5686

10

стого изгиба на эти балки распространяется расчет [2, п. 8.2.8] как балок третьего класса с коэффициентами с xm , с ym , а в опорных сечениях – на полную поперечную силу (п. 8.2.3,

[2]);

-проверки на прогиб сварных балок постоянного сечения аналогичны проверкам прокатных балок, а для балок переменного сечения необходимо использовать дополнительные правила строительной механики;

-проверки сварных балок постоянного сечения по длине пролета на общую устойчивость выполняются по методике прокатных двутавровых балок, за исключением опре-

деления коэффициента « » по другой формуле [2, Приложение ж.3,б; ж.4]; - подробное разъяснение норм делает лектор для студентов о проверке местной

устойчивости стенок сварных двутавровых балок [2, п.8.5] в отсеках между поперечными ребрами жесткости:

1)для балок первого класса местная устойчивость стенки в отсеке между поперечными ребрами жесткости считается обеспеченной, если условная гибкость стенки не превышает нормативных значений [2, п. 8.5.1];

2)если для балок первого класса местная устойчивость стенки в отсеке между поперечными ребрами жесткости по п. 8.5.1 [2] не выполняется, то ее проверки проводятся по более сложным расчетам в зависимости от соотношений расстояния между попереч-

ными ребрами жесткости < а > и высотой стенки < hef >: здесь при отсутствии в отсеке локальной нагрузки рассматривается два случая: а < hef и а > hef ; при наличии в отсеке локальной нагрузки и а > hef также рассматривается два случая: средние усилия М, Q в

наиболее нагруженной части участка а = hef , совпадающие с наличием в нем локальной

нагрузки; сечение с локальной нагрузкой не совпадает со средними усилиями М, Q на участке а = hef ; при этом при отношении а / hef >0,8 для критических напряжений loc,cr рассматриваются нормами [2, п. 8.5.5, б] три варианта для значения < а >: а1=0,5а; а1=0,67а; а1=а для фактических соотношений а / hef ;

3) отдельно рассматривается случай, когда в балках первого класса локальная нагрузка приложена к растянутому поясу [2, п.8.5.5], где местная устойчивость стенки проверяется по двум вариантам учета: х , ср или loc , ср ;

4)отдельно рассматривается местная устойчивость отсека стенки между поперечными ребрами жесткости в балках первого класса с одной осью симметрии и более раз-

витым сжатым поясом;

5)отдельно рассматривается местная устойчивость отсека стенки между поперечными ребрами жесткости в балках первого класса с одной осью симметрии и более раз-

витым растянутым поясом;

6)отдельно рассматривается местная устойчивость стенок балок второго и третьего классов моностальных и бистальных при отсутствии локальной нагрузки в балках с

двумя осями симметрии [2, п. 8.5.8, а] и в балках с одной осью симметрии и более раз-

витым сжатым поясом при отсутствии локальной нагрузки [2, п. 8.5.8, б] ;

7)разъясняются основные требования по расстановке поперечных ребер жесткости по длине сварных балок первого, второго и третьего классов, а также даются размеры поперечных сечений ребер жесткости [2, п.8.5.9];

12

В данной теме лектор в процессе изложения содержания подробно знакомит сту-

дентов со следующими вопросами:

-общие положения об особенностях работы центрально сжатых стальных колонн, их структуры (оголовок, стержень, база), основах компоновки стержня сплошной колонны;

-основы подбора поперечного сечения стержня сплошной колонны методом последовательных приближений при уточнении гибкостей и коэффициента продольного изгиба при заданной расчетной длине;

-проверка устойчивости стержня после окончательного подбора сечения;

-проверка местной устойчивости стенки и поясов;

-основы компоновки стержня сквозного сечения центрально сжатой колонны;

-методика подбора поперечного сечения сквозного стержня относительно материальной и свободной осей, относительно двух свободных осей;

-особенности определения приведенной гибкости сквозного стержня на планках и раскосной решетке;

-основы компоновки и расчета планок и раскосной решетки в центрально сжатых колоннах сквозного сечения;

-основы компоновки и расчета элементов базы центрально сжатой колонны: типы баз, основы компоновки и расчета траверс, плиты базы, анкерных болтов; особенности конструирования и расчета баз с фрезерованным торцом стержня;

-основы компоновки и расчета оголовков центрально сжатых колонн и узлов опирания на них балок;

-шарнирное и жесткое сопряжение колонн с балками.

Таким образом, основные вопросы, которые предлагаются студенту в лекциях и при самостоятельной проработке при изучении основ проектирования и расчета центрально сжатых колонн следующие:

1)основы компоновки центрально сжатых колонн сплошного сечения;

2)основы компоновки центрально сжатых колонн сквозного сечения;

3)расчетные длины центрально сжатых колонн в зависимости от условий их закрепления;

4)основы методики расчета стержня колонны сплошного сечения;

5)основы методики расчета стержня сквозной колонны;

6)особенности определения коэффициента продольного изгиба в сплошных и сквозных колоннах;

7)основы проектирования и расчета планок и раскосной решетки в сквозных

колоннах;

8)основы проектирования и расчета элементов баз центрально сжатых колонн

страверсами и без траверс;

9)основы проектирования и расчета оголовков центрально сжатых колонн при шарнирном, гибком и жестком сопряжении с балками.

На практических занятиях выполняется задача по теме.

Тема 8. Основы проектирования и расчета легких стальных ферм

13

В данной теме лектор в процессе изложения содержания лекций подробно знако-

мит студентов со следующими вопросами:

-определение, классификация и область применения легких ферм;

-генеральные размеры легких ферм (пролет, высота, размеры панелей верхнего и нижнего поясов);

-особенности геометрических схем легких ферм: по статической схеме, по очертанию поясов; по системе решетки;

-основные технико-экономические параметры (характеристики) легких ферм с различными очертаниями поясов, схемами решеток и типами поперечных сечений элементов;

-методика оценки генеральных размеров легких ферм: пролета, высоты, размеров панелей поясов, строительного подъема, систем решеток;

-схемы связей между легкими фермами в покрытиях зданий и их назначение: между верхними поясами – горизонтальных; между нижними поясами – горизонтальных; вертикальные связи и их роль в системе покрытия здания;

-схемы связей по фонарям легких ферм, их назначение;

-экономические аспекты различных типов сечений элементов легких ферм;

-алгоритм подбора сечений элементов легких ферм покрытий зданий: выбор из монтажной схемы покрытия расчетной схемы фермы; определение узловых нагрузок от собственного веса и снега; определение усилий в элементах фермы от нормативных и расчетных нагрузок (при расчете КЭ-модели фермы для ЭВМ следует задать предварительные сечения элементов ферм исходя или из опыта, или из ожидаемых гибкостей стержней);

-определение прочности и устойчивости предварительно назначенных сечений стержней на усилия от нормативных нагрузок, их корректировка при необходимости и проверка прогиба фермы (при неудовлетворении прогиба выполнить повторную корректировку сечений стержней); проверочный расчет стержней фермы на усилия от расчетных нагрузок и их корректировка при необходимости;

-основы конструирования и расчета узлов легких ферм из различных типов сечений стержней;

-особенности компоновки и расчета опорных узлов.

Таким образом, основные вопросы, которые предлагаются студенту в лекциях и при самостоятельной проработке при изучении основ проектирования и расчета легких стальных ферм, следующие:

1)классификация легких ферм, какие фермы считаются легкими;

2)области применения легких ферм;

3)геометрические схемы легких ферм по очертанию поясов, систем решетки, статической определимости;

4)назначение и схемы связей;

5)методика расчета легких ферм по второму предельному состоянию, по первому предельному состоянию;

6)основы конструирования и расчета промежуточных, опорных и монтажных узлов легких ферм.

14

Тема 9. Основные требования при компоновке стальных каркасов ОПЗ, оборудованных мостовыми кранами

9.1. Здесь в начале лекции обращается внимание студентов на две основанные функции, которые выполняет каркас здания:

а) поддерживание в эксплуатационном состоянии ограждающих конструкций, которые изолируют внутренний объем здания от внешней среды;

б) поддерживание технологического оборудования (мостовые краны, осветительная арматура и др.) для бесперебойной работы технологического оборудования в процессе ведения производства в цехе (здании). Из этих функций вытекают и основные требования к каркасу: прочность, долговечность, устойчивость, жесткость, ремонтнопригодность и экономичность; в лекции преподаватель каждому из указанных требований дает определение и его роль в каркасе.

Далее лектор отмечает, что указанные функции каркаса и требования к ним находятся в определенном противоречии: долговечность каркаса при надлежащем уходе за ним и необходимость изменения технологии производства за более короткий промежуток времени, чем долговечность. С целью устранения части противоречий проектировщик совместно с технологами применяет перспективное проектирование таких зданий: с бóльшими шагами колонн, с бóльшей длиной с учетом развития производства. Таким образом обеспечивается и многофункциональное назначение здания.

9.2. Далее лектор знакомит студентов со структурой классического стального каркаса ОПЗ, включающей: поперечные рамы, состоящие из колонн и ригелей; шатер, включающий подстропильные и промежуточные стропильные фермы (при необходимости); связи по шатру и колоннам; прогоны и профнастил кровли, через которые на поперечную раму передаются вертикальные нагрузки; фахверк и стеновое ограждение, передающие на раму горизонтальные ветровые нагрузки; особое место в поперечной раме и каркасе здания занимают подкрановые конструкции под мостовые краны (все эти сведения лектор сопровождает необходимыми конструктивными схемами по ходу изложения темы).

9.3. Далее лектор раскрывает основные принципы компоновки каркаса ОПЗ: неизменяемость каркаса в процессе монтажа и при эксплуатации; устойчивость формы сжатых стержней; необходимая жесткость элементов рамы; рациональное распределение металла в каркасе; обеспечение пространственной работы каркаса; назначение мест температурных швов и последовательности компоновки каркаса:

-определение генеральных размеров (пролеты, длина здания, высота цеха);

-определение шага поперечных рам, выбор их типа;

-компоновка шатра и кровли;

-размещение связей;

-выбор типового ограждения.

Эти и другие вопросы компоновки лектор раскрывает студентам более подробно. 9.4. Типы поперечных рам лектор показывает на конкретных конструктивных схе-

мах: обозначением подвесного или опорного кранового оборудования; со схемами колонн постоянного или переменного сечений; разъясняет основные критерии выбора типа рам: по расходу стали, по деформированности колонн и ригелей, по влиянию температуры, по расходу материалов на фундаменты, по затратам на изготовление и монтаж.

9.5. Связи в каркасе ОПЗ: а) о назначении связей;

15

б) о вариантах связей между колоннами ( даются схемы таких связей); в) о вариантах связей по шатру, о нормативных требованиях к ним; г) о схемах связей по фонарям.

9.6. О списке рекомендуемой литературы для углубленного освоения компоновки стального каркаса ОПЗ (в традиционном исполнении): [8, стр. 322-326], [9, стр. 208-310], [10, стр. 266-268].

На практических занятиях выполняется задача по теме.

Тема 10. Основы статического расчета стальных поперечных рам ОПЗ, оборудованных мостовыми кранами

Здесь в связи с ограничениями в аудиторных часах лекций преподаватель в основном обозначает вопросы и где на них получить ответ:

-выбор поперечной рамы из системы каркаса (показывает на схемах);

-определение нормативных и расчетных нагрузок на поперечную раму от [8, стр.

336-340], [11, стр. 81-113]:

а) собственного веса кровли (дает варианты в таблице); б) собственного веса ригелей, колонн, связей, фонарей, стен (дает в лекции основ-

ные рекомендации); в) снега на кровлю [2]; снега на колонны;

г) мостовых кранов: вертикальные и поперечные горизонтальные нагрузки в форме сосредоточенных сил и моментов;

д) ветровой нагрузки;

-установление расчетной схемы (КЭ-модели) для определения усилий от каждого загружения; даются рекомендации по назначению жесткостей колонн и ригелей или их соотношений (в приближенных расчетах);

-основные положения по составлению расчетных сочетаний усилий (нагрузок); приводятся сравнительные результаты по традиционной (отмененной в 2011 г.) и новой методикам определения расчетных сочетаний [13],

Для более подробного освоения темы 10 лектор отсылает студентов к задачам курсового проекта и практических занятий в данном семестре.

На практических занятиях выполняется задача по теме.

Тема 11. Основы проектирования и конструктивного расчета колонн ОПЗ

11.1. Здесь вначале лектор обращает внимание студентов на то, какие расчетные сочетания следует выбирать для сплошных и сквозных участков ступенчатых колонн, для колонн постоянного сечения; показывает вероятные конструктивные схемы колонн и условиях их применения; напоминает о режимах работы кранов и их влиянии на выбор типа колонн.

11.2. Далее лектор показывает последовательность конструктивного расчета колонн и методику такого расчета:

а) определение коэффициентов расчетных длин стержней колонн постоянного сечения в плоскости рамы в зависимости от ее типа: свободная и несвободная рама; с шарнирными или жесткими верхними узлами при жестких нижних опорных узлах с учетом норм [2, стр. 50-54];

16

б) определение коэффициентов расчетных длин стержней колонн одноступенчатых в плоскости рамы: сплошного или сквозного (в нижней части) сечений, в свободных и несвободных рамах, с верхними шарнирными или жесткими узлами при жестких нижних опорных узлах;

в) определение коэффициентов расчетных длин стержней колонн из плоскости ра-

мы;

г) разъясняется методика подбора поперечного сечения (или проверка уже предварительно назначенного при расчете рамы на ЭВМ) по формулам расчета стержней колонн на устойчивость, как определяющей в работе колонн поперечных рам; здесь отдельно дается методика для участков колонн сплошного с двумя осями симметрии сечения (характерного для верхней части колонны) и с одной осью симметрии сплошного и сквозного сечений (характерных для нижней части колонн поперечных рам); поверки на устойчивость следует выполнять как в плоскости рамы, так и из ее плоскости [2, п. 9.2; 9.3]; при этом одновременно обеспечивают проверкой местную устойчивость стенок и полок элементов поперечных сечений [2, п. 9.4]; при необходимости сечения стержня колонны корректируется в нужном направлении;

д) разъясняется методика поверки стержня колонны на горизонтальные перемещения по второй группе предельных состояний от нормативных нагрузок;

е) приводится методика расчета раскосной решетки нижней сквозной части колон-

ны;

ж) обращается внимание студентов на то, что в конце конструктивных поверочных расчетов колонн рамы следует оценивать соотношение откорректированных сечений (жесткостей) с первоначально заданными в статическом расчете отдельно для верхней и нижней частей колонны: при расхождении полученных соотношений более, чем на 30% следует повторить весь статический и конструктивный расчеты поперечной рамы с новыми жесткостями и еще раз сверить соотношение жесткостей поперечных сечений.

11.3. О конструировании и расчете базы колонны Здесь лектор объясняет структуру элементов баз колонн поперечных рам ОПЗ; по-

казывает варианты (5 вариантов) конструктивных схем баз для стержней постоянного сплошного или сквозного сечений, для ступенчатых стержней сплошного или сквозного сечений; приводит методику расчета элементов базы на конкретной конструктивной схеме.

11.4. Основы конструирования и расчета узлов сопряжения верхней и нижней частей колонн поперечных рам ОПЗ в уровне низа подкрановых балок:

а) схемы узлов крайних колонн (два варианта): ступенчатых сплошного сечения и ступенчатых с верхним участком сплошного сечения и нижним участком сквозного сечения;

б) узел сопряжения верхней сплошной части стержня с нижней сквозного сечения для колонн средних рядов многопролетной рамы;

в) узлы примыкания консолей к стержням колонн постоянного сечения сплошных и сквозных для опирания подкрановых балок.

На практических занятиях выполняется задача по теме.

17

Тема 12. Основы проектирования и расчета сквозных ригелей поперечных рам ОПЗ, оборудованных мостовыми кранами

12.1. Геометрическая компоновка ригелей [8, стр. 370-373]:

а) здесь лектор приводит модульную геометрическую компоновку пролетов ригелей от 18 до 36 м, входящих в типовые серии ферм (ригелей поперечных рам) со строительными подъемами;

б) приводит схемы ригелей из гнутых прямоугольного и квадратного поперечных сечений типа «Молодечно» для поперечных рам пролетами 18; 24 и 30 м.

12.2. Основы статического и конструктивного расчетов ригелей поперечных рам

ОПЗ:

а) лектор дает методику определения узловых нагрузок на ригель рамы от вертикальных постоянных нагрузок и снега, а также горизонтальных ветровых на уровне шатра; б) если статический расчет ригеля выполнялся в составе поперечной рамы с сохранением его геометрической схемы, то и особенности расчетных сочетаний усилий на стержни ригеля аналогичны расчетным сочетаниям для колонн рамы; результаты определения расчетных сочетаний усилий в стержнях ригеля также полезно оформлять в таблич-

ной форме, например по [11, стр. 142], или лучше по [9, стр. 464-465]; в) поверочный расчет стержней ригеля проводится на прочность растянутых и

устойчивость сжатых стержней, предварительно заданных при статическом расчете поперечной рамы; корректировка сечений и связанная с ней жесткость ригеля проверяется при оценке второго предельного состояния в системы рамы;

г) при конструктивном поверочном расчете ригеля лектор обращает внимание студентов на работу опорных узлов ригеля с колоннами на фланцах: обеспечение невозможности расстройства болтового соединения от динамических воздействий;

д) для стержней ригеля с возможным сочетанием знакопеременных усилий следует учитывать работу на сжатие по устойчивости(как правило, это касается средних стержней решетки и крайних панелей нижних поясов);

е) лектор знакомит студентов с особенностями поверочных расчетов поясов при наличии внеузловых нагрузок (сжатие + изгибающий момент, растяжение + изгибающий момент).

12.3. Основы конструирования и расчета узлов сопряжения ригеля с колоннами в поперечной раме:

а) здесь лектор подробно знакомит студентов со схемами таких узлов как в шарнирных с колоннами узлах, так и в жестких;

б) приводит методику поверочных расчетов элементов опорных узлов: нижний опорный и верхний на фланцах; расчет угловых сварных швов, фланцев, растянутых болтов;

в) лектор знакомит студентов с конструктивными схемами опорных узлов ригеля с колоннами при разных вариантах поперечных сечений поясов и решетки ригелей: сварные на вертикальных накладках, сварные с горизонтальными накладками («рыбками»); с поясами из тавров, а решетка из парных уголков; с поясами из двутавров, а решетка из парных уголков или замкнутых профилей; пояса и решетка из замкнутых гнутых профилей, или из круглых труб;

18

г) лектор знакомит студентов с особенностями конструирования и расчета промежуточных узлов соединений поясов и решетки ригеля при разных типах поперечных сечений.

Тема 13. Общие сведения о металлических конструкциях в гидротехнических сооружениях.

Лектор знакомит студентов с разными видами гидротехнических сооружений и особенностями их расчета.

1)Номенклатура металлических конструкций и оборудования. Классы гидротехнических сооружений. Нормы для проектирования гидротехнических сооружений. Эксплуатационные условия. Виды стальных гидротехнических сооружений. Примеры стальных гидротехнических сооружений.

2)Выбор стали и материалов соединений для металлических конструкций гидротехнических сооружений.

3)Общие положения расчета и конструирования металлических конструкций гидротехнических сооружений. Нагрузки. Коэффициенты.

4)Классификация затворов и шлюзов. Общие принципы их конструирования и расчета.

На практических занятиях выполняется задача по теме.

Тема 14. Плоские затворы.

Лектор знакомит студентов с плоскими затворами, их компоновкой и с конструированием и расчетом элементов плоских затворов.

1)Исходные данные и выбор стали для конструирования и расчета плоских затворов.

2)Генеральные размеры и компоновка балочной клетки плоского затвора.

3)Опорно-ходовые устройства и уплотнения плоских затворов.

4)Конструирование и расчет обшивки плоских затворов.

5)Конструирование и расчет стрингеров плоских затворов.

6)Конструирование и расчет ригелей плоских затворов.

7)Местная устойчивость элементов ригелей сплошного сечения.

8)Расчет поясных швов и опорных прикреплений ригелей.

9)Конструирование и расчет связевой фермы.

На практических занятиях выполняется задача по теме.

Тема 15. Сегментные затворы.

Лектор знакомит студентов с сегментными затворами, их компоновкой и с конструированием и расчетом элементов сегментных затворов.

1)Выбор типа и материалов сегментного затвора.

2)Генеральные размеры и конструктивная схема сегментного затвора.

3)Опорные устройства и уплотнения сегментных затворов.

4)Конструирование и расчет обшивки сегментного затвора.

19

5)Конструирование и расчет стрингеров сегментного затвора.

6)Статический расчет портала сегментного затвора

7)Конструирование и расчет элементов портала сегментного затвора.

8)Конструирование и расчет диафрагм сегментного затвора

9)Конструирование и расчет основных узлов сегментного затвора.

На практических занятиях выполняется задача по теме.

Тема 16. Ворота шлюзов.

Лектор знакомит студентов с воротами шлюзов, их компоновкой и с конструированием и расчетом элементов шлюзовых ворот.

1)Типы ворот и исходные данные для их проектирования.

2)Количество ригелей и размещение их по высоте створки.

3)Расчетная нагрузка на ригели.

4)Конструирование и расчет обшивки створок ворот.

5)Конструирование и расчет стрингеров.

6)Статический расчет ригелей двухстворчатых ворот.

7)Конструирование и расчет сечения ригеля.

На практических занятиях выполняется задача по теме.

Тема 17. Листовые конструкции

Лектор знакомит студентов с разными листовых конструкций, применяемых в гидротехническом строительстве.

1)Виды листовых конструкций в гидротехническом строительстве.

2)Нагрузки и воздействия.

3)Прочность цилиндрических оболочек.

4)Устойчивость элементов трубопровода.

5)Прочность и устойчивость стенки уравнительного резервуара.

На практических занятиях выполняется задача по теме.

Тема 18. Другие виды металлических конструкций в гидротехническом строительстве

Лектор знакомит студентов с прочими видами металлических конструкций в гидротехническом строительстве.

1)Берегоукрепительные сооружения.

2)Сороудерживающие решетки.

3)Здания гидравлических и насосных станций.

4)Причалы, набережные, пирсы.

5)Переходные мостики и крановые пути.

На практических занятиях выполняется задача по теме.