСТЕНЧАТОА &Апки
по ЕЕ дпИНЕ.
допопНИТЕпЬНЫЕ ПРОВЕРИИ ПРОЧНОСТИ
ИЗ рассмотренных примеров видно, что решающую
роль при подборе сечения балки иrрает изrибающий мо-
мент. В разрезных балках ero абсолютное значение, как
правило, убывает по мере удаления от середины проле-
та к опорам (см. рис. VI.9, й, б). Поэтому в балках про-
летом 1> 10 м нет необходимости выдерживать по всей
длине постоянное сечение, подобранное по максзмаль..
"ому моменту. На некотором расстоянии от опор сече-
ние целесообразно уменьшить, что проще Bcero достиrа-
ется облеrчением поясов.
В сварных балках для поддержания постоянной вы..
соты следует изменять ширину листов, а не толщину.
Это позволяет осуществлять этажное опирание выше..
лежащих конструкций (например, балок настила) и уп-
рощает заказ металла. Место изменения сечения нахо-
дят следующим образом.
1. Определяют момент сопротивления W сечения с
измененной шириной поясных листов Ь " которую на-
значают не менее 180 мм (см. 9 24, п. 6) и не менее
bj/2. Кроме тoro, должно соблюдаться соотношение
bi h/l0.
2. Вычисляют предельный изrибающий момент, ко-
торьtй может быть воспринят уменьшенным сечением
без развития пластических деформаций:
,
М R w.... (Vl.27)
и wу '"
----- 174
з. Составляют аналитичес-
кое выражение изrибающеrо
момента М (z) в фУНК(J ИИ абс-
циссы z, отсчитываемой вдоль
балки.
4. Приравнивают моменты
Ми И A4(z) и из полученноrо
уравнения находят искомое
расстояние z от опоры до мес-
та теоретическоrо изменения
сечения.
Сопряжение поясных лис..
тов разной ширины обычно уст..
раивают посредством прямоrо
шва (рис. VI.IЗ), который, как
известно из rлавы У, при руч..
ной сварке без применения фи-
зических методов контроля ка..
чества неравнопрочен основ но..
му металлу. Поэтому в форму-
лу (VI.27) необходимо подстав..
лять расчетное сопротивление
CTblKoBoro соединения RUJY===
=== 0,85 Ry (СМ. табл. V.l). Кро..
ме Toro, для уменьшения кон-
центрации напряжений должен
выполняться п. 1 конструктив-
ных требований, приведенных
в 20.
Поскольку изменение сече..
ния осуществляют вблизи опор,
в местах фактическоrо перехо..
да от более мощноrо сечения к
облеrченному развиваются не
только предельные нормаль-
ные, но и значительные касательные напряжения. Поэто-
му кроме раздельной проверки этих напряжений по фор-
мулам (VI.21) и (VI.9) необходима проsерка их совмест-
Horo действия по nриведенным напряжениям. Соrласно
известному из сопротивления материалов энерrетическо-
му критерию пластичности, в случае поперечноrо изrиба
Ored == V 02 + 31:2 <: 6Ry Ус, (VI.28)
rде О и 1:...... нормальное и касательное напряжения в стенке на
уровне поясных швов (рис. VI.l4); р== 1,15 коэффициент, учиты-
вающий развитие в стеИI{е пластических деформаций.
175
.. .
а
,x i
.,;::iL ..... .....
z IJJНfNWII1I
lIO:f1CIJ
Рис. VI.IЗ
6пюх
Рис. VI.14
q'
ttt t t t.t. ..tttt ..t.tt
J
2
t
l
Рис. VI.15
[лавой СНиП 11..23..81 рекомендуется подставлять в
ЭТО неравенство среднее значение касательных напря..
жений (VI.II), что дает несколько завышенный резуль..
тат и идет в запас прочности.
Если к верхнему поясу балки приложена сосредото"
ченная статическая наrрузка (см. рис. VI.II), то приве..
денные напряжения проверяют по формуле, справедли..
вой для общеrо случая плоскоrо напряженноrо состоя..
ния:
(Jred == V а2 + a oc (J(Jloc + 3'(2 ..,;: Ry Ус' (VI. 28а)
rAe (Jlo: ----- местное напряжение смятия, определяемое по формуле
(VI.24).
Пример V 1.3. Изменить сечение по длине балки, рассчитанной в
при мер ах VI.l и VI.2. Стык растянутоrо пояса осуществить посред-
ством прямоrо шва с визуальным контролем качества.
Реш е н и е. Определение .места из.менения сечения (рис. VI.l5).
,
Уменьшаем ширину поясов в 2 раза, назначая Ь, == Ь//2 ==400/2 мм==
==200 мм, что больше 180 мм, h/l0== 1300/10 мм== 130 мм и не про-
тиворечит табл. 2 прил. 3. Тоrда момент инерции площади изменен-
Horo сечения (см. пример VI.2)
,
J х == (163 + 813. О , 2/0 , 4) 10....5 м4 == 569. 10......0 Mt.
Соответствующий момент сопротивления
,
W х == 2. 569. 10....0/ 1 ,3 мЗ == 8, 75. 10....3 м3.
Предельный изrибающий момент, воспринимаемый измененным
сечением, по формуле (VI.27)
,
Ми == RWY W х== 180. 106.8,75- 10аеооЭ Н,м== 1575. lQ----3Н. м==1575 kH-м, (а)
rде Rwy == 0,85Ry == 0,85-215 МПа 180 МПа_
Аналитическое выражение изrибающеrо момента в произволь..
ном сечении балки
м (z) == q' lz /2 ..... q' Z2 /2. (б)
Приравниваем правые части равенств (а) и (б):
q' Iz/2 ----- q'z2/2 == 1575, или z2..... Iz i-"' 3150/q' == о.
Решая это квадратное уравнение, находим:
ZI;2 == 1/2 :f: V 12/4 ----- 3150/ q' == 12/2 :f: V 122/4 ----- 3150/188 м ==
== 6 :f: 4,39 м; Zl 10,4 м; Z2 1,6 м.
Проверка прочности из.мененноzо сечения. а) По касательным
напряжениям на опоре. Статический момент площади половины се-
чени я
,
Sx == (638-0,2/0,4 + 195) 10......5 м3 == (319 + 195) 10....0 м3 ==
== 514. 10аеооО м3.
..... 1 76 ........
Максимальные касательные напряжения
'tmax == 1130. 103.514/(569. OtOI) Па == 102. 108 Па ==
== 102 МПа < Rs == 130 МПа.
б) По nрuведенны.м напряжениям. Поскольку балка несет рав-
номерно распределенную наrрузку, расчет nедем по формуле (VI.28).
Нормальные напряжения на уровне поясных швов (см. рис. VI.14)
(1 == Rwy hw/h == 180.) t25/ 1,3 МПа == 173 МПа.
Поперечная сила в сечении с абсциссой Z2
Q == q' (1/2 ----- Z2) == 188 (12/2 1,6) кН == 827 кН.
Статический момент площади сечения пояса относительно неи
тральной оси (см. выше) Sf==319.IO 5 мЭ. Касательные напряжения
на уровне поясных швов
't == QSj/( J tw) == 827. 103.319/(569. О, 01) Па 46.106 Па ==46 МПа.
Приведенные напряжения
(1red == V 02 + 3't2 == V 1732 + 3. 462 МПа == 190 МПа < Ry ==
== 1 t 15. 225 260 МПэ.
Таким образом, прочность уменьшенноrо сечения обеспечена.
Подсчет экономии .металла. Масса балки постоянноrо сечения
11 == qЬn 1/ g == 2500.12/9,81 Kr 3060 Kr == 3t06 т.
Масса балки переменноrо сечения
, ,
11 == qbn (Zl ..... Z2)/ g + 2рА Z2 == 2500 (10,4 ----- 1,6)/9,81 +
+ 2.7850 (0,0125 + 2.0,2.0,025) 1 t6 Kr 2810 Kr == 2,81 Т.
Отсюда
t\.... == [(11 ..... 11') / J.t] 100 === [(3,06 ..... 2,81) /3,06] 100% == 8,2% ,
т. е. уменьшение ширины поясов позволяет облеrчить балку на 8 О/о.
t 17. РАСЧЕТ СОЕДИНЕНИИ ЭЛЕМЕНТОВ &АЛКИ
При поперечном изrибе пояса составной балки CTpe
мятся сдвинуться относительно стенки (рис. VI.16, а).
Сила сдвиrа возникает за счет разности нормальных на..
пряжений в смежных сечениях пояса. Ее воспринимают
непрерывные уrловые сварные швы, вследствие чеrо в
них возникают касательные наПрЯЖения Тю (рис.
VI.16, б).
Как видно из примера VI.3, напряжения в стенке на
уровне поясных швов't' == QSj/(J Jw)' Тоrда усилие сдви..
ra, приходящееся на 1 м длины шва (выражается в
ньютонах н3 метр):
12 462
т == 'ttw == QSf/ J х,
..... 1 77
о) 6)
.
..
1 )М I )М
q IJ
/"
Рис. V 1.16
и условие прочности двусторонних швов принимает вид:
'tw == Т max/ Aw == Qmax Sf/(2fJkj Jx) -<= Rw Yw Ус' (VI.29)
Отсюда требуемая толщина швов
kj QmахSj/(2 Jж Rw Yw Ус)' (VI.29a)
В этих неравенствах Qmax наибольшая по абсолют..
НОМУ значению расчетная поперечная сила, Н. Величи-
ны 13, R1D И 'Vw соответствуют расчетному сечению соеди..
нения уrловыми швами [см. 21, рис. V.9 и формулы
(V.IO), (V.IOa)].
Во избежание больших усадочных напряжений пояс-
ные швы следует устраивать сплошными (непрерывны-
ми), одинаковой толщины по всей длине, используя ав-
томатическую сварку. Минимальные значения толщины
уrловых швов приведены в табл. V.б.
В стальных двутавровых балках, несущих стати чес..
кую наrрузку, допускается применять односторонние
поясные швы. При этом кроме оrраничений, указанных
в 22, необходимо выполнение следующих условий:
а) наrрузкз До.пжна приклздываться симметрично
по отношению к поперечному сечению балки;
б) к сжатому поясу должен быть надежно прикреп-
лен сплошной непрерывно опирающийся жесткий метал-
лический или железобетонный настил;
в) в местах приложения к поясу сосредоточенных
наrрузок, включая наrруэки от ребристых железобетон-
ных плит, должны быть предусмотрены поперечные реб-
ра жесткости;
- J 71 .......
r) значения левой части неравенств (VI.52) и
(VI.53) не должны превышать 0,9 'Ус (см. 28).
В балках, рассчитываемых с учетом развития плас""
тических деформаций, односторонние поясные швы недо-
пустимы.
Сварные соединения перфорированных двутавров
следует выполнять стыковым швом с полным проваром
на всю толщину стенки, что дает основание считать та-
кие соединения равнопрочными основному металлу.
t 28. УСТО81lЧИВОСТЬ &АЛОК И их ЭЛЕМЕНТОВ
Высокая балка с узкими поясами при действии на-
rрузки в плоскости наибольшей жесткости может поте-
рять свою первоначальную форму равновесия, что выра-
зится в боковом выпучивании сжатоrо пояса и закручи-
вании балки в целом (рис. VI.17, а). Это явление
называется потерей общей устойчивости балки.
Выпучивание происходит на участках между точка-
ми закрепления сжатоrо пояса. Соответствующие рас-
стояния характеризуют свободную (расчетную) длину
балки lej. Общая устойчивость тем выше, чем меньше
отношение свободной длины к ширине сжатоrо пояса
Lej/bj и чем больше отношение моментов инерции Jx//y..
Таким образом, увеличение момента инерции относи-
тельно нейтральной оси J ж, целесообразное для повыше-
ния прочности и жесткости балки, невыrодно с тоцки
зрения ее общей устойчивости.
Повышению общей устойчивости способствуют раз-
витие поясов и уменьшение свободной длины больше-
пролетных балок за счет дополнительных связей (рис.
VI.17, б). Для rлавных балок перекрытий подобными
связями являются поперечные балки, несущие жесткий
наСтил (железобетонные плиты, профилированный ме..
таллический настил, волнистая сталь и т. п.).
Если отношение lej/bj не превышает значений, вы..
численных при 1 hf/bj<6 и 15 bf/tj 35 по формуле
lefJbf == [е + O,0032bf/tf + ( ----- 'r)bj/tj) bj/hf] V Е/ RlI, (VI. 30)
rде е, t. f) ----- коэффициенты, принимаемые по табл. VI.3; t,..... тол-
щина сжаТОI'О пояса; hf ----- расстояние между центральными осями
поясных листов (см. рис. VI.4 или VI.6),
или на балку непосредственно опирается настил, пре-
пятствующий rоризонтальному выпучиванию сжатоrо
пояса, то общую устойчивость балки можно считать
12*
....... 119 .....
О)
ОСЬ пояса после
потери оtiщеtl
устОl1чи80сти
QЛКU 1.. 1
У
Р х
./
1
Рис. VI.17
обеспеченной [для балок, рассчитываемых с учетом
развития пластических деформаций, наибольшие значе-
т а б л и ц а VI.З. Коэффициенты 8, , 1} к формуле (VI.30)
Приложение наrруэки
е
t
J')
верхнему поясу
нижнему поясу
Независимо от места приложения при
расчете участка балки между свяэя-
ми или при чистом изrибе
0,35
0,57
0,41
0,76
0,92
0,73
0,02
0,02
0,016
,..... 180 ----
ния отношения lej/bj должны быть уменьшены умноже-
нием на коэффициент б===I О,7(Сl I)/(с 1), СМ.
25]. В остальных случаях необходима проверка вы-
полнения условия
О'тах == Mmax/(<J>b W) -<= Ry Ус. (VI. 31)
rде w..... момент СОПРОТИН.,'1ения поперечноrо сечения балки брутто
(местные ослабления не влияют на устоЙчивость); <рь ----- коэффи-
циент уменьшения несущей способности балки вследствие возмож-
ной потери общей устойчивости, равный отношению критичсскоrо
напряжения к пределу текучести материала; Ус == 0,95 ----- коэффици-
ент условий работы, принимаемый по табл. 2 прил. 1.
Для балок двоякосимметричноrо двутавровоrо сече-
ния (см. рис. VI.17)
<Рь =='Ф(Jу/Jх) (hf/lef)2EIRy. (VI.З2)
Здесь 'Ф...... коэффициент, определяемый для стальных балок по
табл. 1 прил. 2 в зависимости от параметра
а == В [lef tf/(bf hf)]2 [1 + hf e /( 2Ь, i1)]. (VI.3З)
Если <рь>0,85, то критические напря}кения возника-
ют в упруrопластической стадии работы стали, и в ус-
ловие устойчивости (VI.31) вместо <рь следует подстав-
лять коэффициент <p ===0,68+0,21 <рь.
Предельные значения отношения le//Ьf и коэффици-
енты 'Ф, <р; для алюминиевых балок приведены в rлаве
СНиП 11-24-74. В этой же rлаве содержатся указания
по расчету консолей и балок, имеющих сечение, отлич-
ное от двоякосимметричноrо двутавра. Особенности
расчета аналоrичных стальных балок излаrаются в rла-
ве СНиП 11-23-81.
Сжатые поясные листы и стенка сварной балки
представляют собой пластинки, которые при недостаточ-
ной толщине t MorYT выпучиться и потерять так назы-
.,
ваемую .местную устоuчuвость раньше, чем наступит по-
теря общей устойчивости балки.
Потеря местной устойчивости опасна тем, что вслед-
ствие перераспределения усилий возможна преждевре-
менная потеря несущей способности балки в целом. По-
этому при проверке местной устойчивости исходят ИЗ то-
ro, чтобы ее потеря не произошла раньше исчерпания
несущей способности всей конструкции по прочности.
При конструировании балок следует иметь в виду
существенное различие между потерей местной устойчи-
вости стенки и поясноrо листа. Стенка является проме-
жуточным элементом балки, окаймленным поясами.
..... 181
Следовательно, она не может свободно деформировать-
ся в своей плоскости, и ее криволинейная форма не сра-
зу приводит К потере несущей способности балки. Пояс-
ной же лист имеет свободные свесы, и поэтому ero вы-
пучивание быстро делает балку неработоспособной.
Исследования с. п. Тимошенко* показывают, что
критическая сила сжатой пластинки, отнесенная к еди-
нице длины наrруженноrо контура, может быть пред-
ставлена формулой, которая напоминает известную из
сопротивления материалов формулу Л. Эйлера для
центрально сжатоrо стержня постоянноrо сечения
F cr == k1t2D / Ь2. (VI. 34)
Здесь k ----- коэффициент, зависящий от характера силовых воздей-
ствий, способа закрепления краев пластинки и ее размеров; Ь .......
ширина пластинки, м (размер в направлении, перпендикулярном
усилиям сжатия); D ----- жесткость пластинки при изrибе (цилиндри-
ческая жесткость), Н. м, иrрающая ту же роль. что и произведение
Е} при изrибе балки:
D == EJ /(1 ----- ,,2) == Еtз/[12 (1 ----- \,)2]; (VI.35)
Е ----- модупь упруrости материала, Па; J == 1. tЗ /12 ----- момент инерции
единичной полосы пластинки относительно нейтральной оси, МЗ;
'V ----- коэффициент Пуассона материала; 1/(I.....v2) коэффициент,
учитываю!ций отсутствие в пластинке поперечной деформации
(е направлении нейтральной оси).
Соответствующее критическое напряжение стальной
пластинки
0cr == Fcr/t == k1t2ЕtЗ/[12Ь2t (1 ..... \,2)] ==
== {k1t2E/[12 (1 0,32)]} (t/b)2 == 0,9kE (t/b)2. (VI.36)
Сопротивление пластинки, выпучиванию можно по-
высить двумя способами: увеличением ее толщины и ук-
реплением специальными ребрами жесткости. Первый
способ менее выrоден из-за повышенноrо расхода ме-
талла.
УСТОЙЧИВОСТЬ пояса. Сжатый полупояс сварной бал-
ки представляет собой узкую пластинку, опирающуюся
одной длинной стороной на стенку и двумя короткими
на поперечные ребра жесткости (рис. VI.18). Друrая
длинная сторона не закреплена.
Поскольку при конструировании стремятся создать
устойчивость поясных листов ббльшую, чем у стенки,
выпучивание последней произойдет раньше потери yc
* С. П. Тимошенко (187S----1972)...... известный ученый в области
теории расчета стержней, пластин и оболочек. Ero научная и педа-
rоrическая деятельность оказала большое влияние на проrресс ин.
женерноrо дела и развитие техническоrо образования.
........ 182 ......
i
fr
о
о
о
J
""1 ..
1 t
't/:::j
::::::::::::::::: :::;:::::::::::::::::::: : :I::::
Рис. VI.18
О}
"
тойчивости листа, по-
этому соединение поя-
са со стенкой слсдует
считать шарнирным.
Расстояние между
поперечными ребрами
жесткости а обычно
значительно превышает
ширину свеса листа Ье/.
Кром:е Toro, ширина
ребер может быть мень..
ше ширины свеса. Все это позволяет рассматривать сво-
бодный свес поясноrо JIиста как длинную пластинку,
шарнир но-опертую по трем сторонам (рис. VI.19). При
равномерном сжатии такой пластинки
k == 1,03 (bel/a)2 + 0,427.
В наихудшем случае, коrда а.-..+-оо, можно пренебречь
первым слаrаемым и принять k==O,427. Тоrда по фор-
муле (VI.36)
0cr == 0,9.0,427 Е (tf/be1)" == О,3ВЕ (11/bef).
v
Рис. V 1.2Q
J О 1
tllUJ
Рис. VI.19
6)
. "f..
bP 6a D
d!....
(1
f..... ..... f ,
. """"""";[1
t
t
t
J
J
----- 183 .......
........
Рис. V 1.21
(VI .37)
Потеря устойчивости поясноrо листа произойдет не
раньше исчерпания неСУIЦей способности всей балки по
прочности, если критическое напряжение будет не ниже
предела текучести, т. е.
О,З8Е (tf/bet)2 Ry.
Отсюда
bet/tl <= V 0,38Е/ Ry == 0,62 V Е/ Ry .
С учетом начальных неправильностей формы листа
в rлаве СНиП II 2З..81 это отношение снижено до значе-
ния 0,5yE/Ry [см. формулу (VI.l,9»).
Если в балке допускается развитие пластических
деформаций, то исходят из условия, что пояс и стенка
теряют устойчивость одновременно. Тоrда наибольшее
отношение находят по формуле (VI.19a).
Конструктивные мероприятия по обеспеченн'ю устой..
чивости листов С отношением bef/tt, ббльшим указанно..
ro, нецелесообразны. В широких листах, как отмечалось
в 24 (см. п. 6), наблюдается неравномерное распреде-
ление нормальных напряжений, что неблаrоприятно са..
мо по себе и, кроме Toro, при расчете на устойчивость
требует иных теоретических предпосылок.
УСТОЙЧИВОСТЬ стенки при действии касательных на..
"ряжений. Вблизи опоры в стенке развиваются значи-
тельные касательные напряжения, вызывающие ее пере
кос. В результате этоrо стенка может выпучиться по по..
верхности, близкой к синусоидальной (рис. VI.20, а), в
направлении rлавных напряжений сжатия (рис.
\171.20, б).
Критическое напряжение стальной прямоуrольной
u
пластинки, закрепленнои по всем сторонам и находя..
щейся под действием равномерно распределенных по
контуру касательных напряжений (рис. VI.21), опреде-
ляют по формуле
'(СТ == {k1t2 Е /[ 12 (1 ----- ,\,2) ]}(t / Ь)2 == О, 9kE (t/b)2, (VI.38)
аналоrичной формуле (VI.36). Отличие состоит в том,
что в данном случае Ь ......... меньшая сторона контура пла-
стинки (стенки).
Соrласно исследованиям С. П. Тимошенко, при шар-
нирном опирании пластинки с отношением сторон J.t==
==alb l k 5,З5+4/J.t2. Тоrда на основании зависимо-
сти (VI.З8)
'{СТ == 0,9Е (5,35 + 4/ 2)(t/b)2.
..... 184 .........
Учитывая, что расчетное сопротивление (предел 1'e
кучести) при сдвиrе R8==0,58RJ/' полученное выражение
можно привести к виду:
'(СТ == (0,9/0,58)(5,35 + 4/,...,2)(Rs E/Ry)(t/b)2
8,З (1 + О, 76/Ji2) Rs i f'
rде e/ == (b/t) V Ry/ Е .
[лава <;:НиП 11 23 81 рекомендует формулу
'tcr== 10,3 (1 + 0,76/,...,2) Rs/A f. (VI.З9)
содержащую поправку на упруrое защемление стенки
поясами.
Для стенок алюминиевых балок, соrласно rлаве
СНиП 11..24-74,
2) /--2
'tcr==з,5(1 +0,76/,..., Rs Леf. (VI.З9а)
Анализ последних зависимостей показывает, что
устойчивость стенки может быть достиrнута тремя спо..
собами: 1) увеличением ее толщины; 2) уменьшением
высоты; 3) устройством ребер жесткости, пересекающих
возможную поверхность выпучивания (штриховые вер..
тикальные линии на рис. VI.20, а).
Утолщение и, следовательно, утяжеление стенки He
выrодно, поскольку б6льшую часть изrибающеrо MOMeH
та (до 90 О/о) воспринимают пояса и только незначи..
тельная доля приходится на стенку. Уменьшение BЫCO
ты стенки является рискованным мероприятием, так как
оно вызывает уменьшение момента инерции площади
поясов относительно нейтральной оси и может привести
к недостаточной жесткости балки. Таким образом, из
менение толщины и высоты стенки малоприемлемо.
Значительно экономичнее устройство pe d
бер жесткости. Они разбивают балку на
отдельные, работающие независимо один
от друrоrо отсеки (см. рис. VI.18). Kpo
ме Toro, поперечные ребра помоrают ocy
ществлять сопряжение взаимно перпен
дикулярных балок в одном уровне.
Ребра жесткости конструируют пар
ными, т. е. устанавливают симметрично
по обе стороны стенки (рис. VI.22), или
односторонними. Последние возможны из
одиночных уrолков, привариваемых к
стенке пером. Расстояние между ребра.. PJIC. VI.22
185 ----
ми не ДОЛЖНО превышать: в стальных балках 2hw при
условной rибкости стенки 1w==:(hw/tw) VRy/E>3,2 и
2,5hw при1w з,2, в алюминиевых......... 21lw при любом зна-
чении ЛW.
Ширина выступающей части парноrо симметрично-
ro ребра в миллиметрах определяется по эмпирической
формуле
bh hw/ЗО + 40.
(VI . 40)
одиночноrо ребра
bh hw/24 + 50. (VI.40a)
Толщина ребер в стальных балках должна быть не
менее 2bh -{ Ry/E. в алюминиевых не менее bh/12.
Для пропуска поясных швов и снижения усадочных
напряжений ребра должны иметь скосы (обычно разме-
ром с==БО мм по высоте и d==40 мм по ширине). Прива-
ривают ребра к стенке сплошными двусторонними или
односторонними уrловыми швами минимальной толщи-
ны (kf==4 5 мм. см. 21. табл. V.б). Применение тон-
КИХ (<<ниточных») швов является одним из мероприя-
u
тин против возникновения так называемоrо «хлопуна
(коробления стенки) недопустимоrо дефекта конст-
рукции, трудно поддающеrося правке.
В сварных двутавровых балках конструкций rрупп
2 4 ребра жесткости следует устраивать, как правило,
с одной стороны стенки. В балках с односторонними
поясными швами ребра жесткости должны распола-
u
rаться СО стороны стенки, противоположнои швам.
Укрепление стенки ребрами жесткости необходимо
не всеrда. Установим, в каких случаях ее устойчивость
может быть обеспечена без промежуточных поперечных
ребер и в каких случаях при наличии этих ребер про-
верка устойчивости не требуется.
Если балка имеет поперечные ребра жесткости толь-
ко на опорах, то меньшим размером стенки является ее
высота hw, а больший размер а фактически равен длине
пролета [. В этом случае a b, Jl===a/hw, и формула
(VI.39) упрощается ввиду малости BToporo слаrаемоrо:
/ 2
't'cr == 10.3Rs Леf' (VI.41)
ПО ранее изложенным соображениям критическое
напряжение должно быть не ниже предела текучести
при сдвиrе. Тоrда
10,3Rs (Е/ RJJ) ( tw/hw )2 Rs.
----- 186 -----
ПОль3уясь.... введенной выше величиной условной rиб-
кости стенки л.w, ПРИХОДИМ к выводу, что при отсутствии
подвижной наrрузки на поясе стальной балки стенку
можно не укреплять промежуточными ребрами жестко-
сти, если
w < V 10,3 == 3,2. (VI. 42)
При наличии подвижной наrрузки, cor ласно rлаве
СНиП 11..23-81,
< 2,2. (VI.42a)
Размещение поперечных ребер жесткости на макси-
мально допустимых при лw>3,2 расстояниях a==2hw уве-
личивает критическое напряжение до значения
( 2) / 2 /--2
't'cr == 10,3 1 + 0,76/2 Rs Ле! == 12,3Rs Ле!'
а условную rибкость стенки, безопасную с точки зрения
u
потери устоичивости в случае отсутствия местных напря-
u
женин, до
Aw < V 12,3 == 3,5. (VI.43)
Если на участке между ребрами жесткости действует
местная наrрузка, то указанная rлава СНиП разрешает
не проверять устойчивость стенки при
A[I,,<2,5. (VI.4За)
Для балок с односторонними поясными швами нера-
венство (VI.43) записывается в виде:
w 3,2. (VI.4З6)
В остальных случаях расчетом должно подтверждать..
ся выполнение условия
't' == Q/ (tw hw) 't'cr Ус, (VI. 44)
rде 't' ----- среднее касательное напряжение в стенке (в предположе-
нии чистоrо сдвиrа); Q ----- поперечная сила посередине рассматри-
BaeMoro отсека; Ус ----- коэффициент условий работы, принимаемый по
табл. 2 прил. 1.
Если окажется, что т > ТстУс, то необходимо умень"
шить расстояния между ребрами а (см. рис. VI.18) и тем
самым повысить критическое напряжение.
Проверка устойчивости стенок алюминиевых балок
не требуется, если
hw/tw 70 ----- 5n, (VI. 45)
rде в зависимости от расчетноrо сопротивления сплава
n== 1430 Ry/E l. При hw/1w>60 стенки необходимо УК-
187
реплять поперечными ребрами жесткости. В балках с
местной наrрузкой по верхнему поясу проверка устойчи..
воети стенки производится в порядке, указанном ниже.
Особенность сквозных стальных двутавров (см. рис.
VI..3) заключается в том, что их экономичность в значи-
тельной мере определяется отсутствием ребер жесткости.
Для этоrо необходимо выполнение условия
hef/tw 2,5 V E/Ry. (VI.46)
При этом должна быть обеспечена также устойчивость
стенки сжатоrо (BepXHero) тавра:
hef,t/tw <: 0,45 (1 + 0,25 V2.....bj/hef) V E/Ry. (VI.47)"
В записанных неравенствах: hel...... расчетная высота стенки
Авутавра; he/,t то же, стенки сжатоrо тавра; bl...... ширина полки
тавра.
Устойчивость стенки при действии нормальных на-
пряжений. По мере удаления от опор влияние касатель-
НЫХ напряжений уменьшается, и ближе к середине про-
лета разрезной балки более вероятной причиной потери
u
}'стоичивости стенки являются нормальные напряжения
(рис. VI.23). Характер ИХ распределения по высоте пла-
стинки-стенки, от KOToporo зависит значение коэффици-
ента k в формуле (VI.36), определяется параметром
а == (о 01)/0, (VI.48)
rде о ----- наибольшее наПРЯ)l{ение сжатия на уровне BepXHero пояс-
Horo шва; 01 напряжение растяжения на уровне нижнеrо шва.
Оба напряжения берутся с учетом ИХ алrебраических Зfiаков (при
сжатии с минусом, при растяжении ----- с плюсом).
\
\
w
--- ...
,. "'"
"
.,. ...
...... ..... ..
............_ .....".
0(=2
Рис. VI.23
188
Степень упруrоrо защемления стенки в поясах учиты-
вают коэффициентом
б == pJ j/ Jw == Р (bj/hw)(tj//w)3. (VI. 49)
Здесь Jf ==bft / 3 момент инерции площади сечения сжатоrо поя-
са при кручении; I w==hwt /3""'TO же, стенки; р == 00 при непрерыв-
ном опирании на сжатый пояс балки жестких плит; р == 0,8 в прочих
случаях наrружения балок перекрытий.
Введем обозначение 0,9k==cCT' Тоrда с учетом Toro,
что b==hw, формулу (VI.36) можно переписать в виде:
Ост == ССТ Ry (Е / Ry)(tw/ hw)2,
или, выделяя выражение условной rибкости стенки,
/"2
(Jcr == С cr Ry ЛW . (VI. 50)
Значения коэффициента ССТ, отвечающие случаю чис-
Toro изrиба (а===2) стальных сварных балок, приведены
в табл. VI.4. ДЛЯ алюминиевых балок ССТ== 10.
т а б л и ц а VI.4. Коаффициент Се, ДJlЯ стаJlЬНЫХ сварных баJlОК
б 0,8 1 2 4 I 6 10 I 30
Сс' 30 31,5 33,3 34,6 34,8 35,1 35,5
Если по-прежнему критическое напряжение будет не
меньше предела текучести, то при минимальном защем-
лении стенки в поясах стальной балки (сст==30)
30Ry (Е / Ry )(tw/ hu,)2 Ry,
откуда
tw (hw/V зо)V Ry/E == (hw/5,5) V Ry/E,
и становится понятным происхождение соотношения
(VI.12), приведенноrо в 24.
Сравнение формул (VI.50) и (VI.39) показывает, что
критическое нормальное напряжение значительно выше
критическоrо касательноrо, поэтому потеря устойчивости
U u
от деиствия нормальных напряжении опасна только для
сравнительно тонких стенок.
Если соотношение (VI.12) не выдерживается, то стен-
ка в сжатой зоне должна быть укреплена продольным
ребром жесткости (rоризонтальные штриховые линии на
рис. VI.23). В противном случае она считается rибкой,и
ее расчет базируется на иных теоретических предпосыл-
ках (см. 30).
189 ......
о
6
6
Рис. VI.24
УСТОЙЧИВОСТЬ стенки при совместном действии нор-
мальных и касательных напряжений. При поперечном
изrибе балка почти на всем протяжении испытывает од-
новременное воздействие нормальных и касательных на-
пряжений (рис. VI.24). ДЛЯ устойчивости стенки оно
представляет особую опасность вблизи мест изменения
сечения разрезных балок и в надопорных частях консоль-
ных и неразрезных балок (у промежуточных опор).
в этом случае потеря устойчивости может произойти при
напряжениях O , и '[' , меньших чем критические нап-
v
ряжения Ocr И 't'cr, соответствующие раздельному деист..
v
вию нормальных и касательных напряжении, Т. е.
a ,/ac,< 1 и Tr:,./Tcr< 1. Эти отношения находятся в функ..
v v
циональнои зависимости друr от друrа, определяемои ус-
ловиями устойчивости (характером закрепления пластин-
ки, соотношением сторон ее контура и Т. п.). Исследова-
ния С. п. Тимошенко, п. Ф. Папковича*, а позднее
Б. М. Броуде показали, что указанная зависимость опи-
сывается уравнением
(0;,/ tТc,) 2 + ( '( ,/ 'tcr) 2 + 1/8 ( O:,!tТcr)( 't r/ '(с,) == 1,
или, если пренебречь ввиду малости последним членом в
левой части, уравнением окружности
( O r/ Ocr)2 + ( 't r/ 'tcr)2 == 1. (VI. 51)
В целях обеспечения устойчивости стенки фактичес-
кие напряжения в ней Не должны превосходить критиче-
* Л. Ф. Лапковuч (1887 1946) ----- советский ученый и инженер,
основные тру ды KOToporo посвящены строительной механике ко-
рабля.
190 ........
ских значений: о' -< O';r И 't -< 't r. Тоrда условие устойчи
вости стальной пластинки стенки принимает вид:
V (0/ ост)2 + ('t/'tcr)2 Ус, (VI. 52)
rде 0== (М/Jж)hw/2 краевое напряжение сжатия в рассматривае-
мом отсеке; 't..... среднее касательное напряжение в том же отсеке,
определяемое по формуле (VI.44); ОСТ и ТСТ..... критические нормаль-
ное и касательное напряжения при их раздельном действии, вычис-
ляемые по формулам (VI.50) и (VI.З9).
Аналоrично в алюминиевых балках должно удовлет-
воряться неравенство
V(0/Ocr)2 + ('t/'tcr)2 < 'б'Ус. (VI.52a)
Здесь Тет критическое касательное напряжение, вычисляемое по
формуле (VI.З9а); '6 == 1 {Е/[45 (0,О02Е + Ry)]}(oi/ Ry 0,7)2;
0i == V '/802 + 3't2; RlI ..... расчетное сопротивление сплава.
Если O'iIRy O,7, то принимают i)t== 1. Значения
Oi/Ry> 1 не допускаются.
Проверку условий (VI.52) и (VI.52a) производят в
балках, укрепленных только поперечными ребрами же-
сткости, если не выполняются соотношения (vI.43).........
(VI.43б), (VI.45). Если условия (VI.52) и (VI.52a) не
соблюдаются, то в подкоренном выражении должны быть
увеличены знаменатели, что достиrается конструктивны-
ми мероприятиями, рекомендованными при раздельном
рассмотрении нормальных и касательных напряжений.
В случаях, коrда к напряжениям о' и 't добавляются
местные напряжения смятия, устойчивость стенки балки
перекрытия проверяют по формулам, полученным на ос-
нове обобщения уравнения (VI.51). В стальной балке
должно выполняться условие
V(0/Ocr+Oloc/Oloc,cr)2+('t/'tcr)2 -< Ус, (VI.53)
в алюминиевой
V (О/Ост + <Jloc/ 010c,cr)2 + ('t/'tcr)2 0,9'6. (VI. 53а)
Здесь Oloc ..... местное напряжение, подсчитываемое по формуле
(VI.24); О'ос,СТ ---- критическое значение MeCTHoro напряжения, опре-
деляемое по формуле
/8002
0lос ,cr == С1 Ry Ла'
(VI.54)
rде Сl коэффициент, принимаемый по табл. VI.5 в зависимости от
отношения сторон a/hw рассматриваемоrо отсека стенки (а рас-
стояние между осями поперечных ребер жесткости) и 8 стальных
баЛI<ах ---- от коэффициента защемления стенки в поясах 6; Ла-
== (а} tfIJ) V Ry/ Е .
..... ) 91 .....
Таблица VI.5. КО9ффициент с. ДЛЯ сварных балок
Значения СI при a/hи.,
БалКи 6 ..;;0,5 I 0,6 I 0,8 I J 1,2 I 1,4 I 1,6 J 1,8 I
1 >2
Стальные 1 11 ,5 12,4 14,8 18,0 22,1 27,1 32,6 38,9 45,6
2 12,0 13,0 16, 1 20,4 25,i 32,1 39,2 46,5 55,7
4 12,3 13,3 16,6 21,6 28,1 36,3 45,2 54,9 65,1
6 12,4 13,5 16,8 22,1 29,1 38,3 48,7 59,4 70,4
10 12,4 13,6 16,9 22,5 30,0 39,7 51,0 63,3 76,5
30 12,5 13,7 17,0 22,9 31,0 41,6 53,8 68,2 83,6
А.пЮМИ- 3,80 4, 13 4,93 6,0 7,37 9,03 10,9 13,0 15,
ниевые
2
Т а б л и ц а VI.6. Предельные значения а,ос!а для стальных
сварных балок симмеТРИЧНОJО сечения
Значения а ,ос/а при a/hw
6 I I I I I I
0,8 0,9 1 1,2 1,4 1,6 1,8 >2
< 1 О О, 146 О, 183 0,267 0,359 0,445 0,540 0,618
2 О 0,109 О , 169 0,277 О ,406 0,543 0,652 0,799
4 О 0,072 О, 129 0,281 0,479 0,711 0,930 1 , 132
5 О 0,066 О, 127 0,288 0,536 0,874 1,192 1 ,468
10 О 0,059 О, 122 0,296 0,574 1 ,002 1 ,539 2, 154
30 О 0,047 0,112 О, 300 0,633 1 , 283 2,249 3,939
Критическое нормальное напряжение Ocr В этом слу-
чае зависит от частоты расположения поперечных ребер.
При частом расположении .<ajhw O,8) отсек может BЫ
пучиться только по одной полуволне (рис. VI.25, а) и
Ocr определяют по формуле (VI.50) t невзирая на MeCT
ные напряжения. При более редком расположении
(ajhw>O,8) возможны два случая. Если отношение
Oloc/a велико (превышает значения, указанные в табл.
VI.6), то выпучивание отсека может произойти тоже по
одной полуволне (рис. VI.25, б), и критическое напряже
ние подсчитывают по формуле
/--2
аст == С2 Ry ЛW ' (VI. 55)
rде С2 коэффициент, принимаемый по табл. VI.7. Ta
ким образом, в рассматриваемом случае напряжения
смятия препятствуют выпучиванию стенки от действия
нормальных напряжений и увеличивают протяженность
первой полуволны выпучивания.
Если отношение Oloc/a не превышает табличных зна
...... 192 ......
о)
1', ,
I
I
,
I
!' 48лw
... ... .-"
..... .... ..,... I
F
6)
,
\
\ I
I
I
,
I
o>48hw
,'" .... "...
1'..... ... "., .
F
6) F
{
,
,
\ "
, ,
I \
I \
;
,o/2 r! ,L
Рис. VI.25
т а б п и Ц а VI.7. Козффициент С2 дЛЯ сварных балок
Значения С2 при a/hw
1,2 11,4 11,611,8 I 2 12,2 12,4 I 2,6
Балки
<0,81 0,9 I 1
Стальные ПО 37 39,2 45,2 52,8 62 72,6 84,7 84,7 84,7 84,
Табл.
VI.4 I
Алюмини- ...... ...... 11 ,4 13,1 15,3 18 21 24,5 28,4 32,6 37,
е8ые
1
1
При м е ч а н и е. Если отношение ajhw>'l" то принимают a==2hIO.
чеНИЙt то форма выпучивания отсека может иметь две
полуволны (рис. VI.25, в), и O'er определяют по формуле
(VI.50), а O'loe.er по формуле (VI.54) с заменой рассто-
яния а на а/2 как в самой формуле, так и в табл. VI.5.
Алюминиевые балки и асимметричные стальные
(с более развитым сжатым поясом) при a/flw>O,8 про-
веряют дважды независимо от отношения O'loe/O'. При
этом для последних вместо высоты стенки hw в формулы
(VI.50), (VI.55) и табл. VI.7 подставляют значение he/t
равное удвоенному расстоянию от нейтральной оси бал-
ки до rраницы сжатой зоны стенки. Критическое каса-
тельное напряжение Тет во всех случаях вычисляют по
фактическим размерам отсека, пользуясь формулой
(VI.39) дЛЯ стальных балок и (VI.39a) для алюминие-
вых.
Стенку балки симметричноrо сечения, укрепленную
кроме поперечных ребер продольным ребром жесткости,
проверяют в порядке, указанном в rлавах СНиП 11-23-81
и 11-24-74.
Расчет на устойчивость стенок стальных балок сим-
метричноrо сечения с учетом развития пластиче ких де..
формаций при отсутствии местных напряжении и при
13 462 ----- 193 -----
Z.. t,
.. 'о
F
to
F
to
F
ео
F
to
F
tD
,.
о
"
"
=---=-----
I J
1 150 см
ts
о
t
о
f
t/2
-=--_-_--=- _-_--==--=- '::t _-_
Рис. VI.26
1:==Q/(twhw) -< 0,9R8; AJ1Aw> 0,25; 2,2 < ЛW < 6 следует
выполнять по формуле
M RyYch;tw(AfIAw+a), (VI.56)
тде а == 0,24 О, 15 (1'/Rs)2 8,5.10----3 ( w 2,2)2 . (VI. 51)
Пример VI.4. Проверить устойчивость балки, рассмотренной в
примерах VI.l VI.3, при условии, что расчетная наrрузка q' ==
== 188 кН/м передается на ее верхний пояс прокатными балками на-
стила (двутавры .N'2 30), которые установлены с шаrом 10== 1 м
(рис. VI.26).
Реш е н и е. Про верка общей устойчивости балки. На крайних
,
участках, rде уменьшена ширина поясов, отношение lo/b f == 100/20==
==5 меньше наибольшеrо значения, подсчитанноrо по фОрМУJIС
(VI.30) :
le.f/bf == [8 + 0,0032Ь;/ t, +( Тlb,/ t,) b;/(hw tf) ]У E/Ry ==
== [0,35 + 0,0032.20/2,5 + (0,76 ----- 0,02.20/2,5) 20/(130 ----- 2,5)] Х
Х V 206.103/215 == (0,35 + 0,0256 + 0,094) 30,95 == 14,5.
в средней части балки, r де отношение 10/ Ь / == 100/40 == 2,5,
допускается развитие пластических деформаций в сечении с мак-
симальным изrибающим моментом. Следовательно, наибольшее зна-
чение этоrо отношения необходимо умножить на понижающий ко-
----- 194
эффициент, который при с==с. == 1,09 составляет б == 1-----0' 7 == 0,3.
Отсюда
бlеj/Ьj == 0,3 [0,35 + 0,0255 + (0,76 ----- 0,02.40/2,5) 40/127,5] Х
Х 30,95 == 4,8 > 2,5.
Таким образом, общая устойчивость балки обеспечена.
Устойчивость сжатоzо верхнеео пояса также обеспечена, по-
скольку, соrласно примеру VI.1,
bef/tj == 7,8 < О, l1hw/tw == 13,75.
П роверкй устойчивости стенки. Условная rибкость
== (hw/tw) V Ry/E == (125/1) V 225/(206.103) ----
== 125/30,26 == 4,13> 3,2,
т. е. условие (VI.42) не выполняется и .!!.еобходимо поставить по..
перечные ребра жесткос.ти, а так как ЛlО > 2,5 [см. соотношение
(VI.43a)], то необходима и проверка устойчивости стенки.
Вследствие частоrо расположения балок настила прежде Bcero
целесообразно выяснить, возможна ли расстановка ребер на рас..
стоянии, равном удвоенному шаrу балок:
а == 210 == 2. 1 м == 2 м < 2hw == 2. 1 , 25 м == 2,5 м.
Проверяем устойчивость стенки с учетом местных напряжений
под балкой настила в отсеке, rде изменяется сечение рассматри-
ваемой балки, т. е. на расстоянии z == 10 == 1 м от опоры. Изrибающий
момент, соrласно аналитическому выражению (б) примера VI.3,
М == q' z (1........ z)/2 == 188.1(12 ----- 1)/2 кИ.м == 1034 кИ,м.
Поперечная сила, соrласно тому же примеру,
Q == q' (1/2..... z) == 188 (12/2..... 1) кН == 940 кИ.
Краевое нормальное напряжение в стенке
(J == (М! J ) hw/2 == [1034.103/(569.10....5)] 1,25/2 Па
114.108 Па == 114 МПа.
Среднее касательное напряжение по формуле (VI.44)
't == QI(tw hw) == 940.103/(0,01.1 ,25) Па 75.106 Па == 75 МПа.
Местное напряжение, соrласно формуле (VI.24),
O"loc == Р/[ tw (Ь + 2tj)] == 188.103/[0,01 (0,135 + 2.0,025)] Па
102.106 Па == 102 МПа.
Здесь F==q'l/п== 188.12/12 кИ== 188 кН представляет собой сосредо..
точенную наrрузку от балок Нё:tстила, опирающихся на рассматр[!"
ваемую балку (n==l/lo== 12/1 == 12). Длина наrруженноrо участка Ь==
13,5 см соответствует ширине полки двутавра Н2 30, из KOToporo за.
проектированы балки настила (см. табл. 5 прил. 3).
Коэффициент защемления стенки в поясах по формуле (VI.49)
б == (Ь,/ hw)( t,/ tw)3 == 0,8 (20/125)(2,5/1)3 == 2.
Отношение сторон отсека
р, == а / hw == 2/1 ,25 == 1,6.
13* t95
Отношение напряжений (см. табл. VI.6)
Oloc/a == 102/114 == 0,895 > 0,543.
Следовательно, критическое нормальное напряжение определяем по
формуле (VI.55):
аС, == С2 Rу/Л == 62.225/4,1з2 МПа == 818 МПа,
rJle С2== 62 по т.абл. VI.7.
Критическое местное напряжение по формуле (VI.54)
/ 2 2
О/ос,с, == С} Ry Ла == 39,2.225/6,61 Л1Па == 202 МПа,
rде коэффициент С2==39,2 принят по табл. VI.5, а
Аа == (a/tw) V Ry/E == (200/1)/30,26 == 6,61.
Критическое касательное напряжение по формуле (VI.39)
'(cr == 10,3 (1 + 0,76/,...2) Rs/X;, == 10,3 (1 + 0,76/1,62) Х
Х 130/4,132 МПа == 102 МПа,
rде ЛеJ ==Лw, поскольку меньшей стороной отсека является высота
стенки hw.
Найденные напряжения и их критические значения ПОДСТавляеJ\f
в формулу (VI.53):
V а/а cr + aioc/ a10c,c,)2 + ('t/Tcr)2
== V (114/818 + 102/202)2 + (75/102)2 == 0,978 < 1.
Таким образом, принятая расстановка ребер жесткости обеспе-
чивает устойчивость стенки, и нет необходимости укреплять ее под
каждой балкой настила. Проверка отсека с наибольшим изrибающим
моментом не требуется ввиду незначительной поперечной силы.
Конструирование промеЖУТОЧНblХ ребер жесткости. Так как бал-
ки перекрытий относятся к конструкциям rруппы 2, ребра жесткости
следовало бы устроить односторонними. Однако минимально до-
пустимая ширина их выступающей части, соrласно формуле (VI.40a),
bh == hw/24 + 50 == 1250/24 + 50 мм == 102 мм
превышает ширину свеса уменьшенноrо пояса:
( Ь ,----- tw) /2 == (200 ----- 1 О) /2 мм == 95 мм.
Поэтому конструируем парные ребра (см. рис. VI.22), ширина ко-
торых удовлетворяет соотношению (VI.40):
bh hw/30 + 40 == 1250/30 + 40 мм == 81 ,7 мм.
Окруrляя, принимаем bh ==85 мм. Толщина ребер
ts == 2bh V Ry/E == 2.85/30,26 6 мм.
Предусматриваем полуавтоматическую приварку ребер к стен"е
сплошными двусторонними швами минимальной толщины (kJ==4 мм).
196
При шарнирном опира-
нии сварных балок на ниже-
лежащие конструкции пере...
дачу опорной реакции осуще-
ствляют через парные опор-
ные ребра, плотно приrнан-
ные или приваренные к ниж-
нему поясу балки (рис.
VI.27, а), а также посред-
:твом диафраrмы с фрезеро-
ванным нижним краем, при-
варенной к торцу балки по всему контуру опирания
(рис. VI.27, б).
Размеры пристроrанноrо опорноrо ребра или диа-
фраrмы устанавливают из расчета на смятие их торцов:
t 19. ДЕТАЛИ ОПИРАНИI &АЛОК
О)
6}
I r=
1111
Торец 1" Торец
лput'; V v nfll:!!!lXJ..
L . Иlть
=f+: {h
!4d dW
;t
Рис. VI.27
Ар :). V/Rp,
(VI . 58)
rде Ар..... требуемая площадь смятия, м2; v..... опорная реакция, Н;
Rp ..... расчетное сопротивление смятию торцовой поверхности, Па,
принимаемое по табл. 1.2 или 1.3.
На практике обычно задаются одним из размеров се-
чения опорноrо ребра (диафраrмы), а второй определяют
исходя из требуемой площади смятия. При этом должн.ы
соблюдаться оrраничения, указанные на рис. VI.27, и ус..
ловия, при которых обеспечивается устойчивость ребра
или диафраrмы [см. 24, формулы (VI 19), (V.20)].
Вследствие недостаточных размеров ребра опорный
u u
участок стенки может потерять устоичивость из свое н
плоскости, поэтому ero рассчитывают на продольный из..
rиб как стойку с расчетной длиной, равной высоте стен-
ки:
а == V /(q>As) < Ry,
(VI.59)
rде ер...... коэффициент продольноrо изrиба, принимаемый для сталь-
ных элементов по табл. 2 прил. 2, для алюминиевых по rлапе
СНиП 11 24 74; Ав условная площадь сечения стойки, включаю-
щая опорные ребра и полосу стенки шириной s==0,65tw 1,1 E/Rи с
каждой стороны ребра (в алюминиевых балках s== 12tw); RfI..... рас...
четное СОПРОТИВJlсние сжатию, принимаемое по табл. 1.2 или 1.3.
Див.фраrму с частью стенки шириной s проверяют на
устойчивость так же, как и опорные ребра. Кроме ребер
и диафраrмы на действие опорной реакции должны быть
проверены ПРИl{репляющие их к стенке сварные швы.
197 -----
Шарнирное опирание широко применяется в балоч-
ных конструкциях. Значительно реже встречаются жест-
кие опорные узлы. Они характерны rлавным образом для
мноrоэтажных каркасных зданий.
Пример VI.5. Рассчитать и законструировать опорный узел свар-
ной балки перекрытия, рассмотренной в предыдущих примерах.
Реш е н и е. Выбор конструкции оnирания. Расчетное сопротив-
ление СМЯТИIО листовоrо проката ТОЛЩИНОЙ 4 20 мм из стали мар-
ки ВСт3пс6 составляет, соrласно табл. 1.2 и 1.1, Rp ==Rи :::::;350 МПа.
Требуемая площадь смятия по формуле (VI.58) и в соответствии с
примером VI.2
Ар :> V / Rp == 1130.103/(350.108) м2 == 32,3.]().....4 м2 == 32,3 см2.
Опорную реакцию можно полностью передать через ребра, плот-
но приrнанные к нижнему поясу балки после пристрожки (см. рис.
VI.27, а). Их ширина, исходя из ширины поясов на опоре, состаВJlТ
bh== (b;-----tw)f2==9,5 см (см. пример VI.4). Однако толщина каж-
доrо ребра с учетом скоса размером d == 40 мм для пропуска пояс-
Horo шва (см. рис. VI.22) получится слишком большой:
ts :> Ap/(2bs) == Ар/[2 (bh ----- d)] == 32,3/[2(9,5 ----- 4)] см 3 СМ.
Поэтому вместо опорных ребер предусматриваем торцовую диа-
фраrму (см. рис. VI.27, б). Ее ширину bd назначаем равной ширине
,
поясов балки на опоре Ь,. Тоrда необходимая толщина диафраrмы
td Ap/bd == 32,3/20 см == ] ,62 СМ.
Прияимаем полосу сечением bd Xtd ==200Х 18 мм, что удовлетворя-
ет требованиям указанноrо ри<'унка и формулы (VI.19). При этом
нижний край может быть выпущен не более чем на а== 1,5 td== 1,5Х
Х 18 мм == 27 мм, так как в противном случае расчет придется вести
не на смятие, а на сжатие (Rv==225 МПа).
Проверка устойчивости условной опорной стоики. Площадь таи-
pOBoro сечения
Ав == st + bd td == 0,65t V Е/ Ry + bd td == 0,65.12 Х
Х 30, 26 + 20. 1 ,8 см2 == 55, 7 см2.
Момент инерции площади сечения относительно оси z без учета
момента инерции участка стенки (ввиду малости)
J z t d b / 12 == 1,8. 203/12 см4 == 1200 см4.
Радиус инерции
il == V J 2/ As == V 1200/55, 7 см == 4 ,64 см.
f'ибкость стойки С расчетной длииой, равной высоте стенки:
ЛZ == l:w/iz == 125/4,64 27.
Коэффициент продольноrо изrиба по табл. 2 прил. 2 <р == 0,942.
Напряжение по формуле (VI.59)
(J == V /(q>As) == 1130.103/(0,942.55,7. 10 4) Па ==
== 215.108 Па == 215 МПа < Ry,
т. е. УСТОЙЧИВО<fТЬ обеспечена.
........ 1 98 .....
Расчет сварных швов. Ilредусматриваем приварку диафраrМhI
по всему внутреннему контуру ее касания с балкой. 110 YC..'IOBHO счи-
таем. что опорная реакция передается толы{о вертикальными шва-
ми. Тоrда при двух таких швах. заваренных полуавтоматически в
один проход с ИСП01ьзованием сварочной проволоки марки Св-ОВА,
и не доведенных до обоих поясов на расстояние А==60 мм, соrласно
формуле (V.l О) находим
kf :> У/[2Р! (hw 2L\ б) Rwf == 1130.103/[2.0,9 (1 ,25...
----- 2. О , 06 ..... О , 01) 180. 106] М == 3, 1 · 1 о з М == 3, 1 мм.
Расчетное сопротивление cBapHoro соеДdнения Rwf== 180 МПа
принято по табл. У.2. Поскольку марка проволоки соответствует
марке стали, rруппе конструкции (в любом климатическом районе)
и удовлетворяет условию (V .12), достаточно оrраничиться расчетом
по металлу шва. В соответствии с табл. V.6 конструктивно назна-
чаем kt==6 мм. Указание об оrраничении расчетной длины фланrо-
вых швов (см. 21, п. 6 конструктивных требований) на рассмат-
риваемый случай не распространяется. так как усилие сдвиrа от
опорной реакции действует по всей высоте диафраrмы.
Сравнение обоих вариантов конструктивноrо решения опорной
части сварной балки показывае что вариант с торцовой диафраr-
мой предпочтительнее. При одинаковой толщине диафраrма за счет
своей ширины и отсутствия скосов всеrда будет иметь большую,
чем опорные ребра. площадь смятия. Кроме Toro. наличие диафраI'-
мы позволяет опирать балку на колонну как сверху, так и сбоку.
Устройство же ребер допускает опирание только сверху.
t 30. ОСОIЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИSI IАЛОК
С rИIКОА СТЕНКОА
в настоящее время получают распространение бал..
КИ, у которых стенка имеет условную rибкость 6<лw
13. Их изrотовляют, как правило, из стали с преде-
лом текучести Ryn 430 МПа. Условие прочности стати-
чески наrруженных разрезных двутавровых балок тако"
ro типа, изrибаемых в плоскости стенки, укрепленной
только поперечными ребрами жесткости, имеет вид:
(М/ Ми)' + (Q/Qu)' < 1. (VI. 60)
Здесь М н Q...... расчетные значения изrибающеrо момента и попереч-
ной силы в рассматриваемом сечении; М u и Q 1 ..... их преде.'Jьные
значения, вычисляемые по формулам:
Ми ==Ry twh [AfIAw+ (0,85/лw)(I.....I/Аw)]; (VI.61)
Qu == Rs tw hw ['tcr/ Rs + 3,3 (1 ....... 'tcr/ Rs) pf.1/ (1 + f.t2)]. (VI. 62)
В этих формулах приняты те же обозначения, что и
для обычных балок (с rибкостью стенки Лw 6). Коэф..
фициент (3 определяют в зависимости от пара метра
а == l8Jt/( УС 'ш h; a'l)]( h + a'l), (VI.63)
..... 1 99 .....
rде lt ....... момент инерции площади TaBpoBoro сечения, состоящеrо 143
сжатоrо пояса баJfКИ и примыкающеrо к нему участка стенки высо-
той s 0,5ttDV EIR1I (относительно собственной центральной оси, па-
раллельноА нейтральной оси балки); ус....... расстояние от указанной
оси тавра до наиболее удаленноrо сжатоrо Волокна (по аналorии
с тавром, входящим в сечение перфорированной балки, см. рис.
V} .12, в); а ..... шаr ребер жесткости.
Если а < 0,03, то == 0,05 + Ба 0,15; (VI.64)
если 0,03 < а < О, 0], то р == О, 11 + за < 0,40.
Условие (VI.60) соrласуется с экспериментальными
данными о предельном состоянии балок при действии из-
rибающеrо момента и поперечной силы, учитывая за-
критическую работу стенки. Определение значения Qu.
основано на предположении, что в отсеке стенки образу-
ется растянутая диаrональная полоса, имитирующая ра-
боту растянутоrо раскоса фермы. Для нахождения значе-
ния Ми В расчет вводятся эффективные участки стенки
у обоих поясов балки.
При проверке стенки на местное давление в формулу
(VI.24) вводят коэффициент условий работы ус==О,75.
Расчет балки на жесткость выполняют по моменту
инерции площади сечения брутто, умно}кенному на пони-
жающий коэффициент б == 1 ,2 O,033 Лw.
Общая устойчивость балок с rибкой стенкой счита-
ется обеспеченной, если наrрузка передается через сплош-
ной жесткий настил или удовлетворяется условие
lej/bf < 0,21 V E/Ry. (VI.65)
Размеры сечения сжатоrо пояса должны подчиняться
условию
bef/tj -< 0,38 V E/Ry . (VI.66)
Сечение поперечных ребер жесткости принимают не
менее, чем у обычных балок. Ребра рассчитывают на yc
тойчивость как стержни, уподобленные стойкам фермы
u u u
С раскоснои решеткои и сжатые силои
N == 3, 3Rs tw hw (1 ..... '{ст / Rs) р,.../ (1 + 2). (VI. 67)
Значение N следует принимать не менее сосредото-
ченной наrрузки, расположенной над ребром. Расчетная
длина стержня [е! == hw (1 ) должна быть не менее
0,7 hw.
Двустороннее ребро рассчитывают на центральное
сжатие, одностороннее на внецентренное с эксцентри-
ситетом, равным расстоянию от оси стенки до центра тя"
..... 200
жести расчетноrо сечения, в состав KOToporo включают
сечение caMoro ребра и полосы стенки шириной s ===
== Ot65twV E/RIJ с каждой стороны ребра.
Опирание балок с rибкой стенкой конструктивно ре-
шается так же, как и обычных балок, с той лишь разни-
цей, что на расстоянии не более lt3tw yE/Rg от опор-
Horo ребра и не менее ero ширины устанавливают допол-
нительное двустороннее ребро JКесткости.
t Эt. стыки &Апои
Различают два типа стыков: заводские и монтажные.
Заводские стыки устраивают при изrотовлении балок.
Необходимость в них возникает вследствие оrраничен
ной длины прокатных листов или ПО конструктивным
сообраJКениям (изменение сечения по длине балки, СМ.
26). Длина широких листов, предназначенных для
стенки, и узких, идущих на пояса, неодинакова, поэтому
заводские стыки элементов балки располаrают в разных
сечениях (вразбежку).
Монтажные стыки выполняют на месте возведения
конструкций, коrда нельзя доставить балку с завода це..
.
ликом из за оrраниченных размеров или недостаточнои
rрузоподъемности транспортных средств. При монтаже
стремятся стыковать в одном сечении как стенку, так и
пояса (универсальный стык), предусматривая членение
балки на отдельные отправочные элементы в соответст-
вии с возможностями наиболее распространенных тран-
спортных и монтажных средств. Для получения больше
ro числа однотипных отправочных элементов монтажные
стыки располаrают посередине разрезной балки или сим..
метрично относительно середины.
Заводские стыки стенки и сжатоrо пояса сварной
балки всеrда делают прямыми (рис. VI.28, а). Стык рас-
тянутоrо пояса устраивают прямым, если напряжения
в поясе не превышают расчетное сопротивление сварно-
ro соединения растяжению. В противном случае стык
или делают косым, или осуществляют с помощью aBТO
u
матическои сварки, или переносят в сечение с меньшим
изrибающим моментом. Следует иметь в виду, что косой
стык, как отмечалось в 20, неэкономичен по раскрою
металла. К тому же он способствует сильному коробле-
нию поясов в зоне cBapHoro шва (рис. VI 28, 6), и поэто..
му для поясных стыков рекомендуется предусматривать
----- 2 О 1 ....
0/ о) щ f
EI: 8ии по
crпpI?ЛК'Р G>
LJ о)
е
+4
tlJ /2 8)
J
Рис. VI.28
J
Рис. VI.29 (t)
автоматическую сварку без разделки кромок с заданным
зазором.
При монтаже автоматическая сварка и физические
способы контроля качества швов затруднены, поэтому
растянутый пояс обычно приходится все"таки соединять
косым швом, что позволяет считать стык равнопрочным
металлу поясов (см. 20).
Стыковое соединение стенки рассчитывают на дейст..
вие изrибающеrо момента и поперечной силы по форму..
лам (Y.5) (Y.8). При этом полаrают, что поперечная
сила передается на стенку полностью, а долю изrибаю..
щеrо момента устанавливают из условия равенства кри"
визны балки и кривизны стенки:
М / EJ == Мш/ EJ ш; Мш == MJ lI.'/ J. (VI .68)
Здесь М...... полный расчетный изrибающий момент в месте стыка;
МШ изrибающий момент, воспринимаемый стенкой; 1..... момент
инерции площади Bcero сечения балки относительно нейтральной
оси; 110 то же, стенки.
При необходимости проверить прочность стыка рас..
тянутоrо пояса пользуются условием (V.l), подставляя
в Hero усилие
N f == (Л1 ..... Мш) /h ,.
(VI.69)
Часто, однако, поясные стыки рассчитывают не на
фактическое усилие, а по несущей способности самих по..
ясов, т. е. исходя из предельноrо усилия, которое 1orYT
выдержать поясные листы. Это создает запас прочности
202 ........
на случай, если возникнет необходимость в реконструк-
ции балки и усилении стыков.
Для TOrO чтобы уменьшить влияние остаточных на-
пряжений сварки, необходимо применять оптимальную
технолоrию выполнения стыка, поэтому соединение поя-
сов и стенки в заводских условиях производится отдель-
но и предшествует заварке уrловых поясных швов.
Если в первую очередь заварить стыки поясов (рис.
VI.29, а), то стык стенки придется выполнять в условиях
достаточно жесткоrо закрепления, что может вызвать
появление трещин в процессе сварки или при остывании
вследствие оrраниченной возможности перемещения за-
мыкающеrо шва стенки. Если это и не произойдет, то
остаточные напряжения растяжения в стенке, суммиру-
ясь с однозначными напряжениями от наrрузки, MorYT
стать причиной снижения прочности балки в сечениях по
основному металлу (вдали от швов). Здесь отсутствует
упрочняющее влияние местных пластических деформа-
ций, что в известной мере характерно для caMoro шва.
При изменении последовательности наложения швов,
коrда в первую очередь заваривают стык стенки (рис.
VI.29, б), значительные напряжения растяжения возни-
кают в стыках поясов. Это может привести к снижению
усталостной прочности балки (см. Э 18) или к разрыву
поясноrо шва.
Для облеrчения условий монтажной сварки продоль-
ные поясные швы, которые препятствуют свободному пе-
ремещению поясов и стенки, не доводят до оси стыка на
расстояние L\ (рис. VI.29, 8). Тоrда поперечная усадка
шва, завариваемоrо в последнюю очередь, будет воспри-
ниматься элементом длиной L\, и остаточные напряжения
окажутся меньше, чем при жестком контуре. Степень
уменьшения напряжений зависит от длины свободноrо
участка. Однако при указанной последовательности
сварки увеличение L\ способствует короблению стенки
из-за потери устойчивости от возник-
u
новения напряжении сжатия, поэтому
в каждом конкретном случае опти-
мальная технолоrия выполнения сты-
ка может быть различной в зависимос-
ти от условий работы стыка, размерuв
поперечных сечений элементов балки,
свариваемости и т. п. При соединении
двутавровых балок обычно принимают
500 мм. Рис. VI.ЗО
----- 203
Возможен также вариант, коrда при наличии свобод-
Horo участка в первую очередь заваривают стыки поясов.
Тоrда увеличение расстояния L\ может вызвать нежела..
тельный изrиб незакрепленных поясов из-за местных yr-
ловых деформаций (см. рис. VI.28, б). Для предупреж-
дения TaKoro явления поясам придают предварительный
упруrий выrиб противоположноrо направления (рис.
VI.30), который способствует еще большему снижению
остаточных напряжений.
Пример VI.6. Запроектировать монтажный стык сварной балки,
рассчитанной в примерах VI.l----- VI.4. Сварка ручная с применением
визуальноrо контроля качества швов.
Реш е н и е. Поскольку стык стенки не должен совпадать с мес-
том примыкания поперечной балки и приварки ребер жесткости,
предусматриваем стыкование не посередине пролета, а на расстоя-
нии 3,5/0 от каждой из опор (см. рис. VI.26). Таким образом, два
монтажных стыка разбивают балку на три отправочных элемента.
Определение расчетных усилий. Полный изrибающий момент в
месте стыка (см. пример VI.4)
М == q' .3,5/0 (/.....3'5/0)/2 == 188.3,5.1 (12 3,5.1)/2 кН,м
2800 кН,м.
ИзrибаlОЩИЙ момент, воспринимаемый стенкой, соrласно равен-
ству (VI.68), составляет (см. пример VI.2)
Mw == MJw/ J == 2800.163/976 кН. м == 468 кН. м.
Усилие в поясе по формуле (VI.69)
N f == (М ----- Mw) / h[V == (2800 ----- 468) /1 ,25 кН == 1866 кН.
Поперечная сила в месте стыка
Q == q' (//2 ----- 3,510) == 188 (12/2 ----- 3,5.1) кН == 470 кИ.
Расчет стыка растянутоzо пояса. В соответствии с формулами
(V.l) и (У.2)
(Jw == Nf/rtf (Ь! ----- 2/t)] == 1866.103/[0,025 (0,4 ----- 2.0,025)] Па ==
== 213.108 Па == 213 МПа> Rwy == 0,85Ry ==
== 0,85.215 МПа 180 МПа,
rAe R 11 == 215 МПа ----- расчетное сопротивление OCHoBHoro металла
поясов.
Прочность прямоrо cBapHoro шва оказалась недостаточной, по-
этому стык должен быть косым.
Расчет стыка стенки. HopMa.JJbHble напряжения в шве, cor ласно
формуле (У.5),
(JCf1 == 6Mw/[tw (hw 21С(l)2] :=: 6.468.103/[0,01 (1,25 ----- 2.0,01)2] Па ==
=- 186. 106 Па == 186 МПа < Rwy == О, 85Ry==0, 85. 225 МПа 190МПа,
rAe R 11 == 225 МПа ----- расчетное сопротивление OCHoBHoro металла
стенки.
..... 204 .......
Касательные напряжения по формуле (V.6a)
Тш == 3Q/[2tw (hw 2tw)] == 3.468.103/[2.0,01 (1'25.....
....... 2.0,01)] Па == 57.106 Па == 57 МПа« Rws ==
== 0,58Ry == 0,58.225 МПа == 130 МПа.
Следовательно, прочность шва обеспечена. Проверку приведсн-
ных напряжений по формуле (V.7) можно не производить ввиду
малости касательных напряжений.
t 32. ОСО&ЕННОСТИ РАСЧЕТА И КОНСТРУИРОВАНИI
ПОДКРАНОВЫХ &АЛОК
в отличие от балок перекрытий подкрановые балки
J (рис. VI.31) работают на подвижную динамическую
наrрузку от мостовых кранов 5, воспринимая большие
сосредоточенные силы давления крановых колес (кат-
ков) 3 и испытывая одновременное воздействие верти-
кальных и rОРИЗ0нтальных (от торможения крановой
тележки 4) наrрузок. Наиболее распространены сплош-
ные разрезные сварные подкрановые балки симметрич-
Horo ( рис. V J .32, а) и а си м м етр и ч н о ro ( р и с. V 1.32, б) се-
5
1
НI
Рис. VI.Зl
о)
Iy
о)
IY
'у
х
х
Рис. VI.З2
........ 205 .....
2)
'У
d)
у
х
чения. Они проще решетчатых в конструктивном отноше-
нии и при изrотовлении, а также имеют меньшую высоту.
В качестве балок пролетом 6 м под краны rрузоподъ-
емностью до 10 т возможно использование прокатных
двутавров с приваренным к верхней полке листом (рис.
VI.32, в) или уrолками (рис. VI.32, 2).
Высокая интенсивность работы мостовых кранов час-
то приводит к повреждениям в области BepxHero пояса
подкрановых балок. В целях уменьшения местных напря-
жений в стенке от давления катков и повышения сопро-
тивления BepXHero пояса и стенки скручиванию от сме-
щения осн рельса 2 (см. рис. VI.31) с вертикальной оси
балки иноrда проектируют двустенчатые балки (рис.
VI.32, д) .
Соrласно правилам rосударственноrо комитета СССР
по надзору за безопасным ведением работ в промышлен-
ности и ropHoMY надзору (rосrортехнадзор СССР), раз-
личают четыре режима работы кранов с машинным при..
водом: леrкий, средний, тяжелый и весьма тяжелый. Ре..
жим характеризуют следующие показатели (табл. VI.8);
т а б л и ц а VI.8. ПоказатеJlИ режимов работы мостовых кранов
Режим Krp Kr Кс ПВ,% nвнп
Леrкий Большие перерывы 8 работе До 15 До 60
и редкие случаи подъема
rрузов предельной массы
Средний До 0,75 До 0,5 До 0,33 » 25 » 120
т я}({елый » 1 » 1 » 0,33 » 40 » 240
Весьма тяжелый ",1 ",1 ",,1 » 60 » 600
1) коэффициент использования rрузоподъемности
К ---- средняя масса поднимаемоrо за смену rруза
rp ---- ;
rрузоподъемность крана
2) коэффициент rодовоrо использования
К ____ число дней работы 8 rоду .
r---- O '
3) коэффициент суточноrо использования
к ____ число часов работы в сутки .
с ---- 24 '
..... 206 .....
T P Вс t I3tt T
Рис. VI.ЗЗ ,1IF 7' p К
! к J ! t
4) относительная продолжительность включения дви-
rателя крана
время работы механизма подъема в течение цикла
ПВ == ;
продолжительность цикла
5) среднее за смену число включений механизма
подъема в час nвкл.
Балки под краны тяжелоrо и весьма тяжелоrо режи
мов работы должны иэrотовляться из стали марок
ВСт3сп, lвrсп или из низколеrированной стали. [Iри
среднем и леrком режимах работы возможно примене
ние стали марок ВСтзrпс, lвrпс.
Расчет подкрановой балки обычно производят на со-
вместное действие двух сближенных кранов (рис. VI.ЗЗ)
с rрузовыми тележками, тормозящими вблизи балки.
Расчетные значения вертикальных и rоризонтальных Kpa
новых наrрузок определяют по формулам:
F == Рп Yfynkdnc;
Т==Т У/У kdn'
п п с
(VI. 70)
(VI . 71 )
rде Рn ----- нормативная сила вертикальноrо давления колеса крана
на рельс, принимаемая для стандартных кранов по rOCTaM *, д."Я
нестандартных ----- по каталоrам заводов-изrотовителей; 'У! ----- коэф-
фициент надежности по наrрузке, принимаемый по табл. 1 прил. 1
равным 1,1; 'Уn........ коэффициент надежности по назначению, при-
нимаемый по табл. 3 прил. 1: l4J. ----- коэффициент динамичности,
вводимый, соrласно п. 4 примечаний к табл. 1 прил. 1, только при
кранах тяжелоrо и весьма тяжелоrо режимов работы; nс ----- коэф-
фициент сочетания, равный 0,85 при двух кранах леrкоrо и среднеrо
режимов работы, 0,95 при двух кранах тяжелоrо и веСЬма тя-
желоrо режимов работы (учитывает вероятность появления наи-
большей наrрузки одновременно на обоих кранах); Т 11, ..... норматив-
ная rоризонта..1ьная сила торможения rрузовой тележки, приходи-
щаяся на одно колесо крана.
Если предположить, что полная сила поперечноrо
торможения
То ---- f (Р + й) nWblnw
(VI . 72)
* rOCT 6711-----81. Краны мостовые электрические общеrо на-
значения rрузоподъемностью от 80 до 320 т.
..... 20 7 .....
равномерно передается на подкрановую балку через все
ходовые колеса крана, расположенные по одну сторону
ero моста, то
т n == То/по. (VI. 73)
В этих формулах: f..... коэффициент трения при торможении тележ-
ки, принимаемый равным 0,05 для кранов с rибким подвесом rруза
и 0,1 С жестким; р..... номинальная rрузоподъемная сила rлавно-
ro крюка крана, Н (кН); G вес тележки, Н (кН), принимаемый по
rOCTaM на краны (при отсутствии таких данных для кранов с rиб-
ким подвесом rруза допускается считать G == о,зр); nwb ----- число тор-
мозных колес тележки; n1D общее число колес тележки; по....... чис-
ло колес на одной стороне моста крана.
При расчете балок под краны тяжелоrо и весьма тя-
желоrо режимов работы вместо наrрузки от поперечноrо
торможения (VI.71) учитывают воздействие rоризонталь-
ных сил боковоrо давления, вызываемых перекосом мос-
u
TOBoro крана и непараллельностью крановых путеи:
Т t == О, lР n у f У п kd nс'
(VI.74)
Усилия в подкрановой балке находят с помощью ли-
ний влияния. Расчетный изrибающий момент от верти-
кальной наrрузки
Mx==MF==a FiYt'
(VI.75)
rдс а коэффициент, учитывающий собственный вес подкрановых
конструкций и временную наrрузку на тормозных площадках: для
балок пролетом l == 6 м, соrласно справочнику [9], а == 1,05, при
l 12 м а== 1,07; I,FiYi сумма произведений расчетных сил дав-
Jlепия крановых колес, определенных по формуле (VI.70), на соот-
ветствующие ординаты линии влияния.
Из статики сооружений известно, что наиболее HeBЫ
rодное наrружение простой двухопорной балки системой
взаимосвязанных подвижных rрузов имеет место в том
случае, коrда над вершиной треуrольной линии влияния
располаrается критический rруз Fer (рис. VI.34), кото-
Н N
F.=F 4 v=
f кz t' К45 Lcr 1/&7
t d z! ъ 1 J
Рис. VI.З4
Рис. VI.3S
---- 208 ----4
рыЙ определяют с помощью следующих двух неравенств:
(Ra + F cr)/a Rb/b; }
(VI.76)
Ra/a < {Fcr + Rb)/b,
rде R'I равнодействующая rрузов, расположенных слева от КРIl-
тическоrо; Rb ----- то же, справа; а и Ь расстояния критическоrо
rруза до опор.
Неравенства (VI.76) выражают необходимый и до..
статочный признак критическоrо rруза. Удовлетворяю-
u
щее им решение имеет реальныи смысл только в том
u
случае, коrда при установке кранов в наиденное крити-
ческое положение ни один из исследуемых rрузов не сой..
дет с балки. В противном случае весь анализ необходимо
провести заново, учитывая лишь те rрузы, которые рас..
положены на балке. Если суммарная ширина двух сбли..
женных кранов превышает пролет подкрановой балки
(т.е. длину l==a+b на рис. VI.34), приходится делать
несколько попыток определения критическоrо rруза. При
этом, возможно, будут найдены не один, а несколько кри-
тических rрузов. В подобных случаях краны устанавли..
вают в различные критические положения, чтобы вы..
брать из них самое невыrодное (расчетно"критическое).
Расчетный изrибающий момент от поперечной тор-
u u
мознои наrрузки определяют при тои же расстановке
rрузов и по тем же линиям влияния, что и момент от вер-
тикальной наrрузки:
М == N1r == Т}:у .. (У 1 . 11)
у
Расчетные значения поперечной силы от обеих Harpy-
зок находят аналоrично, выявляя соответствующее наи-
невыrодное расположение rрузов.
Компоновку и предварительный подбор сечения под
крановых балок выполняют в той же последовательно..
сти, что и балок перекрытий (см. 24). При проектиро..
вании балок симметричноrо сечения момент сопротивле-
ния следует определять исходя из расчетноrо сопротив"
ления, уменьшенноrо на 5 10 О/о. Это позволяет
косвенно учесть возникновение в верхнем поясе дополни-
тельных напряжений от rоризонтальных сил, которые
суммируются с напряжениями от вертикальной наrрузки.
Проверку прочности подкрановых балок производят
по нормальным, касательным и местным нормальным на..
"ряжениям от сосредоточенной силы давления колеса.
Нормальные напряжения определяют в предположе-
нии, что изrибающий момент от вертикальной наrрузки
14 462
----- 209 -----
воспринимает только подкрановая балка, а момент от ro-
ризонтальной наrрузки тормозная балка (рис.
VI.35, а), в состав которой входят верхний пояс 1 под-
крановой балки, rОРИЗ0нтальный лист 2 и окаймляющий
пояс 3 (в мноrопролетных зданиях пояс смежной под-
крановой балки). Вследствие этоrо сплошную подкрано-
вую балку часто проектируют, как показано на рисунке,
в виде асимметричноrо двутавра с развитым верхним
поясом. Тоrда условие прочности распадается на два:
Ujt == (MF / J Х,nJ ) У, + (МТ / J y,nt) Х < Ry; (VI. 78)
(J jb ==- (М F / J х ,nt ) у ь < R у , (УI . 79)
rде (Jft ----- нормальное напряжение в крайних волокнах BepXHero
пояса балки; (Jfb ----- то же, нижнеrо пояса; Jж,nt ----- момент инерции
ПЛОIЦади поперечноrо сечения подкрановой балки нетто относитель-
но нейтральной оси х; У, и Уь ----- расстояния от оси х до крайиих
волокон соответственно BepXHero и нижнеrо поясов балки; J y,nt
момент инерции ПЛОIЦади сечения тормозной баЛI{И нетто относи-
тельно нейтральной оси у (при отсутствии тормозной балки ----- се-
чения BepXHero пояса подкрановой балки); R1J ----- расчетное сопро..
тивление металла поясов.
При проектировании асимметричной подкрановой
балки важно рационально распределить материал по
поперечному сечению с учетом особенностей напряжен-
Horo состояния. На рис. VI.35, б представлена эпюра
нормальных напряжений в такой балке от действия
только вертикальной наrрузки. Обозначим напряжение
в верхнем поясе через aft,v fJ(Jfb' rде 1')<l коэффици-
ент асимметрии, характеризующий долю напряжений в
верхнем поясе по отношению к напряжениям нижнеrо
пояса, т. е.
1] == Ujt.v/Ufb == (Ry (Jft,h)/Ry == 1----- Ujt,/t/Ry. (VI.80)
Здесь (JJt,h ----- напряжение в верхнем поясе от rоризонтальной нз-
rрузки.
По аналоrии с симметричной двутавровой балкой
можно выразить массу асимметричноrо двутавра через
высоту сечения, приравнять нулю первую производную
dm/dh и найти оптимальную высоту:
hopt ==- V[3/(1 + Т)]W/tW. (VI.81)
Оптимальное распределение материала по сечению
достиrается при соблюдении соотношений:
Aw == 2Т)А/( 1 + Т)2; Ajt == А/( 1 + Т)2;
Atb == 1')2 А/( 1 + Т)2, (VI .82)
А 1.0, Ан, AJb площади сечения соответственно стенки, BepXHero и
нижнеrо поясов балки; А........ площадь Bcero поперечноrо сечения.
----- 21 О ........
Т а б л и ц а VI.9. Коэффициент 11 ДJlЯ асимметричных подкраНО8ЫХ
баJlОК
КОНСТРУКЦИЯ, воспринимающая
rориэонтальную наrрузку
Значения r) при rрузоподъемности
кранов, т
10
15 80
80
Верхний пояс подкрановой бал-
ки
Тормозная балка
0,85 0,7
0,9
0,7 0,6
0,9
0,9
На стадии предварительноrо подбора сечения балки
коэффициент 11 может быть ориентировочно принят по
табл. VI.9.
Касательные напряжения у опор подкрановых балок
проверяют по той же формуле (VI.9), что и в балках
перекрытий.
Местные вертикальные напряжения в стенке под со..
средоточенным rрузом, приложенным к поясу балки,
проверяют по формуле (VI.24), которая в силу специфи..
ки условий работы подкрановых балок записывается
следующим образом:
(Jloc==YfwF'/(twlef) -< Ry, (VI.83)
rде 'Vlw..... коэффициент, учитывающий неравномерность давления
KpaHoBoro колеса и повышенную динамичность под стыками рель-
сов; он равен 1,6 для балок под краны весьма тяжелоrо режима
работы с жестким подвесом rруза, 1'4..... при тех же кранах, но с
rибким подвесом, 1'3..... при кранах тяжелоrо режима работы, 1'1........
для прочих подкрановых баJJОК; F' ==FnV/Vn ----- расчетная сила вер-
тикальноrо давления колеса без учета коэффициента дииамичности;
'е/ ----- условная ДЛИна распределения MeCTHoro давления, определя-
емая в сварных балках по формуле
3
lef == 3,25 V Jf/tw; (VI.84)
I f ----- сумма моментов инерции площади сечения BepxHero пояса
балки и KpaHoBoro рельса относительно собственных центральных
осей XI и Х2 (рис. VI.36) или общий момент инерции пояса и рель-
са в случае при варки одноrо к друrому швами, обеспечивающими
их совместную работу.
Кроме Toro, в стенке должны быть проверены по фор..
муле (VI.28a) приведенные напряжения на уровне верх-
Hero поясноrо шва. Причем при расчете в опорном сече-
нии неразрезной балки коэффициент р следует прини-
мать равным 1,3 вместо 1,15 для разрезных балок.
Подкрановые балки рассчитывают также на ВЫНОС..
ЛИВОСТЬ (см. 18). При этом расчетная вертикальная
иаrрузка определяется умножением нормативной на-
14*
----- 211
F" == F n 1'1 1'n. (VI. 85)
. X2
)(1 Коэффициент асимметрии однозначно-
ro цикла допускается принимать равным
р== +0,1, знакопеременноrо p== O,3.
Расчетное сопротивление OCHoBHoro ме-
талла и сварных соединений снижается
умножением на коэффициент 1'v, опреде-
ляемый по формуле (IV.l1), и коэффи-
циент а учета числа циклов [см. неравенство
(IV.l О) ]. Следует, однако, иметь в виду, что, поскольку
в рассматриваемом случае уменьшается и наrрузка, и
расчетное сопротивление стали, необходимость в расчете
на выносливость возникает только при a1'v<F"/F, rде
F наrрузка (VI.70), по которой производится расчет
на прочность.
При тяжелом и весьма тяжелом режимах работы,
коrда число циклов наrружения п 2. 106, стенка под-
крановых балок из стали с пределом текучести Rиn
430 МПа должна дополнительно проверяться на
прочность и выносливость с учетом местных напряжений
не только от давления KpaHoBoro колеса, но и от закру-
чивания вследствие возможноrо эксцентриситета рель-
са относительно стенки (см. rлаву СНиП 11..23..81).
в этом случае верхние поясные швы должны быть вы-
полнены с проваром на всю толщину стенки.
Жесткость подкрановых балок проверяют так же,
как и обычных балок. Наибольший проrиб разрезной
подкрановой балки с достаточной точностью может быть
определен по формуле
f == м n 12/( 1 ОЕ J) , (VI . 86)
rде М n ..... изrибающий момент от нормативной наrрузки (без учета
J\оэффициента надежности по наrрузке и коэффициента динамич-
ности) .
Общую устойчивость подкрановых балок проверяют
только при отсутствии тормозной балки [см. формулу
(VI.31)].
Местную устойчивость элементов подкрановой балки
"роверяют так же, как у балок перекрытий. Устойчи-
вость сжатоrо пояса считают обеспеченной при отноше-
нии ширины ero свеса к толщине, не превышающем зна-
чения (VI.19) в 24. Устойчивость стенки проверяют
rрузки от одноrо крана на коэффициент
'\'1 ==0,8 (при кранах среднеrо режима
работы 1'1 ===0,6) :
Рис. V 1.36
..... 212 ......
соrласно условию (VI.53) с учетом трех компонентов
напряженноrо состояния: О, 't' И Oloc, подсчитанноrо по
формуле (VI.83).
При определении степени упруrоrо защемления стен..
ки поясами в выражение (VI.49) подставляют коэффи"
циент р == 2, если крановый рельс не приварен к балке,
и р == 00, если рельс приварен. В отсеках, rде сосредото..
ченная наrрузка прикладывается к растянутому поясу
(в неразрезных балках), Р==О,8.
Размеры ребер жесткости подкрановых балок долж-
ны удовлетворять тем же требованиям, что и в балках
покрытий. При этом необходимо, чтобы ширина высту"
пающей части двустороннеrо ребра была не менее 90 мм.
Двусторонние поперечные ребра жесткости не следу"
ет приваривать к поясам балки. Торцы ребер ДОЛ}l{НЫ
быть плотно приrнаны к верхнему поясу, а в балках с
указанным числом циклов наrружения их необходимо
cTporaTb.
В балках под краны леrкоrо и среднеrо режимов ра..
боты допускается применение односторонних попереч..
ных ребер жесткости, привариваемых к стенке и верхне..
му поясу и располаrаемых по тому же принципу, что
в балках перекрытий.
Пример VI.7. Запроектировать сплошную разрезную балку по-
стоянноrо асимметричноrо двутавровоrо сечения пролетом 1 12 '"
под два мостовых крана rрузоподъемностью 125/20 т с rибким под-
весом rруза (табл. VI.1 О). Она предназначена для OCHOBHoro цеха
промышленноrо предприятия. Режим работы кранов средний. Мате-
риал балки..... сталь марки 18rпс.
т а б л и ц а VI.lO. Основные пара метры ираНО8оrо оборудоваНИА
(по rOCT 671 1 81)
Сила даме-
rрузоподъсм. Основные размеры краНа, со ния Кол са
иая сила u на лодкрано- В ее, кН
.а
крюка. кН м 1:;.. вый рельс,
кН
01
. "" (:с
си о'=" :s:
U си 1:; a:I с:;, g
. . ::0 o
о o :с:.: :Cf-08 :с
"" "" еа о:: eaU ::.::
о 00 foo :с o>- o
= :!:!:: си ::s: ... t:i ::s: :Е
a:I 0.0 1:; I Q. :E t: Q) :с
со t:1:; О :с t:: со
t:: uCU Q. «: t';JQJea =0 .... C'I Q) Q.
"" =f-o t: 3 \о Q. () !: tt.. ct. Е-о ::.=
1250 250 I 4,6 0,8 430 1750
34 19.35 KPl20 550 580
При м е ч а 1111 е. Высота рельса hr 170 мм, момент инерции J r
== 4924 см..
....... 2 13 ......
в
/3"
т
<1
F, F,
d @
'2 1-,
в 2d е
к
j(
о}
Q:Itl/2
2d
z
6)
d
Рис. VI.З7
lJ=1/2
к
R
2d
с/2
l
l
/1.8 Итак
...
11
Рис. VI.З8
214 .....
ь
к
Z/2
Реш е н и е. Подсчет на2РУЗОК. Схема наrрузок от двух сбли-
)кенных кранов показана на рис. VI.37. Расчетные силы вертикаЛh-
Horo давления колес по формуле (VI.70) при Vn ==kd== 1:
F 1 == F 11l V j n с == 550. 1 , 1 · О ,85 кН == 514 кН;
Р2 == F 2n У! nС == 580.1,1.0,85 кН == 542 кН.
Расчетная сила поперечноrо торможения, cor ласно формудам
(VI.71) ..... (VI.73),
Т == [! (Р + а)/nо](nшь/nш) У/ nе == [0,1 (1250 + 430)/4] х
Х (2/4) 1, 1 · О , 85 кН == 19,6 кН.
При этом полаrаем, что каждый кран имеет четырехколесную
тележку с двумя тормозными колесами.
Определение .максим.альных усилий по линиям. влияния. Cor лас..
но теореме Винклера*, наибольший изrибающий момент от системы
подвижных rрузов возникает в том случае, коrда середина балки
делит пополам расстояние между равнодействующей всех rрузов,
размещенных на балке, и ближайшим критическим rрузом.
Поскольку ширина двух кранов 2Вс==2.9,35 M==18,7 м больше
пролета балки [== 12 м, производим несколько попыток. Сначала
исследуем установку кранов, при которой на балке размещается
максимально возможное количество колес..... шесть (рис. VI.38, а).
Соrласно доказываемой в статике теореме Вариньона ** о моменте
равнодействующей плоской системы сил, положение равнодейству"
ющей всех rрузов R == F i относительно оси крайнеrо левоrо колеса
z == "iтc/R == [4Р2 (е + d) + 2F 1 (2,5е + 2d + K»)/(4F 2 + 2F 1) ==
== [4.542 (0,8 + 1,575) + 2.514 (2,5. 0,8 + 2.1 ,575 + 4,6) J/(4 .542 +
+ 2.514) м == 4, 75 м.
Здесь
d == (Ве ..... К ..... 2е)/2 == (9,35 ----- 4,6 ----- 2. О ,8) /2 == 1 ,575 м.
Расстояние между критическим rрузом и равнодействующей
с == z..... (2е + 2d) == 4,75 ----- 2 (0,8 + 1,575) м == О,
т. е. положение критическоrо rруза совпадает с серединой балки (а ==
==b==I/2) .
Проверяем соблюдение неравенств (VI.76):
(Ra + Fer)/a == 4F2/(1/2) == 4.542/(12/2) кН/м == 361 кН/м> Rb/b ==
== 2F1/(l/2) == 2.514/(12/2) кН/м == 171 кН/м;
Ra/a == 3F2/(1/2) == 3.542/(12/2) кН/м == 271 кН/м> (Fcr + Rb)/b==
== 2.542/12 + 171 кН/м == 261 кН/м.
* э. Винклер (1835.....1888) ----- немецкий ученый, который довел
до конца идею построения и применения линий влияния в балках
и арках, принадлежащую французскому инженеру Ж. Брессу
( 1822.....1883) .
** П. Вариньон (1654.....1722) ----- французский механик и матема..
тик, известный своими работами в области rрафостатики. Он,
в частности, сформулировал закон сложения сил по правилу па-
раллелоrрамма .
..... 215 ----
Второе неравенство не выполняется, поэтому рассмотренная уста-
новка не является расчетной. Смещаем краны вправо, располаrая на
балке пять колес (рис. VI.38, 6). Тоrда
z == [4F2 (е + d) + F1 (2е + 2d + К))/(4Р2 + Р1) ==
== [4.542 (0,8 + 1,575) + 514 (2.0,8 + 2.1 ,575 +
+ 4,6)]/(4.542 + 514) м == 3,71 м;
с == z....... (е + 2d) == 3,71 ----- (0,8 + 2.1,575) м ==----- 0,24 м.
Знак «минус» rоворит о том, что критический rруз расположен пра-
вее равнодействующей.
Расстояния ,критическоrо rруза до опор:
а == 1/2 ----- с/2 == 12/2........ (....... 0,24/2) м == 6,12 м;
Ь == 1 ----- а == 12...... 6, 12 м == 5, 88 м.
Неравенства (VI.76) имеют вид:
(Ra + Рст)/а == 3F2/a == 3.542/6,12 кН/м == 266 кН/м> Rb/b ==
== (Р2 + Fi)/b == (542 + 514)/5,88 кН/м == 180 кН/м;
Ra/a == 2F2/a == 2.542/6,12 кН/м == 177 кН/м < (РСТ + Rb)/b ==
== (2Р2 + Р1)/Ь == (2.542 + 514)/5,88 кН/м == 272 иН/м,
т. е. на этот раз установка кранов является расчетной. Строим ли-
нию влияния изrибающеrо момента для сечения балки под критиче-
ским rрузом (рис. VI.38, в). Наибольшая ордината, соrласно рис.
VI.З4, составляет
Ушах == 00/1 == 6,12.5,88/12 м == 3 м.
Остальные ординаты найдены из подобия треуrольников.
Наибольший расчетный изrибающий момент от веРТIIкаЛЬНОJi
наrРУЗКII по формуле (VI.75)
Мр == а [Р 2 ( Ут9х + У1 + У2 + Уз) + Р1 У4] == 1,07 [542 (3 + 1,06 +
+ 1,46 + 2,59) + 514.0,24] кН.м == 4835 кИ.м.
Наибольший нормативный момент
МРn == а,пс [Р2n( Ушах + У1 + У2 + Уз) + Р1nУ4)]==
== 1,07.0,85 (580.8,11 + 550.0,24) кН.м 4400 кН.м.
Наибольший расчетный изrибающий момент от поперечной Тор-
мозной наrрузки по формуле (VI.77)
МТ == Т (Ушах + Y1 + У2 + Уз + У4) ==
== 19,6 (8,11 + 0,24) кН.м == 164 кН.м.
Для определения наибольшей расчетной поперечной силы от вер-
тикальной наrрузки располаrаем краны таким образом, чтобы один
из rрузов находился непосредственно над опорой, а остальные как
можно ближе к ней (рис. VI.39, а). Линия влияния опорной реакции,
как известно из статики сооружений, имеет вид, изображенный на
рис. VI.39,6. Ее ординаты также найдены из подобия треуrольни-
Ков. Искомая поперечная сила
Qmax == а [Р2 (Утах + Уl + У2 + Уз) + Р1 (У4 + У5») ==
...... 216
6)
2d
к
11
t
11. А.
Рис. VI.39
== 1,07 [542 (1 + 0,933 + 0,671 + 0,604) + 514 (0,221 +
+ 0,154)] хН 2070 кН.
п редварительныu подбор сечения подкрановой балки. Требуе-
мый момент сопротивления по формуле (VI.I)
W х > М F / R у == 4835. 103 I (220. 106) мЗ == 22. 1 о.... 3 мЗ,
rде R JI == 220 МП а ----- 'fинимальное расчетное сопротивление ЛИСТ080-
ro пnоката из стали указанной марки по табл. 1.1.
Учитывая, что, соrлаrно табл. 4 при",. 1 f tl/l == 1/500. определяем
минимальную высоту балки из условия жесткости. По формуле
(VI.86) имеем
flJJI == м Fn 1! (10EJ х),
или, подставляя выражение момента инерции
J х == W х УЬ == (М F /Rll) У,,(СМ. рис. VI.35),
'11./1 == [Ry l!(IOEYb)l MFnlMF ·
По табл. VI.9 принимаем t1 ==0.9. Соrласно указанному рисунку,
этот коэффициент может быть представлен в виде:
f) == Yt/Yb == (h ----- Уь)!Уь == 0,9.
Отсюда
УЬ == h/l ,9 '11/1 == r О, 19R1/ 1/(Eh}1 MFпlMF
И hm1n == r о, 19R1J 12/(E.F u)1 MFn/MF == [0,19.220.108.12 Х
Х 500/(20R.109)14400/4835 М== 1.11 м.
Подсчитав ориентировочно по формуле (VI.13) толщину стенки
1 w == 7 + Зhт i n / 1000 == 7 + 3. 111 0/ 1 000 мм 1 О ММ,
по формуле (VI.81) определяем оптимальную высоту
hop/ == V [3/(1 + 'r})] пr/ x/tw == V [3/(1 + 0,9)] 22/10 м == 1,86 11.
...... 21 7 .....
Тоrда требуемая ТОЛLЦина стенки из условия прочности на срез
(VI.lOa) при hw h
tw /2Qmax/(hw Rs) == 3.2070.103/(2.1,86.133.106) м ==
== 12,6. 1 0 3 М == 12,6 мм.
Здесь, соrласно табл. 1.2, расчетное сопротивление R, ==0,58 Ry ==
==0,58.230 МПа== 133 МПа, rде значение Ry соответствует листово-
му прокату толщиной 4 20 мм из ста..'1И марки 18rпс (см. табл. 1.1)«
Из условия обеспечения местной устойчивости стенки (VI.l2)
без укреплен:.fЯ продольным ребром жесткости
tw ==(hw/6)V Ry/ Е == (1860/6) V 230/(206.103) мм ==
== 10,2 мм < 12,6 мм.
Окруrляя до ближайшеrо четноrо размера в б6льшую сторону,
принимаем tw == 14 мм. Это значение толщины значительно отлича-
ется от полученноrо по формуле (VI.13), поэтому необходимо уточ-
Нить оптимальную высоту:
h Pt==V(3/1,9)22/14 м==I,58 м.
Высота стенки из условия прочности на срез при t w == 14 мм
hw З/2Qlnах/(tw Rs) == 3.2070.103/(2.14.10.....3.133.108) м == 1,67 м.
Руководствуясь rOCT 19903-----74* (см. табл. 1 прил. 3), окон-
чательно назначаем стенку площадью
Aw == hw tw == 169.1,4 см2:::: 237 см2
с учетом отходов на обработку продольных кромок листа шириной
170 см. Оставляя приблизительно по 3 см на пояса, получаем высо-
ту балки h 169+2.3 см== 175 см.
Отклонение от оптимальноrо значения составляет
== (h ----- h Pt) / h Pt == (175 ----- 158)/ 158 0,11
в с точки зрения увеличения массы балки является несущественным
(см. 24, рис. VI.5). Пользуясь соотношениями (VI.82), устана"-
ливаем размеры поясов. Площадь Bcero поперечноrо сечения балки
с учетом коэффициента t
А == [(1 + f)2/2Т]] Aw/(1 + ) == [(1 + 0,9)2/(2.0,9)] х
Х 237/(1 + О, 11) см2 == 428 см2.
Площадь сечения BepxHero пояса
Aft == A/(I + Т])2 == 428/(1 + 0,9)2 см2:::: 119 см!;
внжнеrо
Afb == Aft '12 == 119.0,92 см2 96 см2.
В соответствии с rOCT 82-----70. (см. табл. 2 прил. 3) с некото-
рым запасом для восприятия rоризонтальных боковых сил принима-
ем верхний пояс площадью
А f t == Ь J t · t f == 50. 2 ,5 см2 == 125 см2,
НИЖНИЙ
Afb == bfb.tf == 40.2,5 см2 == 100 см!.
........ 2 18 .......
!J
IJ =40
1
А:: 1000
b =980
Х'
.,
са
,.
"N
t:t
.......
1.
-.t::
х
'1-J ....
...
':t
Х,
Рис. VI.40
При этом соблюдаются условия (VI.l7) и (VI.18):
tl == 2,5 см< 3tw == 3.1,4 см == 4,2 см; blt/h == 50/174 == 1/3,5,
r де h == 174 см ----- окончательная высота баЛIСИ, а отношение
bej/tj == (bjt ----- tw)/(2tj) == (50 ----- 1,4)/(2.2,5) == 9,7
обеспечивает местную устойчивость сжатоrо BepXHero пояса, по.
скольку не превышает преде.'Iьноrо значения (VI.19)
о ,5 V Е / R у ;: О, 5 V 2Об. 103 / 220 == О, 5. 30,6 == 15,3.
Скомпонованное сечение изображено на рис. VI.40. Тормозную
балку конструируем из швеллера.N'2 16 (Ach==18,1 см2, Jch==63,3 см4,
Zo == 1,8 см, см. табл. 6 прил. 3), смещенноrо на расстояние L\I == 40 ММ
от наружной rрани колонны внутрь производственноrо помещения,
и рифленоrо стальноrо листа (rOCT 8568-----77*) с толщиной основа..
ния t8h == 6 мм, шириной
bsh == (ЬО + л) ----- ([\1 + [\2 + bjt/2) + [\з == (250 + 1000)
----- (40 + 20 + 500/2) + 40 мм == 980 мм,
массой т==51 Kr/M2.
219 -----
Проверка подобраННО20 сечения на nрочность. Определяем по..
ложение центра тяжести сечения подкрановой балки, приняв за на-
чальную ось отсчета центральную ось нижнеrо пояса Хо:
УС == SXo/A == [Aft (hw + tf) + Аш (hw + tf)/2]/(Att + Аш +
+ Afb) == [125 (169 + 2,5) + 237 (169 + 2,5)/2]/(125 + 237 +
+ 100) см == 90,4 см.
Расстояние от нейтральной оси х до наиболее удаленных воло"
ков поясов:
Уь == Ус + /f/2 == 90,4 + 2,5/2 см == 91,7 см;
Yt == hw + 2tf ----- Уь == 169 + 2.2,5........ 91,7 СМ == 82,3 см.
Момент инерции площади сечения брутто
1 Х == tw h /12 + Аш [ У с..... ( hw + If)/2]2 + Ajt ( hw + t,......
..... УС) 2 + А /Ь Y == 1,4. 16gЗ / 12 + 237 (90,4 ..... 85,8)2 +
+ 125 (171 ,5 ..... 90,4) 2 + 100. 90 ,42 см4 == 22. 105 см. == 22. 10---3 м4.
Учитываем ослабление BepXHero пояса отверстиями диаметром
do==25 мм под болты рельсовых креплений:
J == 2d о t f ( h w + / f ..... ус) 2 == 2. 2 ,5. 2 ,5. 81 ,12 см4 ==
== О, 822. 1 ОБ см..
Момент инерции площади сечения нетто
Jx,nt == 'х..... J ==(22........0,822) 105 cм4 21.2.105 см4==
== 21 , 2. 1 0----3 м4.
Статический момент площади части сечения, отсекаемой нейт-
ральной осью (например, верхней):
Sx == Sj + Sw == Aft (Yt ..... tj/2) + /ш (Yt ..... /j)2/2 == 125 (82,3......
..... 2, 5/2) + 1 ,4 (82,3 ........ 2,5) 2/2 см3 == 1 О 130 + 4460 см3 ==
== 14590 см3 14,6.10 3 мв.
Координата центра тяжести тормозной балки относительно цен r-
раllЬНОЙ оси подкрановой балки Уо:
хс == {Ach [(ЬО + л) ----- (Аl + Zo)] + bsh tsh [bsh/2 + (bft/2 .......
...... Аз)]} / (Ach + bsh tsh + Ajt) == {18, 1 [125..... (4 + 1 ,8)] +
+ 98.0,6 [98/2 + (50/2 ----- 4)]}/(18, 1 + 98.0,6 + 125) см == 30,9 см.
Расстояние от оси у до наиболее удаленных волокон BepxHcro
пояса подкрановой балки
Х == ХС + Ьи/2 == 30,9 + 50/2 см == 55,9 см.
Момент инерции площади сечения тормозной балки брутто от-
носительно оси у:
J у == J ch + Jsh + J ft == Jch + ACh (Ьо + л) ..... ( 1 + Zo + хс)]2 +
+ tsh b h112 + bsh t sh [ Ь Sh/2 + ( ь ft/2 ----- з) ........ хс]2 +
..... 220 .....
+ t I btt / 12 + А ft Х: == 63, 3 + 18, 1 [125 ----- (5, 8 + 30,9))' +
+ 0,6.983/12 + 58,8 (49 + 21 30,9)2 + 2,5.503/12 +
+ 125.30,92 см" == 4,24. 10& см4.
Момент инерции площади ослабления
J2 == do t1 (Хс ----- а)'2 + do tf ( Хс + а)'2 == 2do tf Х
Х ( + а2) == 2.2,5.2,5 (30,9'2 + 122) см4 0,14.105 см4.
Момент инерции площади сечения нетто
J u.nt == J и ----- J == (4,24 ----- О, 14) 105 см4 == 4,1.105 см4 ==
== 4, 12. 1 0 3 м4.
Нормальные напряжения в верхнем поясе по формуле (VI.78)
0ft == (Мр / J x.nt ) У, + (М т /1 y,nt ) Х == [4835.103/(21,2 Х
Х 1 ()----З)] 0,823 + [ 164. 108/ ( 4 , 1 · 10----3)] О , 559 Па ==
== (188 + 22) 108 Па == 21(). 108 Па == 210 МПа < Ry == 220 МПа,
в нижнем по формуле (VI.79)
0fb == (MF /J x.nt) УЬ == [4835.108/(21'2.10......3)] 0,917 Па ==
== 209. 108 Па == 209 МПа < Ry.
Недонапряжение составляет
До == [(Ry ---- Oft>/Ry] 100 == [(220 ----- 210)/220] 100% == 4,5% < 5%.
Касательные напряжения по формуле (VI.9)
"'тах == Qmax Sx/(Jx tw) == 2070.14'6/(22.10.....3.0'014) Па
98.108 Па == 98 МПа < Rs == ]33 МПа.
Проверяем прочность стенки на местное давление KpaHoBoro ко-
леса. Сумма моментов инерции площади сечения BepxHero пояса и
рельса кр 120 (см. рис. VI.36 и табл. VI.lO) относительно их соб-
ственно центральных осей
Jf== b,t t /12+Jr==50.2,53/12+4924 см4==4989 см4.
Условная длина распределения давления колеса по формуле
(VI .84)
3 3
'е! == 3,25 jI J f / tw == 3,25 V 4989/ 1 ,4 см == 49,6 см.
Расчетная сила вертикальноrо давления колеса
F' == Рп У! == 580.1,1 кН == 638 кН.
Местные напряжения по формуле (VI.83)
о 1 о с == 'V f w Р' / ( t w 1 ef) == 1, 1 · 638. 103/ (1 , 4 · 49 , 6. 10....4) Па ==
== 101.108 Па == 101 МПа Ry == 230 МПа.
Итак, произведенные расчеты показывают, что прочность под-
крановой балки обеспечена. В проверке жесткости необходимости нет,
поскольку фактическая высота балки h== 174 см превышает hmin ==
...... 221 ......
DJ
f
2 J
"
f
0$ Gs
о
f)
к
/j
А
,
)
t
2а
к
t
Va
Рис. VI.41
с:: 111 см. Общую устойчивость не проверяем ввиду наличия тормоз..
ной балки.
Проверка устойчивости стенки. Условная rибкость
Aw == (hwlfw) V Ry! Е == (169/1,4) V 230/(206.103)
== 120, 7/29 ,9 == 4,04 > 2, 2 ,
Т. е. условие (VI.42a) не выполняется и необходим устройство по-
перечных ребер >кесткости, а поскольку к тому же л'1D > 2,5 [см. со-
отношение (VI.43a)], то необходима и проверка устойчивости стенки.
Ребра жесткости располаrаем на расстоянии аа == 150 сМ < 2hw ==
== 2. 169 сМ == 338 см (рис. VI.41, а) в соответствии с типовыми под-
крановыми балками. Так как балка по всей длине имеет постоян-
ное сечение*, расчет ведем для среднеrо отсека, rде возникают наи-
большие нормальные напряжения при установке кранов на Мmах
(см. рис. VI.38, б, в или VI.41, б), и опорноrо отсека, rде возникают
наибольшие касательные напряжения при установке кранов по рис.
VI.41, в.
Соrласно rлаве СНиП 11-23-81, рассматриваем напряжения, ус-
редненные по длине исследуемоrо отсека. Для этоrо необходимо знать
* Устойчивость стенок балок переменноrо сечения должна про-
веряться также 8 отсеках, rде происходит изменение сечения и воз-
никают одновременно большие нормальные и касательные напря-
жения.
---- 222 .....
расчетные усилия на rраницах указанных отсеков (в сечениях 1-----1'
2-----2' 4......4).
Определяем опорные реакции, отвечающие наrружению по рис.
VI.41, б:
тB== о; V А 1..... F 2 (Ь + 2d + е) ----- F 2 (Ь + 2d)-----
----- Р2 Ь ----- Р2 (Ь ----- е) ----- Р1 (Ь е ----- к) == о;
V А == [4Р 2 (Ь + d) + F 1 (Ь ----- е ----- K)]/l == [4-542 (5,88 +
+ 1,575) + 514 (5,88 ----- 0,8 ----- 4,6)]/12 кН == 1367 кН;
y == о; V А ----- 4Р 2 F 1 + V в == о;
V в == 4Р 2 + Р1 ----- V А == 4-542 + 514 ----- 1367 кН == 1315 кИ.
Изrибающий момент 8 сечении 4.......Jj с учетом собственноrо веса
балки
М 4 == а { V в 3а, ----- F 1 [За 8 ....... (Ь ----- е ----- К)]} == 1, 07 [ 1 3 15 · 3 - 1 , 5
----- 514 (3.1,5 ----- 0,48)] кИ.м 4120 хН-м;
в сечении 2.....2
М2 == а [У А 4а, ----- Р2 (z + с/2) ----- Р2 (2d ----- с/2)] ==
== а [У А 4а 8 F 2 (z + 2d) ) == 1 ,07 r 1367 · 6 ----- 542 (3, 71 +
+ 2.1 ,575)] кН,м 4800 kh-м_
Заметим, что приведенный способ определения изrибающих мо.
ментов от подвижной наrрузки равносилен их определению по линии
влияния. В этом леrко убедиться, подсчитав момент в сечении 3-----3
ПОД критическим rрузом и сравнив ero с ранее полученным значени-
ем Мр:
Мз == М2 + а (У А ----- 2Р2) с/2 == 4800 + 1,07 (1367 ----- 2.542) Х
Х 0,24/2 kH-м 4835 kH-м == MF _
Среднее значение изrибающеrо момента в пределах среднеrо от.
сека
Mav == (М2 + Мз + М4)/3 == (4800 + 4835 + 4120)/3 кН,м ==
== 4585 кН ,м.
Аналоrично находим необходимые значения поперечной силы:
Q2 == V А ----- 2Р 2 == 1367 ----- 2.542 кН == 283 хН;
Qз == V А ----- 3Р 2 == 1367 ----- 3.542 кН ==----- 259 кН;
Q4 == V А ----- 4Р 2 == 1387 ----- 4-542 кН ==----- 801 кИ_
Поперечная сила меняет в рассматриваемом отсеке знак, поэто-
му в соответствии с указанием rлавы СНиП II.23 81 принимаем R
расчет среднее однозначное (отрицательное) значение. С учетом соб-
CTBeHHoro веса балки
Qa1) == а (Qз + Q4,)/2 ==----- 1,07 (259 + 801)/2 кН ==----- 567 кН.
----- 223
Краевое нормальное напряжение в сжатой зоне стенки
0== (Mav/Jx)(Yt tj) == [4585.103/(22.1()----З)] (82'3......
2,5) 10....2 Па == 166. 106 Па == 166 МПа.
Среднее значение касательных напряжений (VI.44)
't == I Qav 1I( w hw) == 567.103/(0,014.1,69) Па 24.106 Па == 24 МПа.
Местное напряжение Oloc== 101 МПа подсчитано выше.
Критическое касательное напряжение по формуле (VI.З9)
ТС, == 10,3 (1 + 0,76/,...2) Rs/ "' ! == 10,3 (1 + 0,76/1.1з2) Х
Х 133/3,582 МПа == 170 МПа,
rде J.t==hw/as== 169/150 1'13...... отношение большей стороны отсека
к меньшей, и
e! == (as/tw) V Ry/E == (150/1,4)/29,9 == 3,58.
Так как балка асимметрична и отношение a,/htD== 1/J..t== 1/1,13==
== 0,88 > 0,8, устойчивость стенки проверяем дважды независимо от
отношения Oloc/O.
l-й с л У чай (см. рис. VI.25, б). Критическое нормальное на-
пряжение, соrласно формуле (VI.55),
1 2 2
Ос, == С2 Ry Лw,еf == 37,9.230/3,81 МПа == 601 МПа.
Здесь коэффициент С2==37,9 получен интерполированием по табл.
VI.7 исходя из отношения a,/hef== 150/159,6==0,94, rде hef удвоен-
ное расстояние от нейтральной оси балки до rраницы сжатой зоны
стенки:
hef == 2 (Yt tf) == 2 (82,3 ...... 2,5) сМ == 159,6 см.
Измененное значение условной rибкости составляет
iw,et == iwhetl hw == 4,04.159 ,6/169 == 3,81.
Критическое значение MecTHoro напряжения по формуле (VI.54)
О/ОС,С, == c1 Ry/ == 18,35.230/3,582 МПа == 329 МПа.
Коэффициент С. == 18,35 получен интерполированием по табл. VI.5 R
зависимости от указанноrо отношения as/htD и коэффициента за-
щемления стенки, вычисленноrо по формуле (VI.49) при Р ==2:
б == Р (bft/hw) (tj/tw)З == 2 (50/169)(2,5/1 ,4)3 == 3,37.
Параметр Ла В данном случае совпадает с 1vef==3,58.
С учетом найденных значений компонентов напряженноrо со-
стояния стенки и соответствующих критических значений условие
устойчивости (VI.53) принимает вид:
V (О/Ост + Oloc/Oloc,cr)2 + ('t/'tcr)2 ==
== v (166/601 + 101/329)2 + (24/170)2 == 0,6 < 1.
2-й с л у чай (см. рис. VI.25, в). Критическое нормальное на-
пряжение, соrласно формуле (VI.50),
а == с R / :, еТ == 34,2.230/3,812 МПа == 542 МПа,
cr cr у ,
....... 224 -----
rде коэффициент Се,== 34,2 получен интерполированием по табл.
VI.4 в зависимости от б ==3,37.
Критическое значение MecTHoro напряжения по формуле (VI.54)
с заменой расстояния ав на ав/2 == 75 см
j-- 2 '2
а/ос,с, == C1 Ry ' aI2 == 12,2. 230/1 ,79 МПа::: 876 МПа.
Здесь коэффициент СI == 12,2 получен по табл. VI.5 при (ав/2) /f1,w ==
==75/169==0,44<0,5 и б==3,37, а Ла/2 ==Ле//2==3,58/2== 1,79.
Условие устойчивости имеет вид:
у (166/542 + 1011876)2 + (24/170)2 == 0,44 < 1.
Аналоrично проверяем устойчивость стенки в опорном отсеке.
Левая опорная реакция, отвечающая наrружению по рис. VI.41, в:
V А == 4Р 2 ( 1 ав ----- е d) + 2Р1 (1 ав ----- 2,5е ----- 2d ----- К)]/l ==
== [4. 542 (12 ....... I ,5 ----- 0,8 ----- 1 ,575) + 2. 514 (12 -----
----- I ,5 ----- 2,5. О , 8 ----- 2. 1 ,575 ----- 4,6)] 112 кИ == 1532 кИ.
Расчетная поперечная сила по всему отсеку с учетом собствен-
Horo веса балки
Q == а,у А == 1,07.1532 кИ 1640 кИ.
Изrибающий момент в сечении 1-----1
М1 == а,у Аав == 1640.1,5 кИ,м == 2460 кИ.м.
Среднее значение изrибающеrо момента в пределах отсека
MaD == (МА+ М1)/2 == (О + 2460)/2 кИ,м == 1230 кИ.м.
Напряжения:
а == [1230.103/(22.10 3)] 0,798 Па == 45.10' Па == 45 МПа;
1:':::: 1640.103/(0,014.1,69) Па == 69.10' Па == 69 МПа.
Условия устойчивости при прежних значениях критических на-
пряжений:
V(45/601 + 101/329)2 + (69/170)2 == 0,56 < 1;
V (45/542 + 101/876)2 + (69/170)2 == 0,45 < 1.
Таким образом, толщина стенки t w == 14 мм и размещение по
перечных ребер жесткости на расстоянии ав== 1,5 м одно от друrоrо
обеспечивают устойчивость стенки. Определение размеров ребер
рассмотрено в примере VI.4 (см. 28).
ля центральной передачи onopHoro давления балки на колон-
ну предусматриваем укрепление стенки торцовой диафраrмой с при-
cTporaHHblM нижним краем (см. рис. VI.27, б). Расчет подобной кон-
струкции опирания приведен в примере VI.5 (см. 29).
lБ 62
r n iI в а VII. СВАРНЫЕ КОЛОННЫ
t 33. ТИПЫ КОЛОНН И О&ЛАСТЬ их ПРИМЕНЕНИЯ
Колонной называется вертикальный элемент, переда-
ющий наrрузку от вышележащих конструкций (балок,
ферм и т. п.) на фундамент. В колоннах различают три
основные конструктивные части (рис. VII.l): верхнIОю..........
оzоловок, 1, воспринимающий наrрузку; среднюю стер-
жень 2, несущий наrрузку; нижнюю базу 3, передаю-
щую давление колонны на фундамент 4.
В зависимости от наrружения различают центрально-
сжатые, внецентренно-сжатые и сжато-изоrнутые колон-
ны. В центрально-сжатых колоннах наrрузка приклады-
вается по оси стержня (рис. VII.l, а) или симметрично
относительно нее (рис. VII.l, б). Вследствие этоrо в по-
перечных сечениях стержня возникает единственное уси-
лие продольная сила N.
Внецентренно-сжатые колонны помимо oceBoro сжа-
тия испытывают изrиб из-за Toro, что вертикальная на-
rрузка прикладывается с эксцентриситетом е относитель-
но оси стержня (рис. VII.l,B). Если изrиб вызывает по-
перечная наrрузка, то колонна является сжато-изоrну-
той. И в том, и в друrом случае кроме продольной силы
в поперечных сечениях стержня возникают изrибающий
момент М и поперечная сила Q, поэтому обычно поня-
тия внецентренно-сжатых и сжато-изоrнутых колонн не
разrраничивают.
Металлические колонны, как правило, изrотовляют
из стали. Применение алюминиевых сплавов в сжатых
элементах нерационально из-за низкоrо модуля упруrо-
сти Е. По этой причине алюминиевые колонны проекти-
руют в исключительных случаях: в сборно-разборных
конструкциях, при наличии аrрессивной среды, при стро-
ительстве в труднодоступных и сейсмических районах.
По конструктивному решению стержня колонны де-
лят на сплошные (рис. VII.l, а, в) и сквозные (рис.
VII.l,б). В первом случае имеются по меньшей мере две
rлавные центральные оси, которые пересекают сечение
(так называемые .материальные оси), во Втором......... хотя
бы одна rлавная центральная ось не пересекает сечение
(свободная ось).
В зависимости от значения наrрузки и высоты колон-
ны применяют различные типы поперечных сечений стер-
жня. Работа на сжатие требует не только прочности, НО
226 ----
а,
6}
Р/2 Р/2
'L
.J.'
.
,..т
g
1
*
0.1
)о. з
= О, 2 ц.
tJ:::I
Iх
h
д)
6'
е}
YrO
h
IJ
2 2
I =0,38 !I
I I ct=Q4.4HE '1.. .1.1
'fdjX
I I матери.
альна я ь . / 2
ось
I I С60000ная
OCI
3
Рис. VII.I
БJ
z} d
х
!I
k h=D
3) I
rrt g
h Х
ж)
Рис. VII.2
и устойчивости колонны. Поэтому при выборе сечения
стержня в целях экономии материала стремятся к рав.
ноустойчивости колонны в rлавных плоскостях.
Сплошные сварные центрально сжатые колонны мо"
rYT иметь сечения, изображенные на рис. VII.2. Наибо
лее распространены двутавровые колонны из трех про..
катных листов (рис. VII.2, а). Они достаточно эконо"
мичны по расходу металла (при Ь h отношение радиу"
сов инерции ix/iy == 1 ,8 2) и технолоrичны в изrотовле..
нии блаrодаря применению автоматической сварки.
Равноустойчивым и простым в изrотовлении являет-
ся крестовое сечение, которое может быть составлено из
двух прокатных уrолков (рис. VII.2, б) или трех листов
(рис. VII.2, в). Однако при колоннах KpecToBoro сечения
15*
........ 227 ........
затруднительно крепление балок. Равноустойчивы и труб-
чатые колонны (рис. VII.2, 2), имеющие одинаковую же-
сткость по всем направлениям. Они экономичны по рас-
ходу металла, но применяются редко из за конструктив-
ных неудобств и высокой стоимости.
Сравнительно Пl'остыми являются сечения, представ-
ляющие собой комбинацию нескольких прокатных про-
филей: двутавров, швеллеров и листов (рис. VII.2, д .......
ж). Подобные сечения тяже
лее рассмотренных выше и
находят применение только
при значительных наrрузках.
Экономичные леrкие колонны
MorYT быть получены из TOH
костенных rHYTbIx профилей
(рис. VII.2, з).
С увеличением высоты KO
лонн размеры их поперечноrо
сечения также растут, и более
экономичными по расходу ме-
талла становятся сквозные KO
лонны. Стержень сквозной ко-
лонны состоит из двух или бо-
лее ветвей, связанных между
собой решеткой (см. рис. VII.
1, б). Равноустойчивость до-
u u
стиrается раздвижком ветвеи
на требуемое расстояние.
о) а
tJ}
11
11
11
11 11
у
... --- f ----
Jj..mx
p
--- .... ----
LJ
' ',ilO
p
Рис. VII.З
а)
IX
б)
у
H IX
,
'\.
.
, .
.
!I
IX
. .ч
Рис. VII.4
.... 228
Наиболее распространены двухветвевые центрально-
сжатые колонны, составленные из швеллеров или, при
больших наrрузках, из двутавров (рис. VII.3, а). Швел-
леры выrоднее ориентировать полками внутрь, так как в
этом случае решетка получается меньшей ширины, а ра-
диус инерции iy оказывается больше, чем при швелле..
рах полками наружу.
Четырехветвевое сечение из уrолков (рис. VII.3, б)
применяют в слабонаrруженных высоких колоннах, Т. е.
коrда при малой площади сечения ветвей необходимо обе..
спечить значительную жесткость стержня.
Более просты в изrотовлении сквозные колонны с без..
раскосной решеткой в виде соединительных планок (C I.
рис. VII.l, б). Однако при значительных наrрузках и ra..
баритах сечения такая конструкция становится недоста..
точно жесткой вследствие деформативности планок и
самих ветвей. Поэтому при сжимающей наrрузке свыше
2500 кН и расстоянии между ветвями более 800 мм пере-
ходят на более жесткую, раскосную решетку из уrолков
(рис. VII.3).
Центрально..сжатые колонны применяют rлавным об-
разом в качестве опор междуэтажных перекрытий и по..
крытий зданий, опор рабочих площадок, путепроводов,
эстакад и Т. п.
Внецентренно..сжатые колонны получили наиболее
широкое распространение в каркасах производственных
u u u
здании, rде они входят в состав жесткои поперечнои ра-
мы. Особенность таких колонн состоит в том, что кроме
общих наrрузок на здание они воспринимают воздейст-
вие мостовых кранов. В зависимости от конструктивноrо
решения стержня различают три типа внецентренно..сжа..
тых колонн.
Колонны nОСТОЯННО20 сечения (см. рис. VII.l, в) целе..
сообразны в цехах с кранами малой rрузоподъемности
(15 20 т). Обычно их компонуют из трех листов универ-
сальной стали в виде симметричноrо cBapHoro двутавра.
Подкрановые балки опирают на специально предназна-
ченную выносную консоль.
Если изrибающий момент одноrо знака значительно
превышает момент друrоrо знака, допускается асиммет..
u
ричное сечение с полками различнои ширины и толщи-
ны. При больших усилиях и высоте H>8 10 м сплош-
ностенчатые колонны можно компоновать из двух дву-
тавров (прокатных или сварных, рис. VII.4, а, б) или
229
листа и двутавра (рис. УI 1.4, 8), соединенных между собоЙ
листом. В этом случае необходимо выдержать соотноше
ния между размерами стенки с и полки й, обеспечиваю
щие возможность применения автоматической сварки.
Достоинством колонн постоянноrо сечения является
конструктивная простота и небольшая трудоемкость из
rотовления.
Колонны перемеННО20 сечения (ступенчатые) пред
ставляют собой наиболее распространенный тип колонн
производственных зданий (рис. УI 1.5). Они целесообраз
ны при кранах rрузоподъемностью 30 150 т и высоте
здания более 10 м.
Верхняя часть колонны называется надкрановой. Ее
проектируют сплошностенчатой в виде широкополочноrо
cBapHoro двутавра. Нижнюю, подкрановую часть при BЫ
соте сечения h1 1 м устраивают сплошностенчатой (рис.
VII.5, а), при большей высоте........ сквозной (рис. VII.5, б).
Исключение составляют колонны под краны средней rpy
зоподъемности, в которых при h1 == 1 м сквозная нижняя
часть оказывается экономичнее сплошной, что наШJiО OT
ражение в типовых проектах таких колонн.
В нижней части колонн крайних рядов здания разли
чают наружную, шатровую ветвь 1 и внутреннюю, под
крановую 2, которая непосредственно воспринимает дaB
ление кранов. В сплошных колоннах ветви соединяют
листом, в сквозных.......... решеткой из одиночных уrолков,
расположенной в двух плоскостях.
Сечение нижней части указанных колонн асимметрич
но. Подкрановую ветвь обычно проектируют из ДBYTaB
ра, шатровую для удобства примыкания cTeHoBoro or
раждения........ в форме швеллера или из листа с rладкой
наружной поверхностью. При этом стремятся кисполь..
зованию прокатных профилей. Швеллер может быть к
тому же холодноrнутым из листа толщиной не более
16 A M (рис. VII.6, а). В тяжелых колоннах ветви делают
составными (рис. VII.6, б).
В колоннах средних рядов для подкрановой части
предусматривают симметричное сечение в виде двух про
катных или сварных двутавров (рис. VII.7, а).
Колонны раздеЛЬНО20 типа (рис. VII.7, б) применяют
довольно редко вследствие HeKoToporo перерасхода Me
талла по сравнению со ступенчатыми. Они рациональ
ны при пониженном расположении кранов большой rpy
зоподъемности (150 т и более). а также при peKOHCTpYK
ции (расширении) цехов.
230 .......
lL
1 1
lL
зL
6)
а]
2L
...............
fX
ЖU
1.12 J..:L
I +fIи
L.tИ
tl
f X+-- \
ЁП-4- J
+....
. h
Рис. VII.S
а} х 5} х
.... .... i... ...... .... ---1--- --- ..
f. , y f.+.lu
.... ... ... t ... ... ... ...1 .
Рис. V 11.6
Рис. V 11.7
а}
51
lL
:1 3<J
l' 4Е$' Х'!
11 . . I
, I
1
.13
1"1
к
*о
2 2
х
l. 1y
+ --
231 ....
Подкрановую стойку колонны раздельноrо типа про-
ектируют из прокатноrо или cBapHoro двутавра, присое-
диняемоrо к шатровой колонне rибкими rоризонтальны-
ми планками толщиной 10 12 мм. Блаrодаря малой же-
u u
сткости планок в вертикальнои плоскости стоика
испытывает только осевое сжатие от давления крана,
работая независимо от шатровой колонны.
t 34. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ СТЕРЖНЯ
ЦЕНТРАпЬНО-СЖАТОЯ копонны
Расчет колонн, как и балок, включает в себя предва-
рительный подбор сечения и ero окончательную провер-
ку. Предварительный подбор сечения стержня сплошной
u
свар нои колонны осуществляют в следующем порядке.
1. Подсчитывают расчетную сжимающую наrрузку.
2. Устанавливают расчетную схему колонны исходя
из предполаrаемой конструкции базы и оrоловка.
З. Определяют требуемую площадь поперечноrо сече-
ния
А == N / (rpRy ус) , (VII. 1)
rде N расчетная продольная сила в колонне. Исполь-
зование этой формулы затруднено тем, что в нее входят
неизвестные величины А и ер, которые нельзя выразить
одну через друrую. Подбор сечения в этом случае при-
ходится производить способом последовательных при-
ближений, задаваясь в первом приближении значением
коэффициента продольноrо изrиба epo O,7 O,9.
4. Находят требуемые радиусы инерции
ix == lх/ло; iy == lу/Ло, (VII. 2)
rде 1% и 111..... расчетные (приведенные) длины стержня в rлавных
плоскостях; Ао ----- rибкость стержня, соответствующая ПРИlIЯТОМУ
значению <1'0 (см. табл. 2 прил. 2).
5. Используя приближенные зависимости радиусов
инерции от конфиrурации сечения
lх == дх h; iy == ду Ь, (VII.3)
определяют требуемые высоту и ширину сечения:
h == iх/дх; Ь == iу/ду. (VII. 4)
Значения коэффициентов бх и бу для некоторых сече-
u
нии сплошных колонн представлены на рис. VII.2. ДЛЯ
наиболее распространенноrо двутавровоrо сечения, у ко-
Toporo бх 2бу (см. рис. VII.2,a), принимают b h, ру-
....... 232 ----
ководствуясь конст-
руктивными сообра-
жениями и возможно-
стью автоматической
приварки поясов к
стенке.
6. Назначив rаба-
риты сечения, перехо-
дят к ero компоновке.
При двутавровом се-
чении (рис. VII.8, а)
подбирают толщину
стенки tw и поясных
листов (примерно в
тех же пределах, что
и для балок, см. 24,
пп. 5 и 6) исходя из
требуемой площади А
и условий обеспечения
u
устоичивости.
Для увеличения радиуса инерции iy следует стре-
миться к такому распределению общей площади сечения,
чтобы около 80 О/О приходилось на долю поясов:
А, О,8А.
Тоrда толщина стенки должна составлять
0.)
5)
.
ь- .J I
I
с-.; I
.1' 2i
I
11.
..12
Jo()
д::.2...
t
hw
h
s
J
IJ
Рис. VII.8
(VII . 5)
fw == Aw/hw O,2A/hw'
(УII . 6)
Чрезмерно тонкая стенка может выпучиться, поэтому
для обеспечения ее устойчивости должны выполняться
следующие условия:
при условной rибкости стержня колонны л==л V Ry/E
0,8
hw/tw < у Е/ Ry ; (УII. 7)
при л>О,8
hw/fw«о,З6+0,8Л)VЕ/Rу <2,9YE/Ry (VII.7a)
для колонн двутавровоrо сечения и
hw/fw < (0,85 + 0,19;;:) V E/Ry < 1,6 У E/Ry, (УII.76)
для колонн швеллерноrо, трубчатоrо прямоуrольноrо
(hw большая сторона) и коробчатоrо сечений. В этих
Соотношениях по-прежнему Ry расчетное сопротивле..
2ЗЗ ......
нме стали, принимаем.ое по табл. 1.1; Е MOДYJlЬ упруrо-
сти стали. Для труб квадратноrо сечения значения hw/tw,
вычисленные по формулам (VII.7) и (VII.7б), уменьша..
ют н а 1 О о/о.
Если условия (VII.7) (VII.7б) не выполняются,
стенка должна быть укреплена посередине парным про..
дольным ребром жесткости, которое следует включать в
расчетное сечение стержня. Ребро предохраняет стенку
от волнообразноrо выпучивания, но существенно увели-
чивает трудоемкость изrотовления колонны. Поэтому не-
устойчивую часть стенки допускается считать выключен..
ной из работы и в расчетное сечение стержня вводят
только пояса и примыкающие участки стенки размером
s ===het/2 (рис. VII.8, б), rде 11е! предельная высота
стенки, нормируемая указанными соотношениями. При..
чем отношение фактических размеров Rw/tw может пре-
вышать значение het/tw не более чем в 1,5 раза.
Если
hw/tw 2,2V E/Ry, (VII.8)
то независимо от продольноrо ребра должны ставиться
поперечные ребра жесткости на расстоянии (2,5 3) hw
друr от друrа, но не менее двух в каждом отправочном
элементе. Размеры ребер те же, что в балках (см. 28).
Для обеспечения устойчивости пояса колонны двутав-
pOBoro сечения с условной rибкостью О,8 л 4 отноше-
ние расчетной ширины свеса поясноrо листа Ье! к толщи..
не tf принимают не более значения
bef/tj == (0.36 + о, lЛ) V Е/ Ry . (VII.9)
В колоннах трубчатоrо и коробчатоrо сечений наи-
большее отношение bet/tt следует устанавливать по фор..
муле (VII.7б), как для стенок.
Поскольку предварительный подбор сечения стержня
колонны производят по приближенным формулам и ори..
ентировочному значению произведения cpRy, неоБХОДИ lа
окончательная проверка подобранноrо сечения на устой..
чивость. Ее выполняют в следующей последовате ТIЬНОСТИ.
1. По назначенным размерам вычисляют фактические
rеометрические характеристики сечения: площадь брутто
А (местными ослаблениями пренебреrают) , rлавные цен..
тральные моменты инерции Ix, 111' соответствующие ра..
диусы инерции ix, iy и rибкости Ах, Лу,
2. По наибольшей rибкости Атах, которая не должна
превышать предельное значение Ли == 120, с помощью
... 234
табл. 2 прил. 2 находят коэффициент q>l. Можно также
воспользоваться зависимостями:
при О<л 2,5
Q' == 1 ----- (0,073 ----- 5,53Ry/ Е) 1 y ; (УН. 10)
при 2,5<л 4,5
Q' == 1 ,47 ........ 13Ry/ Е ----- (0,371 ----- 27 , ЗRу/ Е) Х
(0,0275 ----- 5,53Ry/ Е) Л2; (УН. 10a)
при л>4,5
Q' == 332/[Л2 (51 л)]. (VII.I0б)
Если коэффициент q>l существенно отличается от пер..
воначально принятоrо значения q>o, то производят пере-
расчет и корректировку сечения по коэффициенту q>2==
== (q>0+q>1)/2, выполняя таким образом второе прибли-
жение.
3. Скорректированное сечение проверяют по формуле
(J == N /(Q'A) Ry'Yc, (УН. 11
rде <р ----- окончательное значение коэффициента продольноrо изrиба
(для efo определения может потребоваться и третье приближение).
4. По отношениям (VII.7) (VII.9) проверяют вы-
полнение условий обеспечения устойчивости стенки и по-
ясов. Если эти условия не соблюдаются, то прибеrают к
перечисленным выше конструктивным мероприятиям.
Сечение стержня слабонаrруженных колонн подбира-
ют по предельной rибкости. Для этоrо находят мини-
мальный радиус инерции
imin == lеj/Ли, (VII.12)
rде lef расчетная длина стержня. По формулам (VII.4)
устанавливают rабариты сечения и затем компонуют ero
по конструктивным соображениям исходя из минималь-
ных толщип, диктуемых условиями устойчивости. При
этом наибольшие значения отношений hw/tw -< 3,2 V Е/ Ry
и bej/tj, нормируемые формулами (VII. 7) (VII. 76),
(VII.9), разрешается увеличивать в V q>Ry/a раз (rде
a==N/A), но не более чем на 25 о/о.
Сварные швы, соединяющие стенку с поясами в ко-
v
лоннах двутавровоrо или швеллерноrо сечении, следует
устраивать сплошными. Минимальную толщину уrловых
швов kf назначают по табл. V.б (см. 21), но не менее
б мм. При автоматической сварке поясные швы должны
иметь постоянную толщину. При ручной сварке рекомен-
..... 235 .....
N
N2
........
Рис. УII.9
а)
5)
' 1
10ft"
дуется увеличивать их тол
щину В тех местах, rде к
колоннам примыкают эле
менты с большими про
дольными и поперечными
усилиями (рис. VII.9).
Утолщенные швы делают
длиннее контура прикреп
ляемоrо элемента на вели
чину L\ === 300 мм с каждой
стороны узла.
В колоннах ДBYTaBpOBO
ro сечения, на которые не
распространяются оrрани
чения, изложенные в 22,
допускается применение Рис. VII.10
односторонних поясных
швов. Однако в указанных
местах передачи усилий швы следует устраивать ДBYCTO
ронними, и они должны выходить за контур примыкаю
щеrо элемента (узла) на расстояние ==зо kf.
Расчет стержня сквозной колонны на продольный из
rиб относительно материальной оси (см. рис. VII.l, б)
производят аналоrично расчету стержня сплошной KO
ЛОННЫ. При расчете же относительно свободной оси KO
эффициент продольноrо изrиба q> находят не как функ
цию rибкости Лу, а в зависимости от так называемой пpи
8еденной rибкости Леf > Лу, учитывающей подаТЛИВОСТh
соединительной решетки. В этом состоит принципиальное
отличие расчета сквозноrо стержня от расчета сппош
Horo.
...... 236 .......
Приведенную rибкость стержня с планками (безрас-
косной решеткой) в двух плоскостях (рис. VII.I0, а) оп-
ределяют по формуле
1..е! == V 1.. + 1.. . (УН. 13)
r де ЛЬ == lb/ib ..... rибкость отдельной ветви, которая долЖна быть не
более 40; lb..... расстояние между планками в свету; ib== V Jb/Ab ......
радиус инерции сечения ветви относительно собственной централь-
ной оси Уо.
Если стержень имеет планки в четырех плоскостях,
то
'Ле! == V Л ах + Л + . (VН.13з)
rде лшs:l..... наибольшая rибкость Bcero стержня; Лl и л2..... rибкости
отдельных ветвей относительно собственных центральных осей, па-
раллельных rлавным центральным осям сечения Bcero стержня.
Формулы (VII.13) и (VII.13a) справедливы при отно-
шении жесткостей планки и ветви п== (Js/Jb) (l/с) 5.
Здесь J8 момент инерции площади сечения одной план-
ки относительно собственной центральной оси Хо; 1.........
расстояние между осями планок; с расстояние между
осями ветвей. При п<5 необходимо учитывать влияние
rибкости планки и пользоваться зависимостями rлавы
СНиП 11-23-81.
Приведенная rибкость сквозноrо стержня с раскос-
ной решеткой в двух плоскостях (см. рис. УI 1 .3, а>.
1..е! == V 1..; + аА/ Ad . (УН. 14)
rде А..... площадь сечения Bcero стержня; Ad..... площадь сечения
раскосов решетки в обеих плоскостях (при крестовой решетке .....
площадь сечения двух раскосов).
Аналоrично определяют приведенную rибкость стер-
жня с решеткой в четырех плоскостях (см. рис. \711.3, б):
1..е! == V Л ах + А ( a1/Ad1 + (J.2/Ad2) . (VII.14з)
rде Adt, Ad2..... площади сечения раскосов решеток, лежащих во вза-
имно перпендикулярных плоскостях.
Если решетка включает в себя не только раскосы, но
и распорки, то деформативностью последних пренебре-
rают и для определения приведенной rибкости пользу-
ются теми же формулами (V1I.14) и (VII.14a). Входя-
щие в них коэффициенты (%, (%1 И а2 зависят от размеров
панели решетки (см. рис. VII.12):
а == 10dЗ I (с2п. (VII. 15)
.... 237 ......
Здесь d ---- rеометрическаи длина раскоса; 1...... расстояние между уз-
лами решетки.
Ширину сечения стержня сквозной колонны Ь назна..
чают из условия равноустойчивости
''-е! == Ах. (VII. 16)
Значения коэффициентов бх и бу для наиболее рас-
пространенных сечений приведены на рис. VII.l, б и
VII.3.
Соединительную решетку сквозных центрально..сжа-
тых колонн рассчитывают на поперечную силу, которая
может возникнуть от искривления стержня при продоль..
ном изrибе (рис. VII.I0, б). [лава СНиП 11..23..81 на ос-
новании большоrо числа экспериментов рекомендует оп-
ределять эту силу эмпирически и принимать ее постоян-
ной по всей длине стержня:
QfiC == 7, 15.10....8 AE (2330Ry/E..... 1), (VH.11)
rде коэффициент, учитывающий степень возможноrо недона-
пряжения cocTaBHoro стержня в П..'10СКОСТИ, параллельной плоское..
тям решеток, и принимаемый равным меньшему из двух значений:
Ч'mln/q> или 0/ (q>R,,). Здесь ср...... коэффициент продольноrо изrиба
стержня колонны в указанной плоскости; q>mln ----- меньший из двух
коэффициентов продольноrо иэrиба (в плоскости или из плоскости
решеток); o==N/A ...... напряжение сжатия в стержне.
Под действием условной поперечной силы Qfic план-
ки работают на изrиб и срез как стойки безраскосной
фермы. Рассматривая равновесие узла такой фермы
(рис. VII.11,a), находим перерезывающую силу F8 и из-
rибающий момент МВ в планке:
Qs 1/2 == F s с/2;
Fs == Qs l/c;
Ms == Fs с/2.
(VII.18)
(VH. 19)
в этих формулах Q....... условная поперечная сила, приходящаяся на
систему планок, расположенных в одной плоскости. При двух пло-
скостях Qs== Qfic/2.
Расчет безраскосной решетки состоит в проверке
прочности планок на изrиб и расчете сварных швов, при-
крепляющих планки к ветвям колонны. Прочность пла..
нок проверяют по формуле
(J == м / w 41' == 6М /(ta2) <: R . (VII. 20)
в hO 8 У
Поскольку формула приведенной rибкости (VII.13)
основана на предположении о наличии жестких планок,
их ширину принимают достаточно большой: а== (0'5.........
О.75)Ь, rде Ь ширина поперечноrо сечения стер}кня
....... 238 ----
!{олонны. Толщину планок t назначают в пределах 6
12 ММ. Кроме Toro, во избежание выпучивания планок
должны выдерживаться отношения
a/t < 30; bs/t <: 50, (VII. 21)
rде ЬВ........ длина планок. Планки заводят на ветви на рас-
стояние L\ ==30.....40 мм (рис. VII.ll, б).
Уrловые IUBbI рассчитывают по формулам (У.16) и
(У.16а), которые записывают в виде:
'( == V [6Ms!(pkf ' ) ]2+[ F s/(pkf ,ю))2 -< Rw 1'ю l' с' (УII .22)
rде величины , Rw и У. соответствуют расчетному сечению соеди-
нения (см. 21, рис. У.9).
Обычно принимают kf t и lw a. Tor- F
да планка оказывается прочнее шва, и при
удовлетворении неравенства (VII.22) ее
прочность можно не проверять.
Элементы раск.осной решетки обычно
конструируют из одиночных уrолков.
Предварительно их подбирают по предель-
ной rибкости Ли== 150, а затем рассчитыва-
ют на осевое усилие Nd, возникающее под
действием условной поперечной силы Qfic
(рис. VII.12). Раскосы одноrо направления
й} С/2
Qs /2 6}
N
J
Ps
Qsl2
Рис. VII.II
F
Рис. VII.12
х
Рис. VII.IЗ
...... 239
х
4-
оказываются сжатыми, друrоrо растяну тыми. Р'асчет
производят на устойчивость, т. е. по усилию сжатия
как более опасному:
(J == N d/(rpAd) Ry Ус. (VII. 23)
Здесь q> ..... коэффициент продольноrо изrиба, определяемый по
табл. 2 прил. 2 в зависимости от rибкости л==d/imiп или по форму..
лам JVII.IO)....... (VII.I0б) в зависимости от условной rибкости л==
==/.../ Ry/E; Ad площадь поперечноrо сечения раскоса; "С ==0,75 .......
коэффициент условий работы сжатых элементов из одиночных рав"
ltополочных уrолков или неравнополочных, прикрепляемых узкой
полкой (вводится соrласно п. 11 табл. 2 прил. 1).
Усилия во всех раскосах одинаковы по абсолютному
значению и определяются из условия равновесия X ===
== о (см. рис. VII.3):
N d == QflC/ (k sin а), (VII. 24)
r де k число раскосов решетки в одном сечении колонны, распо-
ложенных в двух параллельных плоскостях; а..... уrол наклона рас-
косов по отношению к ветвям.
Обычно усилия бывают невелики и требуют неболь-
ших сечений. В сварных колоннах следует применять
уrолки размером не менее 45Х4 мм.
Крепление раскосов должно быть также рассчитано
на усилие N d, но С коэффициентом Ус== 1 (см. п. 4 при-
мечаний к табл. 2 прил. 1). Для Toro чтобы приварку
выполнять без фасонок, раскосы разрешается центриро-
вать на наружную кромку ветви.
Для уменьшения расчетной длины ветви в состав ре-
UIетки включают распорки (см. рис. VII.3,6). Их рассчи-
u
тывают и конструируют так же, как раскосы, с тои лишь
u
разницеи, что условную поперечную силу подсчитывают
u
исходя из площади сечения однои ветви.
Для предотвращения закручивания стержня сквозной
колонны в нем предусматривают жесткие поперечные
диафраrмы примерно через 4 м по высоте. Чаще Bcero
их устраивают из листа 1 толщиной 8 12 мм, привари-
BaeMoro к ветвям колонны и планкам 2 безраскосной ре-
шетки (рис. VII.13, а) или распоркам 3 раскосной (рис.
VII.13,6). Возможны также диафраrмы, состоящие из
уrолков4 (рис. VII.13,B).
Пример VII.I. Подобрать двутавровое сечение стержня сплош-
JlОЙ колонны высотой Н == 9 м для опирания балок перекрытия, рас-
считанных в примерах предыдущей rлавы. Колонна в обоих направ-
лениях защемлена внизу и шарнирно закреплена вверху. Материал
сталь марки БСт3пс6-1.
..... 240
Реш е н и е. Подсчет на2РУЗ"U. Колонна работает на централь-
ное сжатие под действием давления, оказыоаемоrо опирающими я
балками (см. рис. VII.l, а). Расчетная сжимающая сила, соrласно
примеру VI.5,
F == 2V == 2. 1130 кН == 2260 кН.
Расчетная схеМа колонны, соrласно условию, имеет вид, пред-
ставленный на рис. VII.16, в. Следовательно, расчетная длина в
обоих направлениях
lx == ly == lef == H == 0,7.9 м == 6,3 м.
Определение требуемой площади сечения. 3адаемся в первом
приближении значением <1>0==0,8, чему, соrласно табл. 2 прил. 2, со-
ответствует rибкость ло 62 (для стержня из листовоrо проката с
расчетным сопротивлением RII==230 МПа по табл. 1.1). Тоrда при
N==F по формуле (VII.I) получаем
А == NI(fJ'o Ry) == 2260.103/(0,8.230.106) м! 123.10....... M == 123 см2.
Определение 2абаритов сечения (см. рис. VII.2, а). ПО формулам
(VII.2) находим
ix == iy == lеf/Ло == 630/62 см == 10,2 см,
а из соотношений (VII.4)
h == iх/бх == 10,2/0,43 см == 23,7 см;
Ь == iу/бу == 10,2/0,24 см==42,5 см.
l{ля удобства автоматической приварки поясов к стенке прини-
маем b-==hw==36 см (см. рис. VII.8, а).
Подбор толщины стен"и и поясов. Придерживаясь соотношения
(VII.6), получаем
tw == 0,2A/hw == 0,2.123/36 см == 0,68 см.
Окруrляя, назначаем / w ==0,8 см. Тоrда на долю поясов приходится
площадь
А! == А ----- hw tw == 123..... 36. О ,8 см2 == 123....... 28,8 см2 == 94 ,2 смэ.
Отсюда требуемая толщина одноrо пояса
t j == А / / (2Ь) == 94, 2/ (2 · 36) см == 1, 31 см.
Окруrляя, назначаем /! == 1,4 см.
П ровер"а nодобраННО20 сечения. Фактическая площадь
А! == Аш + 2А! == hw tw + 2Ы! == 28,8 + 2.36.1,4 см2 ==
== 28,8 + 101 см2 130 см2;
минимальный момент инерции
J т. n == J у 21 f == 2/ f Ь3/12 == 2. 1 ,4. 363/ 12 см' == 1 О 900 сМ«.
OMeHTOM инерции площади сечения стенки относительно оси g пре-
небреrаем ввиду малости.
Минимальный радиус инерции
imln == V 1 у/ Al == V 10900/130 см == 9,16 сМ.
16 4 62
24 I ........
Наибольшая rибкость
Лmах === lef/imJn === 630/9, 16 69 < Ли === 120.
Условная rибкость
== л V Ry/E === 69 V 230/(206.103) == 69/29,9 === 2,3.
Коэффициент продольноrо изrиба по формуле (VII.10)
<Рl == 1 ...... (0'073...... 5,53Ry/ Е) Л VI === 1 ...... [О '073......
...... 5,53. 230/ (206. 103)] 2,3 V 2 , 3 == О, 767 .
Значения СРО и ср. отличаются незначительно, поэтому переходим
непосредственно к проверке сечения по формуле (VII.lI):
о' == N /(fJ>1 А1) == 2260.103/(0,767 . 130.1()----4) Па == 227.106 Па ==
== 227 МПа < Ry === 230 МПа.
Недонапряжениесоставляет
o' == [(Ry ----- 0')/ Ry] 100 == [(230....... 227)/230] 100% == 1,3% < 5%,
что указывает на отсутствие излишков материала.
Проверка условий обеспечения устойчивости стенки и поясов.
Неравенство (VII.7a) имеет вид:
hw/tw == 36/0,8 == 45 < (0,36 + 0,8Л) JI E/Ry ==
== (0,36 + 0,8.2,3) 29,9 66 < 2,9 V Е/ Ry === 2,9.29,9 87.
Следовательно, укрепление стенки продольным ребром жесткости не
требуется. К тому же, соrласно формуле (VII.8),
hw/tw === 45< 2,2 V E/Ry === 2,2.29,9 66.
т. е. и в поперечных ребрах нет необходимости.
Устойчивость поясов также обеспечена, поскольку отношение
(bf ----- tw)/(2tf) == (36 ----- 0,8)/(2.1 ,4) === 12,6
не превышает значения (VII.9)
bef/tJ == (0,36 + 0,1 ) V Е/ Ry == (0,36 + 0,1.2,3) 29,9 == 17,6.
Таким образом, окончательно принимаем
сечение, представленное на рис. VII.l4.
Пример V 11.2. Рассчитать стержень сквоз-
ной колонны, состоящий из двух прокатных
швеллеров, соединенных планками (см. рис.
VII.!, б). Колонна работает по схеме, рассмот-
ренной в предыдущем примере, и предназначе-
на для возведения в климатическом районе с
расчетной наружной температурой воздуха не
ниже -----40 ос. Произвести сравнение обоих ва1
риантов.
t:::;)
се
tor)
11
,()
g
f,, "...360 14
} h=1188
Рис. VIJ.14
...... 242 .......
Реш е н и е. Расчет относительно JН.атериальноll оси. Задаваясь,
как и раньше, коэффициентом <1>0==0,8, по табл. 6 прил. 3 подбираем
два швеллера Н! 40 с суммарной площадью сечения
А2 == 2Ach == 2.61 ,5 см' == 123 см2 == А
и радиусом инерции
,
ix == 15,7 см> ix == 10,2 см.
Т or да rибкость
лх == lef/ i == 630/15, 7 40,
условная rибкость
Ах == Лх V Ry/ Е == 40 V 240/(206.103) == 40/29,3 == 1,37 t
rде, соrласно табл. 1.1, Ry==240 МПа ----- расчетное сопротивление
фасонноrо проката (швеллера) из стали марки ВСт3пс6-1 при. сред-
ней толщине полки 13,5 мм.
Коэффициент продопьноrо изrиба по формуле (VII.lO)
ерl == 1 ......... (0,073 ----- 5, 53Ry / Е) Ах V ix == 1 ----- [О, 07з---..
----- 5,53.240/(206.103)] 1 ,37 == 0,893.
Напряжение
(J == N /(<1'1 А2) == 2260.107/(0,893- 123) Па == 206.10. Па ==
== 206 МПа < Ry.
Получилось некоторое недонапряжение, поэтому следовало бы
проверить сечение из более леrких швеллеров...... Н! 36. Однако учи-
тывая, что этот профилеразмер не освоен металлурrическими заво-
дами (см. 9 9), окончательно принимаем швеллеры Н2 40.
Расчет относительНо С80бодной оси. Определяем ширину сече-
ния Ь из условия равноустойчивости колонны (VII.16). Предвари-
тельно в соответствии с рекомендацией к формуле (VII.13) эадаемся
rибкостью ветви Лh==30, Тоrда соrласно этой формуле требуемаsr
rибкость
Лу == V Л f Л == V A A == V 402 302 26.
Ей соответствует радиус инерции
ill == lеf/ЛУ == 630/26 см == 24,2 СМ.
Требуемое расстояние между обушками швеллеров с полкаМ1t,
ориентированными внутрь, находим из соотношения (VII.4):
Ь == iу/бу == 24,2/0,44 см == 55 см.
Это расстояние должно быть не менее удвоенной ширины полки швел-
лера bC1L плюс зазор 100 мм для возможности очистки и окраски
ветвей с внутренней стороны. В данном случае 550 MM>2.115.r
+ 100 мм == 330 мм, т. е. найденная ширина Ь приемлема.
16*
....... 243 ----
Производим окончательную проверку подобранноrо сечения.
Шв.еллер N2 40 имеет J УО ==642 см4; i УО ==ib ==3,23 см; zo==2,75 СМ.
Отсюда момент инерции площади Bcero сечения
J у == 2 [ J Уо + А2 (Ь/2 ----- 20)2] == 2 [642 + 61,5 (55/2.....
...... 2, 75)2] см4 == 76 600 сы4.
Расчетная длина ветви
lь == ль ib == 30.3,23 см 94 см.
Принимаем расстояние между планками в свету (см. рис.
VII.lO, а) lh==90 см.
Радиус инерции сечения
iy == V Jy/A2 == V 76600/123 см 25 см;
rибкость
Лу == lej/iy == 630/25 25;
приведенная rибкость
9..ef== V AZ + A == V 252 + 302 39 < Аж == 40,
поэтому проверка напряжений не требуется.
Расчет nлано1\,. Руководствуясь вышеприведенными рекоменда-
циями, задаемся шириной планок а==300 MM 0,55 Ь и толщиной t==
== 10 мм (см. рис. VII.10, а). Длина планок
bs == Ь ..... 2 (bch ----- L\) == 550 ----- 2 (115 40) мм == 400 мм.
При этом соблюдаются условия (VII.21):
a/t == 300/10 == 30; bs/t == 400/10 == 40 < 50.
Отношенtlе жесткостей планки и ветви
ta3/ 12
п == (Js/Jb) (1lс) == J
Уо
1.303 (90 + 30)
== 3,5
12. 642 (55..... 2. 2,75)
lь+а
Ь ----- 2zo
120
49,5 == 8,5> 5,
т. е. деформативностью планок можно пренебречь.
Условная поперечная сила по формуле (VII.17)
Qfic == 7, 15.10.....6 A2E (2330Ry/ Е..... 1) ==
== 7, 15. )(r6.123.10----4.206.10 6.0,86 [2330.240/(206.103) ......
----- 1] кН == 26, 7 кН,
rде р== (N/A2)/(fP.R1I) == (2260.107/123)/(0,893.240.108) ==0,86.
Перерезывающая сила в планке по формуле (VII.18)
Fs == Qfic l/(2c) == 26,7. 120/(2.49,5) кН == 32,4 кН.
Изrибающий момент по формуле (VII.l9)
Ms == Fs с/2 == 32,4.0,495/2 кН.м == 8 кН,м.
Предусматриваем приварку планок к полкам швеллеров вруч-
ную уrловыми швами толщиной k/==6 мм с использованием электро-
дов 342 и проверяем прочность соединения по формуле (VII.22).
244 ......
Вводя в расчет только вертикальные швы, при Vwf== 1 (соrласно ус-
ловию примера) получаем
Т! == V [6MsI ( , kf а2)]2 + [Р sl ( , k f а)]2 ==
/'( 6.8.103 )2 ( 32,4-103 )2
== V О , 7 · 6. 10....3. О , 32 + о , 7 . 6. 10.....3. О , 3 Па ==
== 130. 106 Па == 130 МПа < Rwf == 180 МПа.
Наличие rоризонтальных участков сварки позволяет считать
проверяемые швы качественными по всей длине и принимать [ш==а.
Прочность самих планок заведомо обеспечена, поскольку их толщи-
на больше толщины сварных швов.
Сравнение вариантов. В а р и а н т 1 (пример VII.l). Площадь
сечения А 1== 130 см2.
В а р и а н т 2 (данный пример). Площадь сечения А2== 123 см2,
планки размерами bsXaXt==40X30Xl см с шаrом 1== 120 см. При-
веденная площадь
,
А2 == А2 + 2bsat/l == 123 + 2-40.30.1/120 см2 == 143 см2.
Предпочтение следует отдать первому варианту, так как сплош-
ностен атая колонна оказалась экономичнее по расходу стали и Me
нее трудоемка в изrотовлении.
f 35.. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ СТЕРЖНSI
ВНЕЦЕНТРЕННО-СЖАТОА КОЛОННЫ
Предварительный подбор сечения стержня сплошной
колонны осуществляют в следующем порядке.
1. Для рассматриваемоrо участка с постоянным по
всей высоте сечением устанавливают наиболее невыrод-
ную комбинацию усилий Мх и N, полученных в резуль-
тате статическоrо расчета рамы или отдельно стоящей
колонны. Верхние части ступенчатых колонн производ-
ственных зданий имеют такую комбинацию обычно на
уровне нижнеrо пояса риrеля (стропильной фермы) при
жестком сопряжении с колоннами (сечение 1 1 на
рис. VII.15) и на уровне уступа при шарнирном опира
нии (сечение 2 2).
2. Ориентировочно определяют требуемую площадь
сечения исходя из приближенной формулы ЯСИНСКОI'О:
(J == N 1(€pA) + Mx/W х,
преобразованной к виду:
А (N/Ry) (1/€p +ех A/Wx) == (N/Ry) (1/€p +ex/rx>::::
(N/Ry) (1,25 + 2,2ex/h). (УII.25)
Зд сь q> коэФфициент продольноrо изrиба, приблизительно рав-
ныи 0,8; e == МJ&! N эксцентриситет продольной силы относительно
245
;)r
:t:
Рис. VIl.15
1 l l
Рис. VII.17
О} о}
I I ,
t а}
, f
I
I I
!,
J 1, 1
,
6) I I
,
I.
1
а) 1 , 6) 1 6) J е) I
, ...../ I 3
\ / \
\ I \ \
I I I I \
I z , J I ,
2..... I I I
3 . 3 I
I
'/ .}1=2 jJ.=o, 7
)1=1 J.I.=O,5
:t:
Рис. VII.16
I 1 zJJ.
" т
, I
1.1 ,f
1 1
6) t
Рис. VII.18
Рис. VII.19
....... 24 б .......
оси х (см. рис. VII.l,B, VII.4, VII.5, а); rж==wж/А-----ядрО80е рас-
стояние, в среднем равное 0,45 h; h высота сечения (ширина ко-
лонны) .
3. В соответствии с указаниями 33 и сортаментом
прокатноrо металла компонуют сечение. Для обеспече..
ния необходимой жесткости ширину колонн постоянно..
ro сечения h (см. рис. VI 1.1, в) принимают равной при..
близительно l/lSH при Н == 10 12 м, 1/18/1 при Н == 14
16 м, 1/20H при H 20 м. В ступенчатых колоннах (см.
рис. VII.5) верхнюю часть принимают шириной h2;::::
1/12H2. При кранах средней rрузоподъемности назна..
чают h2==500 мм. Если здание оборудовано тяжелыми
кранами (rрузоподъемностью более 100 т), этот размер
увеличивают до значения, KpaTHoro 250 мм. При леrких
кранах в последних типовых проектах принято h2
==400 мм.
Толщину стенки tw устанавливают из условия проч..
ности на срез и в пределах (1/60 1/120)h для обеспече..
ния устойчивости, но не менее 8 мм. Однако оконча..
тельно об устойчивости стенки можно судить только
после подбора сечения, так как она зависит от факти-
ческих напряжений на краях стенки.
Пояса принимают шириной Ь == (1/20 1/зо) н в целях
обеспечения обrцей устойчивости колонны из плоскости
действия изrибаюrцеrо момента. Кроме Toro, необходи..
мо, чтобы поясные листы удовлетворяли условию мест..
ной устойчивости, т. е., как и в центрально..сжатых ко..
лоннах, отношение bej/tj не должно превышать значе..
ния (VII.9).
После компоновки сечения производят ero оконча..
тельную проверку на устойчивость. Про верка прочно..
сти необходима только при весьма мощных иневысоких
колоннах с ослабленными поперечными сечениями.
Расчет на устойчивость ведут в следующей последова..
тельности.
1. Вычисляют rеометрические характеристики подоб..
paHHoro сечения: А, J х, ] у, W х, r х, ix.
2. Подсчитывают значения rибкости стержня в rлав-
ных плоскостях
Ах == lx/ix; Ау ly/iy.
(УН.26)
Расчетные длины lх и lу характеризуются, как из..
вестно из сопротивления материалов, коэффициентом
приведения J.t. Он представляет собой величину, обрат-
ную числу полуволн синусоиды, умещающихся в преде-
...... 247 ----
лах фактической длины Н стержня, который потерял
устойчивость. Для колонн постоянноrо сечения с четко
выраженными условиями закрепления значения J..t (рис.
VII.16) обосновываются в учебной литературе по сопро-
тивлению материалов (см., например, [10]).
Расчетные длины колонн, входящих в состав попе-
речных рам производственных зданий, устанавливаются
в результате решения дифференциальных уравнений их
изоrнутых осей. Однако коэффициенты этих уравнений
являются трансцендентными функциями, и поэтому
уравнения не имеют решения в общем виде. Их прибли-
женные решения MorYT быть выражены через rеометри-
ческие параметры рамы и представлены в виде таблиц.
Для колонн постоянноrо сечения, жестко соединен-
ных с риrелем рамы (рис. VI 1.17), коэффициент f..t вы-
числяют в зависимости от закрепления в фундаменте и
отношения жест костей риrеля и колонны
Jr/L
п == J с/ н '
(VII. 27)
rде J,..... момент инерции площади сечения риrеля в середине про-
лета L; J с ----- момент инерции площади сечения колонны; Н ----- высо-
та колонны от низа опорной плиты башмака до низа риrеля.
При шарнирном закреплении в фундаменте
J.1 == 2 V 1 + О,38/п; (VII. 28)
при жестком
J.1 == v (n + 0,56) / (п + О, 14) .
Если риrелем является стропильная
мент инерции
(VII.28a)
ферма, то мо-
Jr == k (Act z Ась zЁ). (VII.29)
Здесь k ----- коэффициент, учитывающий влияние уклона i BepXHero
пояса, фермы и податливость решетки: при i==-t/s-----t/10 k==O,7, при
;==1/15 k==O,8, при i==O (ферма с параллельными поясами) k==O,9;
Act, Ась ----- площади поперечноrо сечения BepXHero и нижнеrо поясов
в середине пролета; Zt, Zb ----- расстояния от центральной оси х сечс-
ния фермы до центральных осей поясов (см. рис. VIII.l2).
При шарнирном креплении риrеля к колонне прини-
мают n==о. Для колонн средних рядов мноrопролетных
рам (см. рис. VII.19, в) в числитель формулы (VII.27)
подставляют сумму Jrl/Ll+Jr2/L2 относительных жестко-
стей риrелей, примыкающих к рассматриваемой ко-
лонне.
у ступенчатых колонн (см. рис. VII.5) отдельно оп-
--- 248 ---.
ределяют расчетную длину верхней части и отдельно.....
нижней. В плоскости рамы
lXl == f.11Hl; lX2 == f.12H2' (VН.ЗО)
Значения коэффициентов приведения Jll и J.12 зави-
сят от способа закрепления концов колонны, отношения
жесткостей ее участков
J2/ Н2
пl == (VH. 31)
J1/ Н1
и соотношения продольных сил, которое учитывает ко-
эффициент
ai == (Н2/Н1) V(J1/J2) N2/N1. (VII.32)
Здесь N1 и N2 значения продольной силы на нижнем
и верхнем участках колонны, отвечающие, cTporo rоворя,
наиболее невыrодным расчетным комбинациям на-
rрузок для сечений 4-----4 и 1 1 (см. рис. VII.15). Одна-
ко в rлаве СНиП 11-23..81 разрешается определять рас-
четные длины ступенчатых колонн одноэтажных произ-
водственных зданий лишь при комбинации, дающей
наибольшие значения продольной силы на отдельных
участках.
В зависимости от параметров пl и аl по табл. 5 и 6
прил. 2 можно найти коэффициент fll для колонн одно-
пролетных рам. При этом полаrают, что в случае шар-
нирноrо опирания риrеля (рис. VII.18, а) колонны не
оказывают взаимноrо влияния против потери устойчи-
вости, т. е. их верхние концы, по существу, свободны
(рис. VII.18, б). Если риrель жестко соединен с колон-
нами (рис. VII.18, в), то эти концы считают закреплен-
ными только против поворота (рис. VII.18, z). Нижние
концы ступенчатых колонн всеrда принимают защем-
ленными.
Коэффициент приведения верхней части определяют
по формуле
f.12 == f.11/ (%1 <. 3. (VH . 33)
В мноrопролетных рамах определение расчетных
длин колонн осложняется отсутствием линейных сме..
щений их верхних концов (рис. VII.19). Приближенная
методика расчета таких колонн приведена в указанной
r лаве СНиП.
При соблюдении условий H2IHl O,6 и NI/N2 3
(колонны воспринимают наrрузку от тяжелых мостовых
кранов) коэффициенты приведения меняются незначи..
....... 249 ----
Т а б л и ц а VII.I. Козффициенты J.LI и J.L2 для определения расчетных
ДЛИН одноступенчатых колонн рам одноэтажных производственных
зданий при Н 2/ Н. ::;;;, 0,6 и N./ N 2 3
JJ.l при
Способ закрепле'НИИ вepXHero конца колонны 0,1 <J ,./ J 1 О ,05<.J 11 J 1 .....
<0.3 <0,1
Свободный конец (см. рис. VII.l8,
а, б)
Конец, закрепленный только от по-
порота (см. рис. VII.18, 8, а)
Неподвижный шарнирно закреплен.
ный конец (см. рис. VII.19, а, б)
Неподвижный конец, закрепленный
07 поворота {см. рис. VII.19, 8, е)
2,5
3,0
2,0
3,0
2,0
1 ,6
1,2
2,0
1,5
3,0
2,4
2,0
тельно и для одноступенчатых колонн одноэтажных про..
изводственных зданий их принимают по табл. VII.l по-
стоянными.
Расчетные длины ly отдельных участков колонн из
плоскости рамы принимают равными расстояниям меж-
ду точками закрепления колонн от смещения вдоль
здания. Расчетная длина нижнеrо участка равна рас-
стоянию от низа башмака до низа опорноrо узла под-
крановой балки (см. рис. VII.l, в, VII.5,a), BepXHero
участка......... расстоянию от тормозной конструкции до
нижнеro пояса подстропильной фермы или до распорок
u
продольных связен по нижним поясам стропильных
ферм при отсутствии подстропильных ферм.
3. Подсчитав значения rибкости в rлавных плоско-
стях, определяют условную rибкость в плоскости дей-
ствия изrибающеrо момента мх:
Ах == Ах V Ry/E. (VП.З4)
4. Вычисляют эксцентриситеты:
относительный
т == ex/rx;
( VII . 35 )
u
приведеннын
те! == flт, (VII . 36)
rде f) ----- коэффициент влияния формы сечения, принимаемый по
СНиП II 23-81. В случае двоякосимметричноrо двутавровоrо сечения
следует руководствоваться данными табл. 7 прил. 2 исходя из отно-
шения площади сечения пояса А f К площади сечения стенки А w.
5. По табл. 3 прил. 2 в зависимости от условной rиб..
кости и приведенноrо эксцентриситета принимают коэф-
..... 250
фициент снижения расчетноrо сопротивления при вне-
центренном сжатии ере.
6. По формуле
(J == N I (fPe А) <- Ry"lc (УН. 37)
проверяют устойчивость в плоскости действия изrибаю
щеrо момента Мх.
7. Вычисляют относительный эксцентриситет
, ,
тх == exlr х == Mx/(Nr х)'
,
rде М х........ наибольший момент в пределах средней трети длины
стержня с концами, закрепленными от смещения перпендикулярно
плоскости действия момента (но не менее половины наибольшеrо
по всей длине момента), или момент в заделке стержня, один конец
KOToporo защемлен, а друrой свободен (но не менее момента в се..
чении, отстоящем на треть длины стержня от заделки).
8. По табл. 2 прил. 2 в зависимости от rибкости Ау
или по формулам (VII.I0) (VII.I0б) в зависимости от
условной rибкости 'Ау == Лу vRy/E устанавливают KO
эффициент продольноrо изrиба еру.
9. Определяют коэффициент с, учитывающий влия
ние изrибающеrо момента на устойчивость внецентрен-
но-сжатоrо стержня в плоскости, перпендикулярной
плоскости действия момента. При относительном экс-
центриситете mх=::;;5
С == I (1 + атх) , (VII. 39)
rде а и коэффициенты, приводимые для двоякосимметричноrо
двутавровоrо сечения в табл. 8 прил. 2, для друrих сечений в rла..
ве СНиП 11-23-81.
Если mх;;З:: 10,
(VH.38)
С == 1/( 1 + тх Ч'у/Ч>ь), (УII. 39а)
rде <рь коэффициент, принимаемый, соrласно требованиям 28 и
табл. 1 прил. 2, как для балки с двумя или более закрепления ми
сжатоrо пояса.
При значениях 5<mх< 10
С == С5 (2 О, 2тх) + СI0 (О, 2тх ....... 1), (УII.396)
rде С5 вычисляется по формуле (VII.З9) при тх==5, а CIO....... по фор.
муле (VII.З9а) при тx 10.
Если rибкость Ау превышает значение Ас==
==3,14 V E/Ry, при котором центрально сжатый стер-
жень теряет устойчивость в упруrой стадии, то коэффи-
циент с для двоякосимметричноrо двутавровоrо сечения
должен удовлетворять условию
<: Стах == 2/ {1 + 6 + V(l 6)2 + (16/J!) [Mx/(Nhj)]2 }. (VII.40)
25] .......
Здесь
с5 == 4p/ t; Р == (J х + Jy)/(Ahi);
2 /( 2) 3
f.t == 2 + О, 156лу J t Ah f ; J t == О, 433 b i t i'
rде bi и ti..... соответственно ширина и толщина листов, образующих
сечение стержня колонны; Rf..... расстояние между центральными
осями поясов.
етодика определения значения Стах для друrих се-
чений изложена в rлаве СНиП 11..23..81,
10. По формуле
(J' == N /(cfPy А) <. Ry Ус (УН. 41)
проверяют устойчивость стержня колонны из плоскости
действия изrибающеrо момента.
11. Пользуясь выражением (VII.9), указанным в
34, проверяют выполнение условия обеспечения устой..
чивости поясов колонны.
12. Проверяют устойчивость стенки колонны в зависи-
мости от приводимых В 28 среднеrо значения каса-
тельных напряжений (VI.44) и параметра (VI.48):
а == (а -----0'1) / а ,
rAe O'==N /А+ (MxIJ )y ----- наибольшее напряжение сжатия 8 крайием
волокне стенки, вычисленное без учета коэффициента <Ре; 0'1 ==N/A ........
.....(MxIJ )yl ----- соответствующее напряжение на противоположном
краю стенки; у и уl ----- расстояния от центра тяжести сечения колон-
ны до сжатоrо края стенки и края, разrружаемоrо изrибающим МО.
ментом Мх.
Если а=::;;0,5, то, как и в центрально-сжатой колонне,
устойчивость стенки считается обеспеченной при выпол"
нении условий (VII.7) (VII.7б). Если a 1, то должно
выполняться условие
hw/tw <.4,35 V (2а 1) ЕЛI (J 1(2 a + Уа2 + 4 2 )] <.
<. 3,8 V Е/ Ry . (УII.42)
Здесь
== 1,4 (2а ----- 1) '(/\О'\.
(УН.43)
в интервале 0,5<а< 1 наибольшее значение отно-
шения hw/iw устанавливают линейной интерполяцией
между значениями, вычисленными при а==0,5 и а== 1.
Для сечений, отличных от двутавровоrо и трубчатоrо
прямоуrольноrо, найденные по формулам (VII.7)
(VII.7б) и (VII.42) значения hw/iw уменьшают на 25 О/о.
Исключение составляет тавровое сечение, для KOToporo
...... 252 ........
указанное отношение не дол
жно превышать значений,
приводимых в rлаве СНиП
1 1 ..23 81.
Если стенка окажется He
устойчивой, ее укрепляют
продольным ребром жестко-
сти или в расчетное сечение
стержня вводят только поя
са и примыкающие к ним
участки стенки шириной
s==O,85tw YE/Ry (см. рис.
VII.8, 6). Второй вариант,
как отмечалось в предыду
щем параrрафе, предпочти..
тельнее, поскольку он не yc
ложняет изrотовления ко..
лонны.
Поперечные ребра жест..
кости ставят в тех же
случаях и в том же по
рядке, что и в централь
но-сжатых колоннах (см.
Э 34, п. 6).
Сквозную колонну рас..
считывают как ферму с па-
раллельными поясами, пола..
rая, что под действием рас..
четных усилий М и N в ее
ветвях возникают только
осевые продольные силы (рис. VII.20), а поперечная си
ла Q воспринимается решеткой. Несущая способность
такой колонны может быть исчерпана в результате по
тери устойчивости отдельной ветви (в плоскости ИЛИ из
плоскости действия момента), а также вследствие поте
ри устойчивости колонны как единоrо cocTaBHoro
стержня.
ПредваритеJlЬНЫЙ подбор сечения стержня сквозной
КОJlОННЫ производят в следующем порядке.
1. Устанавливают наиболее невыrодные комбинации
усилий М, N и по формуле
Nb == NYb/ho :f: M/ho (VII. 44)
определяют продольные силы в ветвях. Здесь уь рас-
стояние между центральными осями Bcero сечения ко-
..... 25 3 .....
N
v,,21
,
w
н
1 Нъ.
.са
X2 tX Х,
-+
ус
g
l
IJ
Рис. V 11.20
u u
лонны И отдельнои ветви, противоположнои рассматри-
ваемой; ho расстояние между центральными осями
ветвей. В симметричном сечении Уь == ho/2 h1/2, в асим-
метричном (см. рис. VII.20) расстояние до подкрано..
вой ветви Yb2 (O,4 O,6)hlJ расстояние до наружноЙ
ветви Yы (O,6 O,4)hl.
Для Toro чтобы обеспечить поперечную жесткость
производственноrо здания, ширина колонны h1 должна
быть не менее 1/20 Н при среднем режиме работы мосто-
вых кранов и 1/15 Н при тяжелом.
2. Задаваясь коэффициентом продольноrо изrиба
«p==O,7 O,9, по форму.пе (VII.l) ориентировочно нахо-
дят требуемую площадь сечения каждой ветви.
3. В соответствИИ с указаниями 33 и сортаментом
прокатноrо металла компонуют сечения ветвей.
После подбора сечения переходят к окончательной
v v
проверке устоичивости колонны и ее ветвеи, которую
v
осуществляют в следующеи последовательности.
1. Вычисляют rеометрические характеристики каж-
дой ветви в отдельности и колоны в целом (площадь
сечения, моменты и радиусы инерции).
2. Исходя из установленноrо положения центра тя-
жести Bcero сечения уточняют значения продольных уси-
u v
ЛИИ В каждои ветви.
3. По формуле (VII.ll) проверяют устойчивость
каждой ветви как центрально-сжатоrо стержня. Коэф-
фициент q> принимают по табл. 2 прил. 2 в зависимости
от наибольшеrо из двух значений rибкости:
Ль == lb/ imin
(УН.45)
и
Лу == 19/iy, (УII.46)
rlte lь..... расчетная длина ветви колонны, равная расстоянию между
узлами решетки; imln ---- минимальный радиус инерции сечения вет-
ви; lу..... расчетная длина ветви из плоскости решетки; iJ/ ---- радиус
инерции сечения ветви относительно оси у,
или вычисляют по формулам (VII.I0) (VII.I0б) в за-
исимости от наибольшей условной rибкости (ль или
Лу) .
4. Подбирают сечение элементов решетки. Раскосы
рассчитывают на большую из поперечных сил: фактиче-
скую или условную (VII.17). Распорки рассчитывают
v
на условную поперечную силу исходя из предельнои
rибкости лч == 150.
..... 254 ......
5. По формуле (VII.14) определяют приведенную
rибкость ЛеJ, соrласно формуле (VII.34)......... условную при-
веденную rибкость Леj.
6. Вычисляют относительный эксцентриситет
тх == ех/ rx == (МХ/ N) АУа/ 1 х, (УII. 47)
r де Мх....... наибольший изrибающий момент; А площадь Bcero се-
чения колонны; 1 х момент инерции площади Bcero сечения отно-
сительно оси х; Уа расстояние от центра тяжести Bcero сечения
до центра тяжести наиболее сжатой ветви (но не менее расстояния
до оси стенки ветви).
7. По табл. 4 прил. 2 в зависимости от условной при
веденной rибкости и относительноrо эксцентриситета
принимают коэффициент ({)е.
8. По формуле (VII.37) проверяют устойчивость KO
лонны как единоrо cocTaBHoro стержня.
Пример VII.3. Рассчитать ступенчатую колонну однопролетноrо
производственноrо здания (см. рис. VII.15), оборудованноrо двумя
мостовыми кранами rрузоподъемностью 125/20 т каждый (режим
работы средний, см. пример. VI.7). Высота надкрановой части Н2==
== 6,6 М, подкрановой Н. == 12,4 м. Соотношение моментов инерции
1/\'==/2/1. == 1/4. Материал колонны ----- сталь марки ВСт3пс6.
Расчетную комбинацию для надкрановой части составляют уси-
лия в месте примыкания сквозноrо риrеля N. . == 1125 кН; Мх==
==M. . == 1800 кН. м (направлен по ходу часовой стрелки); Ql . ==
==730 кН. Соответствующий изrибающий момент в месте сопряжения
с подкрановой частью M2 2==......380 кН. м.
Расчетные комбинации усилий в подкрановоЙ части таковы:
Nз з== 4630 кН; Мз з== 1850 кН,м и N4 4==-----4700 кН; M4 4==
==2530 кН,м; Q4 4==350 кН.
Реш е н и е. ОпредеJlенИе расчетных ДJlИН. Отношение жесткQC-
тей (VII.31) верхней и нижней частеЙ колонны
пl == (/2/ 11) н 1/ н 2 == (1/4) 12,4/6,6 == О, 47.
Соrласно формуле (VII.32),
а1 == (82/ Н1) V (/1/12) N2/ N1 ----
== 6,6/ 12 ,4 V 4. 1125/4700 == О, 532 V 4/4, 18 == О, 52.
По табл. 6 прил. 2, интерполируя, находим f.11 == 1,78. По форму-
ле (VII.33)
2 == l/al == 1,78/0,52 == 3,42> 3.
Принимаем f.12==3'
Учитывая, что Н2/8.==0,532<0,6 и N1/N2==4,18>3, коэффици-
енты приведения можно принять по табл. VII.1. При 12/1. == 1/4а
==0,25 имеем J.11 ==2 и по-прежнему f.12==3. Поскольку сквозной ри-
rель не обеспечивает полноrо закрепления BepxHero конца колонны
от поворота, останавливаемся на большем значении коэффициента
255 .....
Р1. В этом случае расчетные ДЛИНЫ отдельных частеА: колонны в
плоскости рамы, соrласно зависимостям (VII.30), составят
lxi == iHi == 2.12,4 м == 24t8 м:
1 Х2 == 2 Н 2 == 3. 6 ,6 м == 19 t 8 м.
Расчетные ДЛИНЫ из плоскости рамы
lY1 == Нl == 12,4 м: lY2 == Н2 hg == 6'6....... 1,8 м == 4,8 М.
Здесь высота подкрановой балки hg 1,8 м принят а cor ласно при-
меру VI.7 с учетом выпуска опорной диафраrмы за rpaHb нижнеrо
пояса (см. рис. VI.27, б).
Расчет надкрановой части колонны. Задаваясь симметричным
составным двутавровым сечением (см. рис. VII.5, а). уетанавливаем
ero ширину. Из условия жесткости она должна быть не менее
h2 == Н 2/12 == 6 t 6/ 12 м == О, 55 м == 550 мм.
Окруrляя до значения, KpaTHoro 250 мм, принимаем h2==750 ММ.
Привязку колонны К разбивочноА: оси здания выполняем cor ласно
СН 223-62 (<<Основные положения по унификации объемно..планиро-
вочных и конструктивных решений промышленных зданий ) со сме-
щением наружной rрани на рас-
стояние Ьо==250 мм (рис. VII.21).
Таким образом, разбивочная ось
отсекает треть верхней части 'СО"
лонны.
Предварительный подбор се-
чения. По формуле (VII.25) ори-
ентировочно определяем требуе..
мую площадь
А >- (N / Ry) (1 ,25 + 2t2еж/h!)
==[1125.103/(215.106)] Х
Х (1 ,25 + 2 t 2. 1 t 6/0, 75) м!==
f
h2
f
/.
, h,
Рис. VII.21
== 311 · 10........& м2 == 311 см!,
r де е х == М х/ N == 1800/1125 м == 1, 6 м,
а RII==215 МПа ----- минимальное
расчетное сопротивление листово..
ro проката из стали указанной
марки (см. табл. 1.1).
1"
.
'1
v
I
=25 hw=700 t,= 25
h'1 = 750
...;t.
11
rC)
t$
Рис. VII.22
----- 256 -----
Необходимую толщину стенки устанавливаем из условия проч-
ности на срез (VI.l Оа). Назначая высоту стенки h1D == 700 мм, на-
ходим
tfIJ:> 3Q/(2hw Rs) == 3.730.103/(2.0,7.130.108) М == 0,012 м == 1,2 см.
Тоrда на долю поясов приходится площадь
А J == А ........ hfIJ tw == 311 ..... 70. 1 , 2 см2 == 311 ...... 84 см2 == 227 см2.
При толщине каждоrо поясноrо листа
tJ == (h2 ----- hfIJ)/2 == (750...... 700)/2 мм == 25 мм
требуемая ширина
Ь :> Af/(2tf) == 227/(2.2,5) см == 45,4 см.
ПО табл. 2 прил. 3 принимаем листы сечением bXtt ==480Х25 мм.
Их толщина подт"ерждает справедливость принятоrо расчетноrо со-
противления R".
Вычисление ееометрических характеристик подобраННО20 сеченuя
(рис. VII.22). Фактическая площадь
Аа == hw tw + 2btf == 84 + 2.48.2,5 см2 == 84 + 240 см2 == 324 см'.
OMeHTЫ инерции
J ж tw h /12 + 2btf (h2/2 ..... tf/2)9 == 1,2.703/12 +
+ 240 (75/2 2,5/2)2 см4 == з4 300 + 315 000 см4 349000 СМ&;
J У 2tf Ь8/12 == 2. 2 ,5. 483/12 см4 == 46 100 см'.
Момент сопротивления
W == J :x;/(h,J2) == 2.349000/75 см3 == 9310 см'.
Ядровое расстояние
r:x; == W ж/Ав == 9310/324 см == 28,7 см.
Радиусы инерции
iж == V Jж/Аа == V 349000/324 см == 32,8 см;
ly== VJy/Aa == У461ОО/324 см== 11,9 см.
Определение еибкостей в елавных плоскостях. По формулам
(VII.26)
лж == lЖ2/i:х; == 1980/32,8 == 60,4; Ау == 'Y2/i, == 480/11,9 40.
17poBepKa устойчивости надкрановой части в плоскости действия
U32ибающеео момента. Условная rибкость по формуле (VII.34)
iж == Аж V R, / Е == 60,4 V 215/ (206. 103) == 60,4/30,95 == 1,95.
Относительный эксцентриситет по формуле (УI 1.35)
m == е ж / r == 160/28,7 == 5,57 .
Отсюда при отношении A//Aw== 120/84== 1,43> 1 коэффициент влия-
ния формы ечения в соответствии с табл. 7 прил. 2 составляет 1') ==
== 1,4 0,02л== 1,4-----0,02.1,95 1,36.
Приведенный эксцентриситет по формуле (VII.36)
те! == 1)т == 1,36.5.57 == 7.58.
11.......462
..... 257 ...
По табл. 3 ПРИJl. 2 находим q>e==0,161_ Тоrда, COrJlaCHO УСЛОВИIО
(VI 1.37),
а == N /(fPe А2) == 1125-103/(0, 161-324.1 ) Па ==
== 215.108 Па == 215 МПа == Ry.
l1poBepKa устойчивости надкрановой части из пAOC OCTи дейст-
вия м,о.м.ента. НаиБОJlЬШИЙ изrибающнй момент в пределах средней
трети высоты надкрановой части (рис. VII.23)
,
М х == М2---2 + 2/8 (М 1----1 ...... M2---- == ...... 380 + 2' 3 ( .... 1800 +
+ 380) кН.м == 1327 кИ-м,
что по аБСОJlЮТНОМУ значению БОJlьше 1/2MI....I== 1800/2 кН,м==
==......900 кН. м. При этом относитеJlЬНЫЙ эксцентриситет (VII.38)
тх == M / (Nr s) == 1327 .102/(1125.28, 7) == 4,11 < 5.
Тоrда, COrJlaCHO ФОРМУJlе (VII.39),
с == 6/(1 + атх) == 1/(1 + 0,856.4, 11) == 0,221,
rде .в соответствии с табл. 8 прил. 2
а == 0,65 + 0,05тх == 0,65 + 0,05-4,11 == 0,856.
I<оэффициент р == 1, nOCKOJlbKY
Ау == 40 < ЛС == 3,14 V Е/ RII == 3,14-30,95 == 97.
Коэффициент ПРОДОJlьноrо изrиба по формуле (VII.10) в зави-
симости от условной rибкости Ау == Лу V Ry/ Е==40/30,95 == 1,29
fPy == 1 ..... (0,073 5,53Ry/ Е) Ау V y ==
== 1 ..... [0,073 ----- 5,53.215/(206-103)] 1 ,29 == 0,901_
Напряжение по формуле (VII.41)
о == N / (cfPy А2) == 1125. 103/ (О ,221. 0,901-324. 10.......4) Па ==
== 174.108 Па == 174 МПа < RII.
Таким образом, устойчивость надкрановой части колонны обес-
печена в ПJlОСКОСТИ и из плоскости действия
изrибающеrо момента. Следует иметь в ви-
ду, что вторая про верка произведена по
,
приближенному значению момента МХ' вы-
численному в предположении, что YMMap-
ная эпюра М прямолинейна (см. рис. VII.2З).
В действительности эта эпюра носит криво.
линейный характер вследствие распределен-
ной по высоте KOJlOHHbl ветровой наrрузки
и имеет перелом в месте приложения силы
поперечноrо торможения тележки MocToBoro
крана. Однако уточнение значения момента
с учетом фактическоrо очертания суммар-
ной эпюры М необходимо только в том
H
ИХ
H2 2.
Рис. V 11.23
:t:
........ 258 .....
случае, если напряжение при проверке устойчивости из плос-
кости превышает напряжение при проверке в плоскости действия
изrибающеrо МОмента и близко к расчетному сопротивлению мате-
риала.
у стойчuвость поясов колонны также обеспечена, поскольку ОТНО..
шение
(Ь ----- tu}) / (2t f) == (48 ----- 1 ,2) / (2 · 2 , 5) == 9, 36
Не превышает значения (VII.9)
bel/tf == (0,36 + О, lЛх) V Е/ Ry == (О ,36 + О, 1.1,95) 30,95 == 17,2.
Проверка устойчивости стенки. Наибольшее напряжение сжатии
на краю стенки
0'== N / А2 + (МХ/ J х) hw/2 == ----- 1125.103/(324.1 ') ......
----- [1800. 103/(349. 1 (}---О)] 0,7/2 Па == ----- (34,7 + 180,5) 108 Па
----- 215. 108 Па == ...... 215 МПа == Ry.
TorAa
Заметим, что в данном случае напряжение может превышать
расчетное сопротивление R у, так как прочность внецентренно-сжатых
стальных стержней проверяют с учетом развития пластических де-
формаций (см. СНиП 11-23-81).
Напряжение на противоположном краю стенки
0'1 == N / А2 ----- (Мх/ J х) hw/2 == ----- 34,7 + 180,5 МПа 146 МПа.
Параметр
а == (а ----- 0'1) 1 а == (...... 215 ....... 146) 1 (...... 215) == 1 ,68 > 1,
поэтому проверку устойчивости производим по формуле (VII.42).
Предварительно находим среднее касательное напряжение от
поперечной силы Ql--1:
'( == Ql----1/(tw hw) == 730.103/(1,2.70.10......4) Па ==
== 86,9.106 Па == 86,9 МПа.
hw/tw == 70/1,2 == 58,3 < 4,35 Х
Х V(2a 1) Е/НО'\ (2 a+ Va2+4 2)] ==
== 4,35 V (2.1,68 1) 206.103/[215 (2 1,68 + V 1,682+4.1,342»==
== 112 < 3,8 V Е/ R1/ == 3,8.30,95 == 118,
rде в соответствии с формулой (VII.4З)
== 1,4 (2а..... 1) '&/10'1 == 1,4 (2.1 '68....... 1) 86,9/215 == 1,34.
Следовательно, устойчивость стенки также обеспечена. Оконча
,.епьно принимаем сечение надкрановой части колонны, изображен-
ное на рис. VII.22.
Расчет подкрановой части колонны. Ширина сечения при совме.-
щении оси подкрановой ветви с осью подкрановой балки (см. ри
VII.21)
h1 == л, + Ьо == 1000 + 250 мм == 1250 мм,
....... 259
17.
что больше минимальноrо значения hJ:=H./20== 12400/20 MM:::I
== 620 мм, установленноrо из условия жесткости. Здесь л расстоя-
ние от оси подкрановоrо рельса до разбивочной оси, принимаемое
по rOCT 534.........78 равным 750 мм для кранов с rрузоподъемностыо
rлаsноrо крюка не более 50 т при отсутствии проходов вдоль под-
крановых путей; 1000 мм при наличии проходов · внутри коnонн
и для кранов rрузоподъемностью 80 125 т; 1250 мм......... при наличии
проходов вне коnонн и для кранов rрузоподъемностью более 125 Т.
Поскольку h. > 1 м, подкрановую часть проектируем сквозной.
Определение расчетных продольных усилий в ветвях колонны.
Соrласно правилу знаков изrибающих моментов, указанному в ус-
ловии примера, для наружной ветви наиболее невыrодна комбина-
ция усилий в сечении 4........4, для подкрановой ветви......... 8 сечении
3 3.
Поскольку положительный момент М4"'4 (доrружающиА наруж-
ную ветвь) по абсолютному значению больше отрицательноrо Мз...з,
смещение центра тяжести сечения относительно середины колонны
произойдет в сторону наружной ветви. Поэтому принимаем (см.
рис. VII.20):
уы1 == 0,4h1 == 0,4.1,25 м == 0,5 м;
УЬ2 == О, 55h1 == 0,55.1,25 м 0,7 м;
ho == Ybi + УЬ2 == 0,5 + 0,7 м == 1,2 м.
Тоrда ориентировочное продольное усилие по формуле (VII.44)
в подкрановой ветви
N ы1 == N з з Yb11 ho + Мз зl ho == ......... 4630. 0,5/1 ,2........
......... 1850/1 ,2 кН == 3470 кН,
в наружной
N Ь2 == N 4 4 УЬ2/ ho ......... M4 4/11o == ......... 4700. 0,7/1 '2........
2530/1,2 кН ==......... 4850 кН.
Предварительный подбор сечения. а) Подкрановая ветвь. Зада-
ваясь коэффициентом <р==0,8, чему, cornacHo табл. 2 прил. 2, соот-
ветствует rибкость Л 64, по формуле (VII.l) находим ориентиро-
вочную площадь сечения
Аь == Nb1/(rpRy) == 3470.108/(0,8.215.108) м2 ==
== 202. 1 О...... м2 == 202 см2.
Проектируем сварной двутавр высотой b==Ht/20== 12,4/20 M
0,6 м == 600 мм (для обеспечения устойчивости колонны из плоско-
сти действия изrибающеrо момента), состоящий из трех листо.
(рис. VII.24) общей площадью
АЬ1 == Ьш tw + 2bf t f == 56. 1 ,2 + 2. 30. 2 см2 == 187,2 см2.
При этом обеспечивается устойчивость стенки и поясов [см. S 34,
условия (VII.7a) и (VII.9)].
* Устройство сквозных проходов для обслуживания подкрано-
ВЫХ путей необходимо в цехах с тяжелым и весьма тяжелым ре-
жим.ом работы кранов.
260 ----
f Ь/' =300
Х'. t
Рис. V 11.24
с:::::»
g 11
rC)
tw = 12
'6
l' 1, .-- . c
rC)
rC:)
Рис. VII.25
1,
УС L200 20
б) Наружная ветвь. Требуемая площадь сечения при том же ко-
эффициенте продольноrо иэrиба
Аь == Nbs/(rpRy) == 4850/(0,8.215.103) м2 == 282.10 м2 == 282 СМ3.
Принимаем сечение ветви из двух равнополочных уrолков и
листа (рис. VII.25) общей площадью
АЬ1 == 2Ао +bshtsh == 2.76,5 + 56.2,5 см2 == 153 + 140 CM == 293 СМ'.
Высоту сечения Ь назначаем такой же, как у подкрановой ветви.
Определение ееОJfетрическ,их характеристик. а) Сечение подк.ра4
новой ветви. Моменты инерции
J Х1 2tt Ь;/12 == 2.2.303/12 см4 == 9000 см4;
J уl == tw b /12 + 2Ь/ tl (bw/2 + е//2)2 ==
== 1,2.563/12 + 2.30.2 (56/2 + 2/2)2 см4 :::s 118000 см4.
Радиусы инерции
iXl == V J ХI/ Аы == V 9000/187,2 см == 6,93 см;
lу1 == V J Уl/ Аы == V 118000/187,2 см == 25,1 см.
б) Сечение наружной ветви. Координата центра тяжести сече-
ния относительно ВНСUIней rрани листа
УС == tsh + Zo ...... ASh (tsh/2 + Zo)/ АЬ2 == 2,5 + 5,7 ----
---- 140 (2,5/2 + 5,7)/293 СМ == 4,88 СМ.
Моменты инерции
J %. == Ьй t:h/ 12 + Ай (У о....... tsh/2)2 + 2 [J а + Аа (zo + tsh ....... У с)!) :=1
== 56.2,53/12 + 140 (4'88..... 2,5/2)2 + 2 [2871 + 76,5 (5,7 +
+ 2,5 ...... 4,88)2) СМ' == 9346 см';
J g2 == t sh b h/ 12 + 2 [! а + Аа (Ь/2 ...... zo)2) ==2,5. 563/12+
+ 2 [2871 + 76.5 (60/2....... 5,7)2) СМ' == 132700 CMt.
261 ----
Радиусы инерции
tXa == V JX2/ АЬ2 == V 9346/293 см == 5,64 см;
i уа == V J У2/ АЬа == У 132 700/293 см == 21 ,3 см.
в) Сечение колонны в целом. Координата центра тяжести сече-
ния относительно центральной оси двутавра (см. рис. VII.20)
УЬ2 == Ab2hO/Al == 293.120,1/480,2 см == 73,3 см,
rAe
ho == h1 Ус == 125 4,88 см 120,1 см;
А1 == АЬ1 + АЬ2 == 187,2 + 293 см2 == 480,2 см2.
Тоrда
Ybi == ho ....... УЬ2 == 120, 1 ........ 73,3 см == 46 J 8 см.
Момент инерции
J == J %1 + Аы Y 1 + J Z'J + АЬ2 Y l ==
== 9000 + 187,2.73,32 + 9346 + 293.46,82 см4 1 666000 см..
Радиус инерции
iж == y"J ж/ А} == У 1 666000/480,2 см == 58,9 см .
ПроверlШ устойчивости ветвей колонны. а) Подкрановаll ветвь.
Уточненное значение продольноrо усилии
,
N ы == 4630.0,468/1,201 ....... 1850/1,201 кН == ...... 3345 кН.
rибкость в плоскости рамы по формуле (VII.45)
ЛЬi == lb/ iЖ1 == 146/6, 93 21.
Расстояние между узлами решетки принято из CJJедующеrо расчета,
lb == (Н 1 ....... htr) / n == (1240 ...... 70) /8 см 146 см,
rде h,,== 70 см ........ высота траверсы в месте сопряжений верхней части
ступенчатой колонны с нижней (СМ. рис. VII.34); n==8..... количество
панелей в нижней части колонны.
rибкость из плоскости рамы по формуле (VII.46)
ЛУ1 == lY1/ iy{ == 1240/25,1 49> ЛЬ1.
Максимальная условная rибкость
Атах == 'j,y == Лу у Ry/ Е == 49/30,95 == 1,58.
Коэффициент продольноrо изrиба по формуле (VII.lO)
q> == 1 (0'073....... 5, 53RlI/ Е) Атах Лmах ==
== 1 .... (0'073...... 5,53.215/(206.103)] 1,58 -V 1,58 == 0,866.
Напряжение по формуле (VII.ll)
,
а == Nbl 1(<рАы) == 3345.1Q8/(0 ,866.187 ,2.1<r-- ) Па =:а
== 206.106 Па == 206 МПа < Ry.
..... 262 ....
б) Наружная ветвь:
,
Nb2 ==...... 4700.0,733/1,201 ........ 2530/1,201 кН == 4975 кН;
Ь2 == lb/ iXJ == 14615,64 26;
Y2 == lYl/ iY2 == 1240/21 ,3 58> ЛЬ2; тax == 58/30,95 == 1,87;
q> == 1 ...... [0,073...... 5,53.215/(206.103)] 1,87 У 1,87 == 0,828;
(J == N 2/(rpAbJ == 4975.107/(0,828.293) Па ==
== 205.106 Па == 205 МПа <Ry.
Следовательно, устойчивость отдельных ветвей подкрановой ча-
сти колонны обеспечена.
Расч.ет элементов соединительной решетки. Условная попереч-
ная сила (VII.17) даже при р == 1 меньше фактической:
QfiC == 7'15.10......6 AIE (2330Ry/ Е...... 1) == 7, 15.1(}--06 .480,2.1 Х
Х 206.106 [2330.215/(206.103) ----- 1] кН == 101 кН < Q, , == 350 кН,
поэтому раскосы рассчитываем по фактической поперечной силе
Q 4"'4.
Уrол между осями ветвей и раскосов (см. рис. VII.20)
а, == arctg (ho/ lb) == arctg (120, 1/146) == arctg 0,823.
Отсюда a, 390 30'; sin а,==0,636; cos а,=::.0,772.
Усилие в раскосе при наличии решетки в двух плоскостях
N d == Q4.....4/ (2 sin а,) == 350/ (2. 0,636) кн == 275 кН.
rеометрическая длина раскоса при центрировании на ось ветви
d == ho/sin а, == 120,1/0,636 см 189 СМ.
Задаваясь коэффициентом продольноrо изrиба ч>о==О,7, исходя
из формулы (VII.23) находим требуемую площадь сечения сжаТОI'О
раскоса:
Аа == Nal(q>oRy ус) == 275.103/(0,7.235.106.0,75) м2
== 22t3.1(}--4 м2 == 22,3 см2,
rAe Ry ==235 МПа....... расчетное сопротивление фасонноrо проката
толщиной 4.......20 ММ из стали указанной марки (см. табл. 1.1).
По табл. 3 прил. 3 принимаем уrолок сечением 125Х9 с ПЛО"
щадью Ald==22 см2 и радиусом инерции imln==2,48 см.
rибкость раскоса при шарнирном креплении в узлах
Лd == d/ imln == 189/2,48 76 < ли == 150.
Условная rибкость
Лd == Лd у" Ry/E == 76 У 235/(206.103) == 76129,6 == 2,57> 2,5,
поэтому коэффициент продольноrо изrиба вычисляем по фОРМJ.i е
(VII.lOa) :
ер == 1 ,47 ........ 13Ry / Е ........ (0,371 ----- 27 ,3Ry / Е) d +
+ (0,0275 ----- 5,БЗR1/1 Е) A == 1,47 ----- 13.235/(206.103) .....
......... 263 .....
........ (О t 371 ..... 27 t 3. 235/ (206. 108» 2 t 57 + [о. 0275
..... 5,53.235/(206.103)] 2,572 :=: 0,722.
Отсюда напряжение
(J == Nd/('PAld) == 275.107/(0,722.22) Па == 173.108 Па ==
== 173 МПа < Ry Ус == 235.0,75 МПа == 176 МПа.
Условное усилие в распорках решетки зависит от площади се.
чения более мощной ветви:
,
Nc == Qllc/2 == 6Qjic Аь2/(2А1) ==0,954.101.293/(2.480,2) кН==29,4 кН,
rде
== a/(q>Ry) == (N 2IAb2)/(q>Ry) == (4975.107/293)/(0,828-215) ==0,954.
Усилие незначительно, поэтому распорки подбираем по предель-
ной rибкости. Требуемый радиус инерции
l :> ho / Ли == 120, 1 / 150 см == 0,8 СМ.
Конструктивно принимаем равнополочный уrолок сечением 56Х5
с площадью Ас == 5,41 см2 и радиусом инерции imln == 1 t 1 см> 0,8 СМ_
Тоrда фактическая rибкость
== ho / imin == 120 t 1 / 1 , I 11 О .
По табл. 2 прил. 2 ей соответствует коэффициент продольноrо изrиба
ср==0,485. Отсюда
0== Nc/(q>Ac) == 29,4.107/(0,485.5,41) Па == 112.106 Па ==
== 112 МПа RyYc == 176 МПа.
Про верка устойчивости подкрановой части КОЛОННЫ как едиНО20
cocraBHOZO стержня в плоскости действия иЗ2uбающе20 момента. rиб-
кость стержня относительно свободной оси х
Ах == lXl/iX == 2480/58,9 == 42,1.
Приведенная rибкость, соrласно выражению (VII.14),
ле! == V л; + aA1/Ad == V 42,12 + 32.480,2/(2.22) == 46,
rде в соответствии с формулой (VII.l5)
а == 1 Od3/ (h 1 ь) == 1 О. 1893/( 120, 12. 146) == 32.
Условная приведенная rибкость
Ае! == 'Ае! У Ry/E == 46 V 215/(206.103) == 1,49.
Относительный эксцентриситет (VII.47) дЛЯ комбинации уси-
лий, вызывающих наибольшее сжатие в подкрановой ветви:
тх == (Мз----з/ Nз----з) A1Yb2/ J х ==
== (1850.102/4630) 480,2.73,3/1 666000 == 0,844.
По таб.п. 4 прил. 2 q>e==0,489 и соrласно условию (VII.37)
(J == N з----з/ (q>e А1) == 4630. 107/ (0,489. 480 t 2) Па ==
== 197.106 Па == 197 МПа < RlI == 215 МПа.
---- 264 .....
Для комбинации усилий, вызывающих наибольшее сжатие в
Н8РУЖНОЙ ветви:
тх == (M4 4/ N4 4) A1Ybl/ J Х ==
== (2530.102/4700) 480,2.46,8/1 666 000 0,726; <Ре == 0,526;
0=== 4700.107/(0,526.480,2) Па == 186.10' Па == 186 МПа < Ry.
Таким образом, устойчивость подкрановой части колонны как
единоrо стержня в плоскости действия момента также обеспечена.
Устойчивость из плоскости проверять не требуется, поскольку она
rарантирована устойчивостью отдельных ветвей.
В заключение определяем фактическое отношение моментов
инерции подкрановой и надкрановой частей колонны относительно
оси х:
'" == J 1/ J 2 == 1 666 000. о ,9/349 000 == 4, 3.
Здесь коэффициент 0,9 учитывает податливость решетки сквозной
колонны.
Расхождение со значением "==4, указанным в условии "риме..
ра, составляет
А\, == [(v' v)/vJ 100 == [(4,3 4)/4] 100% == 7,5%,
что меньше максимально допустимоrо отклонения в 30 о/о.
t 36. &АЭЫ И оrопО8КИ копонн
База (башмак) служит для передачи наrрузки от
стержня колонны на фундамент. В простейшем случае
она состоит из одной лишь опорной плиты 1 (рис.
VII.26, а). Тоrда наrрузка в леrких колоннах передает-
ся полностью сварными швами, прикрепляющими стер-
жень колонны к плите. В колоннах со значительными
усилиями (N 6000 кН) торец стержня целесообразно
фрезеровать, однако толщина плиты может получиться
по расчету слишком большой, что приведет к сущест-
венному снижению расчетноrо сопротивления Ry (см.
табл. 1.1). Для уменьшения толщины плиту укрепля ют
траверсой 2 (рис. VII.26, 6), которая обеспечивает бо-
лее равномерную передачу наrрузки от стержня и явля-
ется опорой для плиты при изrибе под действием реак-
тивноrо давления фундамента q.
Анкерные болты 3 фиксируют правильность положе-
ния колонны относительно фундамента. В центрально-
сжатых колоннах они, по существу, не имеют усилий, и
поэтому их диаметр назначают конструктивно в преде-
лах 20 36 мм.
Конструкция базы должна соответствовать принято-
му в расчетной схеме стержня колонны способу закреп-
ления ero нижнеrо конца. При шарнирном опиравии
анкерные болты крепят непосредственно к опорной- пли-
----- 265 .......
а}
'Л'
б}
'Н
Рис. УН.26
те (СМ. рис. VII.26), за счет rибкости которой обеспечи-
вается податливость соединения, если возникнут слу-
чайные моменты. При жестком сопряжении болты (не
менее четырех) крепят к стержню колонны посредством
специальных столиков (см. рис. VII.l, б) и затяrивают
с напряжением, близким к расчетному сопротивлению,
что устраняет возможность поворота стержня.
Расчет базы центрально-сжатой колонны ведут в
следующем порядке.
1. Находят требуемую площадь опорной плиты
Apl N / Rcp. (VII.48)
Здесь N ----- расчетное усилие в колонне; R,cp---- расчетное сопротив-
ление смятию бетона фундамента, определяемое, cor ласно r лаве
СНиП 11-21-75 [20], по формуле
Rcp == sRc, (VH . 49)
rде
3
== у Aj/ Ар, ; (УН. 50)
Rc ----- расчетное сопротивление бетона осевому сжатию (призменнаSl
прочность), равное 4,5; 7 и 9 МПа соответственно для марок М 100,
М 150 и М 200; AJ==LJBJ ----- площадь BepXHero обреза фундамеНТ<I.
Поскольку на стадии расчета базы отношение
Aj/ Ар, обычно еще не известно, коэффициентом зада-
ются в пределах 1 ,2 1 ,5.
.... 266 ...
2. Соrласно требуемой площади, назначают ширину
и длину плиты в зависимости от размещения ветвей
траверсы, ребер жесткости, укрепляющих плиту, и ан-
керных болтов. Ширину плиты следует назначать в со-
ответствии с [ОСТ 82 70* (см. табл. 2 прил. 3).
3. Из условия прочности на изrиб определяют толщи-
ну опорной плиты, которую рассматривают как пла-
стину, опертую на торец стержня колонны, траверсу.
диафраrмы, ребра жесткости и наrруженную равномер-
но распределенным (условно) реактивным отпором
фундамента. При этом MorYT представиться следующие
СJIучаи:
а) если плита закреплена по четырем сторонам
(участки 1 на рис. VII.26, б), то наибольший иэrибаю-
щий момент в полосе шириной 1 см
М! == rщЬ2, (VH.51)
r де а ---- коэффициент, зависящий от отношения более длинном сто-
роны участка а к более короткой Ь и принимаемый по табл. VII.2;
q ..... давление на 1 см2 плиты, равное среднему напряжению в бето-
не фундамента под ней
0,/ == N /(Lpl Врй; (VII.52)
б) если плита закреплена по трем сторонам (участ-
к и 11), то
MJJ == а1 qb ,
(VII . 53)
r де (%1........ коэффициент, зависящий от отношения закрепленной сторо-
ны аl к неэакрепленной Ь. и принимаемый по табл. VII.3;
т а б JJ И Ц а VII.2. КО9ффициент а ДJlЯ расчета ПJlИТ, опертых
по четырем сторонам
а/Ь 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5
а 0,048 0,055 0,063 0,069 0,075 0,081
Продолжение
а/Ь 1,6 1,7 1,8 1,9 2 >
а 0,086 0,091 0,094 0,098 0,100 О, 125
I
2
---- 267 .....
Т а б л и ц а VII.3. Коэффициент а( для расчета плит, опертых
по трем сторонам:<
а1/Ьl 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,2 1,4 2 >2
а1 0,060 0,074 0,088 0,097 О, 107 0,112 0,120 0,126 0,132 0,133
в) если плита закреплена одной стороной (участки
111), то изrибающий момент определяют, как в кон-
соли:
M1// == qc2/2,
rде с ..... вылет консоли (ширина свеса).
По наибольшему из найденных изrибающих момен-
тов определяют требуемый момент сопротивления сече-
ния плиты
Wpl MmaxlRy.
С друrой стороны, момент сопротивления плиты ши-
риной 1 м
W PI == lt 116.
Отсюда требуемая толщина плиты
tpl == 6W pl -V 6Мтах/ Ry , (VH. 54)
rде R"..... расчетное сопротивление материала плиты при изrибе.
Обычно толщину tpl назначают в пределах 16
40 мм. При значительной разнице между изrибающими
моментами на различных участках необходимо внести
изменения в расчетную схему плиты путем постановки
дополнительных диафраrм 4 или ребер жесткости 5
(рис. VII.26, в). Если при этом плита окажется rде..ли..
60 опертой по двум сторонам, сходящимся под уrлом
(участки /У), то для определения момента можно поль..
Зl)ваться с некоторым запасом формулой (VII.53), при..
иимая размеры соrласно указанному рисунку.
4. По формуле (V.ll) или (V.lla) находят требуе..
мую длину сварных швов, прикрепляющих ветви тра..
версы к стержню колонны, и определяют высоту травер..
сы
htr lw/п + б,
r де n ....... число швов; б == 0,0 1 М.
(VII.55)
* I<оэффициенты а и al, приведенные в табл. VII.2 и VII.З, по..
лучены Б. r. r але plCиHbftМ, ( 1871-----1945) ----- советски м инженером и
ученым, одним из создателей теории изrиба пластин.
...... 268 ........
,- 1
Оси анкерных болтоВ
,'" """"", ", ", """"""" "/'
t t ;
f , r:aQ,
t
,
,, "' ,, ,
Lpt
'L
Ри . VII.28
Рис. V 11.29
269 -----
Рис. V 11,21
I
1
Толщину уrловых швов kj в соответствии с п. 1 кон-
структивных требований, приведенных в 21, принима-
IUT не более 1,2 толщины листа траверсы ttr, которую, В
свою очередь, назначают в пределах 10 16 мм.
5. Проверяют прочность на изrиб и срез траверсы,
ребер жесткости и вертикальных сварных швов, при-
J<репляющих последние к стержню колонны или тра-
версе.
6. Рассчитывают швы, прикрепляющие элементы
базы к плите.
База внецентренно-сжатой колонны состоит из тех
}I{e основных элементов, что и база центрально-сжатой
колонны (рис. VII.27). Принципиальное отличие за-
ключается в том, что при внецентренном сжатии база
оказывается развитой в плоскости действия изrибающе-
ro момента, а анкерные болты воспринимают растяrи-
вающее усилие от этоrо момента.
Конструкция базы зависит от типа сечения и мощ-
ности колонны. С точки зрения выполнения сварки
удобны открытые башмаки с одностенчатой траверсой
(см. рис. VII.27). Чаще Bcero их применяют для срав..
нительно леrких колонн постоянноrо сечения. Недостат"
ком является малая жесткость из плоскости действия
момента.
При больших опорных моментах приходится перехо-
дить к двустенчатой (коробчатой) траверсе. Однако с
увеличением высоты такой траверсы затрудняется свар-
ка внутри образующеrося короба. Поэтому целесообраз-
но устраивать башмак с раздельными траверсами для
каждой ветви колонны (рис. VII.28). При этом средняя
часть базы остается открытой и доступной для сварки.
Для сквозных колонн производственных зданий наи..
более рациональны базы раздельноrо типа (рис.
VII.29), коrда каждая ветвь имеет самостоятельный
башмак. Поскольку ветви работают на продольные осе-
вые силы, расчет и конструирование таких баз произ-
водят аналоrично базам центрально..сжатых колонн.
Анкерные (фундаментные) болты в базах под вне-
центренно..сжатые колонны рассчитывают на комбина..
цию наrрузок, дающую наименьшую продольную силу
с>катия при возможно большем изrибающем моменте.
Расчетное сопротивление растяжению следует прини..
laTЬ по табл. VII.4.
Оrоловок колонны предназначен для восприятия со..
средоточенноrо давления вышележащих конструкций
----- 270 .......
Т а б л и ц а VII.4. Расчетные сопротивления раСТRжеиию Rb(J
фундаментных болтов
Диаметр болтов, мм BCT3Kn2 09r2C
lor2Cl
12.........20 145 185 190
21.........32 145 185 190
33.........60 145 180 180
61.....80 145 175 170
81.....100 145 170 170
101.........140 145 170
Значения Rba, МПа, для болтов ИЗ стали Марок
(балок, ферм и т. п.) И paBHOMepHOrO ero распределе-
ния по сечению стержня. Конструкция оrоловка, как и
базы, должна соответствовать расчетной схеме стержня
колонны. При шарнирном опирании вышележащих кон-
струкций сопряжение работает только на вертика.льные
воздействия (см. рис. VII.l, а и б). Жесткое сопряжение
образует рамную конструкцию, способную воспринимать
rоризонтальные воздействия от опорноrо момента (см.
рис. VII.l, 8, VII.5, VII.7).
Шарнирное опирание балок осуществляют посредст-
вом передачи наrрузки на опорную плиту 1 через при-
cTporaHHble торцовые диафраrмы балок (рис. VII.30, а)
или опорные ребра, совмещенные с полками (стенками
ветвей) колонны (рис. VII.30, б). В первом случае по-
следовательность расчета такова.
1. В зависимости от ширины опираемоrо торца бал-
ки назначают ширину bh опорноrо ребра оrоловка 2.
2. Находят требуемую толщину rоризонтальных
сварных швов, через которые давление с опорной плиты
передается на вертикальные ребра оrоловка. При вы-
полнении условия (V.12), соrласно неравенству (V.l1),
kf V / (О, 7 lwf RrJDf Ywf 'Ус) == V I (1,4 (bh ---- 6) Rwf Ywf Ус]. (VH. 56)
При фрезерованном торце колонны давление переда-
ется непосредственно на ребра, и швы назначают кон-
структивно.
3. Исходя из условия прочности на смятие (VI.58)
определяют необходимую толщину ребра
ts V/(bhRp). (VII.57)
В этих формулах v....... опорная реакция одной балки.
4. ПО формуле (VII.55) определяют высоту ребра
hs в зависимости от длины вертикальных швов, требуе-
мой для передачи наrрузки на стержень колонны.
....... 271 ........
а)
I
Рис. УI1.З0
о)
JN
L
Рис. УII.31
..... 272 ......
6/
о)
CQ
5. Подобранное ребро проверяют на срез:
l' == V I (ts hs) <: Rs ус'
(VII.58)
6. По аналоrичной формуле в месте крепления ребра
проверяют на срез стенку колонны, подставляя толщи-
ну tw.
Для увеличения жесткости вертикальных ребер oro-
ловка и жесткости стенки при больших наrрузках устра-
ивают обрамление из rоризонтальных ребер 3.
Работа оrоловка во втором случае происходит ана-
поrично с той лишь разницей, что роль вертикальных
ребер выполняют полки (ветви) самой колонны. Расче-
ту подлежат rоризонтальные сварные швы, прикрепля-
ющие плиту к полкам (ветвям). При двух швах на
кая{дую полку справедлива формула (VII.56), в кото-
рую вместо bh необходимо подставить ширину полки
(ветви) колонны Ь.
Толщину опорной плиты tpl В обоих случаях назна-
чают конструктивно в пределах 16 30 мм. Болты вы-
полняют только ФИКСИРУЮЩУЮ функцию.
Пример V 11.4. Рассчитать и сконструировать базу центрально-
сжатой колонны, подобранной в при мере VII.l. Материалы фунда-
мента бетон марки М 100, элементов базы...... сталь марки
ВСтЗпс6. Сварка ручная электродами типа Э42.
Реш е н и е. В соответствии с ранее принятой расчетной схе-
мой колонны (см. рис. VII.l6, в) предусматриваем жесткую базу
(рис. VII.Зl, а).
Определение размеров опорной плиты в плане. Расчетная сила
давления на фундамент с учетом веса колонны
N == F + pA1gHYI == 2260 + 7,85.0,013.9,81.9.1,05 кН == 2270 кИ.
Здесь р==7,85 т/Мз..... плотность стали; ес::=9,81 м/с' ускорение
свободноrо падения; 'Vt== 1,05 ...... коэффициент надежности по на-
rрузке от веса колонны (см. табл. 1 прил. 1).
Задаваясь ;== 1,2, по формуле (VII.49) устанавливаем расчет-
Ное сопротивление бетона:
Rcp == Rc == 1,2.4,5 МПа == 5,4 МПа.
Требуемая площадь опорной плиты, соrласно условию (VII.48),
Apl> N I Rcp == 2270.103/(5,4.106) м2 == 0,42 м2 == 4200 см2.
Конструируем траверсу из листов толщиной t,,== 10 мм с вы-
пуском за них плиты на расстояние с==60 мм. TorAa ширина плиты
Bpl == bf + 2 (ttr + с) == 36 + 2 (1 + 6) см == 50 см,
что удовлетворяет rOCT 82......70. на широкополосную vниверсаль-
н ую сталь.
Требуемая длина плиты
Lpl :> Apl/ Bpl == 4200/50 СМ == 84 СМ.
18 462
273
Окруrляя, принимаем Lpl 90 см. Следовательно, вылет листов тра-
версы
Di == (Lpl h)/2 == (90....... 38,8)/2 см == 25,6 см.
Определение толщины плиты,. Среднее напряжение в бетоне
фундамента по формуле (VII.52)
of == q == N /(Lpz Bpz) == 2270.103/(0,9.0,5) Па ==
== 5,04.10' Па == 5,04 МПа.
На участках, опертых по четырем сторонам (внутри сечения
стержня колонны), соrласно указанному примеру,
ь == (b1 ..... 1",)/2 == (36........ 0,8)/2 см == 17,6 см;
й == 36 см; а / ь == 36/ 17 , 6 == 2,04 > 2,
и по табл. VII.2 а==0,125, т. е. фактически плита работает как сво-
бодно лежащая на двух опорах балка пролетом Ь.
Изrибающий момент по формуле (VII.51)
М/ == Ш/Ь2 == 0,125.5,04.106.17 ,62.1<r4 Н. М == 19515 Н. М.
На участках, опертых по трем сторонам (между листами тра-
версы и полкой колонны):
al/ bi == 25, 6/ з6 == О, 71 ,
по табл. VII.3 а) ==0,089.
Изrнбающий момент по формуле (VII.53)
. .,
МВ == а1 qbi == 0,089.5,04.362.102 Н.М == 58 130 Н.М.
Вследствие большой разницы в значениях изrибающеrо момен-
та предусматриваем укрепление плиты ребром жесткости (рис.
VII.31,6) толщиной t8 10 мм. TorAa
,
Ь1 == (b1----- t8)/2 == (36 -----1)/2 см == 17,5 см;
, ,
D1/b} == 25,6/17,5 == 1,46; a1 0,127
и
,
М// == 0,127.5,04.17,52.102 Н.м == 19600 Н.м.
На консольных участках изrнбающий момент Не является опре-
деляющим, так как даже при отсутствии ребер жесткости он имел
бы значение
М/// == qc2/2 == 5,04.62.102/2 Н.М == 9070 Н.м.
,
Таким образом, Mmax==M/J 19600 Н,м, И толщина плиты по
формуле (VII.54), соrласно табл. 1.1, составляет
Ipz У 6Мтах/ Ry == У 6.19600/(215.106) м ==
== 23, 4. 10....3 М == 23,4 мм.
По табл. 2 прил. 3 назначаем tpl 25 мм, что подтверждает
правильность принятоrо значения расчетноrо сопротивления.
........ 2 7 4 ........
Расчет траверсы. Необходимая высота при четырех сварных
швах толщиной k/ ttr 10 мм, прикрепляющих листы траверсы к
полкам, соrласно формулам (VII.55) и (V.ll), составляет
htr == lwj/4 + б == N /(4.0, 7kj Rwj) + б ==
== 2270.103/(2,8.0,01.180.100) + 0,01 м == 0,46 м == 46 см,
rде расчетное сопротивление Rw/ 180 МПа (соrласно табл. V.2).
Окруrляя, принимаем htr 50 см И производим проверку прочности
траверсы на изrиб и срез.
Наrрузка на единицу длины одноrо листа траверсы
qtr == q (b /2 + ttr + с) == 5,04.106 (17,5/2 + 1 + 6) Н)-....2 Н/М с::
== 794.103 Н/М == 794 кН/м.
Изrибающий момент в месте приварки к колонне
Mtr == qtr ai/2 == 794.25,62.10....../2 кН.м == 26 кН.м,
поперечная сила
Qtr == qtr аl == 794. 25,6. 1 <r--2 кН == 203 кН.
Момент сопротивления сечения листа
W ',.. == ttr h r/6 == 1.502/6 смЗ == 417 см3.
Нормальное напряжение
Otr == Mtr/Wtr == 26.103/(417.10.....6) Па == 62,4.108 Па ==
== 62,4 МПа Ry == 225 МПа;
касательное
'ttr == Qtr/(ttr htr) == 203.103/(1.50.10-----4) Па == 40,6.108 Па ==
== 40,6 МПа Rs == 130 МПа,
т. е. прочность траверсы обеспечена с большим запасом. Расчетное
сопротивление Ry==225 МПа принято по' табл. 1.1 исходя из тол..
щины листов траверсы, а значение R.==0,58RJI ----- по табл. 1.2.
Расчет ребер жест"ости, примыкающих к полкам колонны, про-
изводим аналоrично расчету листов траверсы:
q8 == qb == 5,04.17,5.104 Н/м == 882.103 Н/М == 882 кН/м;
Ms == Mtr qs/qtr == 26.882/794 кИ,м == 28,9 кИ.м;
Qs == Qtr Qs/qtr == 203.882/794 кн == 225 кН.
Требуемый момент сопротивления сечения ребра W. M8/R,.
С друrой стороны, W s==t р;/ 6. Отсюда требуемая высота ребра
hs V 6М,/ (ts Ry) == V 6.28,9. 103/ (О ,01. 225. 106) м ==
== 0,278 м == 27,8 см.
Окруrляя, принимаем h. 30 см.
Касательное напряжение
'ts == Qsl (ts hs) == 225. 103/ (1.30. 1 Q---4) Па == 75. 108 Па:::::
== 75 МПа < Rs,
т. е. прочность ребра обеспечена.
18 * ...... 275 .......
Сва рные швы, прикрепляющие ребро к колонне, проверяем п?
результирующему напряжению. При двух уrЛ08ЫХ швах толщинои
kJ==t,== 10 мм, соrласно формулам (V.16), (V.l4a) и (V.10), полу-
чаем
'! == V {6Ms/[0, 7kj.2 (hs б)2]}2 + {Qs/[O, 7kj.2 (hs б)J}2 ==
== 'V {6. 28, 9. 1 03/ [1 ,4. 1 (30 ----- 1) 2 10....8]} 2 +
+ {225.103/[1 ,4.1 (30 1) 1 4]}2 Па == 157.108 Па ==
== 157 МПа < Rwj == 180 МПа,
т. е. прочность швов также обеспечена.
Расчет швов, прикрепляющих элементы базы к плите. Соrлас-
но формуле (V.lO), необходимая толщина швов, прикреПЛЯЮЩIIХ
листы траверсы:
kj Ntr/(O, 7 lwj Rwj) qtr Lpl/[O, 7 (Lpl + 2at) Rwj) ==
== 794.103.0,9/[0,7 (0,9 + 2.0,256) 180.108J м ==
== 4, 02. 10....3 М == 4, 02 мм,
ребра )Кесткости:
kj ' Qs/(0,7.2alRwj) == 225.103/(1,4.0,256.180.108) м==
== 3,49.10 3 М == 3,49 мм.
В соответствии с табл. V.6, исходя из толщины плиты tpl==
==25 мм, конструктивно лринимаем kJ == 8 мм, что вполне компенси-
рует несколько завышенную длину швов (расчет произведен по
фактической длине вместо расчетной, т. е. без учета ВОЗМО)КНЫХ не-
проваров и кратеров). Такой же толщины назначаем и швы, при-
крепляющие к плите пояса и стенку стер)Кня колонны, хотя они
воспринимают еще меньшее давление.
Проверка справедливости принятоzо расчетноzо сопротивления
бетона фундамента. Назначаем размеры BepXHero обреза фунда-
мента в плане на == 20 см больше протяженности опорной плиты
(см. рис. VII.26, б):
Lj В! == (Lpl + ) (Bpl + L\) == (90 + 20) (50 + 20) см == 110X70 см.
Тоrда, cor ']acHo зависимости (VII.50),
3 3
S == V А! / Ар, == yr (110.70)/(90.50) == 1,2.
Таким образом, получили то же значение, которое было приня-
то при установ ')ении расчетноrо сопр.отивления в нача.пе расчета.
t 37. стыки копонн
Стыки колонн, как и балок, бывают заводские и
монтажные. Необходимость в них обусловлена в основ-
ном теми же причинами, которые отмечены в 31. В за-
водских условиях простейшим является прямой стык
(рис. VII.32). При проrрессивной технолоrии изrотовле-
"ия листовые заrотовки стыкуют предварительно, на
стадии обработки металла. Блаrодаря этому на общую
....... 276 -----
'1
"
, I
11
11
'1 I 1
'1
11
б)
'с')
с:-..
Рис. V 11.32
Рис. VII.ЗЗ
сборку стержня колонны поступают листовые детали
уже rOToBbIx размеров.
Сварка производится автоматичеСКИt что дает сое-
динеНИЯt равнопрочные основному металлу. Поэтому
наличие стыка и ero местоположение не отражаются на
работоспособности центрально-сжатой колонны. В слу-
чае внецентренноrо сжатия прямой стык также осу-
щеСТВИМt 'поскольку всеrда можно найти сечение с по-
ниженными напряжениями растяжения.
Прокатные профили нельзя сварить встык автома-
тичеСКИt а при ручной сварке прочность соединения на
растяжение, как известно, меньше, чем у OCHoBHoro ме-
талла (см. 19, табл. У.l). Поэтому в большинстве
случаев профили стыкуют с помощью накладок (рис.
VII.33) .
Ручная стыковая сварка с визуальным контролем
качества швов допустима только в тех сечениях, rде на-
пряжения растяжения не превышают соответствующее
расчетное сопротивление соединения.
----- 277 ........
E
3
t
)(
g
B
.1ШuJp.JJUU
'ТТТ1 ,. l'ТТ1
3
:I
uI:; tЛw
· м-nr
I .11 I Ш .1
. I' I
I I f
1 11 1
I 11 I
I 11 1
I 11 I
I 1'11 I
1 11 I
': l
r ---- .... .... j =:=1
lt
<:з
' 1
Ь
!/
C\I
-..J
о)
t,
' X/
ь
.:t
2 2
t,
. X2..s:::.""
...
б)
Уа
р
с
hf2
ус
Рис. V 11.34
Монтажные стыки располаrают в местах, удобных
с точки зрения возведения конструкций. В ступенчатых
колоннах таким местом является уступ, rде опирается
подкрановая балка и меняется сечение стержня (см.
рис. VII.5). Сопряжение верхней части с нижней осу-
v
ществляют при помощи одно- или двухстенчатои тра-
версы. Наиболее распространено конструктивное реше-
ние с одностенчатой траверсой (рис. VII.34, а). Травер-
са 1 работает как стенка простой двухопорной балки
(рис. VII.34, б), наrруженной в колоннах крайних ря...
дов производственных зданий сосредоточенной силой
F == N /2 + M/hf2'
rде N и М ----- абсолютные значения продольной силы и изrибающеrо
момента, направленноrо внутрь рамы, на верхнем участке колонны
..... 278 -----
вместе ero соединения с нижним; h/2 расстояние между цент-
ральными осями поясов BepXHero участка.
Поясами балки служат: сверху опорный лист под-
крановой ступени 2 и прокладка 3 между стенкой верх..
ней части колонны и листом траверсы; снизу......... rори-
зонтальная диафраrма 4. Балка должна быть проверена
на изrиб и срез по средним касательным напряжениям
в сечениях 1 1 и 2 2.
Высоту траверсы htr определяют из условия разме-
щения сварных швов, прикрепляющих к ней пояса верх-
ней части, или швов, приваривающих саму траверсу к
стенке подкрановой ветви. При центрированном опира..
нии на подкрановую ветвь подкрановых балок. переда-
ющих большое давление от мостовых кранов, решаю-
щим является второе условие. Толщину траверсы t( в
этом случае назначают из расчета на смятие от силы
максимальноrо опорноrо давления Dmax, распределен..
ной по условной длине
lef == bd + 2t2,
rде bd....... ширина торцовой диафраrмы подкрановой балки; 12..... тол-
щина опорноrо листа подкрановой части колонны.
Для получения жесткоrо сопряжения высоту тра-
версы принимают равной (O,5 O,8)hl (см. рис.VII.5) и
не менее 400 500 мм. В мощных колоннах лист травер..
сы . пропускают через специальные прорези (на 2 3 мм
больше толщины листа) во внутреннем поясе верхней
части и стенке подкрановой ветви нижней части, прива..
ривая четырьмя уrловыми швами. Толщину швов, при..
крепляющих прокладку и опорный лист к внутреннему
поясу верхней части колонны, устанавливают по уси-
лию, которое возникает в них при изrибе описанной вы..
ше балки.
При жестком сопряжении риrеля с колонной нижнее
сечение надкрановой части и леет значительный запас,
и соединение наружных поясов осуществляют прямым
стыковым швом без расчета. При шарнирном сопряже..
нии, коrда нижнее сечение является расчетным, стыко..
вание производят швом, равнопрочным основному ме-
таллу, или с помощью накладок по расчету.
Двухстенчатые (коробчатые) траверсы предусмат-
ривают в исключительных случаях при очень боль-
ших усилиях в верхней части колонны и большом опор-
ном давлении подкрановых балок. Такие траверсы об-
ладают значительной поперечной жесткостью, но су-
щественно усложняют изrотовление колонны, производ-
279
Сl'во сварочных раоот, и, кроме Toro, колонна получает
дополнительный момент из плоскости рамы от внецен-
тренной передачи давления на подкрановую ветвь.
На монтаже первоначально заваривают стыковые
швы поясов и стенки колонны и в последнюю очередь ..........
уrловые швы. При толщине стыкуемых листов более
]0 мм необходима разделка кромок. Для уменьшения
сварочных напряжений швы, соединяющие пояса со
стенкой, не доводят при изrотовлении колонны на рас-
стояние 500 м м по обе стороны от стыка.
r n а в . VIII. СВАРНЫЕ ФЕРМЫ
t 38. ТИПЫ ФЕРМ И о&пАСТЬ их ПРИМЕНЕНИI
В статике сооружений под фермой принято пони..
мать rеометрически неизменяемую сквозную стержне-
вую систему, элементы которой шарнирно соединены в
узлах и работают на осевое растяжение..сжатие при
узловом наrружении (рис. VIII.l, а). Допущение об
идеальной шарнирности узлов противоречит действи..
тельной конструкции фермы (рис. VIII.l, б), но доволь"
но точно отражает фактическую работу ее элементов.
Можно отказаться от этоrо допущения и считать взаим..
ное соединение концов стержней абсолютно жестким
(рис. VIII.l, 8). Такое предположение тоже не соответ-
ствует действительности, хотя значительно меньше, чем
rипотеза шарнирности, однако оно значительно услож-
няет расчет.
Сравнение результатов, полученных при использова..
нии обеих расчетных схем, позволяет установить предел
допустимости более простой схемы. Точный анализ по..
казывает, что расчетная схема фермы, как шарнирно-
стержневой системы, становится тем менее приемлемой,
чем больше жесткость стержней Е! /l, rде J осевой мо-
мент инерции площади сечения стержня, а 1 ero дли-
на. При некотором значении этоrо отношения, коrда
ферма состоит из сравнительно коротких стержней
мощноrо сечения, rипотеза шарнирности узлов стано-
вится чересчур rрубой. Так обстоит дело rлавным обра-
зом при больших наrрузках и сравнительно небольшом
пролете фермы L. Но в этом случае сквозная конструк"
ция становится rромоздкой и трудоемкой в изrотовле-
нии, уступая по этим показателям сплошным балкам.
280 .....
АРНС. VIII.t
а)
... Рис. V 111.2
N
N
6)
\lIw
2)
'W
Соrласно rлаве СНиП 11..23..81, фермы с элементами
из уrолков или тавров принято считать шарнирными.
При двутавровых, Н-образных и трубчатых сечениях
расчет ферм по шарнирной схеме допускается в тех слу..
чаях, коrда отношение высоты сечения к длине элемен"
та не превышает 1/10 в конструкциях, эксплуатируемых
в климатических районах с температурой t ......40° С, и
1/15 В районах с температурой t< 40° с.
Если указанные отношения выдержать не удается,
следует учесть в элементах дополнительные изrибаю..
щие моменты от жесткости узлов. Сделать это можно
приближенно, определив осевые усилия по шарнирной
схеме.
Область применения сварных ферм обширна. Они
используются в покрытиях зданий и сооружений для
поддержания кровли (стропильные фермы), радио- и
телебашнях, мачтах, опорах линиЙ электропередачи,
конструкциях подъемных кранов и Т. д. В большинстве
случаев фермы изrотавливают из стали. Алюминиевые
сплавы MorYT быть рекомендованы для сквозных кон-
струкций, требующих предельноrо сокращения массы
металла (например, для стрел подъемных кранов) или
работающих в аrрессивных средах.
Преимуществом сварных алюминиевых ферм явля"
ется хорошая сопротивляемость динамическим наrруз-
v
кам независимо от температуры окружающеи среды.
Недостаток состоит в пониженной жесткости при пол-
ном использовании расчетноrо сопротивления материа-
ла и в пониженной устойчивости сжатых элементов.
В промышленном и rражданском строительстве наи..
более широко применяются стальные сварные стропиль-
ные фермы. Они MorYT быть свободно опертыми или
входить в состав поперечной рамы каркаса (см. рис.
.VII. 17). Очертание стропильной фермы определяется
назначением здания, видом кровли, конструкцией и
размерами фонаря (в производственноrvl здании), спо-
собом опирания. С теоретической точки зрения наибо-
лее выrоден контур, соответствующий очертанию эпюры
изrибающих моментов. Так, при равномерно распреде..
ленной наrрузке и rоризонтальном нижнем поясе верх-
ний пояс должен быть очерчен по квадратной параболе
(рис. VIII.2, а). В этом случае усилия возникли бы
только в поясах. Однако стаЛЬНЫе фермы с криволинеЙ..
ным поясом трудоемки в изrотовлении (необходимость
разметки криволинейных элементов, rибки, обрезки уз-
----- 282 -----
ловых фасонок по кривой и Т. п.). Кроме Toro, возник..
JIовение в панелях пояса значительных изrибающих мо-
ментов М ==Nf (рис. VIII.2, б) и начальных напряжений
от rибки существенно ухудшает работу пояса, поэтому
такие фермы в массовом строительстве не применяют.
Полuеональные фермы, которые как бы вписаны в
эпюру моментов (рис. VIII.2, в), также имеют решетку
с незначительными усилиями. Они не требуют разметки
по кривым и rибки элементов. Однако необходимость
устраивать стыки в местах перелома пояса мноrоуrоль-
Horo очертания тоже усложняет изrотовление и увели-
чивает стоимость. Такие фермы рациональны при боль-
ших пролетах и наrрузках, коrда конструктивные зат-
руднения менее ощутимы, а экономия металла по
сравнению с фермами иноrо очертания существенна.
Основным типом леrких ферм под рулонную кровлю
производственных зданий долrое время являлись трапе-
цеидальные стропильные фермы (рис. VIII.2, е), у кото-
рых верхний пояс прямолинеен и имеет небольшой ук-
лон (i==1/8 1/12). Для облеrчения проектирования и
MaccoBoro высокомеханизированноrо изrотовления эти
фермы унифицированы (рис. VIII.3, а). Они имеют еди-
ную rеометрическую схему при разных значениях про..
лета, кратных модулю 6 м (18, 24, 30, 36 м). В основу
унификации заложено постоянство размера панели
d==3 м и высоты ферм на опоре ho==2,2 м. Последнее
обстоятельство обеспечивает также стандартное при-
крепление ферм к колоннам независимо от пролета.
Высота h в середине пролета зависит от ряда факто-
ров: 1) минимальноrо расхода металла; 2) требуемой
жесткости (проrиба) фермы; 3) рациональной транс-
портировки конструкции, изrотовленной на заводе.
Условию минимальноrо расхода металла отвечает ра-
венство массы поясов и массы решетки вместе с фасон-
ками (см. рис. VIII.l, б), что достижимо при h 1/5 L.
Столь большая высота, однако, неудобна по транспорт-
ным и монтажным соображениям. Ферму пришлось бы
доставлять на строительную площадку отдельными эле-
ментами (россыпью) и собирать на месте монтажа. До-
полнительные затраты времени и средств при этом не
окупаются экономией металла.
На практике стремятся к тому, чтобы при монтаже
производилась только укрупнительная сборка фермы из
двух половин (отправочных марок). Поэтому размеры
фермы не ДОЛЖНЫ выходить за пределы железнодорож
283 ......
о}
11
{=18м
. 1.8
,,
C'\I
.
L =24н "
..(:::
с-..;
"
L=JOH
L=36H
t5)
.-..;
....;
l = 18'" '6
..с:::
....;
[=24н '
-с::
L=JO,.,
...с::::
"
l=J6и 7
)
[=18Н
с:::)
l =24н "
l =JON
L =J6и
т [7r'\I7 I
-ос:::
[7 r\ V '" r
т V '" v .i
.;.
v \
т v " v I ;/ с;:)
v " ..
,
"
.
f( с> /" 7 : T
. ....... 7 <: к / !]
Т v "
i= 1... % I I
I
. 17 '" 1/ I'<J I
,1
.. ...
i = 1,5%
J " v " / 'T'<
I " [7 / V / i'<
.. I
'1 " [7 " / ',,- V " V 7 R
i ::: 1: .5
.r $Rrl \J7 J
\:
'"' f\r Ni
к1/ \т) I\t:)
11
. ,..... fCV :ос:::
..
'v r
'J7 \1/
'"' k1i' '1
r ..с:::
/' :::. ...
fJ( " ;р
кt7 v f\J/
'"'т""" k17 к1/ f\D "
...с:::
,
JM JM . " 11 11 " 11 11 " JN JN
Рис. VIII.З
284 ....
1I0ro rабарита (по вертикали 3,8 м, по rоризонтали
3,2 м) и обычно назначают h 3,8 М. Однако при укло-
не BepXHero пояса i == 1 : 8 (12,5 о/о), наиболее употре-
бительном для рулонных кровель, высота стропильных
ферм пролетом 30 и 36 м переходит через указанную
rраницу. Тем не менее и такие фермы остаются вполне
индустриальными и транспортабельными, если среднюю
u
панель нижнеrо пояса выделить в самостоятельныи от-
правочный элемент. В этом случае железнодорожному
rабариту должна удовлетворять высота третьей стойки
от опоры.
Наиболее удобными в изrотовлении являются ферrvlЫ
с nараллельхымu nоясамu. Одинаковые длины стержней
поясов и решетки, одинаковое решение промежуточных
узлов и минимальное количество поясных стыков созда-
ют условия для максимально возможной унификации
конструктивных схем и делают такие фермы индустри-
альными. Блаrодаря преимуществам в изrотовлении
фермы с параллельными поясами постепенно вытесня-
ют фермы трапецеидальноrо очертания. Для производ-
u u U
ственных здании с rоризонтальнои кровлеи и внутрен-
ним водоотводом разработаны типовые фермы с укло-
ном i == 1,5 о/о, который создается за счет строительноrо
подъема в середине ПРО.1Jета (рис. VIII.3, б)
Треуеольные фермы имеют оrраниченное применение
вследствие больших усилий в поясах. Такие фермы
всеrда значительно тяжелее ферм друrих типов. Их
устраивают при металлической или асбестоцементной
кровле, коrда необходим быстрый сток воды и, следо-
вательно, большой уклон. Типовые фермы имеют i ==
== 1 : 3,5 (28,6 О/о) и ho==0,45 м (рис. VIII.3, в).
t 39. РАСЧЕТ СТРОПИЛЬНЫХ ФЕРМ
Расчет начинают со сбора наrрузок. На стропильные
фермы действуют в основном постоянная наrрузка от
веса кровли и несущих конструкций покрытия (собст-
венный вес ферм, связей по ним, вес фонаря и т. п.) И
временная наrрузка от cHera. Эти наrрузки, являющие-
ся преимущественно равномерными, распределяют меж-
ду узлами BepxHero пояса фермы в виде сосредоточен-
ных сил. К нижнему поясу иноrда может прикладывать-
ся наrрузка от подвесноrо подъемно-транспортноrо
оборудования (например, от кран-балок), подвесноrо по-
толка, подвесных трубопроводов и т. д. Ветровую
----- 285 ----
наrрузку учитывают только на кровлю с уклоном более
300. rоризонтальным давлением ветра на фонарь пре-
небреrают, так как ero влияние на работу фермы незна-
чительно.
Ферма, входящая в качестве риrеля в состав рамы с
жесткими узлами (см. рис. VII.18,8), кроме перечис-
ленных наrрузок испытывает воздействие рамных опор-
НЫХ моментов и продольной силы, приложенной на
уровне нижнеrо пояса риrеля.
Вес кровли gr подсчитывают по фактическим пока-
зателям в соответствии с ее конструкцией и схемой
стропильной фермы. Для определения веса несущих
конструкций пользуются ранее выполненными анало-
rичными проектами или эмпирическими зависимостями.
Так, нормативный вес сквозноrо риrеля вместе со свя-
зями, приходящийся на 1 м2 rоризонтальной проекции
кровли, можно вычислить по формуле
gtr,n == 1,2at1'L, (VIII.I)
rде 1,2 коэффициент, учитывающий вес связей; at,...... коэффициент
веса риrеля, принимаемый равным lO Н/м3 для сварных стро-
ПИЛЬНЫХ ферм пролетом L==24 42 м при нормативной наrрузке на
риrель Qtr,n== 1,5 4 кН/м2.
Вес каркаса фонаря со связями gln принимают в
пределах O,12 O,18 кН на 1 м2 rоризонтальной проек-
ции фонаря; вес остекления фонаря g2n==O,35 O,4 кН
на 1 м2 остекленной поверхности; вес борта gзn уста-
навливают по фактическому весу бортовой плиты с уче-
том утеплителя, выравнивающеrо слоя и рубероидноrо
ковра.
Расчетные сосредоточенные силы от ПОСТОЯННОЙ на-
rрузки на бесфонарных участках фермы (рис. VIII.4, а)
подсчитывают по формуле
Fi6 == (g1'/COS а. + gt1') dl, (VIII.2)
rAe а..... уrол наклона BepXHero пояса к rоризонту; при уклонах
кровли i-<.l/a принимают cos а== 1; d,..... длина панели верхиеrо поя-
са; l---- шаr ферм (рис. VIII.4, 6).
Если кровельное покрытие укладывают на специаль-
но предназначенные балки......... проrоны, устанавливаемые
в узлах BepXHero пояса ферм (рис. VIII.4, в), то допол-
нительно необходимо учесть вес проrонов в пределах
O,1 O,15 кН/м2.
Для узлов, на которые опираются крайние стойки
фонаря,
(VIIl.3)
F2g == Fig + (gtr d/2 + g2 h2 + gз) 1,
r.це h2 высота остекленной поверхности.
286 ......
,.."
N
а)
o.5F1g
6)
't'-.)
В)
СтРОПLJЛЬНЫR
ф2ДМЫ
I I I
ПрО20НhI
I
I
I
I
Рис. VIII.4
о)
d.
Рис. VIII.5
о)
l
l
l
Вариант 1
Вариант 1
"-
са
"'"
с::) q. с::)
("ij f.O
c::::r
О,5! о,5! О,5! l о,5!
..... 287 ....
Для узлов подфонарных участков
FЗ8 == Ftl + gtr dl. (VIII.4)
Нормативную сне20ВУЮ наrрузку, приходящуюся на
1 м2 rоризонтальной проекции покрытия, определяют по
формуле
Рп==РоС' (VIII.5)
rде РО ----- вес CHeroBoro покрова на 1 м2 rоризонтальной поверхности
земли, принимаемыи соrласно rлаве СНиП 11-6-74 [18] в зависимо-
сти от района строительства, кН/м2; с...... коэффициент перехода от
веса CHeroBoro покрова земли к снеrовой наrрузке на покрытие и
зависящий от очертания последнеrо.
Для однопролетных бесфонарных зданий (рис.
VIII.5, а) с уклоном кровли a 250 с== 1, при a 600
с==о. Промежуточные значения с определяют линейной
интерполяцией между приведенными значениями. Вто-
Рис. VH..8
ь
а
ь
""
.s Q S
Рис. V 111.7
5) 6)
а) УО у УО !/ УО У
. х
х х
Zo tg I Zo I tg
Zo tg
2) У \ а)
/\). у
)( х
/
/ \
288
а)
'L
.11
б)
В)
ххххх
r
I 5
-.. ---
4
2
5
Рис. VIII.8
рой вариант наrружения учитывается только для зда-
ний с двускатной кровлей, имеющей уклон 200=::';a 300.
Для двух.. и мноrОПРО.ТIетных бесфонарных зданий
значения коэффициента с принимают в соответствии с
рис. VIII.5, б, причем второй вариант учитывают при
a 150.
При наличии продольноrо фонаря высотой h1 ука-
занная rлава СНиП предусматривает также два вариое
анта наrружения (рис. VIII.6). Наибольшие усилия в
поясах и раскосах, расположенных ближе к опорам
фермы, возникают при варианте J. Вариант // вызыва-
ет увеличение усилий в раскосах, расположенных ближе
!{ середине фермы, и в стойках, rде усилие равно непо
19.....462
..... 289 .......
средственно узловой силе. В этом случае Сl == 1 --1- O,6a/s,
С2== 1+0,4a/s, rде s==h1, но не более Ь. Однако обычно
сечение средних раскосов подбирают по предельной
rибкости, в силу чеrо они имеют запас несущей способ-
ности. Поэтому фермы с фонарем чаще Bcero рассчиты-
вают только по первому варианту cHeroBoro наrруже-
ния, принимая
с == 1 + О, la/b, (VIII.6)
но не более 4 для ферм под кровлю нормативным весом
grn 1,5 кН/м2 И не более 2,5 при grn> 1,5 кН/м2.
При одностороннем cHeroBoM наrружении (на поло-
вине пролета) в средних раскосах MorYT возникнуть
усилия противоположноrо знака. Их можно не опреде-
лять при условии, что указанные раскосы будут запро-
ектированы в соответствии с требованиями, предъяв.пя-
емыми к сжатым стержням (см. ниже).
Расчетную узловую наrрузку от cHera находят по
формуле
F р == Рп Jр dl, (VIII.7)
rде Vfp ..... коэффициент надежности по наrрузке (см. табл. 1 прил. 1).
После сбора наrрузок на ферму переходят к опреде-
лению усилий в ее элементах. Риrель жесткой рамы
удобно рассчитывать на каждую наrрузку в отде-пьно-
сти. 'Тсилия можно определять любым способом стати-
ки сооружений. Наиболее просто и наrлядно их полу-
чают rрафически, построением диаrраммы Максвелла -----
Кремоны (для ферм с параллельными поясами удобно
также аналитическое определение усилий). Обычно
строят три диаrраммы: от постоянной наrрузки, cHero-
вой и единичноrо опорноrо момента Мо== 1 кН. м, причем
последний заменяют парой сил Н ==Mo/ho с плечом ho,
равным высоте риrеля на опорах. Наrружение единич-
ным моментом позволяет быстро найти усилия в стерж-
нях риrеля от любоrо paMHoro момента.
Продольная сила риrеля рамы, будучи приложенной
на уровне нижнеrо пояса, не оказывает влияния на уси-
лия BepxHero пояса и решетки. Усилия, полученные от
каждой наrрузки, единичных моментов на левой и пра-
вой опорах, а также от рамных моментов, заносят в спе-
циальную таблицу. В симметричных фермах рассматри-
вают только половину стержней. Расчетное усилие в
любом стержне получают в результате суммирования
u u u
усилии от постояннои наrрузки, снеrовои и рамных мо-
ментов с учетом коэффициента сочетания.
..... 290 -----
8 случае податливоrо прикрепления BepXHero пояса
риrеля к колонне на болтах с помощью фланца при ДН-
о
намическом воздеиствии крановых наrрузок возможно
расстрОйство болтовоrо соединения, поэтому влияние
рамных моментов учитывают лишь в тех стержнях фер-
мы, rде эти моменты создают доrружающий эффект или
вызывают сжатие. Если окончательное прикрепление
риrеля производят после укладки кровельноrо покрытия,
u
то разrружающее деиствие рамных моментов от посто-
янной наrрузки не учитывают.
При шарнирном опирании стропильной фермы опре-
u
деление усилии упрощается ввиду отсутствия опорных
моментов.
После статическоrо расчета фермы переходят к под-
бору сечения ее стержней. Для элементов стропильных
ферм наиболее распространенным является тавровое
сечение, составленное из двух прокатных уrолков (рис.
VI 11.7, а......В) .
При потере устойчивости в плоскости фермы сжатый
.,
верхниu пояс может выпучиться в промежутках между
узлами фермы (рис. VIII.8, а). Такая форма деформи-
рования отвечает основному случаю продольноrо изrиба
(см. рис. VII.16, а), и поэтому расчетную длину пояса в
плоскости фермы принимают равной rеометрической
длине павели (расстоянию между центрами узлов):
1% == d.
Для предотвращения потери устойчивости BepxHero
пояса из плоскости фермы устраивают специальные по-
перечные связи 1. При беспроrонном решении кровли
(рис. VIII.8, б) они необходимы rлаввым образом в
период монтажа. В остальное время устойчивость соз-
дают жесткие плиты покрытия, привариваемые непо-
средственно к поясу.
При наличии проrонов 2 (рис. VIII.8, в) связи
обеспечивают их неподвижность в продольном направ-
лении, блаrодаря чему стропильная ферма МО}l{ет счи-
таться закрепленной от боковоrо выпучивания в узлах
примыкания проrонов (если нити проrонов упираются в
узлы связевой фермы).
Особое внимание обращают на устойчивость верхне-
ro пояса в пределах фонаря, rде отсутствует кровель-
ный настил. Здесь для раскрепления узлов из плоско-
сти фермы предусматривают распорки. Обязательной
является распорка 3 в коньковом узле фермы. В про-
цессе монтажа (до укладки плит покрытия или проrо-
19. 291
нов) она призвана обеспечить rибкость пояса Лу 220.
Если это условие не соблюдается, между коньковой и
крайней распоркой 4 ставят дополнительную распор..
ку 5.
Связевые фермы располаrают в торцах здания и в
промежутках через каждые 50 60 м (в свету). Обычно
они закрепляют верхний пояс через узел, в результате
чеrо ero расчетная длина из плоскости оказывается в
два раза больше, чем в плоскости фермы: ly==2Lx==2d.
Равноустойчивость пояса (Лу==Лх) будет обеспечена
при таком же соотношении радиусов инерции: iy==2ix.
Этому условию отвечают неравнополочные уrолки, по-
ставленные большими полками из плоскости фермы (см.
рис. VIII.7, а).
Если верхний пояс закреплен из плоскости в каж-
дом узле (связями или приваренными к нему крупнопа-
нельными железобетонными плитами), то ly== Lx и тео-
ретически наиболее подходящи (iy ix) неравнополоч-
ные уrолки, поставленные малыми полками в сторону
(см. рис. VII.7, б). Однако вследствие недостаточной бо-
ковой жесткости фермы с верхним поясом TaKoro сече-
ния леrко rнутся из своей плоскости при транспортиро-
вании и монтаже, поэтому практически более предпо-
чтительно сечение из равнополочных уrолков (см. рис.
VII.7, в), которые незначительно уступают неравнопо-
лочным по rеометрическим характеристикам, но имеют
более широкий сортамент. Такое же сечение применяют
и в первом случае, если пояс работает на местный изrиб
от внеузловой наrрузки (например, при ширине плит
1,5 м вместо 3 м) или если трудно подобрать сечение из
неравнополочных уrолков большоrо калибра с полным
использованием несущей способности.
Сечение сжатых опорных раскосов, имеющих одина-
ковые расчетные длины из плоскости и в плоскости фер-
мы, принимают из неравнополочных уrолков по рис.
VIII.7, б. При уменьшении расчетной длины в плоскости
фермы вдвое с помощью подкоса (что имеет место в ти-
повых фермах покрытий производственных зданий, см.
рис. VIII.3, а, б) более рационально сечение из неравно-
полочных уrолков по рис. VIII.7, а или из равнополоч-
ных уrолков. rибкость опорных раскосов и BepxHero
пояса в стальных фермах не должна превышать Ли ==
== 120 (в алюминиевых фермах Ли== 100).
Остальные сжатые раскосы, а также сжатые стойки
обычно проектируют из равнополочных уrолков (см.
...... 292 ........
рис. VIII.7, в), у которых сuотношение радиусов инерции
примерно отвечает соотношению расчетных длин lx-==
== O,81y. Коэффициент приведения J..L== 0,8 учитывает час-
тичное защемление сжатоrо стержня фасонкой вслед-
ствие примыкания к узлу растянутых ЭJlементов. Пре-
дельная rибкость Ли == 150 (120).
Для растянутых стержней тип и ориентация уrолков
имеют второстепенное значение. Здесь решающим фак-
тором является площадь поперечноrо сечения нетто.
Сечение Н,uжнеzо пояса рекомендуется принимать из
двух неравнополочных уrолков большими полками в
сторону для придания ферме боковой жесткости во вре-
мя перевозки и монтажа. При малых усилиях меньшая
u
полка получается слиШком узкои, и поэтому использу-
ют равнополочные уrолки. Так же поступают и при
больших усилиях, если сечение неравнополочных уrол-
ков недостаточно или если ero не удается подобрать с
полным использованием несущей способности.
В случае непосредственноrо воздействия динамиче-
ских наrрузок (а также в зданиях, оборудованных кра-
нами с числом циклов наrружения п 2.106) предель-
ная rибкость растянутых стальных поясов и нисходя-
щих опорных раскосов составляет 250, прочих растяну-
тых стержней 350 (при указанных кранах 300).
Если наrружение носит статический характер, то rиб-
кость любых растянутых стержней оrраничивают толь-
ко в вертикальной плоскости значением Ли==400 (в алю-
миниевых фермах 300). Для панелей нижнеrо пояса и
раскосов, в которых MorYT возникать усилия сжатия,
Ли == 150 (120).
Растянутые стержни решетки, как и сжатые, обычно
проектируют TaBpoBoro сечения из двух равнополочных
уrолков. Исключение составляют стойки, к которым
прикрепляют вертикальные связи ферм*. Для них при-
меняют крестовое сечение (см. рис. VIII.7,2), обеспечи-
вающее центрированное положение связей по отноше-
u
нию к стоикам, что не удается сделать при тавровом се-
чении.
Сечение из одноrо уrолка (см. рис. VIII.7, д) ис-
пользуют только для второстепенных, малонапряжен-
· Основное назначение этих связей....... обеспечить жесткий про-
странственный блок, состоящий из двух стропильных ферм и по-
перечных связей по их поясам. Вертикальные связи располаrаlОТ
обычно у опор ферм (между колоннами) и в середине пролета
(или под стойками фонаря).
...... 29 3 .......
ных элементов плоских ферм. При расчете стальных
сжатых одиночных уrолков, прикрепленных одной пол-
коЙ, вводят коэффициент условий работы ус==О,75 (см.
табл. 2 прил. 1), учитывающий асимметричность при..
крепления. В алюминиевых фермах ус==О,6.
Друrие виды сечений по разным причинам не нашли
еще MaccOBoro применения в стропильных фермах. Од-
нако в связи с тенденцией к увеличению пролетов про..
изводственных зданий при постоянном стремлении к
снижению металлоемкости сварных конструкций заслу"
живают особоrо внимания возможности использования
новых, более проrрессивных профилей. Этому вопросу
специально посвящен 41.
Подбор сечений элементов фермы начинают снаибо..
лее наrруженных панелей BepxHero пояса. После эrоrо
подбирают стержни нижнеrо пояса и решетки. Расчет
сжатых элементов производят в той же последователь-
ности, что и стержня центрально"сжатой колонны (см.
34).
1. По формуле (VII.l) находят ориентировочную
площадь сечения А, предварительно задаваясь rиб..
костью ло==80 100 для поясов, опорных раскосов и
стоек, ло== 100 120 для остальных сжатых стержней
решетки.
2. По формулам (VII.2) определяют ориентировоч-
ные радиусы инерции сечения ix и iy.
3. По найденным значениям площади и радиусов
инерции с помощью таблиц сортамента подбирают наи..
более подходящий калибр уrолков.
4. Из тех же таблиц выписывают фактические зна-
чения радиусов инерции подобранных уrолков и подсчи-
тывают rибкости в rлавных плоскостях Ах и Лу. При от-
сутствии в таблицах радиуса инерции TaBpoBoro сече..
ния из двух УI"ОЛКОВ относительно свободной оси ero
значение может быть вычислено по формуле
iy == V i o + (zo + 1/2)2. (VШ .8)
являющейся следствием теоремы опараллельном пере-
носе осей, которая доказывается в сопротивлении мате..
риалов.
Здесь i Уо ---- радиус инерции одноrо уrолка относительно собственноА
центральной оси, п раллельной свободной (см. рис. VIII.7, а......... в);
20......... расстояние от центра тяжести уrолка до наружной rрани пол-
КИ, параллельной оси уо; tg......... расстояние между уrолками (толщина
фасонки), принимаемое по табл. VIII.l.
....... 294 ......
Т а б л и ц а VIII.I. РекомеНАуемая rОJlЩИна фаСОRОК ферм
--
Наибольшее усилие в стержнях <150 1151 251....... 401 601 1000
решетки, кН 250 400 600
Толщина фасонок, мм
6
8 110
12 I 14
Продолжение
Наибольшее усилие в стержнях 1 00 1....... 1401..... 1801..... 2201....... 2601.......
решетки, кН 1400 1800 2200 2600 3000
Толщина фасонок, мм
16
18
20
22
25
5. По наибольшей rибкости л,шах, которая не должна
превышать указанных выше предельных значений, с
помощью табл. 2 прил. 2 находят минимальный коэффи-
циент продольноrо изrиба q>Шln. Можно также пользо-
ваться зависимостями (VII.I0) (VII.I0б) исходя из
условной rибкости л, == л'mах V R,IE. Если найденное
значение q> cyrцecTBeHHo отличается от первоначальноrо
(соответствующеrо rибкости Ао). то производят перерас-
чет и корректировку сечения в порядке, указанном в
Э 34.
6. Скорректированное сечение проверяют по форму-
ле (VII.II) на устойчивость, вводя коэффициент усло..
вий работы Ус, отличный от единицы (соrласно пп. 3 и
7 табл. 2 прил. 1). Кроме Toro, проверяют обеспечение
устойчивости сжатых полок уrолков. При условной rиб-
кости 0,8 A 4 отношение расчетной ширины свеса Ье/
неокаймленной полки стальноrо равнополочноrо уrолка
к толщине принимают не более значения
bef/t == (0,35 + O,07 ) V Е/ RIII (VIII.9)
rде bBf..... расстояние от начала BHYTpeHHero закруrления до края
полки.
Для большей полки неравнополочноrо уrолка это
значение увеличивают на 10 о/о:
bef/t == (0,38 + 0,081) V Е/ Rg. (VIII.9a)
Наибольшее отношение размеров сжатых полок алю...
миниевых уrолков установлено rлавой СНиП 11-24-74.
....... 295 .....
Слабонаrруженные сжатые стержни решетки подби..
рают по предельной rибкости, для чеrо вычисляют 1И"
нимальный радиус инерции, используя формулу
(VII.12), и принимают по нему уrолки с наименьшей
площадью без проверки напряжений. Во избежание
повреждения при транспортировании или монтаже
стальные уrолки размером менее чем 50Х5 не назна-
чают.
Растянутые элементы подбирают из условия прочно-
сти по формуле
А N / (R у ус) . (УII 1 . 1 О)
Слабонаrруженные растянутые стержни решетки
назначают конструктивно с учетом предельной rибкости
на растяжение. Растянутые стержни вблизи середины
риrеля рамы подбирают исходя из предельной rибкости
на сжатие, поскольку в них MorYT возникать напряже-
ния противоположноrо знака от одностороннеrо CHero-
Boro наrружения, которое, как отмечалось выше, при
статическом расчете обычно не рассматривают.
Выбирая уrолки, следует стремиться киспользова.
нию более тонких профилей. Они устойчивее в работе
на сжатие и имеют меньшую площадь ослабления сече-
ния отверстиями под монтажные болты. Общее коли-
чество различных уrолковых профилеразмеров в раци-
онально запроектированной стропильной ферме не пре-
вышает 6 8. Сечение поясов меняют по длине обычно
не более одноrо раза, а при пролетах менее 24 м прини-
мают постоянным, подобранным по наибольшему уси-
лию.
Совместная работа двух уrолков в промежутке меж-
ду фасонками осуществляется при помощи прокладок,
которые ставят на расстоянии а не более 40i в сжатых
элементах (рис. VIII.9) и 80i в растянутых (rде i-----
радиус инерции одноrо уrолка относительно оси, парал-
лельной плоскости расположения прокладок) . Проклад-
ки делают шириной c==60 100 мм и длиной на 20-----
50 мм больше ширины уrолков.
Пример VIII.I. Рассчитать и сконструировать сквозной риrель
каркаса одноэтажноrо производственноrо ЗДанИЯ, шарнирно-примы-
кающий к колоннам. Пролет риrеля L==36 м, шаr в продольном на-
правлении 1 == 6 М. Здание отапливаемое, оборудовано продольным
светоаэрационным фонарем, имеет РУJIОННУЮ кровлю И относится к
11 классу ответственности. Материал риrеля ---- Сталь марки
ВСт3пс6..1. Место строительства ----- Брянск.
Реш е н и е. Подсчет н,а2РУЗОк,. а) ПостояНJtая. В качестве ри-
rеля принимаем ферму с параллельными поясами, имеющими уклон
296 .......
-4 с 1-'
N
I ' I I . I
a!..l L I
Q 11
Рис. VHI.9
1,5 О/О (см. рис. VI 11.3, б). Хотя она может оказаться несколы<о тя-
желее трапецеида;JЬНОЙ, общая площадь плоской кровли получится
меньше, и суммарная приведенная стоимость (включая эксплуатаци
онные расходы) будет ниже, тем более что кровля по условию
должна быть теплой.
Нормативный вес риrеля по формуле (VIII.l)
gtr,n == 1 ,2atr L == 1,2.9.36 Н/м' == 389 Н/м2 == 0,389 кН/м2,
расчетный вес, соrласно формулам (1.2) и табл. 1 прил. 1,
gtr == gtr,n У/ == 389.1,05 Н/м2 == 408 Н/м2 == 0,408 кН/м2.
Для покрытия принимаем стальной оцинкованный профилиро-
ванный настил толщиной 1 мм и массой 15 Kr/M'l, укладываемый по
проr,-,нам (рис. VIII.lO, а). Он экономичнее крупнопанельных же-
лезобетонных плит и к тому же позволяет применять проrрессив-
ный блочно-конвейерный способ монтажа. Кровлю устраиваем из
трех слоев рубероида на битумной мастике по цементной стяжке
поверх утеплителя толщиной 50 мм из пенопласта плотностью
р== 100 кr/мЗ. Между настилом и утеплителем необходима пароизо-
ляция (один слой перrамина). В целях повышения долrовечности
кровли предусматриваем защитный слой толщиной 15 мм из мел-
козернистоrо rравия на битумной мастике. Вес rравийной заЩИТbI
gn==О,З кН/м2.
Определение расчетных наrрузок от веса компонентов покры-
тия приведено в табл. VI 1 1 .2.
Т а б л и ц а VIII.2. ПОСТОSlнные наrрузки от веса ПОКрЫТИsl
ИСТОЧНИК наrруэки
rраRийная защита
rИДРОИЗО_1ЯЦИОННЫЙ ковер из
rpex слоев рубероида на битум-
ной маС1'ике
Цементная стяжка толщиной
15 мм и удельным весом
18 KHiM3
Утеплитель из пенопласта
ПаРОИЗОJ1ЯЦИЯ
Стальной профилироsанный
наСТИJI
Проrоны
Итоrо
I Нормативная
наrруэка,
кн/ма
Коэффициент
надежности
по наrруэке
0,30
0,10
1 ,2
1 ,2
0,27
1,2
0,05
0,04
0,15
0,10
1,2
1,2
1,05
1,05
grn 1,0
297 .......
Расчетная
наrрузка.
кн/ма
0,36
0,12
0,32
0,06
0,05
0,16
О, 11
gr 1.2
Учитывав, что 8 одно-
этажных цехах наиболее
часто применяют «стоечные:.
фонари, принимаем типовой
светоаэрационный фонарь
шириной 11 с:: 12 м (посколь-
ку L>24 м) с уклоном i
1,5 % и внутренНИМ во-
доотводом. Исходя из двух
станда ртных полос остекле-
ния общей высотой h2-2X
1,25 м == 2,5 М назначаем
высоту фонаря hl==h2+1
с:: 2,5 + 1 м -= 3,5 м. Для бор
товой стенки предусматри-
ваем крупнопанельные пли-
ты размером 0,6 Х 6 м, мас-
сой 450 Kr каждая.
Расчетный вес каркаса
фонаря и остекления, соrлас
80 приведенным ранее реко-
мендациям:
Rt. == gln Yf1. == 0,16.1,05 KH/M2 == 0.168 кН
на 1 м2 rоризонтальной проекции фонаря:
R2 == R2n Y/2 == 0,35.1.1 KH/M == 0,385 кН
на 1 м2 остекленной поверхности.
Вес 1 м длины бортовой стенки фонаря при указанных разме-
рах и м ассе (с учетом rравийной защиты, рубероидноrо ковра и
выравнивающей цементной стяжки)
gз == (4,5/6) 1,1 + (0,36 + 0,12 + 0,32) 0,6 KH/M == 1,31 кН/м.
Польэуясь формулами (VIII.2).....(VIII.4). определяем узловые
ваrрузки:
Е18 == (gr + gtr) dl == (1,2 + 0,408) 3.6 кН == 28,9 кН;
F"g == Р18 + (Rl d/2 + g2 h. + gз) 1 == 28,9 + (0,168.312 +
+ 0,385.2,5 + 1,31) 6 кн == 44 иН;
Р3I == Е18 + Rl dl == 28,9 + 0,168.3-6 кН == 31,9 кИ.
Здесь, соrласно условию примера, d==L/12CJJ36/12 м-=з м (см.
рис. VIII.4).
б) Снееовая н рузка. Вес CHerOBoro покрова для 111 района
СССР, к которому относится Брянск, ро..l кН/м2. В рассматривае-
мом случае (СМ. рис. VIII.6) a-=b==4d. и на бесфонарных участках
в соответствии с зависимостью (VIII.6)
с == 1 + О, 1 · 4d /4d == 1,1 < 4.
TorAa нормативная наrрузка по формуле (VIII.5)
Рn == Ро с == 1-1.1 KH/M2 == 1,1 KH/M .
Соrласно табл. 1 прил. 1, коэффициент надежности по наrрузке
'у/р == 1,4, поскольку
Po/(Rrn + g",n} == 1/(1,0 + 0,389) Оа1 < 1.
.... 298 .....
1l)
Тро6иi1НОЯ ЭQljJ,uта
Рулонный Ko6RP
Стяжка
УтепЛl1тель
ПаРОlJ30ЛRЦl1R ..
ПРОqJl1лиро6аННЫ/1 НtlстlJЛ
d)
с;:)
........ L.......
T 680
Рис. VIII.10
Отсюда расqетная наrрузка в узлах бесфонарных участков по фор.
муле (VIII.7)
Fip==pny/pdl==I,I.I,4.3.6 кН==27,7 кН.
В узлах подфонарных участков
Fзр == Р1р.О,8/с == 27,7.0,8/1,1 кН 20,2 кН;
в узлах, на которые опираются крайние стойки фонаря,
Р2р == (Р1Р + Fзр)/2 == (27,7 + 20,2)/2 кН 24 кИ.
в) Суммарная на2руэка в узлах составляет Fj==FJ,+Fjp, rде
j == 1, 2, 3:
Ft==28,9+27,7 кН == 56,6 кН; Р2==44 +24 кН==68 кН;
F3 == 31,9 + 20,2 кН == 52,1 кН.
Ввиду симметрии риrеля и симметричноrо наrружения найден-
ные силы представлены на одной половине фермы (рис. VIII.ll).
Определение усилий в элементах фермы с параллельными поя-
сами удобно произвести аналитически. Пронумеровав все узлы (при
симметричном наrРУ)l{ении это достаточно сделать для половины
фермы), находим усилия в панелях поясов способом Риттера (МО-
ментных точек):
N1.......2 == о; N2....з == N3....4 == MI0/ho ==----- [(V ----- О,5Р1) 2d -----
Р1 d]/ho ==----- [(344,3 0,5.56,6) 6 ----- 56,6.3]/3, 1 кН ==----- 556,8 кН;
N4....5 == N5......e == M9/ho ==----- [(V ----- О,5Р1) 4d ----- Р1 (Зd + 2d + d»)/ho ==
==----- [316.12 ----- 56,6 (9 + 6 + 3)]/3, 1 kH:=----- 894,6 кН;
Ne.......7 == !M8/hO ==----- [(V ----- О,5Р1) 6d ----- Р1 (5d + 4d + 3d) -----
..... Р2 .2d Р3 d]/ ho :=----- [316.18 56,6 (15 + 12 + 9) -----
----- 68. 6 52, 1 · 3] /3 , 1 кН == ----- 995 ,5 кН;
Nl1 10 == M2/ho == (V О,5Р1) d/ho == 316.3/3,1 кН == 305,8 кН;
N10.......9 == M4/ho == [(V О,5Р1) 3d ----- Р1 (2d + d»)/ho ==
== [316.9 ----- 56,6 (6 + 3)]/3, 1 кН == 753,1 кН;
N9.....8 == Me/ho == [(V ----- О,5Р 1) 5d ----- Р1 (4d + 3d + 2d) ----- Р2 d]/ho ==
== [316.15..... 56,6 (12 + 9 + 6) 68.3]/3, 1 кн == 970,3 кН.
Здесь опорная реакция
V := 0,5 (Р1 + Fз) + 3Р1 + Р2 + Р3 == 0,5 (56,6 + 52, 1) +
+ 3.56,6 + 68 + 52,1 кН == 344,3 кИ.
Рис. VIII.11
----- 299 .....
Усилия в стойках равны соответствующим узловым наrрузкам:
N 3....10 ==..... F 1 ==----- 56,6 иН; N 5----9 ==----- F" ==..... 68 кН;
N 1....8 ==----- F 3 == 52, 1 кН.
Усилия в раскосах находим из условий равновесия узлов фер-
мы на rоризонтальную и вертикальную оси:
N11-----2 == N11....10/cos а, == 305,8/0,696 кН ==----- 439,4 кН;
N2;--'-10 ==----- N2----3/cos а, + N11...." == 556,8/0,696 439,4 кН ==
== 360,6 кН;
N 10....4 ==..... N 3....10/ s i n а, ----- N 2"-'-10 == 56, 6/ о t 719 360, 6 кН ==
== ----- 281 ,9 кН;
N4....8 ==..... F1/sin а, ----- N1rr-i ==----- 56,6/0,719 + 281,9 кН == 203,2 кН;
N е---& ==....... N &....0/5 i n а, ......... N '----9 == 68/ О t 719 203, 2 кН ==
==..... 108, 6 кн ;
N &....8 ==----- F 31 sin а, ----- N 8....& ==----- 52 J 1/0, 719 + 108,6 кН == 36, 1 кН.
Здесь
cos а, == d/ld == 3/4,31 == 0,696; sin а, == holla == 3,1/4,31 == 0,719,
rде длина раскосов
ld== V d2+ == V32+3,12M==4,31 м.
Подбор сечений. а) Верхний пояс. Расчетная длина всех стерж-
ней пояса в плоскости риrеля равна их rеометрической длине: Lx ==
==d==300 см. Такой же является расчетная длина из плоскости ри-
rеля на бесфонарных участках блаrодаря закреплению пояса в каж-
дом узле проrонами (см. рис. VIII.8, в). В пределах фонаря LI/:=
==2d==600 см.
Подбор сечений начинаем с наиболее наrруженной панели 6.....7.
Задаваясь rибкостью л== 80, которой при расчетном сопротивлении
Rи== 240 МПа (см. табл. 1.1) соответствует коэффициент <р == 0,686
(см. табл. 2 прил. 2), определяем требуемую площадь сечения
А == N&....1/( Ry) == 995,5.10 /(0,686.240.10&) м2 ==
== 60,5. 10----4 м2 == 60,5 см2
н радиус инерции
i == l/л == 300/80 == 3,75 см.
Соrласно п. 7 табл. 2 прил. 1, при определении площади слсдо-
вало ввести коэффициент условий работы 'Ус==0,95. Однако он КОМ-
пенсируется коэффициентом надежности по назначению 'Уп ==0,95
(см. табл. 3 прил. 1), т. с. УС/У,,== 1.
По табл. 3 прил. 3 принимаем два равнополочных уrолка 160Х
Хl1. Выполнение условия устойчивости а== (N/(<РmlпА)]V"/Vс-<:R.
видно из табл. VIII.3. ТОJIЩИНУ фасонак назначаем по табл. VIII.l
исходя из значения усилия в опорном раскосе. Обозначение цент..
ральных осей сечения принято в соответствии с рис. VI I 1.7, в. Ввиду
незначительной разницы в усилиях это сечение распространено и на
паНСЛII 4 5, 5.....6.
..... 300 .....
c't:)
0III::f4
СО)
00
=
Q
C'I
11
сс'
==
:s::
:с
QJ
е;
еа
:s::
f-
е
с.
&::
е
u
euw с> с> I t--- t--. .....
'о ИН e ..... I ..... ..... C'I
- жиduзн I I I + ++
I :--Ь .... ....
с 8 .....
00
ё t--. 00 C.D I I
.. .. ..
е- е е е
0III::f4 ('t) со I I
I.Q 00
g -------
:.:
= 00 .....
"'" со
t--. со I
ии .81
)lоно:>еф ....
ениmltО
:! 0III::f4 е
'N 10 I I
.. ..
u . 10 t---
>.=
=а
8:{а. t--- I.C c't:) со
CJ 00 о) 10
а..:с ..
ом .. .. ..
= ('t) C'I
4)2 е с> I
:ау .... с> е
:с ('t) со
1- .
4):а
D':C
и= е е с>
:i а.с с> е с>
....
('t) ('t) tD
00 со
IW 'у .. .. I.C ..
о) 00 ..
q'ltemOlt11 ('t) со t---
....
00 .....
ф
Q)Q) I.C Х Х Хе
0:s: C>
I-:c C\I с> I.C x
O::Q) ..... со t--- C>
:C:r
=4) L I ..J 10)
Q,(J =х
t: I I
I I
Q) со I.C 00 ('t)
g 00 .. .. .. .. ..
...... .. I.C \с ('t) О
Q) с> со о) о) е I.C t--.
D' U . I.C 00 о) ('t) t--- Q")
>.:<: I.C I I + ++
о.. I
. с;
СОQ.l U.-4 C\J ... с;:) о') 00
.......
:Е :s:o; I11 J. I I I I I
:С ....
g «;= .....C\J('t) ....... с;:) Q\
О ...:с> ....... .......
u
21 o::S;: 0::S;:
1-0:: ::S;: CJ :s: CJ
:С 1:; :ж:
Q.lQ) ::I:= =
::Е'"' O О
a,,:S: Q.= :s: t=
I:; Q,) ::с
(7) са
Q
:с
...
QJ
c:r
U
«»
С.
==
а.
с
о:
:3
'-
:s::
Q.
о::
Q)
:с
:Е
с.
QJ
...
U
.:
:s::
::с
Q)
:r
aJ
C.J
а.
Q
\с
r:{
Q
С
......
......
.....
>
::r
1:1:
\с)
r-
....... 30 1 ......
о':)
....: 1!UW
...... .о ИН
- жнduvн
'о
t:S
<u
:::s
;а:
cu
(;)
t't:)
(;)
""-
......
I ?-"
с
ё
&
;s:
...
CJ
О
=-:
==
:iJ
"N с 1
яоно:>еф
еНИПllrо
:21 5 .... '::I!
U .
>.:s:
===
r:{::I
p.
:с ....
:s:
5
:с
t-o -
:iS
::r:c
U==
a::
r::t
IW:> 'У
ч'n'сm о It 1I
O
...=
0:=
=
:s:::r
0.41
J::u
:c
"'с;:;:.::
aJ;s:
:rCJ-
;>.
а.
I аа::
с'3 aJ и:::
:с ;s: :: .
C"I :с ?ii p.
О 41 Q. tooo4
\о ::r QJ t\:3 >....
о ...:с
u
:а
...0;
:са::
41
)1;:
Q.
as
с.1
I
.....
ф
..
<=>
о
t---
00
t...
..
t---
О
..
('t)
.....
о
('t)
.....
\с
......
C'I
C'I
..
......
('t)
00
х
о
о
......
..
о)
et:)
I
C\J
I
.......
.......
\t)
о
C'I
+
I I .
C'I
......
g
......
C'I ао
\с t---
.. ..
('t) 0III::f4
t--
('t) о
.. ..
C'I ('t)
I
со
I
..
с)
о
ф
......
о
..... LO
.... ......
C'I
......
со
.....
.....
+
\с
.....
C'I
I
.....
с.1
+
I 00.. .....
00
о
I
о
LO
.....
..... ......
о) о
('t) \с
..... .....
C'I ('t) C'I
\t) t--- \с
.. .. ..
('t) ('t) ('t)
t---
('t) ('t)
.. .. ..
C'I C'I
о
('t)
('t)
CD со со со
LC C'I \с t--- \с
а а а а _
t--- ..... t--- 00 t---
..... М ..... ..... .....
со
Х
I.C
t---
I
т---
со
..
о
со
('t)
+
с;:)
.......
I
C\J
00
х
о
о
......
ф
..
.....
00
C'.I
I
I
с;:)
.....
I
r
:а
и
са
Q.
со
Х
I.C
.......
I
I
со
Х
о
00
I
I
со
Х
\с
t---
L
т---
C'I
..
('t)
о
C'I
+
со
...
00
о
.....
I
.....
..
с.с
('t)
+
Q\
I
"""
\о
I
Q\
CIQ
.... 302
t---
,.
00
о)
..
о
00
ou
.....
о)
I
\C100
о) ..
СО
О
\t)
..
о
с,.n
О
.....
t--
О
.....
C'I
LO
..
('t)
('t)
..
00
о
('t)
со
C'I
со
Х
\с
.......
I
т---
со
..
со
\с
I
с;:)
.......
с!
.....
I
00
ф
..
О
00
00
11
н
CIS
е
с<
t---
О
.....
C'I
.....
о)
..
C'.I
11
с
11
....
..
('t)
('t)
..
C'I
00
О
('t)
00
со
C'.I
со
\с
..
t---
.....
со
Х
\с
t---
...J
r
со
Х
\с
t---
I
r
00
со
I
.....
..
C'I
\с
I
Q\
I
J
to-
:s:
o:s:
о
U
\с
0III::f4
.....
11
н
aI
е
C'I
.....
00
--
.....
11
с
11
....
LO
.....
00
r--
..
00
(':)
х
r
о
c't
.......
I
,."",
з
t::
Аналоrичным расчетом подобрано сечение из
двух равнополочных уrолков 125 Х 8 для панелей
2-----3 и 3----4. Оно имеет запас, но является вынуж-
денным, поскольку уrолки меньшеrо калибра
(110х8) недостаточны. Это сечение распростра-
нено и на крайнюю панель 1.....2' чтобы избежа rb
BToporo изменения сечения пояса и тем самым
уменьшить трудоемкость изrотовления фермы.
В целях экономии металла один уrолок можно
оборвать, так как усилие в панели отсутствует.
Если предположить, что верхний пояс имеет
постоянное сечение из уrолков 125x8, то ero rиб-
кость между узлами, раскрепленными на период
монтажа проrонов покрытия (см. рис. VIII.8, б):
y == ly/iy == 4d/ iy == 4.300/5,54 ==
== 217 < Ли == 220.
б) Нижний пояс. Соrласно формуле (VIII.lO), дЛЯ панели 9 8
из неравнополочных уrолков наиболее подходит профиль 140)(90)(
)( 10. Это сечение распространяем и на панель 10 9. Для слабона-
rруженноrо элемента 11 10 принимаем равнополочные уrолки 75)(6.
rибкость панелей нижнеrо пояса в плоскости фермы не превышает
значения Ли == 400 для растянутых стержней при статическом иаrру-
жении.
в) Решетка. Расчетные длины раскосов и стоек приняты в соот-
ветствии с указаниями настоящеrо параrрафа. Поскольку пояса име-
ют разную по длине высоту сечения, их rеометрические оси следует
считать проходящими на усредненном расстоянии от обушков уrол-
ков (см., например, рис. VIII.l6, а). Для BepxHero пояса
21 == (2 + 2 )/2 == (33,6 + 43,5)/2 мм == 38,55 мм
или, окруrляя до величины, кратной 5 мм, в большую сторону, Zl ==
== 40 мм. Для нижнеrо пояса
Z2 == (20,6 + 21,2)/2 мм 25 мм.
Тоrда высота фермы по осям поясов (rеометрическая длина
стоек, рис. VIII.12)
,
ho == ho ----- (Zl + 2J == 3150 ----- (40 + 25) мм == 3085 мм.
у
х,
I
I
I
I
.
I
I
I .-::а
I
I
I
dtb X:z
1
Jl
Рис. VIII.12
Отсюда уточненная rеометрическая длина раскосов
ld == V 32 + 3,0852 м == 4,3 м
и функции уrла их наклона
cosa, == 3/4,3 == 0,698; sin а, == 3,085/4,3 == 0,717.
Подбор сечений сжатых раскосов 11 2 и 10.....-.4 аналоrичен
расчету панелей BepxHero пояса. Для раскоса 10-----4 введен коэффи-
циент условий работы ус==О,8 соrласно п. 3 табл. 2 прил. 1. Сече-
ние сжатоrо раскоса 9 6 имеет некоторый запас, но является вы-
нужденным, так как уrолки меньшеrо калибра (75)(6) не удовлет-
воряют условию устойчивости. Растянутые раскосы 4 9 и 6 8 по-
добраны по предельной rибкости на сжатие, которое возможно, как
указывалось, при одностороннем приложении снеrовой наrрузки.
303 ........
l{ля стоек в целях унификации сечений назначены утолки 75)<
Х6, применяемые в раскосах (то же относится к панели 11 10
нижнеrо пояса и раскосу 2 10). Подкос длиной
,
11....12 == hQ cos а, == 308,5. 0,698 == 215 см
запроектирован из одноrо уrолка 75Х6, причем ero rибкость не пре-
вышает значения Аи==200 для неработающих элементов.
Таким образом, общее количество различных профилеразмеров
по всему риrелю составляет 6.
t 40. КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ УЗЛОВ СТРОПИЛЬНЫХ ФЕРМ
ИЗ ПРОКАТНЫХ Уrолков
Для TOrO чтобы привести в соответствие конструк-
тивную схему фермы с расчетной, стержни сварных
ферм центрируют по осям, проходящим через центры тя-
жести сечений уrолков (рис. VIII.13, а). При этом рас-
стояния z от обушка до центра тяжести окруrляют, как
указывалось выше, в ббльшую сторону до размера,
KpaTHoro 5 мм. Если оси стержней не будут пересекать-
ся в одной точке, соответствующие усилия окажутся не..
равновешенными и в узле возникнет дополнительный
изrибающий момент M==tlNe (рис. VIII.13, б).
При изменении сечения поясов по длине фермы на-
ружную поверхность уrолков следует выдерживать на
одном уровне Д.1JЯ удобства стыкования поясов и уклад-
ки элементов кровельноrо покрытия. Однако в этом слу"
чае происходит взаимное смещение центров тяжести
уrолков разноrо калибра. Если оно превышает 1,5 О/О
высоты пояса, пояса необходимо проверить на изrиб от
действия дополнительноrо узловоrо момента.
Расчету подлежат сварные швы, которыми стержни
фермы прикрепляются к узловым фасонкам, и в неко-
торых случаях сами фасовки. Во избежание резкой кон-
центрации напряжений стержни решетки следует при-
варивать с обеих сторон фасонки двумя фланrовыми
швами и одним лобовым. Но в тяжелых фермах, т. е.
при наличии крупных профилеразмеров, устройство
лобовых швов нежелательно. После наложения толстых
сварных швов большие усадочные напряжения растя-
}кения в фасонке между уrолками способствуют разви-
тию трещин. Поэтому rлава СНиП II 23 81 рекоменду-
ет приварку элементов решетки к фасонке фланrовыми
швами по обушку и перу уrолка с выводом каждоrо
шва на торец уrолка на длину с==20 мм (см. рис.
VIII.13, а).. Требуемые площади сечения швов назнача
....... 304 ..-.-
IOT, как отмечалось в примере V.B, обратно пропорцио-
нально расстояниям обушка и пера до оси стержня.
Стержни из одиночных уrолков допускается привари-
вать одним фланrовым (по обушку) и одним лобовым
швом.
Для уменьшения влияния сварочных напряжений в
фасонках стержни решетки
не доводят до поясов на
расстояние a==6tg 20 мм,
но не более ВО мм (здесь
tg........ толщина фасонки, мм).
Размеры и форма уrловых
швов должны удовлетворять
конструктивным требовани-
ям, изложенным в 21.
Узловые фасонки долж-
ны иметь простое очертание
с минимальным числом ре-
зов: прямоуrольное, трапе-
циевидное, в крайнем слу-
чае мноrоуrольное без вхо-
дящих уrлов, требующих ra-
Рис. V 1 1-1.14
20......462
305 ----
y 1;) лн
б)
/ .
y
Рис. VIII.IЗ
2 2
//A
4 4
'N
зовой резки. Прикрепление фасонок к поясу осуществля-
ется также фланrовыми швами. По возможности фаСОНJ<У
выпускают за обушки поясных уrолков на величину Ь==
,== lO 15 мм. Швы рассчитывают по формулам (V.IO).........
(V.ll а) на разность усилий в примыкающих к узлу па..
нелях поясов N==N2 Nl' Если к узлу прикладывается
внешняя сила Р, то требуемая площадь сечения швов
Аш == kf lw > V дN2 + Р2/ Rw.
(VIII. 11)
Здесь приняты те же обозначения, что в указанных
формулах, но без конкретизации расчетноrо сечения
CBapHoro соединения.
В рамных опорных узлах помимо расчета креплений
стержней к фасонкам определяют размеры опорных
планок, сварных швов и болтов, необходимых для пере-
дачи реактивных сил с риrеля на колонну.
Заводские узлы и монтажные стыки стропильных
ферм представлены на рис. VIII.14. Сварные швы в за..
водских условиях выполняют, как правило, в нижнем
положении при rоризонтальном расположении фермы.
Сборку и сварку обеих половин фермы на монтаже ре-
комендуется производить в вертикальном положении.
Пример VIII.2. Рассчитать и сконструировать узлы 11, 5, 10,
7,8 фермы, рассчитанной в предыдущем примере (см. рис. VIII.ll).
Материал фасонок и прочих узловых деталей ----- сталь марки
ВСт3сп5-1.
s;
,...,,;.
1..1 )
В)
t$=20
8.r)
.,
-
1,1
15Ь
v
Рис. VIII.1Ь
..... З06 -----
Реш е н и е. Узел 11 яиляется опорным и одним из самых от-
ветственных (рис. VIII.15, а). Во избежание больших касательных
напряжений 't' в фасонке вдоль швов пера и обушка опорноrо рас..
коса оrраничиваем ТОJIЩИНУ этих швов условием, что указанные
напряжения фасонки и напряжения швов достиrают своих предель-
НЫХ значений (расчетных сопротивлений) одновременно. Привари..
вая раскос к фасонке толщиной tg == 12 мм с двух сторон, имеем
2 kf Rw == tg Rs.
Отсюда при ручной сварке электродами 342
kf [tg / (2Pf)] Rs/ Rwf == [12/ (2. 0,7)] 133/180 ММ 6 мм,
rде. соrласно табл. 1.2 и 1.1, Rs===O, 58Ry == 0,58.230 МПа == 133 МПа.
Требуемая суммарная расчетная длина фланrовых швов, при-
крепляющих каждый из двух уrолков (см. пример V.8),
lwf 1/2 Nl1 2/(Pf kf Rwf) == 439,4.108/(2.0,7 .6. lО......з. 180.108) м ==
== 0,291 м == 291 мм.
Конструктивная длина шва обушка
lWl == О, 7 lwf + б == 0,7.291 + 10 мм 214 ММI
шва пера
lW2 == 0,3 lшf + б == 0,3.291 + 10 мм 97 ММ.
Окруrляя до размеров, кратных 5 мм, принимаем lWl ==215 мм R
lш2 == 100 мм. Аналоrично определяем длину швов нижнеrо пояса,
задаваясь толщинами kf1==6 мм и kf2==4 мм (вследствие закруrле...
ния пера, см. табл. V.5):
[шl == 0,7 N11....10/ (2Р! kfl Rwf) + б == 0,7. 305,8/ (2. 0,7. 6 .180) +
+ 0,01 м == 0,152 м 155 мм;
lW2 == О, 3N11.....10/ (2Р! kf2 Rwf) + б == 0,3.305,8/ (2. 0,7. 4. 180) +
+ 0,01 м == 0,101 м 105 ММ.
Катет kf2==4 мм при толщине фасонки ts== 12 мм противоречит
табл. У.6, поэтому здесь и дальше следует предусмотреть неравно-
катетный уrловой шов (см. 21, п. 2 конструктивных требований).
По выполненным расчетам намечаем очертание и размеры опор-
НОЙ фасонки. При этом фактические длины швов получаются не-
сколько больше требуемых. Высота опорноrо ребра hs == 520 мм,
толщина /8==20 мм. Торец ребра предусматриваем cTporaHblM для
передачи опорной реакции риrеля. Тоrда требуемая ширина ребра
из условия смятия (VI.58) при той же марке стали
Ь 1 ,2V/(ts Rp) == 1'2.344'3.103/(20.10....3.355.106) М ==
== 0,058 м 60 мм,
rде коэффициент 1,2 учитывает некоторую нечеткость раб.оты узла..
Конструктивно принимаем Ь == 180 мм из условия размещения
болтов для крепления фермы к колонне.
* По этой причине, а также вследствие приближенности неко-
торых расчетов здесь и дальше опущен коэффициент надежности по
назначению Уп==0,95, введ('нный в примере VIII.l.
20*
---- 307 ......
Напряжения в швах, приваривающих опорное ребро к фасонке,
1:w! == 1 ,2V/[2P! kj (hs ----- А....... б)] == 1,2.344,3.103/[2.0,7.6 (520
----- 20 ----- 10) 10'--8] Па == 100. 108 Па == 100 МПа.
Проверку фасонки на выкалывание по сечению acd производим
в предположении, что касательные напряжения обратно пропор-
циональны расстояниям центров тяжести плоскостей среза от оси
раскоса и зависят от наклона плоскостей к этой оси (рис. VIII.15, 6):
Nac == N11....2.95/(95 + 60) == 439,4.95/155 кН == 269,3 кН;
Ncd == N11....2....... Nac == 439,4 ----- 269,3 кН == 170,1 кН;
1'ас == Nac sin a/(tg lac) == 269,3.103.0,717/(12.240.10----°) Па ==
== 67.10' Па == 67 МПа < Rs == 133 МПа;
1'td == N cd COS а/ (tg 'cd) == 170,1.108.0,698/( 12. 200) МПа ==
== 49,5 МПа < Rs.
Узел 5 является промежуточным. Для приварки стойки 5......9 на-
значаем швы толщиной k/1 ==6 мм и k/2==4 мм (см. рис. VIII.l4, а).
T,()rAa их конструктивная длина составит:
lWl О, 7Na 9/(2 f kfl Rwf) + б == 0,7.68/(2.0,7. 6.180) +
+ 0,01 м == 0,041 м == 41 мм;
lW2 0,3Nr-9/(2Pf kw2 Rwj) + б == 0,3.68/(2.0,7.4.180) +
+ 0,01 м == 0,03 м == 30 мм.
Окруrляя, принимаем 1101==[102==45 MM>[1O,mln==40 мм (см. 21,
п. 5 конструктивных требований). Швы пера, как и в предыдушем
случае, предусматриваем неравнокатеТНЫМII.
Швы, прикрепляющие фасонку к поясным уrолкам, назначаем
толщиной k/ == 6 мм. Поскольку в узлах BepxHero пояса устанавли-
ваются проrоны покрытия, фасонку не доводим до обушка yrOJJKOB
на 5 мм и привариваем только у пера. Щель, образующуюся между
обушками и кромкой фасонки, следует также заварить. Однако
этот шов нельзя рассматривать как расчетный, поскольку он явля"
ется наплавным и трудно обеспечить ero ПOJlный провар.
Требуемая длина швов пера, соrласно неравенству (VIII.ll),
при нулевой разности усилий в поясе
lwj P2/(2 ! kjRu,'j) + б == 68/(2.0,7.6.180) + 0,01 м == 0,055 м ==
== 55 мм.
По найденным длинам сварных швов устанавливаем очертание
н размеры фасонки.
Узел 10 также является промежуточным. В нем меняется сече-
ние нижнеrо пояса (рис. VIII.16, а). Длины швов, прикрепляющих
к фасонке раскосы и стойку, устанавливаются по аналоrии с рас-
четом рассмотренных выше узлов.
Ввиду различной толщины уrолков перекрываем их листовыми
накладками. Стык смещаем на 300 мм в сторону панели с меньшим
усилием. Ширину каждой накладки назначаем исходя из ширины
полки поясноrо уrолка Ь1 == 140 мм, зазора между кромкой наклаД.
ки и фасонкой 40 мм, свеса накладки 20 мм:
Ь == 140....... 40 + 20 мм == 120 мм.
.... З08 .....
о)
о)
O
Х
N'O g
Н1140
1f
C:::::=;I
200
350
' 1
"1
c:;::.
,с:)
;7 ...........
::\ "Nb)
,q
Рис. VIII.16
Размеры накладок и фасонки должны обеспечивать прочность
ослабленноrо сечения аЬ, которое представляет собой тавр (рис.
VIII.l6, б). Задаваясь толщиной накладок t== 10 мм, определяем
положение центра тяжести сечения относительно центральной оси
фасонки Хо:
у == sxo/ А == 2Ы (hg/2..... с..... t/2)/(hg tg + 2Ы) ==
== 2.12.1 [(39----1)/2..... 0,5]/(39.1,2 + 2.12.1) см == 6,27 СМ.
Момент инерции площади сечения
J == t hg3/ 12 + t h у2 + 2Ы [(h . t)/2 ........ с ........ у]2 ==
х g gg g
=== 1 ,2. 393/ 12 + 1 ,2. 39.6,272 + 2. 12. 1 [(39........ 1) /2 ........ 0.5 ----
........ 6 , 27] 2 см4 == 11 360 см4.
Сечение воспринимает усилие NI1 10==305,8 кН, приложенное
На расстоянии е==40 мм от нижнеrо края фасонки, и усилие N2 10==
== 360,6 кН ----- примерно на таком же расстоянии от BepXHero края.
rоризонтальная проекция последнеrо N2 18COS а==360,6.0,698 кН==
==251,7 кН. Таким образом, сечение работает на внецентренное рас-
тяжение под действием нормальной силы N==ЗО5,8+251,7 кН==
==557,5 кН и изrибающеrо момента
М х == N ?;---10 cos а, (hg / 2 + у ..... е) ........ N 11----10 (h g / 2 ----
........ у ..... е) == [251 , 7 (39/2 + 6 ,27 ..... 4) ----- 305,8 (39/2 ---- 6,27 .....
...... 4] 10---2 кИ.м == 26,6 кИ,м.
....... 309 ........
Наибольшее напряжение возникает на верхнем краю фасонки:
(Jg == N/A + (Mx/J:xJ (hg/2 + у) == 557,5.103/(70,8.10 4) +
+ [26,6.103/(11 360.10----8)] (39/2 + 6,27) 10....2 Па == (78,7+
+ 60,3) 106 Па == 139.108 Па == 139 МПа < Ry == 230 МПа.
Сварные швы, прикрепляющие накладки к rоризонтальным пол-
кам поясных уrолков, можно рассчитать из условия равнопрочно-
сти с накладками. Требуемая конструктивная длина одноrо шна
толщиной kj == 6 мм (для уrолков правой панели)
lwf Nst/(2 f kf Rwf) + б == 288/(2.0,7.6.180) +
+ 0,01 м == 0,2 м == 200 мм,
rAe усилие, выдерживаемое накладкой толщиной t== 10 мм (см.
табл. 1.1):
Nst == btRy == 120.10.10....6.240.108 == 288.103 Н == 288 кН.
Для приварки к уrолкам левой панели предусматриваем швы
такой же протяженности, несмотря на их меньшую толщину у пера
(kj==4 мм), поскольку фактически накладки существенно недона-
пряжены:
(Jst == N / А .... (Мх/ J х) (hg /2..... у с) == 78,7 ..... (26,6. 103/11 360) Х
Х (39/2 ..... 6 ,27 ..... О ,5) МПа == 48,9 МПа« R у == 240 МПа.
Расч тным усилием для швов, прикрепляющих правые поясные
уrолки к фасонке, является большее из двух:
N g == 1, 2N 10....9 ..... 2N st == 1,2. 753, 1 ..... 2. 288 кН == 328 кН;
Nef == 1 ,2N10....9/2 == 1,2.753,1/2 кН == 452 кН.
Необх.одимая длина шва со стороны обушка при толщине kj==
с:6 мм
lWl 0,75Nef/(2Bf kf Rwf) + б == 0,75.452/(2.0,7.6.180) +
+ 0,01 м == 0,234 м 235 мм;
со стороны пера при той же толщине
lW2 0,25Nef/(2 f kf Rwf) + б == 0,25.452/(2.0,7.6.180) +
+ 0,01 м == 0,085 м == 85 мм.
Для швов, прикрепляющих левые уrолки:
Nef == 1 ,2N11....10/2==1 ,2.305,8/2 кН == 183,5 кН;
1 wl О, 7 · 183,5/ (2 · О ,7. 6. 180) + О, О 1 м == 0,095 м == 95 мм;
lW2 0,3. 183,5/ (2 · О, 7 · 4. 180) + О, О 1 м == 0,065 м == 65 мм.
Конструктивно, исходя из размеров фасонки, принимаем эти
швы длиннее, чем требуется по расчету.
Узел 8 является монтажным, т. е. укрупнительным. Пояса обе-
их полуферм MorYT быть соединены при помощи уrолковых или лис-
товых накладок. Существенный недостаток стыка с уrолковыми на-
кладками состоит в необходимости снятия фаски с уrолка. Более
технолоrичны стыки с листовыми накладками (см. рис. VIII.l4,2).
........ з 1 О
Ширина накладок, исходя из ширины rоризонтальной полки
поясноrо уrолка b1 == 140 мм,
Ь == 140 + 20 мм == 160 мм.
Толщину t назначаем равной толщине фасонки t,== 12 мм.
Методика проверки ослабленноrо TaBpoBoro сечения на проч..
ность изложена в расчете предыдущеrо узла. Однако можно поль-
зоваться упрощенным способом, учитывая условную площадь, ко-
торая равна сумме площадей двух накладок и части площади се-
чения фасонки высотой 2Ь2, rде Ь2..... ширина вертикальной полки
поясноrо уrолка:
о' == 1 ,2N9....8/[2 (Ы + Ь2 tg)] == 1,2.970,3.103/[2 (16.1,2 +
+ 9.1 ,2) 10----4] Па == 194.106 Па == 194 МПа < Ry == 230 МПа.
Сварные швы, прикрепляющие накладки к поясным уrолкам,
рассчитываем на усилие в накладке
Nst == О'ы == 194.106. 16.1'2.10.....' Н == 372.103 Н == 372 кН.
Требуемая суммарная конструктивная длина двух швов толщи-
ной kf ==6 мм
1:1W1.2 Nst/(Pj kf Rwf) + 26 == 372/(0,7.6.180) + 2.0,01 м ==
== 0,512 м 520 мм.
Расчетное усилие швов для крепления поясных уrолков к фа..
сонке
Nef == 1 ,2N9....&/2 == 1,2.970,3/2 кН == 582 кН> 1,2N9....&..... 2Nsl ==
== 1,2.970'3..... 2.372 кН==420 кН.
Необходимая длина шва у обушка при толщине kf==6 мм
lWl О, 75Nef/(2 j kj Rwj) + 6 == 0,75.582/(2.0,7.6.180) +
+ 0,01 м == 0,299 м 300 мм;
у пера при той же толщине
lW2 0,25Nej/(2 j kj Rwj) + 6 == 0,25.582/(2.0,7.6.180) +
+ о, о 1 м == О, 106 м 11 О мм.
На усилие N е! == 582 кН рассчитываем и швы вертикальных лис-
товых накладок, перекрывающих фасонки полуферм. Для Toro что-
бы протяженность каждоrо из двух швов не превышала утроенной
ширины вертикальной полки поясноrо уrолка, принимаем накладки
сечением lXt==240X 12 мм. Тоrда необходимая толщина швов при
Длине lw == l-----б == 240-----1 О мм == 230 мм
kJ Nej/(2 f lw Rwj) == 582/ (2. 0,7. 230. 180) м == 0,01 м == 10 ММ.
Длины швов, прикрепляющих к фасонке раскосы и стойку, не-
трудно установить по аналоrии с расчетом узлов 11 и 5.
Узел 7, будучи также монтажным (см. рис. VIII.l4, в), рассчи-
тывается в том же порядке, что и узел 8.
Заслуживает внимания последовательность операций в процсс-
се монтажной сварки стропильной фермы:
1) сварка поясных уrолков с rоризонтальными накладками в
направлениях, указанных на рис. VIII.l4, в, е (швы 1 и 2);
......... 311
2) сварка rоризонтальных накладок с фасонками полуферм
(швы 3). При сварке с фасонками BepxHero пояса следует выпол-
НЯТЬ два отдсльных уrловых шва (узел А);
3) сварка вертикальных накладок с фасонками и rоризонталь-
выми накладками (швы 4 и 5).
t 4t. проrРЕССИВНЫЕ КОНСТРУКЦИИ пЕrких ФЕРМ
Существующие типовые фермы из парных rорячека-
таных уrолков трудоемки в изrотовлении, характери-
зуются мноrообразием составных элементов и имеют
большую массу*. С этой точки зрения заслуживают вни-
мания трубчатые фермы, особенно при использовании в
них тонкостенных труб из высокопрочной стали, наиболее
рациональных для сжатых стержней. Эксперименталь-
ные и теоретические исследования показывают, что эко-
номия металла в стропильных фермах из трубчатых эле-
ментов достиrает 15 20 О/о по сравнению с фермами из
обычных прокатных уrолков при одной и той же мар-
ке стали. Наиболее экономичны электросварные трубы (с
продольным швом).
Возможность применения бесфасоночных узлов спо-
собствует значительному сокращению количества обра-
зующих конструкцию деталей и объема сварки. Это
приводит к уменьшению трудоемкости изrотовления и
монтажа, снижая тем самым стоимость ферм в деле.
Фиrурные резы концов труб выполняют специальными
rазорезательными машинами с проrраммным управлени
ем, одновременно снимающими фаску.
Заводские узлы трубчатых стропильных ферм приве..
дены на рис. VIII.17. Пересечение rеометрических осей
элементов решетки рекомендуется смещать относительно
центра узла (за исключением опорных узлов). В .этом
случае упрощается обработка концов труб, так как рас-
косы не соприкасаются друr с друrом и не требуют до-
полнительных резов торцов (рис. VIII.17, а, 8). К тому
же достиrается рассредоточение сварных швов, что
уменьшает сварочные напряжения в узле. Для упроще-
ния примыкания стоек к верхнему поясу концы их сплю..
щивают (рис. VIII.17, б). Так же поступают и с раскоса-
ми при отсутствии оборудования для фиrурной обработ-
ки торцов труб.
* По решению rосстроя СССР они должны быть сняты с про-
изводства к 1985 r. и заменены новыми, более зффективными кон-
структивными фермами.
312 -----
о)
6)
1)
D)
=-=jF
I 1
11
1 1
1 i
11
11
-::I
QF
111 1
1 I
I I I
1'11
1 1
Монтажный стык растя-
HYToro (нижнеrо) пояса осу-
ществляют посредством rHY-
тых фиrурных накладок
(рис. VIII.18, а), конФиrура-
ция которых обеспечивает
необходимую длину швов,
или с помощью подкладноrо
кольца (рис. VIII.18, б). Стык
сжатоrо (BepXHero) пояса
выполняют на бочкообраз",
ной вставке (рис. VIII.19),
v
штампуемои на прессе из
обрезка трубы. Такая встав-
ка позволяет леrко и быстро
центрировать трубы в узле,
особенно при переломе оси
пояса (в коньковом уз-
ле) .
Последовательность и на-
правление монтажной свар-
ки приведены на указанных
рисунках. При сборке необ-
Рис. VIII.17
!/зел А
Лрих6атить 25°:tJo
.' НС. V 111.18
...... ЗIЗ
Рис. VIII.19
Рис. V 111.20
ХОДИМО добиться плотноrо прилеrания накладок, под-
кладноrо кольца и вставки к соединяемым трубчатым
элементам. Швы нахлесточных соединений, особенно на
вставке, заваривают не менее чем в два слоя, чтобы
обеспечить надлежащее расплавление кромок. Приварку
накладок начинают и заканчивают только на прямоли-
нейных кромках. При стыковании с помощью подклад-
Horo кольца зазор между соединяемыми трубами должен
составлять 4 6 мм. Установку и приварку ребер (швы
2) производят после заварки кольцевоrо шва 1 (см. рис.
VIII.19).
При конструировании трубчатых стропильных ферм
следует придерживаться ряда рекомендаций:
1) диаметр поясных труб не должен превышать диа-
метр труб решетки более чем в 3 раза;
2) минимальная толщина поясных труб и опорных
раскосов составляет не менее 3 мм, для остальных эле-
ментов решетки она может доходить до 2 мм;
3) отношение диаметра трубы к толщине стенки же-
лательно назначать в пределах 35 45, для промежуточ-
ных раскосов и стоек до 80.
При расчете трубчатых ферм снепосредственным
креплением элементов друr к друrу без сплющивания
следует иметь в виду, что промежуточные раскосы и
стойки защемлены в плоскости фермы меньше, а из пло-
скости больше, чем в уrолковых фермах. Поэтому их
расчетную длину принимают одинаковой: lx===ly===0,9l,
rде 1 rеометрическая длина элемента. В случае сплю-
щенных концов lx===ly==l. Для поясов и опорных раско-
сов расчетную длину устанавливают так же, как в уrол-
ковых фермах.
В зоне примыкания раскосов и стоек к поясным тру-
бам наблюдается неравномерное распределение напря
314 ......
u
женин, поэтому растянутые элементы решетки проверя-
ют на прочность с коэффициентом условий работы Ус==
=== 0,8. То же относится к сжатым элементам rибкостью
л<60. При л 60 сжатые раскосы и стойки, как обычно,
проверяют на устойчивость с тем же значением Ус.
Бесфасоночные узлы должны быть проверены на
прочность. Точный расчет сопряжений трубчатой фермы
теоретически сложен. Он представляет собой разновид-
ность задачи о пересекающихся цилиндрических оболоч-
ках и пока еще не разработан. Напряжения по длине
сварных швов распределяются неравномерно и зависят
от отношения диаметров соединяемых труб, толщины
стенки поясной трубы, уrла сопряжения труб, прочност-
ных характеристик металла поясной трубы и т. Д.
Форма шва без снятия фаски оказывается перемен-
ной по периметру сопряжения. При остром уrле примы-
кания шов приближается к уrловому, при тупом к сты-
ковому (рис. VIII.20). Расчет на прочность в этом слу-
чае можно производить по формуле
N Ус (Rwf ! kf lwf + Rwy tlrs;y) , (VIII. 12)
rде N расчетное продольное усилие в присоединяемом трубчатом
элементе, Н; ус==О,85........ коэффициент условий работы соединения,
учитывающий неравномерное распределение напряжений по длине
шва; 11.01 и kl........ длина и толщина шва, приближающеrося к уrлово-
му, м; t толщина стенки присоединяемой трубы, м; l1.Oy длина
шва, приближающеrося к стыковому, м; R1.OI И R1.OY соответствую-
щие расчетные сопротивления, Па, принимаемые по табл. V.l.
Снятие фаски с переменным уrлом наклона по длине
реза торца трубы позволяет считать шов стыковым на
большей части ero длины. В этом случае допустим рас-
чет по формуле
,у < 0,95ARwy,
rде А площадь сечения присоединяемой трубы, м2.
Стык нижнеrо пояса на остающемся
кольце (см. рис. VIII.18, 6) рассчитывают
ние:
(VIII.IЗ)
подкладном
на растяже-
(J == N / (п.Dt) Rwy, (VIII. 14)
rде D средний диаметр трубы с более тонкой стенкой толщи-
ной t, м.
При стыковании с помощью фиrурных накладок (СМ.
рис. VIII.18, а) рекомендуется назначать их на 20 О/О тол-
ще соединяемых труб. Длину cBapHoro шва приближен-
но определяют по формуле
lw 2п Va2 + [пD/(2n)]2. (VIII.15)
...... 315
9J{ecb n...... число лепестков на боковой поверхности трубы; а........ раз-
мер лепестка (rлубина фиrурноrо выреза накладки вдоль оси пояс-
пой трубы).
Разработка новых типов леrких металлических по-
крытий осуществляется в направлении более широкоrо
использования эффективных видов металлопроката и
высокопрочной стали, внедрения поточных механизиро-
ванных процессов изrотовления сварных конструкций и
их CKOpocTHoro монтажа.
Одним из новых видов леrких сварных конструкций
являются фермы из замкнутых 2нутосварных профилей
квадратноrо и прямоуrольноrо сечений (см. рис. 11.10, в
и 2). Такие фермы предназначены для перекрытия одно-
этажных производственных зданий шириной 24 30 М.
Пионером применения в строительстве проrрессивных
прямоуrольных труб явился специализированный завод
леrких металлических конструкций в N\олодечно.
В фермах типа «N\олодечно»* сокращено число вспо-
моrательных деталей со 130 до 16. В результате протя-
женность сварных швов уменьшилась с 30 35 до 11.........
12 м на 1 т металлоконструкций. Повышение теХнолоrич-
ности снижает трудоемкость изrотовления в 1,5 2 ра-
за по сравнению с традиционными фермами из парных
уrолков. Расход металла сокращается примерно на 15
20 О/О в расчете на 1 м2 покрытия. Кроме Toro, некоторое
уменьшение расхода металла, а также резкое снижение
трудоемкости монтажа покрытия достиrается за счет
кладки профилированноrо настила непосредственно по
верхним поясам ферм (без устройства проrонов).
Фермам типа «N\олодечно» присущи и друrие аспек-
ты эффективности. Так, например, при транспортировке
на одну железнодорожную платформу можно поrрузить
18 полуферм указанноrо типа и только 10 традиционных.
Блаrодаря сокращению строительной высоты покрытия
уменьшается кубатура здания и как следствие снижают-
ся расходы на отопление, затраты электроэнерrии при
использовании приточной и вытяжной систем вентиля-
ции.
L{руrой тип леrких металлических конструкций по-
крытий фермы из одиночных прокатных уrолков, сое-
111 Разработаны ЦНИИПроектстальконструкцией им. Н. П. Мель-
никова rосстроя СССР и ВНИКТИСтальконструкцией Минмонтаж..
спецстроя СССР.
....... 316 .......
диняемых способом сквозноrо точечноrо проплавления.
Покрытия этоrо типа предусмотрено применять в виде
блоков размером 12Х24 м с профилированным сталь-
ным на тилом, укладываемым также непосредственно по
верхним поясам стропильных ферм. Затраты на их изrо-
товление MorYT быть снижены на 30 40 О/о за счет внед-
рения поточных линий сборки и сварки.
К новым проrрессивным конструкциям относятся
стропильные фермы с элементами из тавров с параллель-
ными rранями полок (см. рис. 11.7). Для поясов рекомен-
дуются широкополочные тавры ШТ (см. 9), для решет-
ки rорячекатаные или холодноrнутые уrолки, а также
широкополочные и нормальные тавры БТ.
Простейшим решением является использование схемы
типовой фермы (см. рис. VIII.3, 6). Запроектированные
институтом ЦНИИПпроектстальконструкция фермы про-
летом 24 и 30 м с поясами из импортных тавров и решет-
коЙ из отечественных уrолков были изrотовлены на
Тульском 3МК Минмонтажспецстроя СССР. Фермы
пролетом 24 м (рис. VIII.21, а) под наrрузку q==38,5 кН/м
применены для покрытия части ремонтно-литейноrо цеха
Чебоксарскоrо завода промышленных тракторов взамен
типовых уrолковых ферм, принятых в проекте.
Фермы пролетом 30 м под наrрузку q==55,5 KHjM ис-
пользованы в покрытии одноrо из зданий Лебединскоrо
rорно-обоrатительноrо комбината также вза.мен запроек-
тированных уrолковых. В обоих случаях пояса выполне.
ны из стали марки 10r2Cl, фасонки и стыковые на-
кладки из стали марки 14f2, решетка из стали мар-
ки ВСт3пс6.
Фермы с поясами из тавров и решеткой из парных
уrолков на 12 15 О/о леrче ферм, выполненных целиком
из парных уrолков. Снижение массы достиrается не толь-
ко вследствие экономичности BepxHero пояса из тавра в
сравнении с уrолками, но и блаrодаря существенному
уменьшению размеров узловых фасонок. Сказывается
также отсутствие прокладок в поясах. Трудоемкость из-
rотовления уменьшается на 15........20 о/о.
Типовая схема решетки имеет, однако, существенный
недостаток: необходимость устройства фасонок, прива-
риваемыIx встык к стенкам поясных тавров (рис. VIII.
21, б). Исключение составляют лишь узлы, rде к поясам
примыкает одна стойка.
Избежать устройства фасонок можно только в тех
случаях, коrда решетка выполнена из одиночных уrол..
317 ....
а) i =1.5%
1..1
.УJелА
Ь)
Рис. VIII.21
а} l= 1.5%
t = 1,5%
4.' t = 1,5%
'1 .
6) l .. I,S% .
2) i ;: 1.S % .
Рис. VIII.22
ков или тавров и коrда в узле СХОДИТСЯ не более двух
элементов решетки. На рис. VIII.22 пред ставлены вари-
анты таких ферм. Во всех узлах, кроме опорных, элемен-
ты решетки привариваются непосредственно к стенке по-
ясных тавров.
Наиболее экономична по расходу стали и стоимости
ферма с перекрестной решеткой (см. рис. VIII.22, в). По
числу деталей и протяженности сварных швов она имеет
преимущество перед вариантами, изображенными на рис.
VIII. 22, й, б, и особенно перед типовой фермой, выпол-
ненной целиком из парных уrолков. К тому же при пе
рекрестной решетке леrче Bcero осуществить бесфасоноч"
вые узлы б.паrодаря значительно меньшим усилиям 8
решетке.
Перекрестная решетка возможна в двух вариантах
(см. рис. VIII.22, в, 2). В первом случае сохраняется ти-
повая схема сопряжения ферм с колоннами. Второй ва--
риант имеет более законченный вид вследствие введения
опорных стоек, но при нем УСЛО'жняется опорное крепле-
ние, поскольку необходимо обеспечить свободу переме
щения BepXHero опорноrо узла вдоль пояса и одновремен-
но передать через Hero вертикальное опорное давление.
Достоинством ферм с решеткой из одиночных уrол.
ков, привариваемых к поясам из тавров, является также
u
их повышенная коррозионная стоикость, в чем они KOH
....... 318 ......
курентоспособны с фермами из замкнутых круrлых и
прямоуrольных сечений.
UUирокое внедрение ферм с рациональной решеткой
затрудняется отсутствием методики расчета на устойчи
вость сжатых элементов из одиночных уrолков. Имею-
щееся в rлаве СНиП 11..23..81 указание о введении I{ОЭф-
фициента условий работы ,\,с==0,75 для уrолков, прикреп-
ляемых одной полкой (см. табл. 2 прил. 1), не всеrда
приводит к достоверным результатам. В связи с этим
типовые фермы с поясами из тавров разработаны пока
только с решеткой из парных уrолков по схеме рис.
VIII.21, а.
Более подробно с леrкими сварными конструкциями
покрытий и их узлами можно ознакомиться в справочни-
ках [7,9].
r n iI . iI IX. ЛИСТОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ
t 42. НОМЕНКЛАТУРА И ОСО&ЕННОСТИ ЛИСТОВЫХ КОНСТРУКЦИAi
Листовыми называются конструкции сосудов и емко-
стей для хранения, транспортирования, переrрузки и тех-
нолоrической переработки жидкостей, rазов или сыпучих
материалов. Их основу составляют металлические листы
с плоской (пластины) или криволинейной (оболочки}
поверхностью. Листовые конструкции широко распрост-
ранены в народном хозяйстве. Они составляют около
30 О/о массы всех строительных и технолоrических свар-
ных конструкций, возводимых в нашей стране. К ним
относятся:
1) резервуары для приема, хранения, технолоrичес-
кой обработки и отпуска различных жидкостей (воды,
нефти, нефтепродуктов и т. п.), а также сжиженных ra-
зов (рис. IX.l, а);
2) rазrольдеры для хранения rазов и реrулирования
давления в примыкающих rазовых сетях (рис. IX.l, 6);
3) бункера (рис. IX.2, а) и силосы (рис. IX.2, 6) для
переrрузки и BpeMeHHoro хранения сыпучих материалов
(руды, уrля, цемента, песка, пищевых продуктов и т. д.);
4) листовые конструкции доменных цехов и rазоочИс-
ток (рис. IX.3): кожухи доменной печи 2, воздухонаrре-
вателей 1, пылеуловителя 8, скруббера 4, электрофильт-
ров 5;
.... з 19 ....
о)
11 11
,-,> .'
Рис. IX.l
6)
Рис. IX.2
Рис. I Х.3
..... 320 ----
5) трубопроводы большоrо о)
диаметра для транспортирова-
u
ПИЯ жидкостеи, rазов, пылевид-
ных, разжиженных или раз-
мельченных твердых веществ
(рис. IX.4);
6) дымовые и вытяжные
трубы (рис. IX.5, а);
7) листовые конструкции
специальной химической и неф-
теперерабатывающей аппара-
туры (рис. IX.5, б).
Листовым конструкциям
присущи особенности, отлича-
ющие их от друrих сварных
конструкций.
1. Швы листовых ко н ст",
рукций должны быть не толь-
ко прочными, но И плотными, причем требование repMe-
тичности во мноrих случаях оказывается решающим.
Поэтому к качеству сварки предъявляются повышенные
требования по сравнению со стержневыми строительны-
ми конструкциями.
2. Основной тип сварных соединений листовых конст-
рукций ----- стыковые соединения, причем сварка должна
по возможности выполняться с двух сторон. Односторон-
няя сварка допустима на подкладках или с подваркой
корня. Продольные сварные швы отдельных цилиндриче-
ских заrотовок (обечаек) должны быть смещены по от-
ношению друr к друrу на расстояние, равное двукратной
толщине более толстоrо листа, но не менее 100 мм (меж-
ду осями). Соединения листов толщиной t 5 мм, а так-
же монтажные соединения допускается предусматривать
нахлесточными. Тавровые соединения применяют для
Рис. 'Х.4
21......462
321 ......
6)
Рис. 1 Х.5
приварки плоских ДНИЩ, фланцев, штуцеров и друrих
аналоrичных элементов.
З. При изrотовлении листовых конструкций прибеrа..
ют к операциям, не характерным для заrотовки элемен-
тов друrих металлических конструкций: фасонный pac
крой и вальцовка листовоrо проката; сварка листов тол-
щиной до 16 мм в большие полотнища с последующим
сворачиванием в рулоны диаметром до 3,6 м, обуслов-
ленным rрузовыми rабаритами железнодорожноrо тран-
спорта; штамповка и отбортовка выпуклых днищ и др.
Вальцовка, холодная rибка и штамповка вызывают боль-
шие остаточные деформации, в связи с чем к пластичес-
ким характеристикам материала листовых конструкций
предъявляются повышенные требования.
4. Значительная протяженность сварных швов, пре-
вышающая протяженность в обычных металлоконструк-
циях примерно вдвое на единицу массы, способствует
более широкому ПРИl\1енению механизированных спосо-
бов сварки при изrотовлении rабаритных и монтаже не-
rабаритных листовых конструкций.
5. Контакт с аrрессивными жидкостями и rазами
может существенно снижать долrовечность стальных
листовых конструкций. В этом случае целесообразно
применение алюминиевых сплавов, биметалла (листы из
u u u u
уrлеродистои, низколеrированнои или теплостоикои ста-
ли, плакированные * нержавеющей сталью, свинцом, ни-
келем, медью или ее сплавами), металлопласта (уrлеро-
дистая сталь, покрытая слоем пластмассы, например
перхлорвинила) . К новым конструкционным материалам,
используемым в химическом и нефтеперерабатывающем
аппаратостроении, относятся титан и ero сплавы. Титан
хорошо куется, штампуется и сваривается. По прочности
он мало уступает стали, а плотность ero почти в два ра-
за меньше. Титановые сплавы превосходят по прочности
некоторые леrированные стали. Титан и ero сплавы об-
u u u
ладают очень высокои стоикостью против деиствия азот-
ной кислоты, среды влаЖНОi'О хлора, разбавленной сер-
ной кислоты, приближаясь к коррозионной стойкости
платины.
Несмотря на более высокую первоначальную стои-
мость, применение цветных металлов делает листовые
* п лакирование нанесение на поверхность металлических из-
делий друrоrо металла или сплава термомеханическим способом.
Плакирование листов осуществляется в процессе rорячей прокатки.
....... 32 2
конструкции, работающие в условиях аrрессивной среды,
экономичнее стальных блаrодаря увеличению срока
службы.
t 43. ПОНЯТИЕ О СТАТИЧЕСКОМ РАСЧЕТЕ
ТОНКИХ о&опОЧЕК ВРАЩЕНИЯ
При расчете любоrо сооружения реальную трехмер-
ную конструкцию заменяют упрощенной схемой, что
позволяет быстрее получить представление о ее напря-
женном состоянии. Балки, колонны и элементы ферм при
изучении их статической работы MorYT быть заменены,
как видно из предыдущих rлав, прямолинейным стерж-
нем. Аналоrично упрощенной схемой листовых конструк-
ций является оболочка.
Стенку сосуда или емкости нельзя заменить линей..
ной схемой. Для изучения возникающих в ней усилий не...
обходимо рассмотреть неодномерную среду. Оболочкой
называется тело, оrраниченное двумя криволинейными
поверхностями, расстояние между которыми (толщина
оболочки t) мало по сравнению с друrими размерами
тела (рис. IX.6).
Поверхность, которая делит толщину оболочки попо..
лам, называется срединной. Она является, таким обра-
зом, rеометрическим местом точек, равноотстоящих 01'
наружной и внутренней поверхностей оболочки. Форма
срединной поверхности определяет rеометрическое наз-
вание оболочки (цилиндрическая, коническая, сферичес...
кая и т. д.). В частном слу-
чае, коrда срединная поверх-
ность представляет собой
плоскость, оболочка превра-
щается в пластину.
В листовых конструкциях
встречаются rлавным обра-
зом тонкостенные оболочки
вращения. Их срединная по-
верхность образована вра-
щением плоской кривой (ме-
ридиана) BOKpyr неподвиж"
ной прямой (оси вращения),
а толщина не превышает
1/20 минимальноrо радиуса
кривизны.
Тонкостенность дает воз-
можность рассматривать на-
21 · ....... 323 ......
с
,
/
,
/
V'
Рис. IХ.6
пряженное состояние листовых конструкций как плоское
(двухосное), а не объемное (трехосное), поскольку дав-
.тIение слоев, параллельных срединной поверхности тон-
кой оболочки, по толщине пренебрежимо мало.
В основе техническоЙ теории оболочек лежит rипо-
теза Кирхrофа Лява*, которая rласит: прямолинейные
элементы оболочки, перпендикулярные ее срединной по..
верхности до деформирования, остаются прямолинейны-
ми и перпендикулярньtми срединной поверхности в про..
цессе деформирования, не меняя своей длины (например,
элементы АВ, CD и им подобные на рис. IX.6). Эта rипо-
теза переносит, по существу, физические принципы, за-
ложенные в теории расчета балок, на двумерные тела
типа пластин и оболочек. Она позволяет свести задачу о
напряженном состоянии оболочки (пластины) к задаче
u
о напряженном состоянии ее срединнои поверхности.
Рассмотрим элемент срединной поверхности оболочки
произвольной формы. В общем случае по ero сторонам
действует девять усилий, отнесенных к единице длины:
нормальные силы N1 и N2, касательные Sl и S2, попереч..
ные Ql и Q2 (рис. IX.7, а); изrибающие моменты М1 и
М2, крутящие Н1 и Н2 (рис. IX.7, 6). Исходные диффе..
ренциальные уравнения расчета оболочек, составленные
u
с учетом всех перечисленных усилии, настолько сложны,
что их интеrрирование связано с большими математиче-
скими трудностями даже при решении простейших за-
дач. Однако нередко решение облеrчается самим харак-
тером задачи.
Если оболочка вращения наrружена симметрично от..
носительно своей оси, то задача называется осесиммет"
рuчН,оu. В этом случае во всех сечениях, которые образо-
ваны плоскостями, проходящими через ось симметрии
(меридиональными плоскостями), и в ортоrональных
(перпендикулярных) сечениях
Н1 == Н2 == 81 == 82 == о; Ql == О (или Q2 == о). (IX.l)
· F. Р. l( UРХ20ф ( 1824 ] 887) ...... немецкий физик, известный
своими исследованиями в области электричества, спектральноrо ана-
.пиза и механики. Он предложил первую удовлетворительную тео-
рию изrиба пластин, положив в ее основу допущения, которые
весьма близки по смыслу к rипотезе плоских сечений, принятой 8
элемента рной теории изrиба брусьев (см.. например. [1 о] ).
А. Е. Ляв (1863 1940) анrлийский ученый в области теории
упруrости и rеофизики. Пользуясь методом Кирхrофа, он провел
полное исследование изrиба оболочек и значительно расширил тео-
рию пластин.
.... 324
N2
Рис. 'Х.7
N,.
1\',
Рис. IX.8
fI
Рис. IХ.9
...... 325
N2.
б)
Очень часто при определении усилий можно с доста-
u
точнои точностью допустить, что напряжения распреде
ляются по толщине оболочки равномерно. Тоrда обраща
ются в нуль MOf\1eHTbI и поперечные силы, а касательные
равны между собой:
М1 == М2 == Н1 == Н2 == Q1 == Q2 == о; 81 == 82 == 8. (IX.2)
Таким образом, при указанном допущении остается
Bcero три неизвестных усилия: N1, N2 и S (рис. IX.8, а).
ля их определения из шести условий равновесия про-
странственной системы сил имеется три уравнения сум-
мы проекций сил, а не используемое уравнение моментов
относительно нормали к оболочке удовлетворяется тож-
дественно вследствие сопряженности касательных сил
Sl и S2. Следовательно, задача по определению усилий
оказывается статически определимой.
К еще большим упрощениям приводит сочетание обо-
их обстоятельств, т. е. если в условиях постоянства на-
пряжений по толщине оболочки решается осесимметрич-
ная задача. Тоrда выполняются все условия (IX.l) и
(IX.2). Соответствующее напряженное состояние изобра-
жено на рис. IX.8, б.
Теория оболочек, основанная на предположении о
равномерном распределении напряжений, называется
6езМ,оМ,ентной. Подобный подход характерен, кстати, и
для расчета ферм. CTporo rоворя, всякая ферма стати-
чески неопределима. Однако ее конструкцию, как видно
из rл. VIII, идеализируют, полаrая, что узлы являются
шарнирными (см. рис. VIII.l, а). Тоrда в стержнях фер-
мы возникают только продольные усилия, для определе-
ния которых достаточно одних уравнений статики. Дру-
rими словами, статическая определимость фермы, как и
оболочки, вытекает исключительно из допущения, что ее
элементы не работают на поперечный изrиб. Для уточ-
нения можно произвести дополнительный расчет с целью
учета возникающих все же в стержнях изrибающих мо-
ментов и поперечных сил. Но, как правило, такое уточне-
ние окажется излишним, поскольку расчет по безмомент-
ной теории дает в основном верное представление о на-
пряженном состоянии.
Объяснение следует искать в одном из фундамен-
тальных положений строительной механики принципе
наименьшей работы. Он rласит: значения усилий стати-
чески неопределимой системы должны удовлетворять
минимуму упруrой энерrии. Для фермы, у которой вы..
326
полнены сфОР1\1улированные выше условия, безмомент-
ный ха рактер напряженноrо состояния является естест-
венным, так как он соответствует минимуму накопленной
конструкцией энерrии. При изrибе же накопление энерrии
существенно больше.
Принцип наименьшей работы справедлив для любой
упруrой конструкции, в том числе и для оболочки. Суще-
ствование в последней соответствующеrо безмоментноrо
напряженноrо состояния возможно при следующих усло-
виях:
1) оболочка имеет плавно изменяющуюся непрерыв-
ную поверхность без резких переломов и ступенчатоrо
изменения толщины;
2) наrрузка на оболочку также плавная и непрерыв-
ная, т. е. не включает сосредоточенных сил и моментов;
3) оболочка не ИМеет жестких защемлений и закреп",
лена таким образом, что ее края MorYT свободно переме..
щаться в направлении норма"ТIИ к поверхности.
Попутно следует отметить, что чем меньше толщина
оболочки, тем ближе к действительности предполаrаемое
постоянство напряжений и тем более точные результаты
дает безмоментная теория.
Если перечисленные условия не соблюдаются, то в мес-
тах, rде проявляются УI{азанные особенности, возникают
повышенные напряжения, обусловленные изrибным (кра..
евым) эффектом. Решение подобных задач более точны..
ми методами с учетом изrибающих моментов (момент-
ная теория оболочек) показывает, что зона повышенных
изrибных напряжений в большинстве случаев оказыва-
ется весьма оrраниченной, а поэтому на достаточном
удалении от нее напряжения можно определять тоже по
безмоментной теории. Напряженное же состояние са-
мой зоны требует специальноrо исследования.
Рассмотрим сосуд, представляющий собой оболочку
вращения (рис. IX.9, а), которая удовлетворяет услови..
ям существования безмоментноrо напряженноrо состоя-
ния. Давление р на стенку сосуда может меняться вдоль
ero оси, но постоянно в плоскости, перпендикулярной
оси (в плоскости параллельноrо Kpyra радиусом ,). Та..
ким образом, напряженное состояние является не только
безмоментным, но и осесимметричным.
Выделим на срединной поверхности оболочки криво..
линейный элемент ABCD, оrраниченный двумя соседни.
ми меридианами и параллелями. Соrласно равенствам
(IX.l) и (IX.2), по сторонам элемента длиной dS1 и dS2
........ 32 7
действуют только нормальные усилия N1 и N2. Следова-
тельно, соответствующие напряжения 0'1 и 0'2 rлавные.
Усилия N1, приложенные к сторонам АВ и CD, MorYT
отличаться на величину dN1, усилия же N2 по CTopOHa ,1
ВС и Ап одинаковы вследствие осевой симметрии. Пере-
ходя от усилий на единице длины к полным N1dS2 И
N2ds1f СоСтавим уравнение равновесия элемента в на-
правлении нормали 001 к ero поверхности {рис. IX.9, б):
N1 dss sin (dq>I/2) + (N1 + dN1) dS2 sln (dq>I/2) + 2N2 dS1 sin (dq>2/2) -----
pdSi dS2 == о.
Раскрывая скобки, замечаем, что слаrаемое dN1X
XdS2 sin (d(j)I/2) имеет более высокий порядок малости, и
им можно пренебречь. Нетрудно также видеть, что
dS1 == '1 dq>l; dS2 == '2 dq>2'
rде ,) и ,2..... rлавные радиусы кривизны срединной поверхности.
Учитывая эти зависимости и малость уrлов dfPl и d(fJ2,
находим
sin (dЧ>I/2) dq>1/2 == ds1/(2r1); sin (dq>2/2) ds2/(2'2)'
Подставляя значения синусов в уравнение равнове-
сия, после деления на ds1dS2 получаем
N1/'1 + N2/'2 == р. (IX.3)
ЭТО уравнение содержит две неизвестные величины N1 и
N2. Второе уравнение, необходимое для их определения,
можно составить из условия равновесия выделенноrо
элемента на направление касательной к меридиану. Од..
нако в отличие от уравнения (IX.3) оно получится диф...
ференциальным, поэтому удобнее рассмотреть равнове-
сие нижней части оболочки, отсеченной параллельным
KpyroM радиуса r (см. рис. IX.9, а). Проектируя все си..
лы на ось вращения оболочки (рис. IX.IO,a), имеем
(N1 cos ) 2л'..... рл,2 == о.
Здесь первое слаrаемое представляет собой проекцию
равнодействующей меридиональных усилий N1, распре-
деленных по контуру Kpyra (по окружности длиной 2nr);
уrол наклона меридиана к оси оболочки.
Выражая радиус параллельноrо Kpyra через радиус
кривизны срединной поверхности
, == '2 COS ,
после подстановки и сокращений ПОJlучаем
N1 == Р'2/2.
(IX.4)
...... 328 .........
о)
6)
N,
Рис. IX.IO
о) {-5% 6
7 б) ! 11
8 I
:t: .D I
I 11 Ij
I
Рис. 1 Х.Н
Уравнения (IX.3) и (IX.4) позволяют найти усилия в
осесимметричной безмоментной оболочке любой формы.
J{ля практических расчетов их удобнее записать в на-
пряжениях 0'1 и 0'2, первое из которых называется мери-
диональным, а второе........ кольцевым. При допущении о
равномерном распределении напряжений N1 ==alt.1 ==
==O'lt, N2==a2t (рис. IX.I0, б), и указанные уравнения
I ринимают вид:
(]t/ rt + 02/'2 == p/t; (IX. 5)
01 == р' 2/ (21) . (1 х . 6)
Из последнеrо равенства следует, что p/t==20'1/r2. Ис-
пользуя это выражение в уравнении (IX.5), после несЛо-
жных преобразований приходим к соотношению между
кольцевым и меридиональным напряжениями:
02 == 01 (2...... r2/rl)' (IX.7)
----- 329 .....
t 44. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ пистовых КОНСТРУКЦИИ
НА ПРИМЕРЕ ВЕРТИКАЯЬНЫХ
ЦИЯИНДРИЧЕСКИХ РЕЗЕРВУАРОВ
Конструктивную форму резервуара выбирают в зави-
симости ОТ свойств хранимой жидкости, вместимости,
режима эксплуатации (частоты наполнения опорожне-
ния), упруrости паров продукта и климатических усло-
вий на месте строительства. Вертикальные цилиндриче-
ские резервуары широко применяются для хранения
нефти и нефтепродуктов. Они сравнительно просты в из-
rотовлении и монтаже, а также достаточно экономичны
по расходу металла. Их основными конструктивными
элементами являются днище 1, корпус 2 и крыша (по-
крытие) 3 (рис. IX.ll, а). Последняя обычно имеет ко-
ническую форму и представляет собой Il{ИТЫ, состоящие
из тонких листов (t==2,5 3 мм), которые уложены на
каркас. Щиты опираются или только на корпус, образуя
распорную конструкцию, или на корпус и специальную
центральную стойку 4. Для резервуаров объемом ДО
5000 м3 предпочтительнее конструкция без стойки как
более надежная в эксплуатации. Крыша воспринимает
наrрузку от cHera, собственноrо веса, а также избыточ"
Horo давления и вакуума, природа возникновения кото"
рых рассматривается ниже.
Цилиндрический корпус воспринимает давление нахо-
дящейся в резервуаре жидкости. Толщина ero стенки t
назначается по расчету, но не менее 4 мм из условия
,удобства сварки и сопротивления коррозии. Соединение
листов может быть стыковым (рис. IX.Il, б) или, при
(==4 5 мм, нахлесточным. Во втором случае листы име-
ют телескопическое расположение по высоте (рис. IX.ll,
в) или ступенчатое (рис. IX. 11, е). При нахлесточном
соединении наружные сварные швы выполняют сплош-
ными, внутренние прерывистыми длиной 100 мм с про-
светами в 300 мм. В резервуарах для хранения очень
аrрессивных продуктов, например сернистой нефти, все
кольцевые швы выполняют сплошными.
Днище чаще Bcero бывает плоским, а точнее, имеет
полоrую коническую форму с уклоном i==2 О/О в сторону
центра или наоборот для стока и удаления подтоварной
БОДЫ и отстоя. Основанием служит песчаная подушка 5
толщиной около 30 см, покрытая rидрофобным слоем из
жидкоrо битума или каменноуrольноrо деrтя для предо-
хранения днища от коррозии. Блаrодаря подушке днище
,...... 330 ......
испытывает только сжатие от давления жидкости, кото.
рое является незначительным. Поэтому толщина днища
t диктуется конструктивно"технолоrическими соображе
пиями (удобством и надежностью сварки, стойкостью
против коррозии), а не условием прочности. При диамет..
ре резервуара D< 18 м принимают t==4 мм, при D==
18 25 м t==5 мм, при D>25 мм t==6 мм.
Сопряжение днища с корпусом осуществляют посред-
ством TaBpoBoro cBapHoro соединения (см. рис. У.24).
Поскольку в области сопряжения возникают местные
напряжения KpaeBoro эффекта, крайние листы днища де-
лают толще, назначая обычно t===8 мм.
На резервуаре устанавливают необходимое техноло
rическое оборудование и кровельное оrраждение 6. Для
обслуживания резервуара устраивают лестницу 7.
При хранении нефтепродуктов происходит их испаре-
ние (так называемое малое «дыхание»), вследствие че-
u u
ro под стационарнои крышеи rерметично закрытых pe
зервуаров возникает повышенное давление паровоздуш-
ной среды. Коrда давление становится чрезмерным,
излишки паров выводятся в атмосферу с помощью специ-
альных «дыхательных» клапанов, что вызывает большие
потери. Избыточное давление может возникать и при
опорожнении"наполнении резервуара (большое «дыxa
ние»). в обоих случаях значительно снижается не толь-
ко количество, но и качество хранимоrо продукта, по-
СI{ОЛЬКУ в первую очередь испаряются и вытесняются в
атмосферу J1еrкие, наиболее ценные компоненты.
L{ля хранения светлых нефтепродуктов с низкой уп-
руrостью паров (керосин, дизельное топливо и т. п.), а
также отбензиненной нефти, темных нефтепродуктов и
масел возводят резервуары, рассчитанные на избыточное
давление не более 2 кПа. Они называются резервуара..
ми нuзкоzо давления, предназначены для эксплуатации
в условиях малой оборачиваемости содержимоrо (не бо..
лее 10 12 раз в rоду) и при опорожнении или быстром
охлаждении допускают вакуум 0,25 кПа. Их объем мо"
жет достиrать 50 100 тыс. м3 и более, но наиболее ре..
комендуемыми являются резервуары с щитовой кровлей
объемом 100 5000 м3.
Нефтепродукты с высокой упруrостью паров держать
в резервуарах низкоrо давления невыrодно, так как по
тери MorYT достиrать 5 о/о. Поэтому бензин и сырую
нефть с высоким потенциалом бензина хранят при той
же оборачиваемости в резервуарах пО8blшенноzо давле-
....... . 331 .....
ния (до 20........30 кПа). Самое простое конструктивное ре-
"'" u
шение представляет сооои резервуар с плоским днищем
и цилиндрическим корпусом, который закреплен с помо-
щью стальных анкеров 1 в кольцевом ленточном железо-
бетонном фундаменте 2 во избежание подъема стенки и
изrиба приваренноrо к ней днища под действием доста-
точно большоrо избыточноrо давления (рис. IX.12).
В Днепропетровском инженер но-строительном ин-
ституте (ДИеИ) разработаны проекты резервуаров
объемом 400, 700, 1000 и 2000 м3, рассчитанных на из-
быточное давление соответственно 20, 18, 15 и 13 кПа.
Эти резервуары имеют сфероцилиндрическую кровлю,
лепестки которой вальцуют только в меридиональном
направлении, что упрощает изrотовление и монтаж. Пе-
реход кровли к корпусу осуществляется через торовую
вставку 3, также имеющую кривизну только в меридио-
нальной плоскости. В ЦНИИПроектстальконструкции
им. Н. П. Мельникова раз-
работан проект резервуара
типа «rибрид» объемом
3000 м3 с торосферической
кровлей.
В качестве варианта ре-
зервуара повышенноrо дав-
ления возможна конструк-
ция с выпуклым днищем,
которое по форме сходно с
,. кровлей (см. рис. IX.l, а).
В этом случае для равномер-
Рис. IX.12 Horo опирания резервуар
1
r:з. ..х L --- .I:.1....rD .... ..r.. L. ___0___
.... Ir .... , 'iJ ..... ....lr -----u ---
· 4
Рис. IX.13
....... 332 ----
устанавливают на более высокую песчаную подушку
(около 3 м).
Для хранения нефти и леrкоиспаряющихся нефтепро..
дуктов при большой оборачиваемости рациональны ре-
зервуа ры объемом 10..........100 тыс. м3 С понтоном. В них
избыточное давление и вакуум практически отсутству-
ют. На рис. IX.13 приведен резервуар объемом 50 тыс. мЗ
со стационарной сферической крышей 1. Металлический
понтон 4 закрывает зеркало жидкости и сокращает ее
потери от больших и малых «дыханий». Он состоит из
u
кольца и центральнои части в виде стальных полотниIЦ
толщиной 4 мм. Кольцо, запроектированное из закры-
тых отсеков 3, обеспечивает плавучесть понтона. В ниж-
нем положении оно опирается на 32 стойки 5, которые
расположены в один ряд по окружности. Центральная
часть опирается на 116 стоек, размещенных по пяти
концентрическим окружностям. Чтобы предотвратить
поворот понтона при ero подъеме и опускании под дей-
u
ствием жидкости, в диаметральнои плоскости предусмот-
рены две направляющие трубы 2, которые наверху сво-
бодно входят в патрубки, прикрепленные к покрытию
резервуара, а внизу приварены к плоскому днищу б.
Между корпусом резервуара и наружной стенкой
понтона предусматривают зазор шириной 200 275 мм.
Для rерметизации образующеrося пространства уста-
навливают уплотняющий затвор жесткоrо или мяrкоrо
типа.
В южных районах и средней климатической зоне, rде
мала вероятность снежных и пылевых заносов, устраи-
вают резервуары с открытой плавающей крышей без
стационарноrо покрытия. Плавающая крыша представ-
ляет собой или пустотелый двухстенчатый диск, или
кольцевой понтон с одностенчатым диском в централь-
ной части крыши. Плавающие крыши сваривают из
стальных листов толщиной 4 5 мм и испытывают на
непроницаемость. Воздух, находящийся внутри крыши,
является плохим проводником тепла и уменьшает ампли-
туду колебаний температуры хранимой жидкости.
Оптимальные соотношения rенеральных размеров
вертикальных цилиндрических резервуаров (высоты Н
и диаметра D) при заданном объеме резервуара иссле-
довались академиком В. r. Шуховым*. Он установил,
· в. r. Шухов (1853.....1939) ---- советский инженер и ученый,
основные труды KOToporo посвящены технике нефтяной промыш-
пениости, теплотехнике н строительному делу. Под ero руководст-
ззз ....
что масса резервуара со стационарной крышей и стенкой
постоянной толщины минимальна в том случае, коrда
масса стенки вдвое больше суммарной массы днища и
крыши. При переменной толщине стенки ее масса дол-
жна быть равна указанной сумме.
Соrласно этим выводам, оптимальная форма резер-
вуаров объемом 100 600 мЗ достиrается при отношении
Н / D == 1 0,25, объемом до 1 О тыс мЗ при Н / D == 0'5.........
0,2. Высоту стенки следует принимать кратной ширине
листов, и диаметр назначать из условия, чтобы длина
окружности была кратна длине листов. Друrими слова-
ми, высота стенки и диаметр должны быть целочислен-
ными величинами. Максимальная оптимальная высота
резервуаров объемом до 10 тыс. мЗ составляет 12 м, что
при наиболее распространенной ширине листов 1500 мм
требует устройства восьми поясов.
К резервуарам большеrо объема, друrой конструк-
тивной формы или изrотовляемым из стали нескольких
марок выводы в. r. Шухова неприменимы. В этих слу-
чаях поиск оптимальных размеров усложняется и осу-
ществляется варьированием числа поясов, выполненных
из листов размерами 1500Х6000, 1800Х8000, 2000Х
Х 8000 мм. В дальнейшем предполаrается применение
листов 2500Х 12 000 мм. Для резервуаров объемом 1 О.........
100 тыс. мЗ высота принята равной 18 м исходя ИЗ воз-
можности рулонирования листов на современных меха-
низированных стендах. Она Bcero на 3 5 О/О отличает-
ся от теоретическоrо значения и практически соответству-
u
р ет оптимальнои.
ех
J J J I t Стенку резервуара рас-
считывают как цилиндри-
ческую оболочку, работа-
ющую на растяжение от
BHYTpeHHero давления. На
rлубине Н х от поверх-
ности храНИ IОЙ жидкости
(рис. IX.14) расчетное
rидростатическое давле-
ние (Па) составляет
Рх == Р (8 ----- х) Vfl' (IX.8)
)(
p(H x) I
I
)(
I
:t
рн
Рис. IX.14
БОМ созданы мноrоч I C..1eHHble инженерные объекты разнообразноrо
назначения: резервуары, доменные печи, бункера. пространствен-
ВЫе решетчатые конструкции покрытий И башен (<<башня Шухо..
Ba ), зерновые элеваторы, судовые причалы и т. д.
..... 334 ......
Здесь Р удельный вес жидкости (для нефти и нефтепродуктов
обычно принимают р == 900 Н/м3); V/l == 1 коэффициент надежности
по наrрузке при rидростатическом давлении, принимаемый соrласно
rлаве СНиП 11-6-74 (см. табл. 1 прил. 1).
Если на стенку действует также избыточное давле-
u
ние паровоздушнои смеси Рех, то полное расчетное дав-
ление на нее
Р == Р (Н ........ х) Yfl + Рех Yf2, (IX. 9)
rде 'У/2== 1'2...... коэффициент надежности по наrрузке от избыточноrо
давления, принимаемый в дополнение к указанной rлаве СНиП.
В цилиндрической оболочке меридиональный ради-
ус кривизны '1 == 00, а '2 ==,. Следовательно, полученное
ранее уравнение (IX.5) упрощается:
02/ r == p/t,
откуда кольцевое напряжение
02 == pr/t. ,(IX.10)
Меридиональное напряжение 0'1, как видно из фор-
мулы (IX.6) или зависимости (IX.7), вдвое меньше, по-
этому условие прочности стенки, соrласно выражениям
(IX.9) и (IX.I0), имеет вид:
02 == [р (Н ...... х) Yfl + Рех Yf2] Т/! -< Rwy Ус,
(IX.ll)
rде "с==0,8....... коэффициент условий работы, принимаемый по табл. 2
прил. 1; R W'II ...... расчетное сопротивление ева pHoro соединения (вер-
тикальноrо стыка), принимаемое по табл. У.1 или V.3.
Отсюда требуемая толщина стенки
t [р (Н ........ х) Yfl + Рех Yf2] r / (Rwy Ус)'
(lХ.11а)
Следует иметь в виду, что при сложном напряжен-
ном состоянии, как известно из сопротивления материа-
лов, отдельный ero компонент, пусть даже максималь-
u u
ныи, не всеrда может служить критерием несущеи спо-
собности. В таких случаях должны быть проверены
лриведенные напряжения. Соrласно энерrетической rи-
лотезе прочности,
ared == Vai + а1 а2 <: Ry "i С' (IX.12)
rде R'I/...... расчетное сопротивление листовоrо проката, принимаемое
по табл. 1.1 или 1.3.
Наrрузки, действующие на стационарное покрытие
резервуара и ero корпус (снеrовая, ветровая, собствен-
ный вес, вакуум), в разных сочетаниях вызывают в
стенке сжатие, вследствие чеrо она может потерять ус-
--- ЗЗ5 ....
тойчивость. Во избежание этоrо должно выполняться
условие
0'1 О'Сl.1 "/с'
(IX.13)
Критическое меридиональное напряжение стальной
оболочки равно меньшему из двух значений:
О'СТ1 == 1I'Ry (IX. 14)
или
О'СТ1 == cEtl,. (IX.14a)
Здесь 11' ----- коэффициент, определяемый при 0<,/t<:300 по формуле
11' == 0,97 ----- (0,00025 + О, 95Ry/ Е) , /t; (IX. 15)
с ----- коэффициент, принимаемый по табл. IX.l; Е ----- модуль упруrо-
сти стали; , радиус срединной поверхности цилиндрической обо-
лочки.
Т а б л и ц а IX.l. Значения КО9ффициента с к формуле (IX.14a)
,/t 100 200 300 400 600 800 1000 1500 2500
с 0,22 0,18 0,16 0,14 О, 11 0,09 0,08 0,07 0,06
Если корпус имеет переменную толщину, расчет сле-
дует производить по наименьшей толщине стенки tmlfu
поскольку при осевом сжатии в пределах высоты обо-
лочки образуется несколько полуволн и верхние (наи-
более тонкие) пояса MorYT выпучиться, в то время как
нижележащие сохраняют устойчивость.
Замкнутая круrовая цилиндрическая оболочка, на-
rруженная равномерным внешним давлением нормально
к боковой поверхности (поперечное сжатие), должна
быть проверена на устойчивость кольцевой формы:
0'2 О'СТ2 "/с' (IX.16)
При 0,5 I/r 10 критическое кольцевое напряже-
ние
О'СТ2 == О, 55Е ('11) (t / ,)3/2;
(IX.17)
при 1/,;::'20
O'cr2 == О, 17Е (tl ,)2; (IX.17a)
при 10<1/'<20 значение (Jcr2 определяют линейной ин-
u
терполяциеи.
Длину оболочки 1 принимают равной высоте стенки
Н, если стенка имеет постоянную толщину, и I H
0,33h, если стенка имеет переменную толщину поя-
сов на участке высотой h. В последнем случае в расче-
те следует учитывать среднюю толщину стенки.
..... 336 ----
.
О)
б)
х
t
r
tI1
1
Q3 Мтох
tI1
м
a .
r "> ({.......... "..... '-..... '- ':>::>::1.::'
М
.
Мтах
Рис. IX.15
Замкнутую круrовую цилиндрическую оболочку, под-
верженную одновременно осевому и поперечному сжа-
тию, проверяют на устойчивость по формуле
01/0crl + (J2/0cr2 < Ус' (lХ.18)
В большинстве случаев, если нормативные докумен-
ты не содержат специальных указаний, вводимый в не-
равенства (IX.13), (IX.16) и (lX.18) коэффициент ус-
ловий работы Ус== 1.
Как уже отмечалось, в месте сопряжения корпуса с
днищем вследствие упруrоrо сопротивления соседних
участков и стесненности деформаций возникает краевой
эффект (рис. IX.15, а). Он проявляется в виде изrибаю..
щих моментов, поперечных сил и перемещений, кото-
рые MorYT достиrать больших значений. Их определение
представляет собой задачу моментной теории оболочек.
Для KpaeBoro эффекта характерно волнообразное
затухание по мере удаления от места сопряжения. При
)кестком днище и полном защемлении стенки (отсутст-
вии линейноrо и уrловоrо перемещений) уравнение ме-
ридиональноrо иэrибающеrо момента может быть пред-
ставлено в виде:
Мх == M1nax е......6 (sin cos ),
rДе Мтах ----- наибольшее значение изrибаlощеrо момента (8 заделке):
22-----462
Мтах == prt/[2 V 3 (1 \,1)].
..... 337 .....
(IX.19)
е......... основание натуральноrо лоrарифма; s==x/ko безразмерная ко-
ордината; х ----- по-прежнему расстояние от места сопряжения вдоль
образующей (меридиана); ko параметр, называемый частотной ха-
рактеристикой круrовой осесимметричной оболочки:
ko == V ,2 ,2/[3 (1 ,,2)];
'V ----- коэффициент Пуассона.
Нетрудно видеть, что затухание эпюры изrибающих
моментов (рис. IX.15, б) объясняется присутствием по-
казательной функции e...... , а триrонометрические функ-
ции sin и cos придают этому затуханию колебатель-
ный характер. Быстроту затухания характеризует отно-
шение ординат эпюры при значениях aprYMeHTa, отли-
чающихся на величину п:
М (----- )/M ( + п) == e......'/e 6+п == 1/еп 1/23.
Таким образом, на расстоянии, равном длине полу-
волны, от места сопряжения изrибающий момент .Nl в
23 раза меньше KpaeBoro значения Мтах, что свидетель-
ствует о быстром затухании.
Учет KpaeBoro эффекта особенно важен в сварных
листовых конструкциях, поскольку пластичность в об-
ласти cBapHoro соединения в 2,5.........3 раза меньше, чем у
OCHoBHoro металла. Имея в виду, что коэффициент Пу-
ассона стали \'==0,3, по формуле (IX.19) получаем рас-
четное значение изrибающеrо момента
м lnax == 0,3 (рНу fi + Реж Yf'JJ п. (1 Х. 20)
При rибком днище появляется уrловое перемещение
сопряжения и стенка оказывается упруrозащемленной.
В этом случае полаrают, что
МтаХ 0,1 (pHYfi + Реж Yf2) rt. (lХ.20а)
Напряжения проверяют по формуле
(J == N1/t + 6Mmax/t2 < Ry Ус. (lХ. 21)
Следует, однако, иметь в виду, что знание напряжен-
Horo состояния оболочки в упруrой стадии работы по-
зволяет судить о ее несущей способности лишь в отда-
ленной степени. В предположении неоrраниченной упру-
rости материала часто формально получаются большие
значения местнЫХ напряжений, превосходящие в не-
сколько раз не только напряжения безмоментноrо со-
стояния, но и предел текучести. В действительности }I{е,
при преобладающем изrибном характере местных на-
пряжений, значение их после достижения предела
текучести материала и до вступления в стадию самоуп
ЗЗВ ......
рочнения перестает нарастать. В кольцевом сечении зо-
ны KpaeBoro эффекта образуется шарнир пластичности,
и оболочка начинает работать по измененной расчетной
схеме в упруrопластической стадии с соответствуюrцим
смяrчением уrла сопряжения и перераспределением на-
пряжений. Появление шарнира пластичности не превра-
щает оболочку в изменяемую систему иt следовательно,
не означает исчерпания ее несуrцей способности. Упру-
rопластическая и пластическая работа оболочек в зоне
KpaeBoro эффекта раССl\fатривается в специальной ли-
тературе.
Влияние KpaeBoro эффекта учитывают также кон-
структивно"технолоrическими мероприятиями: приме-
нением стали с rарантией изrиба в холодном состоянии;
использованием электродов повышенноrо качества; or-
раничением выступа днища за пределы стенки (a
50 см, см. рис. IX.15, б) и др.
22"
СПИСОI( ЛИТЕРАТУРЫ
1. Л'аринов А. . Составление деталировочных чертежей метал-
лических конструкций. М., Стройиздат, 1978, 60 с.
2. Алексеев Е. К., Мельник В. И. Сварка в промышленном строи-
тельстве. М., Стройиздат, 1977, 360 с.
3. Васильев А. А. Металлические конструкции. М., Стройиздат,
1979, 472 с.
4. 8асильченко В. Т., Рутман А. Н., Лукьяненко Е. п. Справоч"
ник конструктора металлических конструкций. Киев, Ву дiвельник,
1980, 288 с.
5. Временная инструкция о составе и оформлении строительных
рабочих чертежей зданий и сооружений. Разд. 5. Конструкции ме-
таллические. Чертежи КМ. СН 460-74. М., Стройиздат, 1978, 24 с.
6. Карпенко r. В., Кацов К. Б., Кокотайло И. В., Руденко В. п.
Малоцикловая усталость стали в рабочих средах. Киев, Наукова
думка, 1977, 112 с.
7. Леrкие металлические конструкции одноэтажных производст-
венных зданий. Справочник проектировщика/Под ред. И. И. Ищен-
ко. М., Стройиздат, 1979, 196 с.
8. Лившиц Л. С. Металловедение для сварщиков. М., Машино-
строение, 1979, 253 с.
9. Металлические конструкции. Справочник проектировщика/Под
ред. Н. П. Мельникова. М., Стройиздат, 1980, 776 с.
10. Михайлов А. М. Основы расчета элементов строительных
конструкций в при мерах. М., Высшая школа, 1980, 304 с.
11. Николаев r. А., Куркин с. А., Винокуров В. А. Сварные кон-
струкции. Прочность сварных соединений и деформации конструк-
ций. М., Высшая школа, 1982, 272 с.
12. Николаев r. А., Куркин с. А., Винокуров В. А. Сварные кон-
струкции. Технолоrия изrотовления. Автоматизация производства и
проектирование сварных конструкций. М., Высшая школа, 1983,
344 с.
13. Пешковский О. И. Технолоrия изrотовления металлических
конструкций. М., Стройиздат, 1978, 316 с.
14. Руководство по CBapl{e типовых узлов при монтаже стальных
конструкций производственных зданий и сооружений. ЦБНТИ l'v\ин-
монтажспецстроя СССР, 1980, 76 с.
15. Сахновский М. М. Технолоrичность строительных сва рных
стальных конструкций. Киев, Будiвельник, 1980, 264 с.
16. Сварка и резка в промышленном строительстве. Справочник
монтажника/Под ред. Б. Д. Малышева. М., Стройиздат, 1980, 784 с.
17. Строительные нормы и правила. ч. 111. Правила производ-
340 ........
ства и приемки работ. r л. 18. Металлические конструкции.
СНиП 111-18-75. М., Стройиздат, 1976, 160 с.
18. Строительные нормы и правила. Ч. 11. rл. 6. Наrрузки и воз...
действия. СНиП 11-6-74. М., Стройиздат, 1976, 64 с. (с учетом до-
полнений и изменений, внесенных в 1980-----1981 rr.).
19. Строительные нормы и правила. Ч. 11. rл. 24. Алюминиевые
конструкции. Нормы проектирования. СНиП II 24-74. М., Стройиз-
дат, 1975, 48 с. (с учетом изменений, внесенных в 1981 r.).
20. Строительные нормы и правила. Ч. 11. fл. 21. Бетонные и
железобетонные конструкции. Нормы проектирования. СНиП 1 1 21- 75.
М., Стройиздат, 1975, 96 С.
21. Строительные нормы и правила. Ч. 11. rл. 23. Стальные кон-
струкции. Нормы проектирования. СНиП 11-23-81. М., Стройиздат,
1982, 93 с.
22. Строительные нормы и правила. Ч. 111. r л. 18. Металлические
конструкции. Правила производства и приемки работ. СНиП
111-18-75. М., Стройиздат, 1976, 160 с.
23. Труфяков В. И. Усталость сварных соединений. Киев, Нау-
кова думка, 1973, 216 с.
24. Холл У. Дж., Кихара Х., 3УТ В., Уэллс А. А. ХРУПI<ие разру-
шения сварных конструкций. Пер. с анrл. М., Машиностроение, 1974,
320 с.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
НОРМАТИВНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА СТРОИТЕЛЬНЫХ
КОНСТРУКЦИй
Т а б л и ц а 1. Коэффициенты надежности 'У! ДJlЯ наиБОJlее
распространенных HarpY30K
Наrрузки
ЭНа ения "/,
Постоянные
Вес металлических конструкций 1 , 05
Вес конструкций из леrкоr(; беТОНё1 (плотностыо
р 1,6 т/м3), а также изоляционных, выравниваю-
щих и отделочных слоев (плиты, скорлупы, РУJlО-
ны, засыпки, стяжки и Т. п.), ВЫПОJlняемых:
в заводских условиях 1 ,2
на строительной площадке 1 ,3
Вес прочих строительных конструкций (бетонных 1,1
плотностью р> 1,6 т/м3, ЖСJlезобетонных, камен-
ных, армокаменных, деревянных) и rpYHToB в при-
родном залеrании
Вес насыпных rpYHToB 1, 15
Временные
Равномерно распр деленные наrрузки на пере-
крытия и лестницы при нормативном значении:
qn<2 кН/м2 1,3
qn 2 кН/м2 1,2
Вес стационарноrо оборудования 1 ,05
Вес изоляции стационарноrо оборудования 1 ,2
Вес заполнения оборудования, в том числе резер-
вуаров и трубопроводов:
жидкостями 1 , О
суспензиями, шламами, сыпучими материалаМ-1 1 , 1
Наrрузки от мостовых и подвесных кранов 1 , 1
Наrрузки от поrрузчиков и каров 1,2
Снеrовая наrрузка при отношении к нормативному
весу покрытия (включаlощему и вес стационарн\)-
ro подвесноrо оборудования):
pn/gn 1 1,4
рn/ g n == 1 ,23 1 , 5
pn/gn== 1,67 1,55
pn/gn 2,5 1,6
rололедная наrрузка 1,3
342 .....
п родолженuе табл. 1
Наrрузки
Значения У,
Ветровая наrрузка:
на здания 1 .2
на высокие сооружения, для которых ветровая 1,3
наrрузка имеет решающее значение (башни,
rрадирни, промышленные трубы и т. п.).
При м е ч а н и я: 1. В таблице учтены дополнения и изменения rла
вы СНиП II 6-74 [18], утвержденные I'occTpoeM СССР 25.12.1980 r.
и 14.09.1981 r.
2. Динамические наrрузки от оборудования учитывают соrласно ука-
заниям действующих нормативных документов по расчету и про-
ектированию несущих конструкций под машины с динамическими
наrрузками.
З. Динамическое воздействие вертикальных наrрузок от поrрузчи
ков и каров допускается учитывать путем умно)кения нормативных
статических наrрузок на коэффициент динамичности kd== 1,2.
4. При расчете на прочность и УСТОЙЧИВОСlЬ балок KpaHoBoro пути
и их креплений к несущим конструкциям нормативные значения вер...
тикальных статических крановых наrрузок ДОЛ)l(НЫ умножаться на
коэффициент динамичности kd, равный: при шаrе колонн l 12 М.....
1,2 для мостовых кранов весьма тяжелоrо режима работы и 1,1 при
тяжелом режиме, а также для подвесных кранов; при 1> 12 м........ J ,1
для мостовых кранов весьма тяжеЛОl'О режима работы. rоризонталь-
вые крановые наrрузки должны учитываться с коэффициентом kd == lJl
только для мостовых кранов весьма тяжелоrо режима работы. В ос.
тальных случаях принимают kd== 1.
5. Для высоких сооружений с периодом собственных колебаниЙ
Т>0,25 с, для мноrоэтажных зданий высотоЙ Н>40 м и для попе-
речных рам одноэтажных однопролетных производственных зда...
пий высотой Н>З6 м при отношении высоты к пролету H/L> 1,5
ветровая наrрузка должна определяться с учетом динамическоrо
воздействия пульсаций CKOpocTHoro напора в порядке, указанном о
rлаве СНиП II 6 74.
Т а б л и ц а 2. Коэффициенты условии работы 'Ус 9лементов
сварных металлических конструкций
Значения 'V для
с
КОНСТРУКЦИЙ
Ng
п.п.
Элементы КОНСТРУКЦИЙ
стальных
алюми-
НиеВЫХ
1
Сплошные балки и сжатые элементы
ферм перекрытий под залами театров,
клубов. кинотеатров, трибунами, по-
мещениями маrазинов, книrохрани-
лищ, архивов и Т. п. при весе пере
крытия. равном или большем полез-
ной наrрузки
Колонны общественных зданий и
опор водонапорных башен
..... 343 ......
0,9
2
0.95
0,9
Продолжение табл. 2
H
п.п.
з
4
5
6
7
8
9
10
Элементы конструкций
Сжатые элементы решетки плоских
ферм покрытий и перекрытий (на-
пример, стропильных и аналоrичных
им ферм) при rибкости:
"' 50
"'>50
л 60
Корпуса и днища резервуаров
Сплошные балки при расчетах на об-
щую УСТОЙЧНRОСТЬ
Затяжки, тяrи, оттяжки, подвески,
выполненные из прокатной стали
Растянутые и сжатые (за исключени-
ем замкнутых трубчатых сечений)
элементы стержневых конструкций
покрытий и перекрытий
Сечения элементов, а также накла.
док из стали с пределом текучести до
440 МПа в местах стыков, выполнен-
ных на болтах (кроме стыков на вы-
сокопрочных болтах), несущих ста-
тическую Hal ру зку. при расчетах на
прочность:
а) сплошных балок и колонн
б) стержневых конструкций покры-
тий И перекрытий
Сжатые элементы решетки простран-
ственных конструкций из одиночных
уrолков, привариваемых непосредст-
венно к поясам одной полкой (для
неравнополочных уrолков широкой
полкой) :
а) при решетке с совмещенными в
смежных rранях узлами:
перекрестной
треуrольноЙ с распорками
елочной
б) при треУl'ОЛLНОЙ и перекрестной
решетке с несовмещенными уз-
лами
То же, приваривземых через фасонку
...... 344 .....
Значения УС
ДЛЯ конструкций
аЛЮМИ -
стальных ииевых
0,8
0,8
0,95
0,9
0,95
1 , 1
1,05
0,9
0,9
0,85
0,8
0,75
0,9
0,75
0,8
0,75
0,75
Продолжение табл. 2
16
П.П.
Значения 'V с
ДтI конструкций
Элементы конструкций
стальных
алюми-
ниевых
11 Сжатые элементы из одиночных уrол- О t 75 0,6
ков, прикрепляемых одной полкой
(для неравнополочных уrолков .....
только узкой полкой), за исключе-
нием элементов, указанных в п. 9 на-
стоящей таблицы, и плоских ферм из
одиночных уrолков
При м е ч а н и я: 1. В отношении стальных ферм п. 3 распростра-
няется только на основные элементы (кроме опорных) решетки сос-
TaBHoro TaBpoBoro сечения из уrолков.
2. Коэффициенты '\'с< 1 одновременно учитывать не следует.
3. Коэффициенты, приведенные в пп. 1 и 8; 2 и 8,а; 7 и 8,б, следует
учитывать одновременно.
4. Коэффициенты, приведенные в пп. 3, 5.....11' не распространяются
на соединения рассматриваемых элементов (кроме стыковых свар-
ных соединений).
т а б л и ц а 3. Козффициенты надежности ,\,n по назначению
зданий и сооружений
as
...
=.:
i
Степень ответственности
объекта
u
с)
Примеры объектов
с:
t5
:1:
cu
&J'
:1:
rt)
J Особо важное народнохо-
зяйственное и (или) соци-
альное значение
JI Важное народнохозяйствен-
ное и (или) социальное зна-
чение
11 I Оrраниченное на роднохо-
зяйственное и социальное
значение
Основные цехи промышлен- 1
ных предприятий, rлавные
корпуса ТЭС, центральные
УЗЛа доменных печей, про-
мышленные трубы высотой
более 200 м, телебашни,
крытые спортивные соору-
жения с трибунами, театры,
кинотеатры, цирки, музеи,
детские сады, больницы и
т. д.
Объекты, не входящие в 0,95
классы 1 и 111
0,9
Склады без процессов сор-
тировки и упаковки для
хранения сельскохозяйствен-
ных продуктов, у добре-
ний, химикатов, yr ля, тор-
фа н т. П., теплицы, времен.
ные сооружения н т. д.
345
Т а б л и ц а 4. Предельные ОТНQCитеJlьные проrибы f u/L иэrибаемых
9J1ементов метаJlJlичес их КОНСТРУКЦИЙ
Элементы КОНСТРУКЦИЙ
Значения '" в долях пролета 1
для КОНСТРУКЦИЙ
стальных
алюминиевых
Балки и фер ы IIОД краны:
леrкоrо режима работы (включая
ручные краны, тельферы и тали)
среднеrо режима
тяжелоrо и вссьма тяжелоrо режи-
мов работы
Балки рабочих площадок производ-
ственных зданий при наличии рельсо-
в ых путей:
ШИРОКОКО.,lейных
УЗКОКО.,lейных
То же, при отсутствии рельсовых пу-
тей, а также балки междуэтажных
перекрытий:
r лавные балки
прочие балки и лестничные косоуры
настил
Балки и фермы ПОКРЫТИЙ и чердач-
ных перекрытий:
несущие подвесное подъемно-транс-
портное или технолоrическое обо-
рудование
не несущие подвесное оборудование
проrоны
обрешетки
Покрытия, в том числе большепролет-
ные без подвесноrо транспортноrо
оборудования
Элементы фахверка (в вертикальной
и rоризонтальной плоскостях):
стойки и риrе..тI1I
проrоны остекления
346 .....
1/400
1 /500
1/600
1/600
1/400
1/400
1/250
1/150
1/400
1/250
1/200
1/300
1/200
1/250 (1/200)
1 /200 (1 / 150)
1/150 (1/125)
1/300 (1/250)
1/300 (1/200)
1/200
П родолженuе табл. 4
Значения f и в долях пропета 1
для конструкций
стапьных
апюминиевых
Элементы конструкций
Стеновые панели:
навесные
остекленные
неостекленные
Кровельные панели и подвесные по-
толки
При м е ч а н и я: 1. Проrибы определяют от нормативной наrрузки
без учета коэффициента динамичности и ослабления сечений отверс-
тиями для болтов.
2. Для консолей пролет 1 следует принимать равным удвоенному вы-
лету консоли.
З. Значения проrибов в скобках допускаются при соответствующем
обосновании (опытное строительство, придание строительноrо подъ.
ема и др.).
4. При наличии штукатурки проrиG балок IIсрекрытий только 01
кратковременной наrрузки не должен превышать 1/350 длины пролета.
5. Предельные проrибы алюминиевых стропильных ферм, несущих
подвесное транспортное оборудование, должиы устанавливаться из
условия нормальной эксплуатации ПРlIменчемоrо в каждом конкрет-
ном случае подъемно-транспортноrо механизма.
1 /300
1/200
1 / 125 (1 /100)
1 / 150 ( 1 / 125)
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТОВ НА 7СТОlIЧИВОСТЬ
Т а б л и ц а 1. Коэффициенты '1' для двоякосимметричных
стальных двутавровых балок
Форму па подсчета
для балоК без закреn.пениА 8 пропете
ори сосредоточенной Har-
рузке, припоженной к
поясу
при равномерно распре-
деленной наrрузке,
ориложенной к поясу
а
верхнему
нижнему
нижнему
верхнему
о l
,
40
w == 1 , 75+
+0,09 а,
11' ==5,05+
+0,09 а
11' ==3,8+
+0,08 а
11' ==1,6+
+0,08 а,
.... 347 ....
. :=
х . . CJ:.::
>'O)D:COtli
j;Qe:;:l;tr
t:::fC::Q.l0)Q.D:
... Q.I t:::f ... J.. ==
....а., ....cQ:Q
::': ==cu
"'COCJ ::i!
Q.I(I)o::cQfoo
::Sx°p..o
О):аСсоо:а
==o=:SQ.
:=:r&..fe:s::r:::J
=OaJcuUco
trl-=a:;i
:S::>,xo и
a:; Q.Q,«I0)
СО Q.I Q.lc 0)::&
:c.... :с
,о:; >< о)
:s::OC:::s:: .0)
o.o.:S::g:S::
СС= t-c=
ф==
==2.25+
+0,07 а,
Продолжение табл. 1
ФорМула подсчета
для балок без закреплений в пропете
верхнему
нижнему
верхнему
нижнему
:S:Q)
I-CU
;<..и....
Q)D:C\J...
c:tI!:;:c:;:r:c
r::iIOQ./Q)
Q) О. r::i:a tt)
Q) ..=
= 5c:t1Е-D:
Q)(I')D:CQ :c
::е >< о 0.= =
Q);:aCCQJ-oQ)
==о=о:Е
:c:7''-o1- о
:cOCUQ)Oc:;:
:7'1-=с:;:::Е:;:
=>-><O:S:Q.
c:;: o.o. t::
:Q) C::c:tItO
::Е ;<CQI-
:S:O(:C:s:tt)CJ
0.0.:C'!"fQ)Q)
Ci:= =::E
при сосредоточенной
н arpY3Ke, припоженной к
поясу
при равномерно распре-
деленной Наrрузке,
приложенной к поясу
а,
4o,1..... '1' ==3,3+ 11' ==6,6+ 11' ==3,15+ 11' ==5,35+ 11' ==3,6+
400 +0, 053 (1 +0,053 (1..... +0,04 (1..... +0,04 (1----- +0,04 а-----
4,5.10 5(12 4,5.10....б(12 2,7.10....5(12 2,7x ....3,5х
Х 10....5 (12 Х 10....5 (12
При М е ч а н и е. Если балка имеет одно заl<репление в середине
пролета, то значения 'Ф крайней правоЙ l'рафы умножают на 1,75
при сосредоточенной наrр}'зке в середине пролета независимо от
уровня приложения; на 1,14 при сосредоточенной наrрузке в четвер-
ти пролета или равномерно распределенной наrрузке, приложенной
к верхнему поясу; на 1,6 при сосредоточенной наrрузке в четверти
пролета, приложенной к НИ)I<нему поясу; на 1,3 при равномерно рас-
пределенной по нижнему ноясу наrрузке.
т а б л и ц а 2. К оэффициен'fЫ <р продольноrо иэrиба
центрально-сжатых стальных элементов
tO t Значения Ф для элементов из стали С расчетным сопротивлением Ry, МПа
l: c< 200 I 240 I 280 I 320 I 3БО I 400 I 440 I 480 I 520 I 560 I 600 I 640
10 988 987 985 984 98з1982 981 980 979 978 977 977
20 967 962 959 955 952 949 946 943 941 938 936 934
30 939 931 924 917 911 905 900 895 891 887 883 879
40 906 894 883 873 863 854 846 849 832 825 820 814
50 869 852 836 822 809 796 785 775 764 746 729 712
60 827 805 785 766 749 721 696 672 650 628 608 588
70 782 754 724 687 654 623 595 568 542 518 494 470
80 734 1)86 641 602 566 532 501 471 442 414 386 359
90 665 612 565 522 483 447 413 380 349 326 305 287
100 599 542 493 448 408 369 335 309 286 267 250 235
110 537 478 427 381 338 306 280 258 239 223 209 197
120 479 419 366 321 287 260 237 219 203 190 178 167
130 425 364 313 276 247 223 204 189 175 163 153 145
140 376 315 272 240 215 195 178 164 153 143 134 126
150 328 276 239 211 189 171 157 145 134 126 118 111
160 290 244 212 187 167 152 139 129 120 112 105 099
170 2п9 218 189 167 150 136 125 115 107 100 094 089
180 233 196 170 150 135 123 112 104 097 091 085 081
190 210 177 154 136 122 111 102 094 088 082 077 073
200 191 161 140 124 111 101 093 086 080 075 071 067
210 174 147 128 113 102 093 085 079 074 069 065 062
220 160 135 118 104 094 086 077 073 068 064 060 057
При м е ч а н и е. Значения коэффициента q> в таблице увеличены
в 1000 раз.
348 .....
..
о о ФФ
О Ф Ф Ф ОФ Ф
ooo оса
ас О Ф Ф С
CQ ф ф ф
ос ос
..
C 8
iE C'Q ф ф ф
у ococ
о
:с
а: 11:
8- 11: ас Ф оо о о Ф Ф.
.. ci ф о !
аа oc о
:Е
I! :Е ---
Ia 11: Е
U Ф о ФФ ФФФ Ф Фю
o: 51 ф о ф ф ф
...
i .a coooo
...
.azt-e ==
:з!ЕU с)
0.0 ::=
.. :.c Q.
y.. ... 11) ос с ФсФФоФ
:с
=UI; r-- С Ф Ф
. cc се
C ::1 ....
u
u:lu
Ct-e
-.а: :s
11:1:1"" о С С Ф 8 Ф
cr EJ :с 11)
C ; :с . Фg
С" CI) .... ф с се
..y 8:{
УО&::( CI)
CQ
:C ==
=-:=с Q.
:.=0- с Ф800 СФ Ф ОС 8 С
c.t;C == ф Ф С Ф ф
4UCU Q, . ФФ ооос
110 U .. с ....
C......
0. 1- е-
C::I Ф соо Ф с
D:I-:E ==
1; >. о :с .... Ф ф с .
I(:C:E CI) ф . с со
tr
'-
· с D: :с
& :S: ('t)
:в'-
..01- Ф с с Ф
zl-U фс ф Оф ф .
O:: Q ф ccoco
:s:;E4U
iU&::(
:s:
-& t-e
е u) Ф сю Ф Ф оо Ф
CI) :.с . ф ф ф ф ф
С u с> Ф сооо
Q
t::
С
са С ФФ Ф Ф
«1
t:f С Ф Ф Ф
Q Ф ссос
:s::
t:;
\о
.... ю ю оо с Ф
с> Ф Фоос c С Ф8Ю
ФФоо Ф со с
3/fi{J fl. ==
q.L;)О>l9ИJ
JH на о и;)
LC Ю Ю
а
С ФФ ФС
..... .... .... ..... ...
..... 349 ...
\о
c::s
...
cu
::s
cu
<:>
It)
()
Q.
t:::
Q)
...
Q)
...
:1:
U
=
Q.
i-o
:с
Q)
::f
u
:s
о
:с
:z:
Q)
1::(
Q)
.
Q.
t:
=
Q.
t:
о:
:а
:z:
Q)
tr
(Q
&!j
'"
.....
.....
.....
о
.....
cn
I
QC)
t"-
10
CD
со
u)
u)
I.Q
u':)
.......
Е
g ,!"' ;t "( === !
cu':)ояgи.I
иенаОIr:>А,
о о м Ф оо Ф
ФФФ М
ооооооооооооооооооосо
СФ ФФ ФФ О От
ф ф
оооосососсссооооооосо
Ф Ф о ФФ Ф оо
ооФФ фф
ooo соооссссосососо
оо Ф оо Фо
ооФФ оо ФФ
ccoccoccccocccco
с оо Ф оо Ф о Ф о Ф
СФФ Ф
ccccccooccccoo
ООООС ОО Ф С ОО Ф Ф
Ф осФОО
occoocccooco
о Ф оо оо Ф
оо Ф сФ
coooccccoco
ОФ О ОО ФФ СФ
Ф оФ оо Ф
ccocccccco
Ф Ф ооо Ф оо Ф
СФ Ф ОСФ Ф
occocooco
ООФ ОСО ФФ Ф
ОФ Ф ОФФ Ф
CCCCCOOOO
ОО ФО Ф Ф Ф ФО Ф О
Ф О Ф СОФОО Ф
coccccoc
СФО Ф ФОО С О
оо о сФ Ф
ooccoooc
OC OO C
СООФ О Ф С
CCCOOOO
LC L..":) LC
О фф О
..... ..... .....
.... 350
о:
=
==
Q)
:Е
о
5
.....
Q.
t::
О
Q)
o
ои
O
0=
.....
= ..
:lI1:i:
::с \о
Q)
tr
::s::aa
><
4>=
::f
ts::Q)
l:i:a:'I
\0=
Q.
t-ec:
t:Qe;.
e- ::s::
=
=
t-eQ)
=tr
Q)
::S::=
::fCW)
g
.g.;:'
m
oa:'l
O)
=
=1:11::
tcи
Q)E-e
trtg
=:::!!
00....
;;
....::s::
а.
r::
. .
1:11::
== '8
=&-
::r :=
Q)
::s::r
==
OO
I::
:IS
....
:Е
u
I
О
::с
=
Q,)
с.
..
::с
Q,)
::1
Q,) :s::
= аса
= ...
u
;:
:sQ):s::
= :=
..a:s::c.
... ...
ya,)
1-02
u 2
:s::u:s::
..оу
y
o=S
:=
. ;:
o
t
Q.
Q,) =
tu
c. :
Q)"Q)
:t=
c. S
C
I:(
y
1:(",,",=
" о
&:ИU
... ..
2 >-
...E
::CO
Q,) 2
::0
:f12
:s::Q
.е-:;
-&
"'У
O
::.=::
.
"'I:t'
::r
::s::
'"
f--4
.
u)
('1)
('1)
at)
ci
80
t--
..-.4
Lt)
..-.4
..-.4
..-.4
u')
t--
С
Lt)
ё
с
..-.4
С
Il н' ;1. J a"'l ===
==J8"! Ч.L:>О>l
ИJ :не наоIr.>л
е нН Ь' аиd U
Е
Q)
...
Q)
...
::
u
:s:
Q.
...
=
Q)
::1
u
::11:
tt)
::s
о
:с
..а
1::;
QJ
...
:.:
u
о
:с
...
о
:s:
Q.
t:
Q)
6-
о:
:s:
:с
cu
tr
:с
rt)
3/
-9
IS
О О ООф ф
ОФФОО ООФОО Ф
occocccc
ОО ООФОО ФФ ФОФ
оФоо сооо Ф
cccccco
О О Сф ОО ф
ооо оФ Ф
cccccoc
С ф ф СО
ОООО СФ ФОО Ф
cccccco
ОО ФОО Ф Ф М
Ф Ф С Ф
cccccc
Ф Ф С ОФФ Ф
Ф Ф С СФ Ф
cococo
О Ф ФОФ Ф ОООООС
СООФ Ф СООФ Ф Ф
cccccc
С ф
СОО ФФ Ф Ф
cccccc
С ФО ООО С Ф
ООО Ф СООФ С Ф
cccco
ФФФ С ОО СО О
Ф ОО Ф СФ Ф
ccccc
соФ сооФо
Ф С С С ФФ Ф Ф
ФФФ сосоо
8 С фф
Ф О ОО Ф С Ф Ф
оо ФФ соссс
OO C OO CC OO OO
О С ФОО С Ф ФФ
Ф ОО Ф "'I:t' ООСОО
1C 1C
С Ф ООФС .
.....
...... 351 ......
\Q
t:S
...
()
ft:)
()
"
.....
"11'
.....
.....
Е
Q)
(-о с>
Q)
(-о .....
:s::
u
:s::
р"
(-о
:z:
Q) о')
:::t
u
tt)
:а
о
:с
.а CJC)
r:;:
Q)
(-о
:s::
u
о
:z:
о
"
:s::
р"
J::
Q)
в-
о: aI)
:о: с.о
=
Q)
:J'
tO;S
=
('1')
с.о
aI)
aI)
ао
aI)
"11'
Зlfl ;1 /8у,==
== / a Ч :)О}l
-9"..1 :ивнаОIf:)Л
К8НН V Qиdu
ф м оФФ Ф мо Ф
MM MM MM
000000000000000000000
Ф м оФ Ф М Ф О
MM
000000000000000000000
Ф Ф О ОФ
фффффф М М
оооооосоооооооооооооо
ф фф
фффф М
000000000000000000000
О фм ф М
фф ффф
000000000000000000000
О Ф ФФ ОфМ О ф
о ф фф
oooooooooooooooooooo
Ф ФМ8Ф ФФ ОМ МФ Ф
oooo ф фф
ooooooooooooooo
офоф фО О
ооФ Ф
ooooooooooooo
М Офо о оФ Ф ооо
ООфф ф
oooooooocooo
о о о о Ф
оо Ф Ф
ooooooocooo
ФО О М М фО ф
о Ф Ф
ooooooooooo
ф о ф о
ффф ООфф ф
oooooooooo
О О М О Ф ОМ
ф О ф фф
ooooooooo
А А А А
О ФФ ФО
.-.4
352
==
=
(1)
о
==
t:
О
t..
rr>g
t..s
Cl.o
O
O
=
tQ
:2!С::
=\0
(1)
::r
:S::tQ
(1)
:2S
=
(1)=
::1
='"'
(1)
\C)CQ
t..s=
f-Q.
=
tQ ..
,,8-
8- =
t..s:S::
f-=
:са,)
Q):r"
::s:
::1=
:s::('i')
-&
-&3
с.) :3
Q)
=
=
=у
Q)f-.
::ro
t..s....
=
C11::S
.=
=
=
.. Q..
=
:S:: "
=а-
«ItJ:
::S:
4)=
::e
:s::
аоМ
t::C'i
:!
t-
=-
=
QJ
=
>а
t-
u
О
=
2
Ос:>
с::::1
=
--:&
::t::
tr' ::с
== ><
:а.
QJ
е:(=
QJ :&
: :!
0.:
С=:{
:!'С:>
C:>
: I:Q
QJ и
:: Q
=у
:s:
.g.=
.g.=
(l')Q
O
Lri
с'3
::s
==
а:;
..
l.H 1
с'3
::s
Q)
t1
с'3
=
cu
::r
u
23.....462
IH
F
00
с c't') I I I I I I I I
.. ..
с\')
(.с)
с> С t-... l I l I J I , I
'1""'1 .. ..
COI COI
С
I.t;) С I I I I I l I I
.. ..
COI
.-04 С
I.t;) С 00 I I I I l I I
.. .. ..
COI
t-- (.с) о')
с .-.4 <.D с\') I I J I I l
.. .. .. ..
COI с\')
li.) с 00
сх) с .-04 (.с) COI I J I I I I
'1""'1 .. .. .. ..
COI COI с\')
с.о t--
С .-04 I.Q .-.4 I I I I l t
'1""'1 .. .. .. ..
COI COI COI с\')
COI 00 I.Q
с .-.4 С t-- I I I I l
'1""'1 .. .. .. .. ..
COI с\') с\')
с с\') li.)
с .-04 о') Lt) I I I , I
... '1""'1 .. .. .. .. ..
s::: COI COI с\')
:s: о') I.Q CD С
Q.
с: '1""'1 С С с\') с\') с I I I I
.. .. .. .. .. ..
... COI COI с\')
::t
о; 00 COI с\')
:s: ф С С с\') t-... I I 1 I
:1: с> .. .. .. .. .. ..
QJ COI COI COI с\') с\')
::r
:1: t-- 00 (.с) t--
('1") сх) с с COI (.с) ..... t-- I I I I
о .. .. .. .. .. ..
с\') с\')
...........
(.с) Lt) о') t-- о') li.)
'" с с I.Q С I.Q С I I l
о .. .. .. .. .. .. ..
COI COI с\') с\') li.)
(.с) .-04 COI CD CD
(,с) С С COI Lt) о') I I I
о .. .. .. .. .. .. ..
COI COI COI с\')
li.) 00 с\') о') ..... с\')
I.t;) с с .-04 сх) (.с) с I I
о .. .. .. .. .. .. .. ..
м <.D
qo с\') (J:) с с\') li.) t--
С С .-04 с\') t-- .-04 с\') с I
с> 8\ .. 8\ .. .. .. .. .. ..
C'I с\') LC t--
с\') ...... 00 CD t-- о') CD
c't) с с Lt:) о') с U 00
.
с> .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..
COI COI COI COI COI COI li.) t--
00 с COI с\') t-- С 00 li.)
с с с COI t-- t-- о') С
о .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..
COI COI COI м CD t--
...... .-04 li.) С с\') Lt) Lt)
'1""'1 С С С .-04 COI Lt) I.Q (.с)
с> .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..
COI COI COI с\') Lt) (.с)
с с с с с с с с с с
с> 8\ .. .. .. .. .. .. .. .. ..
COI COI COI COI с\') li.) с.о
... (.с) сх) с li.) с li.) с
.. .. .. .. .. .. .. .. ...
с с <:> <::> с ..... ..... с.. с.. СУ)
....... 353
..
:&
Q
=
...
Q
::t:
::Е
=
:с
><
Q.
aJ
U
:z:
:z:
Q
е=:
Q
><
:!
...
:r ...
:Z: Q
tlc,.
=
a:a
"'с
u С
Q
:Z: ...
I:{Q
Q Q
D:::t:
е=:"с
J:ia
...
:i:E
D::!
:= :Z:
::с ::с
QJ
J:ie=:
G)=
QJ
:=а.
c.::t:
=
:и
...
:Z:
=:
::r
=
-&
.g.
(1)
Q
(.с)
«s «s
'-i
::f Q)
=
и
i:; tI::
\:>
«s =
f-4 Q)
с-
и
«s
р..
::t:
'H J
IH
.,.
\r.>
о I I I I I I I I I
..
.....
о
с ..... I I I I I I I I
..... .. ..
00 о
aI) I I I I I I I I
.. ..
.....
aI) c't) о
c't) c't) I I I I I I I
.. .. ..
..... ..... .....
1'- о') LC
c't) c't) I I I I I I I
.. .. ..
..... .....
сх) о 00 о')
\r.> I I I I I I
..... .. .. .. ..
..... ..... .....
(о c't) \r.> О ....
\r.> (.с) I I I I I I
..... .. .. .. ..
..... .....
(.с) 00 c't) c't) о')
Lt) (.с) 1'- J I I I I
..... .. .. .. .. ..
..... .....
о 1'- (.с) О
\r.> \r.> Lt) (.с) 00 I I I I I
... ..... .. .. .. .. ..
t: ..... ..... ..... .....
::с
о. \r.> (.с) ..... о')
t: ..... \r.> \r.> (.с) (.с) 00 о 1 I I I
... .. .. .. .. .. ..
::s. ..... ..... ..... .....
..............
D: 1'- о') ..... с":)
::с ф Lt) LC (.с) 1'- 00 О I I I I
=
Q) с .. .. .. .. .. ..
::r ..... ......
= о (.с) \r.>
СУ) сх) (.с) (.с) (.с) 1'- 00 О I I I I
с .. .. .. .. .. ..
..... .....
t--o ф (.с) (.с)
(.с) (.с) (.с) 00 о Lt) I I I
с .. .. .. .. .. .. ..
..... ..... ..... .....
(о 1'- 00 1'- 00
(.с) (.с) 1'- 00 О I I I
с .. .. .. .. .. .. ..
.....
..........
о LC о') 00 с")
1'- 1'- 1'- 00 о о I I
с .. .. .. .. .. .. .. ..
..... ..... ..... ..... ..... с":)
<о (.с) 1'- с":) О 00 о
1'- 1'- 1'- 00 о') о c't) о') LC .....
с .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..
..... ..... с")
о с") (.с) c't) с":)
м 00 00 00 00 о') о с") 00 с":) о')
с .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..
с":) c't)
(.с) 1'- 00 LC Ф 1'- О
00 00 00 о') о') о (.с) 1'-
с .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..
..... C\I с":) с":)
.......
C\I c't) LC 1'- LC с":)
..... о') о') о') о') о') о ..... о')
с .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..
..... ..... C\I C\I c't)
о о о о о о о о li.) о
с .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..
с":)
... (.с) 00 о LC О LC О
.. .. .. .. .. .. .. .. ..
j о о о о о ...... ..... c't)
354
Т а б л и ц а 7. Коsффициенrы 11 влияния формы
двоякосиммеТРИ'lноrо ABYTaspoBoro сечения
Значения ТI при
O<A<S r >5
9(8 0,1< m с5 5< m .еЮ О, 1 т <'20
"'"
......
1
0,25
(1 ,45 0,05т) ......0,01 (5 т) Л
1,2
1,2
0,5
(1 , 75......0, 1 т) ......0, 02 (5 т) Л
1,25
1,25
>1,0
(1 , 9 O, 1 т) ......0, 02 (6 т) Л
1 ,4-----0' 02Л
1,3
т а б л 11 Ц а 8. Коsффициенты а, и р в формуле (VII.З9)
дЛЯ двоякосимметричноrо ABYTaopoBoro сечения
а ори относительном
эксцентриситете
в при rибкости
tnх<1
1< тх <5
"'у < "'о
"'g > 'Ас
0,7
0,65+0,05 тх
1
V fPcl fPy
При м е ч а н и е. Коэффициент <ре соответствует значению <»., при
== Ле.
23. ..... 355 ......
:t:
О
Q.
t::
..--..
tIC
r--
I
«>
с:>
=
=
.....
i--
U
с)
'-
:s: е
1:
'-""
<
fo--4
U IZI
rs: е
f-
О U
:r::
:с е:;
f--4 е
f-
< U
е:;
е
О f-
t:
::с
f--4
::с
:111:
и
<
f--4 с.
е
'-
О J:I
U е:;
f-
U
.
......
::f
:s::
\о
f--4
i
i .
:2 8
:&
oj
=
:s:
о..
:s:
а
==
== .
о..
r::
..
i
:Е
ri
о
CJ
==
1;
=
==
g
1:;
о
foot
..... .....
.....
"11'
.....
..... .....
g
.... .....
8. . .g . c
r--r--r-- ею
ИИI
'вО :>И1t е НИ1t'П'
1$
.....
g
....
---
10
с.ос.о
.....
' J
..... ........
...0
c.o
1
l
10 4
c.o
.....
...0 l
c.o
..... ..... .....
с! I I
OO ob
о
r... .... с.о
I .....
... I
с.о с.о
с.о
.....
COI I
r... .....
I I
f6
.....
о о I
с.о
.....
I g I
.....
I
.....
I
'
.....
L.Q
I
с
.....
I
са а а о а 8
оа а а 8 о
o L.Q 00 L.Q
C\I c't) c't)
356 ......
10
<O
..-.4
о
<О
......
1
с.о
о
1
с.о
с)'""
d
10
С\')с.о
......
......
<:>
с.о
......
I
00
о
<О
......
,
00
10
CoI<O
......
Ig
<О ......
О
<О
.....
I
11) 11)
1 I
с\')
.....
о
...... I
1
8 8 8 I 8 о
о
IO u) u)
q't u) u) <Q <Q
о
I
I
."
о
......
ОЬ 1
о
<О
......
1
00
. ..о
O
......,
'<О
OO
О
I
00
. ..о
......,
1<0
OO
о
1
ос)
. ..о
......!
1<0
OO
о
I
з:>
о
<О
......
1
с\')
......
о
J
с\')
..-.4
I I 1
............ ..............
I
I I I
............... ...............
8 8 о о 8 о
8 о 8
о
00 <:> ..... c't
..... .....
...... 357
,....
.-
с
,....
I
ею
f-
U
О
'-
Q
t:
.
fБ
.и)
tQ
g
ro4
ci
:i
..... .
-:
о .
.....
.
.
.
со ·
-
€gi
D:
:с
..о
t;
u
со
Q,)
IQ
=
:z:
>а
D:
:1:
u
Q
J:;
Q
t:
Q
Q
со
::
а
..о
t;
1-
U
.
......
'"
ci
«s
::1
==
t:;
\о
«s
f--t
cu
==
.::S::
f-oo
ul-
D::S::
:a
Q.S2
O)r:;:
::е .
(f)::s::ts:
.. «s ::e
о .. Q.. = о::
8 O)::S::S::
(о :а ;
.. ::s lIII!:t (f)
О .. 0)0 ::s::
o O::C
(о c't) «s
\с == '-'
0)0)с,.
::е О) О
О ::S:: 1-
:с
Q. :a
о) О"'
::с ::t= О 1-
:а ::s:: f-o с..
::с Q.:a е
.. «S::S:: \с) U
О .. (f):3U
со «S
OO cu 8
>. Q
>< ::s::
.....
f-o"'"
'g
.. О
и::e
::e
.Ф О
... u
D::S::
.. О
о::==::е
::S::=S:O
.....s::c
.....r:;:,.Q
O
t-tt-t
aJ:a::S::
f-oQ.
lIII!:tu
::s::::s::a:I
Q.r:::
t-"" .с..
C'JC
,.fБ
00
\с .....
..
"о
8
.....
00
о\с
O')
8
O')
о"
(00
C\')
"='0"
00
OO
........
..
,.0
",......\С
Ot--
(:\1
с\') ..
........0
о
ot--
о ..
o
..t--
0(0
00 ..
С'10
..\С
",......(0
О
(о ..
(:\10
........ c't:)
(о
..
о ..
с'1 ........
o
..\С
",...... ........
О
..... ..
С'10
......., о
\с
I
=
==
g
1;
о
f-04
==
....
а.
==
S
О
=
О
,.Q
r:;:
О
f-o
,.Q
t-t
!,::::
==
QJ
::е
::s::
Q.
t:
О
==
О
::е
i
....
I
ф
с
1r.>
ао
U
о
'-
е
=
....."
:s:
t;
«1
1-
U
-=
е
:с
«1
1-
«1
D:
с..
Q
'-
-=
е
:с
е
t;
е
=
е
=
со
«1
с..
-=
е
со
е
'-
>-
I ()::S::
О)::S:: f-o
Q.::C::S::U
O) O)
," r:;:
:r: Q.. 0::.
r:;: a:I Q.. I f-o
О
= «s.-.,a Q
C)(f) f-o
==
==::s:: CJ '''0)
::s::t::( ::S::=r
Q. ::S::::S::
::s:: t:t =r f-o
:3 «s Q.. О
IQ.O)O)
I --1 S;
..Q о::
f-o О
==f-o
о:: ...... о) ии
::s::o:::e
::S:: ::S::O«S
::cr:;:::c Q..
OO)IIII!:tI
aJl::J:;1
=- '--
«s '--t N
== '''::S::
== ::S::
tf) == (f) ...::S:: r:;:
O ::S::::1o
,..... ::::1 О Q.. =
""r:;:,--r:;:0)
OOQJo=o
f:-t==t:::s:
0:1:
:в
=
=
<и
Ef
«1
Q.
:111:
е
U
с'3
=r
==
\с)
с'3
..... 358 ....
>(
3 (о
с'1
.. ..
... .....
.....
... . .. .. ..
.-4;:Е
Н CJ (:\1 \t:)
"":1 ..... .....
о') 00
00 00
.. ,.
..... о О
Q,)
D: · е): t--
C) .. ..
"":1 с':а
=
:3:
tr с'1
== .с2 t-- 1'-
И CJ .. ..
..... ..... .....
C)
\t:) 1'-
е::; .. ..
Ии О с'1
"":1 ..... .....
.
:s 00 1'-
CJ c't:) c't:)
н .. ..
..... .....
....
. . с\')
н::Е (о О
"":1 и .. ,.
(о 00
iЧ 'v "ИН Ь 00 о')
с'1
Q)tBhIoltlI .. ..
с\')
I " t--
..
.....
LC
I"""'"
LC
......., .......
ос) \с
I
.DI t-- с\')
'к 1 B;);)BW cict)
......
Ll:)
ифodu "Н ..
-=
........
1;
QJ
,:Q
cu
:2s
=
tr
О
,:Q
о.
с
U
I
-а
::Е
::Е
i
Q.
tI)
IШ
COI C'-I t'- Ф 00 COI 8 ф c't) c't) r-.. ...-.4
Lt') Lt') с.о r-.. r-.. ф ф о ...-.4 ...-.4 ..qt I.C
.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..
..... ...-.4 ...-.4 ...-.4 ...-.4 ...-4 ...-.4 ...-4 ...-.4 COI COI COI
с.о ф c't) ...-.4 Lt') r-.. со ф c't) COI Ф I.C о')
.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..
<о о ("t') о') c't) ..... о с.о 00 ф c't) 00 о ...-.4 с.о ф
...-4 c't) ..qt I.C I.C с.о с.о 00 ф ...-4 ...-.4 ...-.4 ....... ......
ф ос> ...... Lt') Lt') ф 00 ф 00 00 00 00 ф 00 t'-
Ф с"> ...... ...... С':> ("1') Lt') 1.с r-.. r-.. r-..
.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..
о о ...... ...... ...-4 ...... ...... ..... ...-4 ...... ..... ...... ...... ...... ...... ......
c't) ф ...-4 COI I.C c't) I.C Ф 00
...... 00 Lt') ......
00 с.о Lt') .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..
.. .. .. .. r-.. ф ...-.4 c't) 1.с с.о Ф c't) r-.. ..qt ос> c't)
("1') I.C с.о ...-4 ...... ...... ...... ...... c't) c't) ..qt
COI 00 с.о lt) c't) ...-4 ..... Ф ...-4 о') Ф 00
о') о') ...... ...... r-.. r-.. ф о') 00 ...-4 О Lt') .
.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..
...-4 ...-.4 COI COI c't) c't) c't) c't) c't)
с.о 00 00 ф с.о ф r-.. с.о с.о о') с.о 00
.. о о
.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. о c't) I.C с.о
l' О I.C Ф с.о о о') c't) о') о ...-4 ...... ......
...... ...-.4 c't) Lt') Lt') с.о r-.. 00 ......
;1) c't) c't) COI I.C c't) с.о Lt') ...-4 Ф r-.. Lt') 00 r-.. с.о
I.C r-.. r-.. о') о') ...... ...... c't) c't) r-.. r-.. r-..
.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..
...-4 ...... ...... ...... ...... ...... ...... COI
...-4 Ф ..... ...-.4 Ф с.о Lt') с.о c't) c't) ...-4 c't)
...... .. ..
.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. со
.. .. c't) с.о 00 c't) r-.. ...-4 r-.. ф с.о c't) r-.. Lt')
ф ...-.4 ...... ...... ...-4 с"') c't) c't) I.C I.C с.о 00 о') о
...... ......
ф 00 ...-4 c't) 00 с.о Lt') о') 00 00 с.о c't) ф
00 00 c't) ...-4 00 ...... c't) r-.. ...... c't) 00 .. .. ..
.. .. .. .. ..
.. .. .. .. .. .. .. .. .. r-.. 00 о ф о о c't)
c't) LQ с.о t'- со 00 ...... ...... ...... ...... ......
ос> COI c't) r-.. c't) c't) c't)
.. .. .. ..
...-.4 c't)
Lt') с.о r-.. 00 ф ф о
.. ......
lt)
I I Lt') 1Lt')ICO Lt')ICO Lt')1 c.ol l' coJr-.. €' r-..I 00
о со c't) о Lt') о
Lt') I.C с.о r-.. r-.. 00
LQI ILQ I Ч оо/cn 00.1 I <OI c't) (2;.1
c't)
о r-.. c't) c't) c't) Lt') ..
.. .. .. .. .. .. .. .. 00 ф о
c't) c't) c't) I.C Lt') с.о Lt')cor-.. r-.. 00 ......
1.0 со c't) t'o- Lt') Ф
.. .. .. 00
1.0 <о r-..
359 ........
...-.4 I.C c't) ...-4
r-.. r-.. 00 (j)
.. .. .. ...
...... Lt') c't)
c't) с.о c't) о
c't)
00 00 с.о 11)
о') о') о') о')
.. .. .. ..
...... ...-4 ...-.4 ...-4
Ф ...... Ф
.. .. ..
;?; о с.о
с.о r-.. 00
00 t'o- ......
00 00 00
.. .. .. ..
c't) с"') c't) c't)
r-.. c't:) ......
о c't) 00 c't)
C\I c't)
00 r-.. I.C c't)
О О О О
.. .. .. ..
c't) c't) c't) c't)
...... r-.. о') ф
c't) r-.. о
...-4 ...-4 ......
00 с.о 00
.. .. .. ..
c't) Lt') ф
...... ...... ......
......
loolsl
о
о
......
00"1 1...-4"1 Ф..
о Lt') r-..
..... ...-4 ...... ...-4
<:>
fIIOO4
cf:)
...
с»
;::t
с»
<::>
ft)
<::>
Q..
1:::
ф u':)
c't)
J .. .. .. .. ...
с.;а c't:) c't) c't) c't) c't)
'0'4 . 00 c't) ф о) с.;а
О u':) ..... Q() Q()
н u c't) c't) u':) 1с ......
""')
о) 00 о) Q() t'-- Ф
е:::е ..... ...-4
:::-и .. ... ... ... .. ..
.... с.;а с.;а
с:
Q)
u t'-- 00
о . 1с О')
о.
.. .. c't) t'--
D: ...-4 ...-4 ...-4 ...-4 .....
""') ...... Q()
:а
:с
:s: О') 00 t'-- (О
tr Q() Q() 00 Q()
:s: ;:::е
t:; .. ... ... ... .. ...
Ни
Q) ....
111
Q)
:iS
а: ...... ..... О
tr -о. О') u':)
i н ::Е t'-- ..... Ф t'-- t'--
""') u c't) 1с u':) с.о
Q.
t:
U
:::е О') ...... <D u':)
u 00 00 Q() 00
.. ... ... .. .. ...
н c't) ('t) c't) c't) c't) c't)
....
Н. CD Q() t'-- О
""') t'-- О') (О
..... ..... c't)
1":) 'у винзь t'-- о)
.. ... ... .. ...
. :) Q)fcm Оltи lQ t'-- О') 00
..... ..... .....
.. ф
..
'0'4
:::е ..... .....
:i
Q.
Q)
:::е iSloo 0010')1 1
(1)
са
Q.
О 1с
.&:1 .....
..... .....
.IX j I I .I ":
'" 1 e:):)ew ...-4 c't) u':) t'-- О')
..... ..... ..... ..... .....
1с
вltифоdи i5)l ..... ..
.....
.....
360 ......
00 с.;а u':) о) " u':)
t'-- 00 Q) c't) c't) c't) u':)
... .. .. .. ... ... .. ...
c't) c't) c't:)
00 ..... ...... ф .... .....
..... ..... о) u':) ..... о)
00 о) О ('t) ф .....
..... ..... ..... ..... .....
о) 00 (О о) Q() ...... ф
...... ...... ...... ..... ..... ..... ..... .....
.. ... .. .. .. ... .. ..
с.;а с.;а ('t) c't:) ('t)
..... Q() о) Q() с.о .....
..... ..... ......
..... c't) ('t)
t'-- (О c't) u':) ......
с.:а .....
.. ... ... .. ... .. .. ..
u':) u':) u':) ф ф (О (О со
О') ...... О') ..... с> с.о
c't) ...-4 1с 1с (О
t'-- Q() о) c't) (О
..... ..... ..... ..... .....
c't) ..... 1с о)
c't) c't) c't) О') о) Q()
... ... .. ... .. ... ... ...
(О (О u':)
(О ..... О ...... ..... ......
u':) (О ...... Q() о) ....
..... ....
..... c't) u':) .....
.. .. .. ... ... .. .. ...
...... ..... ...... c't) о)
('t) c't)
(О c't)
.. ..
u':)
(О
.... .....
Фlзl °1.....1 1 I(O
..... ..... ..... ..... .....
О О
(О
..... .....
""-' I -I I ""-! "" I
О') ..... u':) O') OO
..... C'I C'I c't)
(О
..... ....
u':) о) ...... с.;а <о о) t... ('w) с.;а
QC) 00 c't) u':) ...... 00 О о) О
.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..
u) u) u) 1с u) u) со u) со
00 с.;а u) ('w) О ..... .....
с.;а с.;а 00 u) с.;а (о u) c't) c'tb $
..... ..... ...... c't) t'-- ....
е-а C'I) c't) c't) u) (о 00 1с
о) Q() о) ...... ..... о) Q()
u':) 1с о) о) о) 00 c't)
.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..
('w) c't) c't) c't) c't) c't) c't) c't) c't)
8 О о) u) .... g Q() Q() о)
О Q() c't) Q() u)
u':) u) ...... Q() Q) ..... (о ..... c't)
..... ..... ..... ..... .....
c't) ..... 00 c't) u) Q()
О Q() Q() 00 1'- 1'- (о u) со 1с
.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..
t--- ...... ...... ...... 1'- 1'- ...... ...... t'-- Q() Q()
(о c't';) 1с О ..... О 1с
..... c't) u) (о о) 1с ......
О Q() ..... c't) ...... 1с c't) О
..... c't) c't) c't) 1с (о 1с
о) ..... ...... c't) .....
(о 1с ..... ..... Q() 00
.. .. .. .. .. .. .. .. .. ..
u':) u) (о (о (о (о (о (о (о (о (о
<о t'-- c't) ..... ...... c't) ..... CD 1с
..... ..... о') CD t'-- CD ..... ......
с.;а c't) Q() О Q() О Q() .....
.... ..... ..... ..... c't) c't:)
00 ..... о) CD 1с c't) 1с
.. .. .. .. .. .. .. .. CD
00 t'-- О CD ..... .. ..
('t) 1с u) CD ...... о') ..... Q()
.... CD
c't:) <о ......
..
1с
CD Q() .....
..... ....
.....I 1C't';)1 ICDlol1Clo J
..... ..... ..... ..... ..... ..... c't)
О О О
00
.....
LOI I I I I;;;I I "':.I
.. ..
О c't) ...... c't)
c't) c't) c't:» c't) CD 1'- Q() I.C
Q() О
....
...... 36 1
1с .....
t... о)
... ..
со CD
>.
<о ..... :Е
00 О О
tI:
Q() О ..Q
..... t::
«1
:=
::s
00 Q)
о) о) с::=
.. .. с,)
о
t::
О
О
...... i
о) c't:)
.....
..а
....
Q() со
...... t'-- I:Q
.. .. :а
Q) Q) tW)
«1
«1
О ('t)
о) CD О
.....
...... о') tt:
:Е
О
:s
CD .....
...... t'-- ><-
.. ..
t'-- ...... со
о
...... 10
.....
...... CQ
u)
со
tt:
со
('t)
.. «1
Q() s;
......
2=d
00 Q.)1
O
t-=
0::r
::(со
tW)
со:=
=:z:
::S::CO
8'1-.
I:;c..
00
CDlo f-o:s:
..... ..::2
::s:::a
I:Q
1:;0
0t--
О :a
1с \O
(,J
8
LOI .....
.. .. .....
..... CD СО:
CD 1'- =:r=
(1)8
:Е со
:s::a:;
I.C с..'-с
C'I С
t:U
---.
tc
N
r--
I
с>
....
u)
QO
1-
U
О
'-'
о
=
'-"'
==
t:;
I!
u
.:
Q
:r:
c..s
...
c..s
::а::
си
-=
со
Q
'-
.:
Q
:с
:r
о
t:;
Q
=
О
:с
c..s
со
си
:с
.:
Q
Q
t:;
...
:с
си
2
...
со
Q
u
.::
:!
:z:
:с
си
=
c..s
со
::а::
Q
U
::r
=
r:;:
....
I I .__
t:: о..
04)0
==е:::
= о
(-.t:::
==
g4)Q)
t::::E=
oO
E-t::Е
I l ><
---:iS
.... =
..::c
=::.=.........
::a:=t::
op..
gt:
17:0
-==,..,
0="'""
t::cu=
I:;(-.
::Е'-и
Q)
о..
==tJ:
[(r)(-.
=()
a
1=(-.
t:(=
(1)
..Q ::f
:=-18
c\f
аС<
t: '''=:s:
C)
::s:: == О О
0=(-.
а 4) и:::=
t::uo
t::'- =
О o..
\о 1
op..
== (r) (-.
= :1:
о.. О .. (1)
= =t
а ...:t::S::
1(1)=0
0..=:1:
t\"\ (-. =t
"""-4 о.. 1:1:
=(1),-
I:Q ::с
=t';S
=ии=
:1: о
::s::=r::
(1)t:(t:(
::r t';S
cl. :1:
= I I 3
CI').... '-
Q::....
О ...
\о :i I
о ::.= ::f ti
xr:ы
I
g
с: '"
CI)
(J
о
D:
t:;
r::(
:а
:1:
:s:
.:t
:s: '"
t:;
CI)
aI
CI)
:а
:1:
tr
2
со
с:
U
::Е
:ii
:i
CI)
:2
rI')
....... 362 .......
:::s
tO I
c't) (j) m
с1) c't) ('t)
bD .. .. .. ..
... о о о о
Ъ::. (j) <х) ......
о c't) ('t)
... (J .. .. .. ..
...... .... ...... .....
. <х) 00
::S3 .. .. ..
.. ...... <х) о
...... ...... ......
...... ей ей
11 ......
.. .. .. ..
...... .... ...... ......
<х) (j) ......
. .. .. .. ..
:::- о (j) Q()
c't) 1с
(j) c't) <х)
('t) (j) C'I
.. .. .. ..
с1)
. ...... Q()
"'::s .. ('t) (j) ('t)
н u о') ...... ...... C'I
ей
c't) со (j) Q()
. 3 1с t'-- ......
.. .. .. ..
...... ...... ...... ......
1с ...... ей
.. .. ..
(j) о 1с
...... ...... c't) ('t)
(j) <х) о')
H ('t) <х) ......
.. .. .. ..
'" c't) ('t)
<х) ('t) c't)
..
H5 .. .. <х) ('t)
1с
('t) ей (j) ......
.....
..... ей (j) ......
zPl 'у 8ИН ...... <х) 1с ..
.. .. а) ......
ч'JtвmоltU ей ...... ......
.. ...... c't) ('t)
Q: .. ..
c't)
'" Q() ф о
Q: ......
LQ <o1
1с ..
1с
.о О ей c't)
1с 1с ей
CQ I.C g О
t'-- <:)
......
(j) ...... ч
'w 1 e ew t'-- ......
.. ..
ей ...... Q()
D: ей ('t)
t; 1с ..
::s: ........ .. ей
-& 1с 1с I "'""
о .. ........ о
t'-- cn
с ....
.3b3
J)(
8 1'- CD ...... о) ..... о 00 u':) 8 00
о о о ..... о О') О') 00 1'- 1'- О') О') 00
c't:» c't:» c't:» c't:» c't:» c't:» c't:» c't:» c't:»
... ... ... .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..
о о о о о о о о о о о о о о о
CD 1с 00 О') 00 1с c't:»
1с 1'- t'-- 1'- О') ..... ..... 1'- 1'- 1'- 1'-
.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... ...
..... ..... ..... ..... ..... .....
c't:» 00 c't:» c't:» 1с О ..... 1с 1с 1'- t'--
.. ... .. .. ..
.. ..... CD О') <D 00 <D
ос) О') о 1с
c't:» 1с 1'- 00 ..... ..... ..... ..... ..... c't:»
c't:» c't:» 00 CD О') c't:» ..... О')
CD 00 00 О') о ..... с'\8 1с 1'- 00 О') О')
.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. ..
..... ..... ..... ..... с'4
c't:» О') 1'- c't:» 1с О 1с I.C t'-- 00 CD .....
.. ..... c't:» 1'- О') о c't:» о c't:» ..... 00 CD
..... ..... ..... ..... c't:» 1с 1'- 1'- О') О
О') .....
..... ..... 1с О') 00 О') c't:» 00 1'- G'I ......
CD О О ...... LQ ..... 00 О') 1с 1с CD 1'-
.. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..
c't:» 1с 1с u':) 1с 1с CD CD <D <D
c't:» 00 О') t'-- ...... ..... О') c't:» О О') CD
..... 1с c't:» c't:» 00 <D
1с 1с ..... 1'- О') c't:» CD О') c't:» О') ..... t'--
('t) 1с ..... ..... ..... ..... c't:»
00 О') 00 CD 00 CD 1с 00 t'--
О') G'I LQ 1с 00 00 ..... ..... 1с 1с 1с 1с
.. .. .. .. .. .. .. .. . .. .. ... .. .. ..
..... c't:» c't:» c't:» ('t) c't:»
CD t'-- <:) CD <D О') CD 1'-
.. <D .....
.. c't:» c't:» О ос) о c't:» 1'- 00 1с .....
1'- 00 <:) ..... ..... ..... c't:» 1с <D
.....
...... ...... 00 О') 1'- 1с c't:» ..... 1'- 1с c't:» ..... ос)
1с О О') ..... ...... ..... 00 1'- c't:»
.. .. . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..
c't:» c't:» 1с 1с u':) 1с 1с CD CD CD CD
. 1'- CD CD 1'- c't:» О') 00 ...... CD
1'- 1с ..... (о о CD 00 1с CD О
c't:» О') ..... 1с 00 О
..... c't:» CD CD 1'- ..... ...... ..... .....
...............
..
О') ..... 1'- .. О') c't:» c't:» 1'- О') О') О') 00
.. .. .. 00 .. .. .. .. .. .. .. ..
c't:» CD О') ..... 1с О 00 c't:» 1'- c't:» О')
..... ..... ..... ..... c't:» c't:» ('t) c't:»
c't:» 1'- c't:» 1'- 1'-
.. .. .. .. ..
c't:» c't:»
---
о ...... c't:»
..... ...... ..... ..... ..... .....
00 Elool Iз O')I I I .....I I I<D
..... ..... ..... .....
о о о о 1с
1'- 00 О .....
..... ..... .....
о 1с О О О О
.... CD 00 О
...... .... .... .... ....
О') I I --:1": I I: I -I I I--:
..
о 1'- CD 1'- О') О')
...... .... .... ..... .... .... ...... .... G'I c't:» c't:»
00 1с
t'-- .......... О') о .... ..
--...... 1с ......... .... ....
...... .. ......... ......... ....
..... ..... <D 00 --......
.... .... о
....
363 ........
.
t:=:
"""
о
со)
==
==
::f
Q)
t::
со)
О
t::
О
r:;:
о
f-t
..Q
f-t
ro
cn
:а
('1')
('1')
о
==
о
::е
><-
c';s
\о
О
(,J
cn
ro
==
('1')
><
:i5
о.
о
....
о ==
::( :S
:з:tJ:
:s:a
S
1:;('1')
0=
f-ttt:
r-"""
:S:Q..
::(0
а::
о ==
::е
:И
.ш
(1)0
==
tt::lI
y
t:7' 8
4) ::e
:s:=
Q..
t::=
I
ф
ct:)
сх>
U
<:>
J-.
о
=
(Q"C!ril
:I: :I: ::s: о.. I
::S::::S::I:<1J6
o.. :I:'"'e:::
::s::;:::::r<1J::s: o
!::I а::; t:; о.. .....
;;:IO'-'f-t .....
I f-t I :=
.
O g
:Е ...0
<1J I t:=:
е::: о.. о ::s: t::
(.) "" :I:
1 <1J. <1J f-t
\о :С... е::: :I:
=::CC!l
CJ :s:::e
о ... o..r:: о
CJ ::s: r.. О О :S
::.c:: t::c..
..... ....:с: r=:,.....
I:Q.....IXI
It Ё28
иС) <1J
с'з с:; ::J4
:c::=""f-t:=
.. ::s: ::C f-t
:f 0..C)
:=.....o.. f-t
Oи
:I:°ICr) 1
(1)f-t CJ
::J4lci l
...
= :=tJ:
м'" '''0.. :=:=
::s::= ::1:=
O ::t: 1...0..Q)
,."" е::: r::; := <1J ....
""00 :=:c'"
О t:: t:: ::I:=
о
t:;
\с)
:21
.
о
с.
.
..
>.
.
1:(
:21
=
...
::а::
ер
::r
-=
с,-
о
""
...
...
:Е
...
с.
Q
v
е::
:2s
:r:
:r:
4)
Ef
c.
::а::
о
U
10
(13
=:f
:s:
r:;
\с)
'"
'1
с:
QJ
(J
О
о::
:21
==
:s:
::r
:s:
C1I
CQ
CI)
:а
:с
:r
о
CQ
Q.
С
U
::Е
::&
:i
Q.
Q"
:t
(1)
)!
'.. (J
. "
:t))!
(J
00 t{) 00 t--- t--- r-... о"> о"> CI') о"> CI') о">
C'lCI')I.Ct---ооО CI')l.Cс.оооОО CI')I.C
.............................. C't)CI')CI')CI')CI')
O">
t---I.CI.C .....C'OI.CI.CO">...........
C'OOO..... OOCl')OO .....O">......C'O....CI').....
................ C'lCI') t---ООО I.CОО
..... ..... ..... ......
о"> о"> о"> с.о с.о
...........
r-...t---.....ОО I.Ct---ооОt---с.оr-...ООС")с.оLt')
...... l.Coo......l.Co,,>C'OC't).....C'OO I.C
............... C't)l.Cс.оооОCl')t---
...... .... .....
r-...ООC'l")
..
Cl')CI')c.o ..... .....CI')OooCl')I.COO(1')..........
CI') c.oOOOCl')c.o......c.o o.....ooO')
...............C'lC'I I.Cr-...(j).....
..... ......
c.oooC't)r--.. ооC't)r-...
OOOt---I.C """(j)C'ICI')r-... .....(j)оос.о
.. .. .. ... ... .. А
l.Cс.оt---ОО(j)(j).... с.ооо(j).....С\')
................................. C'I
r-... t---
.. .. ..
(j)OO.....(j)CI') (j).....C'lCI')CI')......(j)I.C<:)
Cl')I.CООО ооC't)ООt---r-... I.CCI')ооCl')с.о
.................C'I C't) r-...(j)C'lI.CОI.C
..........
ооО CI')ОООООООC'lс.оt--- с.о
(j)1.Ct---t---О"> l.Cс.о......оооос.оО"> с.о<:)
.....CI')I.CООC'lооl.C ООCl')Ос.оr-...О">ОО
...........C'lCI')I.CI'oCl')(j)t---(j)I.CС'О
.......... CI')I.Cr....
r.... ООС'ООО 1С(j)(.CIt-...
а а _ . . а _ а
I'oOC't)c.oO Oc.o"""C'I OOOOO
.................C'lC'lC'lC't)C't) c.or....OOO.....('f)
...... ...... ....
I.C 1с I.C 1с
... . . .
CI')C't)C't)C't) 1Сс.ос.оt-...r....t-...ОО
1с I.C 1с 1с
.. а
r....t-...ООООО">(j)ОО..... l.Cс.оt-...ООО
................................................
CI')l.CОО..... t---I.CОО CI') 1COO
r-: r-: r-..... ai 00 ai ф 0">" О ..; ф r-.....
...... ..... ..... ...... ..... ...... .....
1.C00(j) ...... c.o 1.C1CC't)
.. ..
I.C1Сl.Cl.Cl.Cс.ос.оr-...ОО(j)О....
...... ...... .....
1с CI') ...... О О О I.C 1..") 1с 1с 1с О О О <:)
1Cc.or-...ооО">О.......... CI') l.Cс.оr-...ООО">
.........................................................
0000000000000008
o c.oooo t---OC'OOI.COI.C
........................... C'I CI')CI') 1C1CC'O
с.о
1Cr....(j) C't)1C1Cc.o 1С1Сс.о
..... ф t-...фai
..................... CI')C't) 1Cc.or....o,,>O
....
Ultифоdиs!N' o c.oooo r-...OC'O 1CO
u U...... ..... ...... .... .... c't) c't) "01 1с (,Q
I
2
'-') (J
. '"
fl)H5
н::Е
... (J
. "
5
"2
(J
н
'-')
g
о tr .
t:;CI)
I:;:(J
..
...
.....
.о
.с:
fa
(J .
2
....
...... 364 .....
,..,.
......
I
с
.
с)
...
о
'-
с
а::
10:: 8'"
o coи
о:: , :::s Q.. S Q)
.c 11 о:':
Q)c.. r:;
... fr = ......... r::
C'I cw) · ..
с.. I ... = f- О.
с» 0== f-
r:;..... :1:: :i :=
r:; :=r:;CU::sCU
...:=Or:;O::r
a;8..r:: ::s
:I:: =b о
= с..-= Q)
CJ;Z:::=r::::S::::S::
о EQCUO::':::=
«1 CJ r:; U Q)CJ tJ: :=
:=. 1-0 O
== i>\ >.. =r f- :=
Ea =c..==:иa,)
1::J :t:CJf-CJ
r:; «I::S «IU
о c..1.'I) о CJ Q,,:=
f-1()::SII
.. I .... I 00.
о:: "1::s =: (;') N 1-0
=: . .. 1:{ 1=5 . ..
... '''::S:: со ...= О
.... =: с.. ...=: == :=
Q) r:; I a :.:
1::1'00 =:fQ..=r
==c.o..CUCUc..
а:: CU:= «I
:= :==:,..-J:I::
cf) == = ...::S:: r:;
0s.S f-ug
=r:;:=:=
O!::tOCU ::S::=:=
;;;;/ r:;"r:;I:tI:t(-l
.
с
о-
t;
I
а
:в
Ее
.
...
.
:IC
4р
D'
D;
о-
с
'-
...
=
4р
:1
.
...
о-
с
u
о::
:1
:1::
=
;-
.
=-=
8 ..
: 3
; J i
r:; '1
f--4
J'
..... 3
IO
о:
4u
U
О ..
D: u
:i
:и
:с .. r.
:с И::Е
V,)U
ID
а> И
:в
:с ....
I:r
2
as а.с
с. .. 10
С И::S
U u
И.
IJQ 'у НИRЭЬ
a:) ctJtешоltU
ri
....
:s
::s
:i
с.
а>
::s
(f)
as
....
-.::s
.о
ос:
J)I
'к 1 e:>:>BW
li1fифоdп БЫ
365 .......
CO ""' 1"o- I"o-""' I'-- I.t)
..... C'f:) LQ<.OOOo,)O tQ.....
а а а а а
...................................
LQOOO')I"o-C't:» I"o- t- C't:» ("t)
O')O.....("t)1l)I"o-ООО C'I':)CDI"o-ОО
.. . а .. .. _ а
O.............................. C")
LQOOLQCD
I"o-<.Ot'- LQ 00 LQ.....CDC't:»CO
а а а а _
C't:» <.ООО.....C't:»r--ОLQ.....r--('t)('t)
............... C't:»C't:» .....
.....
<.O OO C't:»
.. а
LQОО о.....LQC't:»<'оC't:».....оо r--
..... C'f) CDOO.....LQC><.O .
.......... C't:»<.O
О')
LQ C't:» CDOO.....OOOO
а а
1.C000C't:»оО')о 0')r--оО')оо
..... I.CCDОО.....C't:»r--
..... ..... .....
фо')оо r--0')C't:»
О')tO.....О') ф ОООl'--о,)
а а а А а а а а
..... C't:»C'f) LQCDI'--ООаоо,)О LQ
..... ..... .....
..... аоф
а а а
О')LQ ооC't:»""' ооr--.....
..... ("t)LQt---О') LQо,) ооос.о
............... ("t)C't:»r--
.....r--оС>0gООО
ООCD r--ОО') Cn "'" ф.....
.. .. ....... ("t) r-- О LQ ..... ..... 00
OOO') .......... LQa.t)
OO .....
ф.....ОО
.....LQО')О')("t)ф..... r--ф LQLt.)
.. .. .. .. а
CDr--ОООC't:»LQОООC't:»CDОLQО.....
.................... ("t)("t) CD
LQ LQ LQ LQ LQ LQ
ci ('t) ('t)c;ct5' ..; <.O
LQ LQ LQ LQ LQ
. .. а
CDCDCDr--r--ООООО')О')оО..... LQ
..... ..... ..... ..... .....
<'оОО""' r-- LQ LQ
а а а а а
r--r--r--r--r--ооооооО')О')оо.....('t)
..... ..... ..... .....
I.CLQOOO') ..... ф u')
а а а а а а а а _
LQLQLQLQLQффОО
CDОф ОО ОCD ОLt:)сLQ
("t)C't:» LQLQCDr--r--ООО')Q')О.....
..... .....
OLQogOOOOOOOOOC>
LQфОО CDООО t---ОС>
......................... C'f)
LQO')
OOO')OLQ C't:» C't:» r--oo("t)
.. .. .. .. .. ..
LQt---ООО CDОО"", """"",ОО
......................... C't:»
I.Cl.Cаоо Фооо t---оо
.. ..... ..... ..... ..... ..... c'f)
ф
оrЛЛВЛЕНИЕ
Предисловие . .
r л а в а 1. Общие сведеНИR
1. Краткий исторический обзор развития сварных кон-
струкций . . . . . . . . . . . . . .
2. Достоинства сварных конструкций и особенности их
проектирования . . . . .. ..
3. Требования, предъявляемые к технолоrичным сварным
конструкциям . ., .....
4. Основы расчета строительных конструкций
r л а в а 11. Материалы сварных коиструкциii
5. Стали . . .
6. Алюминиевые сплавы
7. Полимерные материалы . . .. ..
8. Сварная арматура железобетонных конструкций .
9. Сортамент стали . . . . . " ..
10. Сортамент алюминиевых полуфабрикатов .
r л а в а 111. Характеристика сварных соединений
11. Основные ведения о способах сварки и сварочных
м а те р и ал ах. . . . . . . . . . .
12. Классификация сварных соединений и швов .
13. Сварка арматуры железобетонных конструкций .
14. Сварка термопластов . . . . . . . . .
15. Термическое воздействие сварки на металл. Свароч-
ные напряжения и деформации
r л а в а IV. Работа материала сварных конструкций под на-
rpуэкоА
16. Пластическая работа при статическом наrружении
17. Хрупкое разрушение . . . . . . . . .
18. Прочность при переменных напряжениях. Усталость
сварных соединений
r л а в а V. Расчет и конструирование сварных соединений
19. Расчетные сопротивления
20. Стыковые соединения
21. Нахлесточные соединения .
22. Тавровые и уrловые соединения
r л а в а V 1. Сварные балки
23. Типы балок и область их применения . . . .
24. Компоновка и предварительный подбор сечения балок
25. Окончательная проверка балок на прочность и жест-
кость . . . . . . . . . . . . .
26. Изменение сечения сплошностенчатой балки по ее
длине. Дополнительные проверки прочности
27. Расчет соединений элементов балки .
28. Устойчивость балок и их элементов
29. Детали опирания балок .. .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
366
Стр.
. з
.
5
14
17
20
.
33
44
47
48
51
59
61
71
77
аз
88
99
108
117
125
129
137
153
.
155
157
170
174
177
179
197
30. Особенности проектирования балок с rибкой стенкой
31. Стыки балок . . . .. ... .
32. Особенности расчета и конструирования подкрановых
балок . ..
r л а в а VII. Сварные колонны
33. Типы колонн и область их применения . . . .
34. Расчет и конструирование стержня центрально-сжа-
той колонны . . . . . .
35. Расчет и конструирование стержня внецентренно-
сжатой колонны . . . . ,
36. Базы и оrоловки колонн . .
37. Стыки колонн .
r л а в а VIII. Сварные фермы
38. Типы ферм и область их применения
39. Расчет стропильных ферм . . . . . . .
40. Конструирование и расчет узлов стропильных ферм
из прокатных уrолков . . . . . .
41. Проrрессивные конструкции леrких ферм
r JI а в а IX. Листовые конструкции
42. Номенклатура и особенности листовых конструкций
43. Понятие о статическом расчете тонких оболочек вра-
щения. ............
44. Основы проектирования листовых конструкций на
примере вертикальных цилиндрических резервуаров
Список литературы . . . . . . . . . . . .
п риложение 1. Нормативные данные для расчета строитель-
ных конструкций . . . . . . . . . .
Приложение 2. Данные для расчетов на устойчивость
Приложенuе 3. Сортамент прокатной стали
.
Стр.
199
201
205
.
226
232
245
265
276
280
285
304
312
319
323
330
340
342
347
356
АЛЕКСАНДР МИХАйЛОВИЧ МИХАйЛОВ
СВАРНЫЕ КОНСТРVКЦИИ
Редакция литературы по строительным .материалам и конструкциям
Зав. редакцией П. И. Филимонов
Редактор И. с. Бородина
Внешнее оформление художника И. ШиляевQ
Художественный редактор В. rруэдев
Технические редакторы Ю. Л. Циханкова, Н. В. Высотина
Корректор Л. С. ЛеЛЯ2uна
ИБ М 2471
Сдано в набор 04.05.83. Подписано в печать 11.08.83. Формат 84ХI081/З2. Бу.
Mara тип. Н9 2. rарнитура «Литературная». Печать высокая. Усл. печ. л. 19,32.
}'сл. кр.-отт. 19,53. Уч.-изд. л. 20,52. Тираж 20000 экз. Изд. Н2 А. 11 1.8726.
Зак. Н2 462. Цена 75 коп.
Стройиэдат, 101442, Москва, Каляевская, 23а
Владимирская типоrрафия «Союзполиrрафпрома» при rосударственном
комитете СССР по делам издательств, полиrрафии и книжной торrоВllИ
600000, r. Владимир, Октябрьский просоект, д. 1