металлические конструкции

В шестом издании учебника отражены задачи в области металлостроительства, выдвинутые XXVI съездом КПСС и последующими пленумами ЦК КПСС.

Принятые в прежних изданиях основные методические положения учебника и его структура, разработанные под научным руководством Героя Социалистического Труда, члена-корреспондента АН СССР, доктора технических наук, профессора Н. С. Стрелецкого, сохранены.

Содержание учебника соответствует программе курса «Металлические конструкции», читаемого в строительных вузах по специальности 1202.

При переработке книги учтены требования главы СНиП 11-23-81 «Стальные конструкции» (с изменением, утвержденным постановлением Госстроя СССР от 25 июля 1984 г.), а также инструктивно-нормативных документов, изданных за последние 10 лет.

В настоящем издании учебника по согласованию с Минвузом СССР сохранена система обозначений индексов буквами русского алфавита, принятая в ГОСТах, справочной и научно-технической литературе по строительству и в других областях народного хозяйства. Сохранение этой системы обозначений находится в соответствии с разъяснениями Госстандарта СССР и Госстроя СССР о том, что СТ СЭВ 1565-79 «Нормативно-техническая документация в строительстве. Буквенные обозначения» не распространяется на учебную и научно-техническую литературу.

В книге акцентировано внимание на необходимости экономии стали в строительстве: замене ее, где это экономически целесообразно, другими металлами, применении низколегированных и высокопрочных сталей, а также на использовании наиболее рациональных конструктивных форм и методов расчета. Вопросы технологичности конструкций учитываются при рассмотрении возможных конструктивных форм во всех разделах.

Учебник состоит из введения и шести разделов.

Во введении приведена краткая история развития металлических конструкций в СССР, рассказано о вкладе ученых в эту область исследований; обращено внимание на особенности металлических конструкций и их применение.

Первый раздел посвящен основам проектирования металлических конструкций. Описаны применяемые в строительстве марки стали и их свойства, рассмотрены преимущества низколегированных и высокопрочных сталей. Приведены основные положения методики расчета по предельным состояниям, акцентируется внимание на работе конструкций за пределами упругости материала, проблемах устойчивости и хрупкого разрушения; освещены методы конструирования и расчета новых эффективных конструктивных элементов: бистальных, предварительно напряженных и перфорированных балок, трубобетонных колонн, ферм с использованием широкополочных балок, труб н гнутых профилей и пр.

Во второй раздел вошли значительно обновленные и приведенные в соответствие с современными конструктивными и компоновочными решениями сведения по проектированию стальных каркасов производственных зданий. Введена глава о реконструкции каркасов производственных зданий.

Третий раздел содержит дайные о проектировании конструкций больших пролетов и каркасов многоэтажных зданий, а также пространственных систем покрытий зданий. Этот раздел обновлен за счет включения сведений о сооружениях Олимпиады-80 и других уникальных сооружениях, построенных за последние годы.

Четвертый раздел заново систематизирован. Здесь приведены сведения по проектированию листовых конструкций: резервуаров, газгольдеров и бункеров. Увеличена расчетная часть.

Пятый раздел также значительно обновлен. В нем содержатся сведения по проектированию мачт, башен и опор линий электропередачи (ВЛ).

В шестом разделе рассмотрена структура образования стоимости металлических конструкций и методика определения их трудоемкости и стоимости на стадии проектирования.

Главы 1, 4, 8, 9, 17, 18, 20 написаны д-ром техн. наук, проф. Е. И. Беленя; гл. 2 и 3 -д-ром техн. иаук, проф. В. А. Балдиным; 5-7 и 19 - канд. техн. наук, проф. Г. С. Ведениковым; гл. 10, 11, 12 и 16 -канд. техн. наук, доц. Б. Н. Кошутиным; гл. 13, 14 и 15 -канд. техн. наук, доц. Б. Ю. Уваровым; гл. 21-24 -канд. техн. наук, доц. А. Б. Пуховским; гл. 25, 26 и 27 - канд. техн. наук, доц. Т. Н. .Морачевским; гл. 28 -канд. техи. наук Д. Н. Стрелецким.

Глава 1. ВВЕДЕНИЕ

§ 1. КРАТКАЯ история развития МЕТАЛЛИЧЕСКИХ конструкции

в ссср

Понятие «металлические конструкции» объединяет в себе их конструктивную форму, технологию изготовления и способы монтажа. Уровень развития металлических конструкций определяется, с одной стороны, потребностями в них народного хозяйства, а с другой - возможностями технической базы: развитием металлургии, металлообработки, строительной науки и техники. Исходя нз этих положений история развития металлических конструкций может быть разделена на пять периодов.

Первый период (от XII в. до начала XVII в.) характеризуется применением металла в уникальных по тому времени сооружениях (дворцах, церквах и т. п.) в виде затяжек н скреп для каменной кладки. Затяжки выковывали из кричного железа и скрепляли через проушины на штырях. Одной из первых таких конструкций являются затяжки Успенского собора во Владимире (1158 г.). По зрелости конструктивного решения выделяется металлическая конструкция, поддерживающая каменный потолок над коридором между притворами Покровского собора- храма Василия Блаженного (1560 г.) (рис. 1.1). Это первая известная нам конструкция, состоящая из стержней, работающих на растяжение, изгиб и сжатие.

Затяжки, поддерживающие потолок в этой конструкции, укреплены для облегчения работы на изгиб подкосами. Поражает, что уже в те времена конструктор знал, что для затяжек, работающих на изгиб, надо применять полосу, поставленную на ребро, а подкосы, работающие на сжатие, лучше делать квадратного сечения.

Второй период (от начала XVII в. до конца XVIII в.) связан с при-мененне.м. наклонных металлических стропил и пространственных купольных конструкций («корзинок») глав церквей (рис. 1.2). Стержни конструкций выполнены из кованых брусков и соединены на замках и скрепах горновой сваркой. Конструкции такого типа сохранились до наших дней. Примерами служат перекрытия пролетом 18 м над трапезной Троицко-Сергиевского монастыря в Загорске (1696-1698 гг.), перекрытие Большого Кремлевского дворца в Москве (1640 г.), каркас купола колокольни Ивана Великого (1603 г.), каркас купола Казанского собора в Ленинграде пролетом 15 м (1805 г.) и др.

Третий период (от начала XVIII в. до середины XIX в.) связан с освоением процесса литья чугунных стержней и деталей. Строятся чугунные мосты и конструкции перекрытий гражданских и промышленных зданий. Соединения чугунных элементов осуществляются на замках или болтах. Первой чугунной конструкцией в России считается перекрытие крыльца Невьянской башни па Урале (1725 г.). В 1784 г. в Петербурге был построен первый чугунный мост. Совершенства чугунные конструкции в России достигли в середине XIX столетия. Уникальной чугунной конструкцией 40-х годов XIX в. является купол Исаакиевского собора (рис. 1.3), собранный из отдельных косяков в виде сплошной оболочки. Конструкция купола состоит из верхней конической части, поддерживающей каменный барабан, венчающий собор, и нижней, более пологой части. Наружная оболочка купола с помощью легкого железного каркаса опирается на чугунную конструкцию.

Чугунная арка пролетом 30 м применена в перекрытии Александрийского театра в Петербурге (1827-1832 гг.).

В 50-х годах XIX в. в Петербурге был построен Николаевский мост с восемью арочными пролета.мн от 33 до 47 м, являющийся самы.м крупным чугунным мостом мира. В этот же период наслонные стропила

f*ifc 1 1 Кппстр\"Цип перекрытия коридора ь iloKpoackOM tuuope (Москва, XVi б )

Рис !.2. Металлические конструкции XV U в

и - на¥лойьые стропила, б - каркас купола, в - узел каркаса

постепенно трансформируются в смешан-Hiiie железочугунные треугольные фермы (рис. 1.4).

В фермах сначала не было раскосов (см. рис. 1.4,а), они появились в конце рассматриваемого периода (см. рис. 1.4, б). Сжатые стержни фер.м часто выполняли из чугуна, а растянутые - из железа. В узлах элементы соединялись через проуишны на болтах. Отсутствие в этот период прокатного н профильного металла ограничивало конструктивную форму железны.х стержней прямоугольным или круглым сечением. Однако преимущества фасонного профиля уже были поняты н стержни уголкового или швеллерного сечения изготовляли гнутьем или ковкой нагреты.ч полос.

Четвертый период (с 30-х годов XIX в. до 20-х годов XX в.) связан с быстрым техническим прогрессом во всех областях техники того времени и, в частности, в металлургии и металлообработке.

В начале XIX в. кричный процесс получения железа был заменен более совершенным-пудлингованием, а в конце 80-х годов- выплавкой железа из чугуна в мартеновских и конверторных цехах. Наряду с уральской базой была создана в России южная база металлургической промышленности. В 30-х годах .XIX в. появились заклепочные соединения, чему способствовало изобретение дыропробивного пресса; в 40-х годах был освоен процесс получен1гя профильного металла и прокатного листа. В течение ста последующих лет все стальные конструкции изготовлялись клепаными. Сталь почти нолностью вытеснила из стро-

Рис. 1.3. Купол Исчакиевского собора в Лснишраде {4U-e юды XIX в.)