Расчетная схема сооружения (конструкции)

Проектирование любого здания или сооружения начинают с компоновки, т.е. выбора рациональной конструктивной формы. Исходным материалом является технологическое задание, в котором приводятся сведения технологического и общестроительного характера, касающиеся предполагаемой эксплуатации сооружения.

Сведения технологического характера дают представление о производственном процессе, расположении и габаритах агрегатов и оборудования, а также железнодорожных и крановых путей (при их наличии), грузоподъемности кранов, их режимах работы, временных нагрузках и характере их воздействия, подземном хозяйстве, рабочих площадках, очередности строительства и возможности расширения производства и т.п.

Сведения общестроительного характера касаются местоположения здания или сооружения на генеральном плане, сведений гидрогеологического характера, освещения, вентиляции, отопления и ряда других требований.

Выявление рациональной компоновки и решение отдельных конструкций производят на основании сравнения возможных вариантов.

Цель и назначение расчета конструкций – обеспечить заданные условия эксплуатации и необходимую прочность, устойчивость и жесткость предварительно намеченной конструктивной схемы сооружения при минимальном расходе материалов, минимальной затрате труда на изготовление и монтаж.

Расчет сооружений и их конструктивных элементов производится на основе методов сопротивления материалов и строительной механики. Основной целью этих методов является определение внутренних усилий, которые возникают в конструкциях под действием приложенных нагрузок.

Расчет начинают с составления расчетной схемы сооружения (принятой расчетной модели). Под расчетной схемой сооружения (конструкции) понимают упрощенную, идеализированную схему, которая отражает наиболее существенные особенности реального сооружения (конструкции), определяющие его поведение под нагрузкой.

Расчетная схема сооружения обычно вычерчивается в виде линий с показом основных размеров (пролета, высоты, в статически неопределимых системах – жесткостей составляющих элементов или их соотношений и др.), способов опираний и узлов сопряжений, всех видов нагрузок, действующих на сооружение (конструкцию), и мест их приложения.

Расчетные модели (в том числе расчетные схемы, основные предпосылки расчета конструкций) должны отражать действительные условия работы зданий или сооружений, отвечающие рассматриваемой расчетной ситуации. При этом должны учитываться факторы, определяющие напряженное и деформируемое состояния, особенности взаимодействия элементов конструкций между собой и основанием, пространственная работа конструкций, геометрическая и физическая нелинейности, пластические свойства материалов, возможные отклонения геометрических размеров от их номинальных размеров. Однако при составлении расчетной схемы принимается ряд допущений и упрощений, значительно облегчающих расчет.

Так, например, многие нагрузки принимаются статическими, хотя для них характерно воздействие с некоторыми ускорениями (например, нагрузки от людей, воздействий мостовых и подвесных кранов обычного режима работы и т.п.).

В случаях неполной передачи узлового момента (взаимный поворот за счет податливости соединений) принимают шарнирное соединение.

Передача центрально приложенных нагрузок производится в виде сосредоточенных сил, хотя в действительности они передаются через поверхность соприкосновения элементов.

Стержни принимаются прямолинейными, но некоторая реальная погнутость допускается; из-за несовершенства узлов и соединений в укрупнительных узлах нарушается соосность элементов, приводящая к появлению эксцентриситетов приложения нагрузки.

Ферму обычно рассчитывают как шарнирно-стержневую систему, все элементы которой работают на осевое растяжение-сжатие, что противоречит действительной конструкции, имеющей некоторое защемление элементов в узлах.

Отказываясь от того или иного упрощения или заменяя его менее грубым, можно получить более точную расчетную схему. Это особенно возможно с использованием при расчетах электронно-вычислительной техники и соответствующих программ.

Для каждой расчетной схемы существует граница, за которой она становится неприменимой. Расчет по неправильно выбранной расчетной схеме не может быть достоверным даже при использовании самых точных методов.

Важно, чтобы принятая расчетная модель соответствовала исходной конструкции в главном: была работоспособной (геометрически неизменяемой), передавала все нагрузки на фундамент, не противоречила реальным условиям загрузки и сопряжения элементов.

Сортамент

Общая характеристика сортамента

В строительных конструкциях сталь применяют в виде прокатных изделий, получаемых с металлургических заводов и имеющих различную форму поперечного сечения (профиль). Классификация профилей представлен на рис. 1.7. Для стальных конструкций используют листовую и профильную сталь. Профильную сталь разделяют на сортовую (круг, квадрат, полоса), фасонную (уголки, двутавры, швеллеры, и другие фасонные профили), трубы. Кроме того, широко применяют вторичные профили:сварные, получаемые сваркой полос или листов, и гнутые, образованные холодной гибкой листов.

 Сортаментом называется перечень (каталог) прокатных профилей с указанием их формы, геометрических характеристик, массы единицы длины. Сортамент оформляется в виде государственных стандартов (ГОСТов) и технических условий (ТУ).

Форма профилей сортамента должна отвечать ряду требований: простоте и технологичности изготовления, универсальности и удобству при компоновке сечений, рациональному распределению материала по сечению.

Отношение геометрических характеристик сечения (например, площади) данного профиля к тем же характеристикам ближайшего меньшего профиля называется коэффициентом градации.Чем чаще градации размеров одного вида профиля, тем ближе сечение к требуемому по расчету, т.е. экономичнее. С другой стороны, применение при проектировании большого разнообразия типоразмеров профилей затрудняет комплектацию заказа (поставки малыми партиями), увеличивает объем работы на заводах металлоконструкций по сортировке, складированию, транспортировке, правке профилей и т.п., а также осложняет работу металлургических предприятий (дополнительные затраты и время на переналадку прокатных станков).

По сравнению со сварными и гнутыми профилями, для образования которых требуется дополнительная операция (изготовления профиля из прокатного листа), наиболее дешевыми являются прокатные профили, непосредственно поступающие с металлургического завода для изготовления металлоконструкций.

Сталь листовая

Листовую сталь, применяемую в строительстве, классифицируют нижеследующим образом:

Сталь толстолистовая(ГОСТ 19903-74). Сортамент этой стали включает листы толщиной от 4 до 160 мм, шириной от 600 до 3800 мм. Листовая горячекатаная сталь поставляется в листах длиной 6 – 12 м или в рулонах