книги из ГПНТБ / Брудка Я. Легкие стальные конструкции
.pdf
Ян Брудка, Мечислав Лубиньски
ЛЕГКИЕ
СТАЛЬНЫЕ
КОНСТРУКЦИИ
ИЗДАНИЕ ВТОРОЕ, ДОПОЛНЕННОЕ
(сокращенный перевод с польского Л. Д. Ланской)
Под редакцией канд. техн. наук С. С. К а р м и л о в а
МО С К В А
СТ Р О Й И З Д А Т
1 9 7 4
УДК 624.014.2
Брудка Я ; Лубиньски М. Легкие стальные конструкции. Изд. 2-е, доп. Пер. с польск. Под ред. С. С. Кармилова. М.,
Стройиздат, 1974, 342 с.
В книге подробно рассмотрены проблемы проектирования стальных элементов жилых зданий, промышленных цехов, складов и т. п. (перекрытий, кровельных покрытий, прогонов, стропильных ферм, сетчатых покрытий, несущих балок для опалубки, стен и перегородок). Приведены примеры примене ния конструкций, созданных в Польше и в других странах.
Книга предназначена для инженеров-проектировщиков и производственников, а также для студентов высших техниче ских учебных заведений.
Табл. 28, ил. 302, список лит.: 232 назв.
©Стройиздат, 1974.
Б30205-275- 76 -74
047(01)—74
DR IN2. JAN BR6DKA
PROF. DR HAB. IN2. MIECZYSLAW LUBltiSKI
Lekkie konstrukcje stalowe
Wydanie drugie 7mienione
ARKADY
WARSZAWA 1971
ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА ПЕРЕВОДА
Предусмотренные Директивами XXIV съезда КПСС по пятилетнему плану раз вития народного хозяйства СССР на 1971—1975 гг. темпы роста капитального строи тельства обусловливают широкое внедрение индустриальных конструкций, в том чис ле металлических. В связи с этим особенно важно экономное расходование металла, что достигается применением конструкций из экономичных профилей, а также из ста
лей и сплавов повышенной и высокой прочности.
Одним из видов экономичных профилей являются тонкостенные, изготовленные пу тем холодной гибки листа на кромкозагибочных прессах или прокатных многовалко вых станах. Изготовление профилей путем холодного деформирования металлического листа позволяет получить профиль такой конфигурации, которая обеспечивает более рациональное распределение металла по сечению, чем в горячекатаных профилях, что в свою очередь снижает массу элемента при сохранении его несущей способности.
Основная особенность легких металлических конструкций заключается в том, что они выполняются из тонкостенных профилей. Это обстоятельство заставляет исследо вателя, конструктора и изготовителя уделять большое внимание правильному методу определения несущей способности тонкостенных элементов легких конструкций, спо собам их соединения и антикоррозионной защите.
Советские исследователи внесли большой вклад в развитие теории расчета тон костенных профилей — труды В. 3. Власова, А. А. Уманского, Н. И. Безухова, А. А. Гвоздева, А. А. Ильюшина и Д. В. Бычкова стали основным пособием для иссле дователей и конструкторов в нашей стране и за рубежом при разработке конструкций из тонкостенных профилей.
Вопросам теоретического и экспериментального исследования конструкций из тон костенных стержней в упругой стадии посвящены работы Б. Н. Горбунова, А. И. Стрельбицкой, В. Г. Чудновского и др. Много работ выполнено отечественными исследовате лями по установлению несущей способности конструкций из тонкостенных стержней в стадии упругопластической работы металла. Большой вклад в изучение работы тон костенных стержней в закритической стадии внесли. А. В. Геммерлинг, А. А. Уманский и Г. Г. Голенко.
Впоследние годы вопросам разработки и экспериментально-теоретического анали за различных видов легких металлических конструкций, а также их поточного изго товления было посвящено много работ специалистов ЦНИИПроектстальконструкции.
Предлагаемая советскому читателю книга польских авторов Я. Брудки и М. Лубиньски посвящена вопросам применения в строительстве легких стальных конструк ций. К одному из достоинств книги, в первую очередь, надо отнести четкое определение конструкций, которые классифицируются как легкие.
Вкниге приведено много иллюстраций. Рассмотренные примеры применения гнутых
и тонкостенных профилей в конструкциях зданий, построенных в Западной Европе и в США, показывают большие возможности для проектировщиков в создании эффектив ных металлических конструкций.
Наибольшую ценность в книге представляют разделы 6 и 7. В разделе 6 изложена теория расчета тонкостенных стержней, предложенная и разработанная В. 3. Власо вым. В разделе 7 освещены вопросы закритической работы тонкостенных стержней, разрабатываемых на основе экспериментальных работ американского исследователя Винтера. Большое количество примеров, приведенных в этих разделах, является цен ным пособием для конструктора.
Вопросы антикоррозионной защиты тонкостенных конструкций освещены недоста
точно подробно. |
Если вопросы анализа коррозионного поражения профилей и кон |
1* |
3 |
струкций, изложенные на основании исследований советских ученых, описаны доста точно подробно и полно, то предлагаемые методы антикоррозионной защиты основы ваются на устаревших данных. Так, например, в качестве антикоррозионных покрытий предлагаются краски на основе пищевых масел. Достижения отечественной химической науки и промышленности в области создания синтетических смол дают возможность полностью отказаться в настоящее время от применения в производстве лакокрасочных материалов пищевых растительных масел.
Также недостаточно подробно, как это следовало бы сделать, освещены вопросы «соединений профилей. Не нашли отражения в книге и вопросы поточного изготовления легких металлических конструкций, в то же время, как справедливо отмечают авторы, такое изготовление значительно снижает себестоимость изделий.
Приведенные в книге характеристики сталей и нормативные расчетные данные от носятся только к польским нормам. Сравнение подобных материалов и расчетных характеристик, принятых в СССР, поможет читателям при изучении материала книги.
Рассмотренные в книге конструктивные 'решения часто излишне сложны и не учи тывают возможности массового изготовления конструкций. Однако подробный анализ ■конструктивных решений будет полезен при проектировании конструкций.
При редактировании русского перевода мы стремились максимально сохранить ори гинальность изложения авторов.
Книга может быть использована в качестве вспомогательного материала при раз работке легких металлических конструкций, а также как методический материал для преподавателей и студентов строительных вузов.
ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРОВ
Десятилетний период, истекший со времени подготовки первого издания книги, характеризовался широким развитием способов изготовления легких стальных кон струкций как в области применения и технологии изготовления элементов, так и в об ласти теоретических проблем, в частности систематизации основ проектирования. По лученные новые обширные сведения из отечественной и зарубежной литературы далл возможность авторам провести коренные изменения при группировке проблем и ото брать представленный материал. Вследствие этого расположение разделов второго из дания отличается от первого издания книги, а ее содержание значительно изменено и расширено.
Наиболее быстрым развитием характеризовалась область легких стальных кон струкций из труб круглого сечения. Проблемы, касающиеся этих конструкций, стали
предметом отдельной книги *. |
В данной книге проблема |
конструкций из |
круглых |
труб не затрагивается. |
|
когда были начаты рабо |
|
Подготовка второго издания происходила в то время, |
|||
ты по модернизации основных |
норм проектирования стальных конструкций |
(PN-62/B |
|
03200). К коренным изменениям относится переход на расчет по методу предельных состояний вместо применявшегося до сих пор в стране метода допускаемых напря жений. Несмотря на интенсивно ведущиеся работы по изменению проект этих норм до момента передачи данной книги в печать не был еще настолько определенным, чтобы его можно было считать близким к окончательному. В руки проектировщика нормы попадут не раньше середины 1973 г., т. е. почти через полтора года после выхода в свет книги, поэтому невозможно было методы расчета точно согласовать с этими нормами Чтобы читатель понял, какие изменения несет с собой модернизация норм, нами даны два числовых примера (6-10 и 6-13) к методу расчета по предельным состояниям. Основную информацию об этом методе можно найти в статье М. Лубиньски «Расчет конструкций по предельным состояниям», помещенной в книге «Современные стальные конструкции. Некоторые проблемы» (Институт строительной техники. Варшава, изд-во
«Аркады», 1971).
Разделы 1, 2.1—2.3, 3, 5—7, 8.1—3 3, 9.1—9.4 написаны Я. Брудкой, разделы 2.4, 2.5,
4, 8.4, 8.5, 8.7, |
8.8 |
и 9.5 — М. Лубиньски. В разработке книги |
принимал участие |
|
М. Штейервальд — им же написан раздел 8.6. |
|
|
||
Варшава, 1970 |
|
|
|
|
* Б р у д к а |
Я. |
Стальные трубчатые конструкции, Варшава, |
изд-во |
«Аркады», |
1968. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Я. Брудка |
|
|
|
М. |
Лубиньски, |
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
1.1. ВВЕДЕНИЕ
Технический прогресс в разного рода конструкциях выражается сни жением их массы и стоимости изготовления или монтажа при сохране нии прежней несущей способности и эксплуатационных качеств. Поло жительные результаты достигнуты благодаря внедрению новых мате риалов, хорошо работающих со сталью, и применению тонкостенных конструкций. Примеры решений из области строительства самолетов, кораблей, железнодорожного подвижного состава и автомобилей на толкнули на 'мысль о возможности частичного применения этих реше ний в строительных конструкциях. Так возник раздел, названный л е г кими с т а л ь н ы м и к о н с т р у к ц и я м и .
Развитие технологии производства позволило изготовлять легкие стальные конструкции с коэффициентом запаса прочности, не меньшим, чем в конструкциях, применявшихся до сих пор.
Легкие стальные конструкции отличаются от используемых до не давнего времени конструкций следующими основными характерными чертами:
применением холодноформованных профилей из тонкого листового металла (толщиной от 1 мм и более);
использованием стержней, не применяемых в обычных стальных кон струкциях, например круглого, квадратного, замкнутого и открытого сечений;
принципами выполнения соединений, а также применением соеди нений, не используемых до сих пор в строительных конструкциях.
Основные различия по сравнению с обычными конструкциями про являются при использовании элементов из холодногнутых профилей, изготовляемых из тонкого листового металла (сокращенно называемых гнутыми профилями). Распространение конструкций из гнутых профи лей зависит прежде всего от средств производства, которыми промыш ленность располагает в этой области. Страны, овладевшие современ ным производством и автоматизировавшие его, в настоящее время до вольно широко применяют гнутые профили. Страны, в которых такого производства нет, вынуждены и сейчас во всех случаях применять го рячекатаные профили.
Применение гнутых профилей из тонкого листового металла требу ет иного подхода к конструкции на всех стадиях ее создания: проекти рования, изготовления и монтажа. Условия изготовления профилей и элементов из них оказывают гораздо большее влияние на технико-эко номические результаты, чем при использовании обычных конструкций.
6
Если не учитывать эти условия, может получиться так, что решение, ра циональное с точки зрения потребления материала, из-за стоимости конструкции будет нерентабельным.
Меньше различий по сравнению с обычными конструкциями прояв ляется при исследовании элементов из горячекатаных профилей, кото рые имеют черты, признаваемые характерными для легких конструк ций. Это главным образом элементы со стержнями трубчатого сечения и с тонкостенными перфорированными двутаврами.
1.2. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ЛЕГКИХ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Наиболее 'подходящую область применения конструкций из гнутых профилей определяют исходя из конструктивных условий (изготовле ния, защиты от коррозии и т. п.), прочностных свойств и статических условий (величины пролета, нагрузки и т. п.), экономических показа телей, эксплуатационных условий и эстетического восприятия.
Выделяют две основные области применения гнутых профилей:
для а р х и т е к т у р н о - с т р о и т е л ь н ы х |
д е т а ле й ; |
||
для н е с у щ и х |
э л е м е н т о в к о н с т р у к ц и й |
с м а л о й либо |
|
со с р е д н е й в е л и ч и н о й п р о л е т а или |
для |
в т о р о с т е п е н |
|
ных э л е м е н т о в |
р а з л и ч н ы х с т а л ь н ы х |
к о н с т р у к ц и й . |
|
К первой группе относятся дверные и оконные коробки, оконные пе реплеты, двери в промышленных и коммунальных зданиях, ворота про мышленных зданий, горбыльки для остекления окон без замазки, эле менты ограждающих стен, передвижные перегородки внутри промыш ленных и коммунальных помещений, лестницы, аэрационные фонари, крепления лифтовых шахт, эстакады, стеллажи и другие подобные эле
менты.
Ко второй группе относятся: конструкции, изготовляемые целиком из гнутых профилей; элементы конструкций, выполняемые как из обычных
стальных конструкций, так |
и целиком |
из гнутых профилей; элементы |
с комплексной конструкцией |
(например, |
сталь с бетоном, деревом, син |
тетическими материалами).
Конструкции первой группы, как правило, изготовляются для сле дующих элементов:
покрытий пролетами до 6 л и с малыми высотами в каркасных одно- и двухэтажных жилищных и сельскохозяйственных зданиях;
покрытий пролетом 9—18 м (реже до 24 м) |
и высотой |
до 8 м\ |
пространственных покрытий — складчатых, |
сетчатых, |
трехслойных |
(сэндвич), двухслойных — пролетами до 15—40 м\ оболочек.
Такие конструкции используют для жилых домов, складских, произ водственных цехов, школ, сельскохозяйственных и коммунальных по строек, зданий технической базы стройки, оранжерей, навесов, ангаров, выставочных павильонов, всевозможных временных и переносных со оружений, лесов, силосных башен, резервуаров и т. п.
7
Ко второй группе элементов, изготовляемых из обычных стальных конструкций, прежде всего относятся:
фермы перекрытия пролетами 9—18 м; покрытия пролетами до 6 ж в жилых и общественных зданиях или
складах при полезных нагрузках 150—600 кгс/м2; кровельные панели и прогоны в однопролетных одноэтажных про
мышленных зданиях; окна и фонари;
промышленные эстакады и полотно проезжей части мостов (обычно
в виде ортотропных плит); |
|
|
связи и фахверковые стены промышленных зданий; |
|
|
шпунтовые ограждения; |
сооружения |
перекрытий и |
элементы передвижной, опалубки для |
||
стен. |
с м е ш а н н ы х |
к о н с т р у к |
Особую группу образуют э л е м е н т ы |
||
ций, в которых гнутый профиль сочетается с прокатным стальным про филем или другим материалом. До сих пор чаще всего применялись смешанные элементы, в которых сочетались сталь и бетон. Развитие техники склейки сделало ■возможным использование также синтетиче ских материалов и материалов на основе древесины. В то же время применение гнутых профилей из тонкого листового металла и прокат ных профилей в одном элементе достаточно редкое явление (в линиях электропередачи, мачтах и опорах контактной сети, мостах, перекры тиях, элементах подъемников или монтажного оборудования и лесах).
Тонкостенные элементы могут выполнять двоякую роль (например, кровли и оболочки) или служить обшивкой перегородки и поясом балки.
Гнутые профили особенно удобны для разборных конструкций.
Из прокатных профилей чаще всего изготовляются следующие эле менты конструкций: решетчатые прогоны пролетом 6—12 м; стропиль ные фермы или сплошные балки пролетом 9—30 м; решетчатые балки перекрытий, работающие с бетоном; перфорированные балки и опоры; шпренгельные фермы; складчатые, сетчатые и двухслойные системы, работающие с синтетическими материалами или материалами на осно ве древесины.
1.3. ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ ЛЕГКИХ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИИ
Легкие конструкции имеют ряд достоинств и недостатков по сравне нию с аналогичными стальными конструкциями (в дальнейшем назы ваемыми обычными конструкциями), характерных для повсеместно применяемых решений.
П р е и м у щ е с т в а ле г к и х с т а л ь н ы х к о н с т р у к ц и й : уменьшение расхода стали на 25—50%• Теоретически возможное
снижение массы более чем на 50% (это не всегда удовлетворяет требо ваниям, предъявляемым к оптимальной конструкции, ввиду слишком высокой ее стоимости и трудоемкости изготовления);
8
сокращение времени монтажа конструкции, например покрытий, до
30%. В системах с унифицированными стержнями и монтажными уз лами, например в структурных покрытиях, оно доходит до 60%;
общая экономия затрат на строительство составляет 10—25%; свободное формирование материала по сечению стержня; хорошие прочностные характеристики (показатели прочности и ра
диусы инерции) по отношению к площади сечения, в частности в слу чае применения замкнутых профилей;
красивый внешний вид и незначительное затенение остекленных по верхностей в случае применения элементов из гнутых профилей замк нутого сечения или из прокатных профилей. Этого достоинства не име ют легкие стальные конструкции из гнутых профилей открытого се чения.
Н е д о с т а т к и л е г к и х с т а л ь н ы х к о н с т р у к ц и й :
стоимость гнутых профилей выше стоимости прокатных профилей; стоимость изготовления 1 т легких конструкций выше, чем стои мость 1 т обычных конструкций (эта стоимость значительно снижается
при серийном производстве); более высокая стоимость защиты от коррозии, так как поверхность
профиля обычно больше и вследствие этого необходимо применять по крытия, более устойчивые к воздействию агрессивной среды;
транспортирование, погрузка-разгрузка и монтаж требуют более осторожного проведения этих операций, поскольку легкие элементы, особенно из тонкого листового металла, повреждаются;
проектирование легких конструкций более трудоемко, так как рабо та их на устойчивость сложна. Имеется возможность большой свободы выбора геометрической формы сечения профиля, но нет готовых рас четных таблиц. Стандартизация элементов значительно снижает рас ходы на проектирование.
Следует заметить, что достигнуть значительного уменьшения массы конструкций или сокращения времени их монтажа с одновременным снижением затрат не так-то просто. Об эффективности конструкции не обходимо заботиться на всех стадиях ее создания.
1.4. ПРИНЦИПЫ ПРАВИЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ ЛЕГКИХ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Легкость профилирования гнутых профилей создает теоретически неограниченные возможности использования прочностных, эксплуата ционных и пластических характеристик материалов,и элементов. Од нако свободу применения материалов ограничивают экономические со ображения. Гнутые профили в среднем на 30% дороже прокатных. Легкие конструкции, несмотря на значительное уменьшение расхода стали, не становятся пропорционально дешевле. Поскольку легкие кон струкции не должны быть дороже обычных, нельзя принимать в качест ве важнейшего или единственного критерия экономию материала. Не обходима еще и стандартизация элементов или конструктивных узлов.
Для определения принципов правильного применения гнутых про филей надо учитывать:
2— 1021