СТРОИТЕЛЬНЫЕ НОРМЫ

ПОСОБИЕ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Steel structures design manual

Дата введения 2005.02.01.

Предисловие

1 РАЗРАБОТАНЫ: ТОО «Институт Проектстальконструкция» (авторы: Максимов Ю.С., Остриков Г.М. кандидаты технических наук, профессора)

2 ПРЕДСТАВЛЕНЫ: Управлением технического нормирования и новых технологий в строительстве Комитета по делам строительства и жилищно-коммунального хозяйства Министерства индустрии и торговли Республики Казахстан (МИТ РК)

3 ПРИНЯТЫ И ВВЕДЕНЫ Приказом Комитета по делам строительства и жилищно-коммунального хозяйства

В ДЕЙСТВИЕ: МИТ РК от 3.11.2004 г. № 426 с 1.03.2005 г

4 ВВЕДЕНЫ: Впервые

5 ПОДГОТОВЛЕНЫ: Проектной академией «KAZGOR» в соответствии с требованиями СНиП РК 1.01-01-2001 на русском языке

Срок действия данного норматива устанавливается до переиздания его на государственном языке.

Настоящий государственный норматив не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Уполномоченного органа по делам архитектуры, градостроительства и строительства РК.

ISBN

СОДЕРЖАНИЕ

1 ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАСЧЕТА

1.1 Общие положения

1.2 Предельные состояния стальных конструкций

2 МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ КОНСТРУКЦИЙ И СОЕДИНЕНИЙ

2.1 Основные требования к прокату

2.2 Болты и гайки для соединений

2.3 Фундаментные болты

3 РАСЧЕТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАТЕРИАЛОВ И СОЕДИНЕНИЙ

3.1 Общие положения

3.2 Расчетные сопротивления стального проката

3.3 Расчетные сопротивления сварных соединений

3.4 Расчетные сопротивления одноболтовых соединений

3.5 Характеристики стальных канатов

4 УЧЕТ УСЛОВИЙ РАБОТЫ И НАЗНАЧЕНИЯ КОНСТРУКЦИЙ

4.1 Коэффициенты надежности и условий работы

4.2 Особенности расчета стальных конструкций с учетом неупругих деформаций

5 РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ НА ОСЕВЫЕ СИЛЫ И ИЗГИБ

5.1 Центрально-растянутые и центрально-сжатые элементы

5.2 Изгибаемые элементы

5.3 Элементы, подверженные действию осевой силы с изгибом

6 РАСЧЕТНЫЕ ДЛИНЫ И ПРЕДЕЛЬНЫЕ ГИБКОСТИ

6.1 Общие положения

6.2 Определение расчетных длин элементов

7 ПРОВЕРКА УСТОЙЧИВОСТИ СТЕНОК И ПОЯСНЫХ ЛИСТОВ

ИЗГИБАЕМЫХ И СЖАТЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

7.1 Общие положения

7.2 Стенки и поясные листы центрально-, внецентренно-сжатых, сжато-изги баемых и изгибаемых элементов

8 РАСЧЕТ ЛИСТОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ

9 РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ НА ВЫНОСЛИВОСТЬ.

9.1 Общие положения

9.2 Расчет на малоцикловую прочность расчет элементов стальных конструкций

на прочность с учетом хрупкого раз рушения

10 РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ НА ПРОЧНОСТЬ С УЧЕТОМ ХРУПКОГО РАЗРУШЕНИЯ

11 РАСЧЕТ СОЕДИНЕНИЙ

11.1 Сварные соединения

11.2 Болтовые соединения

12 ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

13 ПРОЕКТИРОВАНИЕ БОЛТОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ. ВИДЫ БОЛТОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ И УСЛОВИЯ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ

14 ФЕРМЫ И СВЯЗИ ИЗ ГНУТОСВАРНЫХ ПРОФИЛЕЙ

14.1 Материалы

14.2 Расчет элементов конструкций

15 БАЛКИ

15.1 Расчет бистальных балок

16 ПОДКРАНОВЫЕ БАЛКИ

17 ПРОФИЛИРОВАННЫЙ НАСТИЛ

17.1 Общие положения

17.2 Характеристики настилов

17.3 Расчет

17.4 Крепление настилов

18 ФЛАНЦЕВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ НА ВЫСОКОПРОЧНЫХ БОЛТАХ, РАБОТАЮЩИЕ НА РАСТЯЖЕНИЕ

19 ПОДБОР СЕЧЕНИЙ ЦЕНТРАЛЬНО-СЖАТЫХ, СЖАТО-ИЗГИБАЕМЫХ И ИЗГИБАЕМЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

19.1 Общие положения

19.2 Центрально-сжатые элементы

19.3 Сжато-изгибаемые и внецентренно-сжатые элементы

19.4 Изгибаемые элементы

19.5 Предварительный расчет

19.6 Примеры

20 ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СТЕРЖНЕВЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ

РЕКОНСТРУКЦИИ

1 ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАСЧЕТА

1.1 Общие положения

1.1.1 В настоящее время при расчетах конструкций используется концепция «наислабейшего элемента», согласно которой проверка и подбор сечений стержневых систем производится поэлементно. С точки зрения теории надежности [1] такая проверка хорошо соответствует пос ледовательному соединению элементов. В то же время в действительности почти все конструкции являются статически неопределимыми, соответствуя таким образом, хотя бы частично параллельно-последовательной схеме соединения элементов. При данной схеме разрушение одного элемента не обязательно приводит к разрушению всей конструкции, что очень часто наблюдается в практике при расследовании причин аварий. Это обстоятельство подтверждает факт обладанием конструкцией определенных свойств живучести. В то же время теория живучести строительных конструкций в нас тоящее время развита недостаточно, обоснованных норм и проверок надежности и рабо то спо собности конструкций на ее основе нет, поэтому в настоящем Пособии, как и в СНиП РК 5.04-23-2002 “Стальные конструкции. Нормы проектирования” используется метод поэлементной проверки в предположении, что расчетные усилия в элементах известны из расчетов на статические и динамические нагрузки, а проверки и подбор сечений стальных конструкций следует выпол нять по методу предельных состояний [1, 2].

Предельные состояния конструкций - такие со стояния, при которых конструкции перестают удо влетворять заданным эксплуатационным требова ниям или требованиям производства работ. При этом нормальная эксплуатация зданий и сооруже ний становится невозможной.

1.1.2 Нормальная эксплуатация - это эксплуата ция, которая осуществляется без ограничений в со ответствии с технологическими и бытовыми усло виями, предусмотренными в нормах и заданиях на проектирование и учитывающими безопасную рабо ту людей, оборудования и сохранность ограждаю щих конструкций.

1.1.3 В соответствии с требованиями [2] при рас четах стальных конструкций на действие соответст вующих нагрузок необходимо учитывать их пре дельные состояния, приведенные в табл. 1.

Таблица 1

Группа

предельных

состояний

Предельное состояние

Вид

Характеристика

Первая

Несущая способность

Пластическое, хрупкое и усталостное разрушения

Потеря устойчивости формы или положения

Переход в изменяемую си стему

Полная непригодность к эксплуата ции

Неограниченная текучесть материала

Неупругий сдвиг в соедине ниях

Качественное изменение конфигурации

Вторая

Пригодность

к нормальной

эксплуатации

Перемещения (прогиб, пово рот или осадка)

Колебания

Изменение положения

Сдвиг в соединениях

1.1.4 Нормативные значения нагрузок, коэффициенты надежности по нагрузке ??f и коэффициенты сочетаний нагрузок для определения их расчетных значений следует принимать согласно [3]. При про верке конструкций по предельным состояниям первой группы необходимо принимать, как пра вило, ??f > 1,0 (за исключением усталостного разру шения и тех случаев расчета, когда уменьшение по стоянной нагрузки ухудшает условия работы кон струкций). При проверке усталостного разрушения (выносливости) и предельных состояний второй группы ??f ?? 1,0.

Согласно [2] расчетные нагрузки, применяемые в расчетах по первой группе предельных состояний, могут быть названы предельными, а в расчетах по второй группе и на выносливость - эксплуатацион ными.

Поскольку при ??f > 1,0 расчетные предельные нагрузки повторяются редко (например, по лите ратурным данным, от одного крана - один раз в 20 лет; ветровая - один раз в 10 -15 лет; снего вая - в среднем один раз в 10 -12 лет; на пере крытия - один раз в 15 - 20 лет), стальные конст рукции при проверке по предельным состояниям первой группы (за исключением усталостного раз рушения) следует рассчитывать на однократное дей ствие этих нагрузок.

1.1.5 Цель расчета - не допустить с определенной обеспеченностью наступления предельных состояний первой группы или перехода за предельные состоя ния второй группы в течение всего срока эксплуата ции зданий и сооружений, а также в процессе их воз ведения при минимальном расходе материалов и наименьшей трудоемкости изготовления, транспор тирования и монтажа конструкций.

1.1.6 При расчете несущей способности сечения или элемента конструкции наибольшее воз мож ное за время эксплуатации (или возведения) усилие F в элементе от расчетных предельных нагрузок и воз действий не должно превышать соответствующей наименьшей предельной несущей способ ности S се чения или элемента с учетом начальных не совершенств

F ?? S. (1)

Усилие F (продольная и поперечная силы; изги бающий, крутящий моменты) следует определять по формуле

F = ??n ???? i Fni ??fi , (2)

где ??n - коэффициент надежности по ответственности [4];

??i - коэффициент перехода от нормативной нагрузки к усилию;

Fni - нормативная нагрузка;

??fi - коэффициент надежности по нагрузке.

Предельную несущую способность S, соответст вующую виду усилия (сжатию, растяжению, сдви гу, изгибу, кручению и т. д.), необходимо опреде лять по формуле

, (3)

где ?? - коэффициент, учитывающий вид усилия, предельное состояние и работу стали за пределом упругости (?? ; ??е; ??b; с и т.д.);

Ф - геометрическая характеристика сечения (A; W);

Rn - нормативное сопротивление материала;

??c - коэффициент условий работы;

??m - коэффициент надежности по материалу.

Начальными несовершенствами стальных конст рукций являются совокупность геометрических отклонений формы и размеров, факторов, влияю щих на свойства стали, и отступлений от принятой расчетной схемы, возникающих при изготовлении, транспортировании и монтаже конструкций.

Основное неравенство метода предельных со стояний (1) может быть представлено в форме сравнения учитываемых в расчетах напряжений с их пре дельными значениями, устанавливаемыми СНиП РК 5.04-23-2002.

1.1.7 При расчете конструкций по предельным состояниям полной непригодности к эксплуатации перемещения (деформации), соответствующие рас четным значениям предельных нагрузок и воздейст вий, не должны превышать предельных значений пе ремещений (деформаций), уста нав ливаемых в нор мативных документах по условиям необходимости прекращения эксплуатации в связи с качественным нарушением геометрической формы.

Условия расчета по предельным состояниям пол ной непригодности к эксплуатации допускается [1] представлять в форме проверки усилий или напряжений (как при расчетах несущей способ ности), определяемых с учетом неупругих дефор маций; эта форма принята в СНиП РК 5.04-23-2002.

1.1.8 При расчете конструкций по предельным состояниям второй группы перемещения, парамет ры колебаний и изменения положения от расчетных эксплуатационных нагрузок1 не должны превышать предельно допустимых значений этих перемещений или указанных параметров, уста новленных в СНиП РК 5.04-23-2002 и в других нормативных докумен тах, т. е.

, (4)

1 Поскольку для всех учитываемых нагрузок ??f = 1,0, эти нагрузки в п.1.2 СНиП 2.01.07-85* названы “нормативными”.

где f - перемещения или параметры колебаний и изменения положения, возникающие в конст рукциях от действия расчетных эксплуатационных нагрузок;

fu - предельно допустимые значения этих перемещений или параметров, регламентируе мые нормами на основе требований нор мальной эксплуатации.

При установлении нормативных значений fu учи тываются нормальные условия для пребывания лю дей, работа технологического оборудования, сох ранность ограждающих конструкций.

1.1.9 Расчет конструкций следует выполнять с использованием вычислительной техники по современным программам, позволяющим рассчитывать их как единые пространственные системы с учетом неупругих деформаций стали, деформированной схемы и при необходимости геометрической нелинейности.

Допускается применять приближенные методы расчета и более простые расчетные схемы, основан ные на разделении единых пространственных систем на плоские конструкции и отдельные элементы. При этом следует учитывать особенности взаимо действия элементов стальных конст рукций между собой и с основанием. Вместе с тем, в общем случае предпочтение следует отдавать методам расчета стальных конструкций как единых пространствен ных систем.

1.1.10 (1.8) Для статически неопределимых стержневых конструкций расчетные усилия допу скается определять по недеформированной схеме в предположении упругих деформаций стали. Расчет отдельных стержней при действии этих усилий следует выполнять по деформирован ной схеме с учетом неупругих деформаций.

1.1.11 Расчеты элементов стержневых и балочных конструкций, а также пластинок, образующих се чение, необходимо выполнять с учетом неупругих деформаций стали и, как правило, в предположении малости перемещений с использованием прибли женного выражения для кривизны (т. е. на основе геометрически линейной теории). При этом реко мендуется применять теорию малых упругопластических деформаций при простом нагружении; в ря де случаев допускается использовать модель жесткопластического тела.

1.1.12 По своей физической природе строительные стали являются упругопластическим мате риалом с различными зависимостями между деформациями и напряжениями при нагрузке и разгрузке.

Однако при проверке конструкций по предель ным состояниям первой группы на одно кратное дей ствие расчетных предельных нагрузок применяемые стали рекомендуется рассматривать как нелинейно упругий материал, характеризующийся одной и той же нели нейной или кусочно линейной зависимостью между деформациями и напряжениями при на груз ке и разгрузке (рис. 1, кривая ОВАВ).

Рисунок 1 - Зависимость между напряже ниями и деформациями при нагружении