- •Укажите особенности расчета изгибаемых стальных элементов: область их применения, расчетные схемы конструкций, эпюры усилий, расчет на прочность, расчет по 2-й группе предельных состояний.
- •Укажите достоинства и недостатки соединений на сварке, виды сварных соединений, типы сварных швов. Приведите формулы расчета стыковых и угловых швов.
- •Перечислите виды каменных и армокаменных конструкций и материалы, применяемые для их возведения, укажите требования к ним.
- •Укажите особенности расчета центрально-сжатых каменных элементов: область применения, расчет на прочность и устойчивость.
- •У кажите особенности расчета элементов конструкций из дерева: схема работы, область применения и расчетные формулы центрально-растянутых, центрально-сжатых, изгибаемых элементов.
- •Укажите особенности расчета железобетонных тавровых сечений: схема усилий и эпюра напряжений в поперечном сечении, расчетная ширина свесов полки, два случая расчета, расчетные формулы.
- •Дайте определение естественным и искусственным основаниям и фундаментам, укажите требования, предъявляемые к ним. Приведите классификацию грунтов.
Перечислите виды строительных конструкций. Укажите требования, предъявляемые к ним на стадиях проектирования, изготовления, транспортирования, монтажа и эксплуатации. Дайте определения понятиям «унификация» и «стандартизация» в строительстве.
Виды строительных конструкций:
Фундаменты (ленточные, столбчатые, свайные, сплошная плита под здание).
Перекрытия и покрытия:
а) из железобетона:
- по способу устройства - сборные, монолитные, сборно-монолитные;
- по конструктивному решению – балочные (сборные и монолитные главные и второстепенные балки, плиты), безбалочные (с капителями), плитные (сплошные, многопустотные и ребристые панели), кессонного типа;
б) по деревянным балкам;
в) по стальным балкам.
Опоры (деревянные стойки, железобетонные и стальные колонны, каменные и армокаменные столбы).
Лестничные марши и площадки (железобетонные, по деревянным и стальным косоурам).
Стены (железобетонные сборные (стеновые панели) и монолитные), каменные, деревянные.
Большепролетные конструкции (фермы, оболочки, арки, пространственные стержневые системы).
Требования к строительным конструкциям:
Прочность – способность материала сопротивляться внешним силовым воздействиям.
Жесткость – сопротивляемость деформациям (прогибам или поворотам).
Устойчивость – сохранение формы конструкции.
Долговечность – неизменяемость физико-механических свойств и других эксплуатационных качеств в течение заданного срока службы.
Надежность – способность конструкции сохранять свои эксплуатационные свойства в течение всего срока службы сооружения, а также в период ее транспортировки и монтажа.
Огнестойкость – характеризуется пределом огнестойкости, т.е. сопротивлением воздействию огня (в часах) до потери прочности или устойчивости.
Необходимая теплоизоляция – для ограждающих конструкций.
Возведение индустриальными методами – изготовление унифицированных типовых конструкций в заводских условиях с последующей установкой и сборкой на строительной площадке.
Экономичность – суммарная стоимость строительных конструкций должна быть минимальной.
Архитектурная выразительность.
При проектировании строительных конструкций должны быть учтены нагрузки, возникающие при изготовлении, транспортировке и монтаже конструкций (например, колонна при эксплуатации работает как центрально- или внецентренно сжатая, при транспортировке – на изгиб, при монтаже – на растяжение).
Унификация предполагает приведение многообразных видов типовых деталей к ограниченному числу определенных типов, единообразных по форме и размерам. При этом в массовом строительстве унифицируют не только размеры деталей и конструкций, но и основные их свойства (несущая способность, тепло- и звукоизоляционные свойства для панелей ограждения). Унификация деталей должна обеспечивать взаимозаменяемость и универсальность.
Стандартизация - наиболее совершенные типовые детали и конструкции утверждаются в качестве стандартов, т.е. образцов строго определенной формы, размеров и качества, обязательных как при проектировании, так и при заводском изготовлении. Документы, содержащие все данные о стандартах, называются ГОСТами, несоблюдение которых преследуется законом.
Дайте определение понятию «предельное состояние конструкции». Укажите цели расчета строительных конструкций по первой и второй группам предельных состояний. Укажите цели расчета оснований по первой и второй группам предельных состояний. Приведите примеры.
Предельным состоянием называется такое состояние конструкции, когда она перестает удовлетворять заданным требованиям эксплуатации или изготовления.
СНБ и СНиП предусматривают две группы предельных состояний:
- первая – по потере несущей способности или полной непригодности к эксплуатации;
Должно выполняться условие N ≤ Ф,
где N – расчетные максимально возможные усилия, зависят от нагрузки, конструктивной схемы, способов соединения конструкций и т.д.;
Ф – наименьшая возможная несущая способность сечения элемента, зависит от прочностных свойств материала конструкции, формы и размеров сечения.
- вторая – по непригодности к нормальной эксплуатации (без ограничений и внеочередного ремонта).
Должно выполняться условие f ≤ fu,
где f – определенная из расчета деформация конструкции (перемещение, осадка, угол поворота сечения, прогиб и т.д.);
fu – предельная деформация конструкции, определяемая по СНБ или СНиП.
Цель расчета строительных конструкций по предельным состояниям первой группы – исключить возможность хрупкого, пластичного или усталостного разрушения конструкции, потери устойчивости формы (продольный изгиб) или положения в пространстве (опрокидывание, скольжение), вследствие чрезмерного раскрытия трещин в железобетоне.
Цель расчета строительных конструкций по предельным состояниям второй группы – не допустить возникновения чрезмерных деформаций и перемещений в конструкциях (прогибы, углы поворота, амплитуды колебания), а также образования и раскрытия трещин в железобетоне.
Цель оснований по предельным состояниям первой группы – не допустить наступления предельного состояния вследствие потери несущей способности.
Ц ель расчета оснований по предельным состояниям второй группы - не допустить возникновения чрезмерных осадок.
Например, подкрановая балка, оставаясь прочной и надежной в работе, может прогнуться больше, чем установлено нормами. Вследствие этого мостовому крану с грузом требуются дополнительные усилия, создается дополнительная нагрузка на его узлы, и ухудшаются условия нормальной эксплуатации.
Другой пример: при прогибе деревянных оштукатуренных поверхностей (потолка) более чем на 1/300 длины пролета начинает отпадать штукатурка. Прочность балки при этом не исчерпывается, но нарушаются нормальные бытовые условия, и может возникнуть опасность для здоровья и жизни людей. К аналогичным последствиям может привести чрезмерное раскрытие трещин, которые допустимы в железобетонных и каменных конструкциях, но ограничиваются нормами.
Приведите классификацию нагрузок и воздействий, действующих на конструктивные элементы и основания. Дайте определения понятию «грузовая площадь». Приведите примеры определения грузовой площади основных конструктивных элементов здания: плит перекрытия, балок, колонн, ленточных и столбчатых фундаментов.
Классификация нагрузок и воздействий:
Постоянные (вес несущих и ограждающих конструкций, вес и давление грунтов).
Временные:
а) длительные (вес стационарного оборудования; вес жидкостей, газов и сыпучих тел; нагрузки на перекрытие архивов, нагрузки от людей, животных, оборудования на перекрытия жилых, общественных и сельскохозяйственных зданий с пониженными нормативными значениями);
б) кратковременные (нагрузки от людей, животных, оборудования на перекрытия жилых, общественных и сельскохозяйственных зданий с полными нормативными значениями; ветровые, гололедные);
в) особые (сейсмические воздействия; взрывные воздействия; нагрузки, вызываемые резкими нарушениями технологического процесса, временной неисправностью или поломкой оборудования).
Грузовая площадь – геометрическая площадь, с которой собирается нагрузка на рассчитываемую конструкцию.
Охарактеризуйте область применения металлических конструкций в современном строительстве. Перечислите преимущества и недостатки металлоконструкций. Укажите способы повышения долговечности металлоконструкций, перспективы дальнейшего развития металлических конструкций в строительстве.
Область применения металлических конструкций – в зданиях и сооружениях различных типов с большими нагрузками (мостовые краны грузоподъемностью более 30 т), пролетами (более 30 м) и значительной высотой (высота колонн более 16 м).
Преимущества металлоконструкций:
1. Высокая надежность и долговечность вследствие их однородности и изотропности.
2. Высокая прочность, способность при малых сечениях воспринимать большие усилия.
3. Малая деформативность (модуль упругости стали Ест=2,06105 МПа – самый высокий из строительных материалов)
4. Высокая транспортабельность
5. Сплошность материала и герметичность соединений.
6. Индустриальность изготовления.
7. Высокая скорость монтажа благодаря простоте сварных и болтовых соединений.
Недостатки металлоконструкций:
1. Подверженность коррозии и как следствие повышение эксплуатационных расходов. Ежегодно теряется около 10% общего количества выплавляемых черных металлов.
2. Низкая огнестойкость (при t4000С для сталей и t2000С для Al сплавов начинается ползучесть металлов – развитие пластических деформаций при постоянной нагрузке).
3. Высокая стоимость.
Способы повышения долговечности металлоконструкций:
Способы защиты от коррозии:
1) конструктивные мероприятия;
2) введение легирующих добавок;
3) нанесение металлических покрытий на поверхность (гальваническим способом, горячим способом, металлизацией);
4) плакирование;
5) нанесение лакокрасочных покрытий.
Меры повышения огнестойкости:
- экранирование;
- окраска специальными самовспенивающимися от высоких температур лакокрасочными покрытиями;
- облицовка кирпичом;
- оштукатуривание наружных поверхностей;
- устройство спринклерного оборудования.
Перспективы дальнейшего развития металлических конструкций:
расширение применения высокопрочных сталей, алюминиевых сплавов, атмосферостойких сталей, более эффективных профилей;
изготовление типовых конструкций на автоматизированных поточных линиях;
использование новых типов соединений, ускоряющих монтаж;
использование быстровозводимых складывающихся систем – куполов, тентовых конструкций, ферм-структур;
применение предварительно напряженных конструкций;
укрупнение монтажных элементов с привлечением для их монтажа вертолетов.
Охарактеризуйте механические свойства стали: прочность, упругость, пластичность. Изобразите диаграмму зависимости между напряжениями и относительными удлинениями центрально-растянутого элемента. Дайте определения понятиям: «предел пропорциональности», «предел упругости», «предел текучести», «предел прочности».
Прочность – способность стали сопротивляться внешним силовым воздействиям.
Упругость – свойство материала полностью восстанавливать свои первоначальные размеры после снятия внешней нагрузки.
Пластичность – способность материала получать остаточные деформации после снятия внешних нагрузок.
Диаграммы «напряжение σ (МПа)– деформация ε (%):
а – малоуглеродистой стали; б – низколегированной стали.
Относительное удлинение при разрыве характеризует пластичность металла и определяется по формуле
где l0 и lk – соответственно длина образца до и после разрыва.
Пределом пропорциональности p называют наибольшее напряжение, при котором остается справедливым закон Гука = Е , где Е = tg - модуль упругости.
Предел упругости – наибольшее напряжение, при котором образец полностью восстанавливает первоначальные размеры после снятия нагрузки.
Для большинства сталей пределы пропорциональности и упругости практически совпадают.
Предел текучести y – напряжение, при котором начинают развиваться пластические деформации, а на диаграмме появляется площадка текучести.
Предел прочности u– напряжение, равное отношению наибольшей силы к первоначальной площади поперечного сечения образца, при котором образец начинает разрушаться.
Укажите особенности расчета центрально-растянутых элементов металлических конструкций: определение центрально-растянутого элемента, схема работы, область применения, расчет на прочность. Понятие о гибкости центрально-растянутого элемента, причины ее ограничения. Понятие о предельно допустимой гибкости, ее значения для различных конструкций.
Центрально растянутыми элементами считаются такие, в которых точка приложения и направление растягивающей силы совпадают с линией, проходящей через центр тяжести поперечного сечения стержня (ось элемента).
Схема работы:
а — центрально растянутый элемент;
б — то же, ослабленный.
Область применения – затяжки арок, подвески, растянутые раскосы и пояса стропильных, подстропильных и связевых ферм
Расчет на прочность:
Для конструкций, работа которых возможна после достижения металлом предела текучести, расчет следует выполнять по формуле:
где Аn — площадь поперечного сечения нетто. В элементах, ослабленных отверстиями (для заклепок или болтов), в расчет следует вводить площадь поперечного сечения нетто, то есть за вычетом площади ослабления Аn=А-Ао (схема работы б).
Гибкость центрально-растянутого элемента:
где lef — эффективная длина элемента, зависящая от условий закрепления и других факторов; i —радиус инерции сечения.
Рассчитанная по формуле гибкость не должна превышать предельно допустимой гибкости . Это объясняется тем, что очень гибкие элементы под действием собственного веса могут провисать, а при динамических воздействиях испытывать колебания с большой амплитудой.
При статических нагрузках предельная гибкость в зависимости от типа элементов конструкций не должна превышать 300…400, а при динамических нагрузках – 150…350.
Укажите особенности расчета центрально-сжатых стальных элементов: определение центрально-сжатого элемента, схема работы, область применения, расчет на прочность и устойчивость. Дайте понятие о расчетной длине сжатых элементов, коэффициенте продольного изгиба, понятие о гибкости, предельной гибкости.
Ц ентрально-сжатыми элементами считаются такие, в которых точка приложения и направление сжимающей силы совпадают с линией, проходящей через центр тяжести поперечного сечения стержня (ось элемента).
Схема работы:
а — центрально сжатый элемент;
б — то же, ослабленный.
Область применения – стойки, колонны, центрально сжатые элементы стропильных и подстропильных ферм, стержни пространственных конструкций.
Сжатые элементы стальных конструкций рассчитывают на устойчивость и прочность (в том случае, если сечение элемента ослаблено отверстиями).
Расчет на прочность выполняют по формуле
где N – расчетная продольная сила при сжатии, An – площадь поперечного сечения нетто (определяется как для центрально-растянутого элемента), Ry – расчетное сопротивление стали по пределу текучести (таб. 51), γс – коэффициент условий работ).
Устойчивость центрально сжатого элемента рассчитывают по формуле
где φ— коэффициент продольного изгиба, учитывающий уменьшение расчетного сопротивления для предотвращения выпучивания стержня при упругой работе металла;
λ - гибкость стержня; А - площадь поперечного сечения.
Гибкость находят из выражения λ = lef /i,
где lef - расчетная длина элемента, зависящая от условий закрепления и определяемая по формуле lef = µl, где l – геометрическая длина стержня, µ - коэффициент, зависящий от способов закрепления концов стержня:
Схемы изгиба стержней при различных способах закрепления
Схемы закрепления концов стержней |
|
|
|
|
|
Коэффициент µ |
µ = 1,0 |
µ = 0,7 |
µ = 0,5 |
µ = 2,0 |
µ -зависит от степени подвижности опоры |
Гибкость центрально-сжатого элемента λ не должна превышать предельного значения [λ], определяемого по таб. 19 СНиП II-23-81* Стальные конструкции.
Укажите особенности расчета изгибаемых стальных элементов: область их применения, расчетные схемы конструкций, эпюры усилий, расчет на прочность, расчет по 2-й группе предельных состояний.
Область применения – балочные элементы конструкций в покрытиях и междуэтажных перекрытиях гражданских, сельскохозяйственных, производственных зданий и других сооружений.
Изгибаемые элементы рассчитываются по 1-му предельному состоянию на прочность и устойчивость и по 2-му предельному состоянию — по прогибам. Расчет по 1-му предельному состоянию ведется на действие расчетных нагрузок, по 2-му — на действие нормативных нагрузок. При расчетах изгибаемых элементов может учитываться как упругая, так упруго-пластическая стадия работы металла.
q
Qmax = ql/2
Mmax = ql2/8
Определение нагрузки на Расчетная схема изгибаемого элемента
изгибаемый элемент
Расчет прочности по нормальным напряжениям выполняют по формуле Rу с
Расчет прочности балки на сдвиг в уровне расположения нейтральной оси выполняют по условию
где Wx – момент сопротивления элемента с учетом ослаблений относительно оси х;
Q – значение поперечной силы в рассматриваемом сечении;
S – статический момент относительно нейтральной оси отсеченной части сечения, расположенной выше точки, в которой определяют напряжения;
I – момент инерции сечения относительно нейтральной оси;
t – ширина сечения в точке, где вычисляют напряжения.
Расчет по 2-й группе предельных состояний (на жесткость) выполняют по формуле
,
где - предельно допустимое значение прогиба (таб. 40[1]), для второстепенных балок - , для главных балок -
Укажите достоинства и недостатки соединений на сварке, виды сварных соединений, типы сварных швов. Приведите формулы расчета стыковых и угловых швов.
Достоинства – меньшая масса, отсутствие ослаблений в стыках (нет отверстий для заклепок и болтов), более простые конструктивные формы, полная герметизация, экономия металла, меньшая трудоемкость, создание рациональных поперечных сечений элементов.
Недостатки – появление сварочных напряжений и деформаций, концентрация напряжений в основном металле в местах расположения сварных швов, вероятность хрупкого разрушения под действием низких температур и динамических нагрузок.
Виды сварных соединений: а) стыковые, б) внахлестку, в) комбинированные, г) соединения впритык.
а ) б)
в) г) Соединение впритык: а) тавровое; б) угловое
Типы сварных швов:
а) стыковые и угловые;
б) швы, расположенные вдоль усилия, называются фланговыми, поперек — фронтальными;
в) заводские (на заводе-изготовителе) и монтажные (на стройплощадке);
г) рабочие (подлежат расчету на прочность) и связующие (назначают конструктивно).
Расчет стыкового сварного шва:
где lω - расчетная длина шва; lω = l – 2t (рис. 6) (при сварке с технологическими планками
lω = l); t - расчетная толщина шва, равная наименьшей толщине соединяемых элементов;
Rωy - расчетное сопротивление стыкового шва; γс - коэффициент условий работы - см. табл. 6 СНиП II- 23-81*.
Расчет углового сварного соединения:
а) по металлу шва
б) по границе сплавления
где βf ,βz – коэффициенты, зависят от вида сварки; γwf, γwz— коэффициенты условий работы шва; lw — расчетная длина шва, принимаемая меньше его полной длины на 10 мм; Rwf — расчетное сопротивление углового шва; Rwz — расчетное сопротивление углового шва при расчете по границе сплавления.