Дайте определение строительных конструкций. Строительные конструкции

• Название: Строительные конструкции
• Анкор: Дайте определение строительных конструкций.docx
• Дата: 21.01.2018
• Размер: 1.27 Mb.
• Имя файла: Дайте определение строительных конструкций.docx
• Тип: Документы; #14703

1. 
   Дайте определение строительных конструкций. Каковы основные задачи расчета строительных конструкций?
   

Строительные конструкции

понятие Строительные конструкции - определение

Строительные (см. Строитель) конструкции, несущие и ограждающие конструкции зданий и сооружений. Классификация и области применения.

Полная информация о понятии Строительные конструкции

Согласно общепринятому определению, Строительные (см. Строитель) конструкции, несущие и ограждающие конструкции зданий и сооружений. Классификация и области применения. Разделение С. к. по функциональному назначению на несущие и ограждающие в значительной мере условно. Если такие конструкции, как арки, фермы или рамы, являются только несущими, то панели стен и покрытий, оболочки, своды, складки и т.п. обычно совмещают ограждающие и несущие функции, что отвечает одной из важнейших тенденций развития современных С. к. В зависимости от расчётной схемы несущие С. к. подразделяют на плоские (например, балки, фермы, рамы) и пространственные (оболочки, своды, купола и т.п.). Пространственные конструкции характеризуются более выгодным (по сравнению с плоскими) распределением усилий и, соответственно, меньшим расходом материалов; однако их изготовление и монтаж во многих случаях оказываются весьма трудоёмкими. Новые типы пространственных конструкций, например т. н. структурные конструкции из прокатных профилей на болтовых соединениях, отличаются как экономичностью, так и сравнительной простотой изготовления и монтажа. По виду материала различают следующие основные типы С. к.: бетонные и железобетонные (см. Железобетонные конструкции и изделия), стальные конструкции, каменные конструкции, деревянные конструкции. Бетонные (см. Бетон) и железобетонные конструкции - наиболее распространённые (как по объёму, так и по областям применения). Для современного строительства особенно характерно применение железобетона в виде сборных конструкций индустриального изготовления, используемых при возведении жилых, общественных и производственных зданий и многих инженерных сооружений. Рациональные области применения монолитного железобетона - гидротехнические сооружения, дорожные и аэродромные покрытия, фундаменты под промышленное оборудование, резервуары, башни, элеваторы и т.п. Специальные виды бетона и железобетона используют при строительстве сооружений, эксплуатируемых при высоких и низких температурах или в условиях химически агрессивных сред (тепловые агрегаты, здания и сооружения чёрной и цветной металлургии, химической промышленности и др.). Уменьшение массы, снижение стоимости и расхода материалов в железобетонных конструкциях возможны на основе использования высокопрочных бетонов и арматуры, роста производства предварительно напряженных конструкций, расширения областей применения лёгких и ячеистых бетонов. Стальные (см. Сталь) конструкции применяются главным образом для каркасов большепролётных зданий и сооружений, для цехов с тяжёлым крановым оборудованием, домен, резервуаров большой ёмкости, мостов, сооружений башенного типа и др. Области применения стальных и железобетонных конструкций в ряде случаев совпадают. При этом выбор типа конструкций производится с учётом соотношения их стоимостей, а также в зависимости от района строительства и местонахождения предприятий строительной индустрии. Существенное преимущество стальных конструкций (по сравнению с железобетонными) - их меньшая масса. Этим определяется целесообразность их применения в районах с высокой сейсмичностью, труднодоступных областях Крайнего (см. Край) (см. Кра) Севера (см. Север), пустынных и высокогорных районах и т.п. Расширение объёмов применения сталей высокой прочности и экономичных профилей проката, а также создание эффективных пространственных конструкций (в т. ч. из тонколистовой стали) позволят значительно снизить вес зданий и сооружений.Основная область применения каменных конструкций - стены и перегородки. Здания из кирпича, природного камня, мелких блоков и т.п. в меньшей степени удовлетворяют требованиям индустриального строительства, чем крупнопанельные здания (см. в статье Крупнопанельные (см. Круп) конструкции). Поэтому их доля в общем объёме строительства постепенно снижается. Однако применение высокопрочного кирпича, армокаменных и т. н. комплексных конструкций (каменных конструкций, усиленных стальной арматурой или железобетонными элементами) позволяет значительно увеличить несущую способность зданий с каменными стенами, а переход от ручной кладки к применению кирпичных и керамических панелей заводского изготовления - существенно повысить степень индустриализации строительства и снизить трудоёмкость возведения зданий из каменных материалов.Основное направление в развитии современных деревянных конструкций - переход к конструкциям из клеёной древесины. Возможность индустриального изготовления и получения конструктивных элементов необходимых размеров посредством склеивания определяет их преимущества по сравнению с деревянными конструкциями др. видов. Несущие и ограждающие клеёные конструкциинаходят широкое применение в с.-х. строительстве.В современном строительстве значительное распространение получают новые типы индустриальных конструкций - асбестоцементные изделия и конструкции, пневматические строительные конструкции, конструкции из лёгких сплавов и с применением пластических масс. Их основные достоинства - низкая удельная масса и возможность заводского изготовления на механизированных поточных линиях. Лёгкие (см.Лёгкие) трёхслойные панели (с обшивками из профилированной стали, алюминия, асбестоцемента и с пластмассовыми утеплителями) начинают применяться в качестве ограждающих конструкций взамен тяжёлых железобетонных и керамзитобетонных панелей.Требования, предъявляемые к С. к. С точки зрения эксплуатационных требований С. к. должны отвечать своему назначению, быть огнестойкими и коррозиеустойчивыми, безопасными, удобными и экономичными в эксплуатации. Масштабы и темпы массового строительства предъявляют к С. к. требования индустриальности их изготовления (в заводских условиях), экономичности (как по стоимости, так и по расходу материалов), удобства транспортировки и быстроты монтажа на строительном объекте. Особое значение имеет снижение трудоёмкости - как при изготовлении С. к., так и в процессе возведения из них зданий и сооружений. Одна из важнейших задач современного строительства - снижение массы С. к. на основе широкого применения лёгких эффективных материалов и совершенствования конструктивных решений.Расчёт (см. Расчёт) с. к. Строительные (см. Строитель) конструкции должны быть рассчитаны на прочность, устойчивость и колебания. При этом учитываются силовые воздействия, которым конструкции подвергаются при эксплуатации (внешние нагрузки, собственный вес), влияние температуры, усадки, щения опор и т.д., а также усилия, возникающие при транспортировке и монтаже С. к. В СССР (см. СССР) основным методом расчёта С. к. является метод расчёта по предельным состояниям, утвержденный Госстроем СССР (см. СССР) для обязательного применения с 1 января 1955. До этого С. к. рассчитывали в зависимости от применяемых материалов по допускаемым напряжениям (металлические и деревянные) или по разрушающим усилиям (бетонные, железобетонные, каменные и армокаменные). Главный недостаток этих методов - использование в расчётах единого (для всех действующих нагрузок) коэффициента запаса прочности, не позволявшего правильно оценивать величину изменчивости различных по своему характеру нагрузок (постоянных, временных, снеговых, ветровых и т.д.) и предельную несущую способность конструкций. Кроме того, метод расчёта по допускаемым напряжениям не учитывал пластической стадии работы конструкции, что приводило к неоправданному перерасходу материалов.При проектировании того или иного здания (сооружения) оптимальные типы С. к. и материалы для них выбираются в соответствии с конкретными условиями строительства и эксплуатации здания, с учётом необходимости использования местных материалов и сокращения транспортных расходов. При проектировании объектов массового строительства, как правило, применяются типовые С. к. и унифицированные габаритные схемы сооружений.

14.  Какая основная характеристика бетона оценивается его проектным классом?

При проектировании бетонных и железобетонных конструкций назначают требуемые характеристики бетона: класс (марки) бетона по прочности, морозостойкости и водонепроницаемости.

За проектные марки бетона по прочности на сжатие принимают сопротивление сжатию (кгс/см2) эталонных образцов-кубов.

Проектные марки бетона по морозостойкости характеризуется числом циклов попеременного замораживания и оттаивания, которое выдерживают образцы в условиях стандартного испытания. Назначается для бетона, подвергающегося многократному воздействию отрицательных температур.

Проектные марки бетона по водонепроницаемости характеризуется односторонним гидростатическим давлением (кгс/см2), при котором образцы бетона не пропускают воду в условиях стандартного испытания. Назначается для бетона, к которому предъявляются требования по плотности и водонепроницаемости.

Проектные марки бетона по прочности на сжатие контролируют путем испытания стандартных бетонных образцов: для всех конструкций в возрасте 28 суток.

Завод-изготовитель гарантирует набор прочности бетона в заданные сроки не ниже требуемой. (Стандартно 28 суток для всех видов бетонов, но по согласованию с заказчиком сроки могут изменяться)

Прочность бетона определяют путем испытания образцов , которые изготовляют сериями; серия, как правило, состоит из трех образцов.

Однородность прочности и класс бетона.

Бетон должен быть однородным - это важнейшее техническое и экономическое требование. Для оценки однородности данной марки бетона используют результаты контрольных испытаний бетонных образцов за определенный период времени, имеется в виду, что стандартные образцы твердели в одинаковых условиях одно и то же время. Прочность бетонных образцов будет колебаться, отклоняясь от среднего значения в большую и меньшую стороны. На прочности сказываются колебания в качестве цемента и заполнителей, состав бетона (точность дозирования составляющих), тщательность приготовления бетонной смеси и другие факторы.

Для повышения его однородности в состав бетона должны входить цемент и заполнители только гарантированного качества, также необходимо учитывать уровень технологической дисциплины и автоматизации производства.

Следовательно, для нормирования прочности необходимо использовать стандартную характеристику, которая гарантировала бы получение бетона заданной прочности с учетом возможных ее колебаний. Такой характеристикой является класс бетона.

Класс бетона - это прочность бетона при сжатии, принимаемая с гарантированной обеспеченностью 0,95. Это значит, что установленное классом свойство обеспечивается не менее чем в 95 случаях из 100 и лишь в 5-ти случаях можно ожидать его не выполненным.

25.  Перечислите основные способы соединения элементов в металлических конструкциях и проиллюстрируйте их примеры эскизами.

Основные виды соединений стальных конструкций.

Основным видом заводских соединений стальных конструкций являются сварные соединения. Сварка до 20 % снижает трудоемкость изготовления, упрощает конструкцию в сравнении с заклепочным соединением. Время создания сварки относят к 1939-40 г. (предвоенный период – до этого применялись заклепочные соединения). 

Но возникающие внутренние остаточные напряжения от сварки, суммируясь с напряжениями от действия сил на элемент, усложняют напряженное состояние сварного соединения. В частности, при сварке толстых элементов возникает объемное напряженное состояние, особенно опасное при действии. динамических нагрузок и низких температур, когда оно способствует хрупкому разрушению соединения. В строительных конструкциях применяется в основном электродуговая (ручная, автоматическая, полуавтоматическая, газоэлектрическая и электрошлаковая) сварка. Применение контактной и газовой сварки ограничено.

Преимущество ручной электродуговой сварки заключается в ее универсальности. Она может выполняться в нижнем, вертикальном, горизонтальном и потолочном положениях (рис. 3.1), а также в труднодоступных местах. Более легко поддается механизации и дает лучшее качество шва сварка нижних швов. Вертикальные и потолочные швы трудно механизировать, а при выполнении вручную качество шва относительно не высоко, поэтому применения этих швов следует по возможности избегать.



Рис. 3.1. Положение швов в пространстве:

1 - потолочный угловой шов; 2 - нижний угловой шов; 3 -горизонтальный стыковой шов; 4 - вертикальный угловой шов


Это обусловило ее широкое распространение на монтаже, где затруднено применение механизированных способов сварки. Однако ручная сварка обладает рядом недостатков - малой глубиной проплавления основного металла, малой производительностью по сравнению с автоматической сваркой под флюсом. Для компенсации этих недостатков применяют тугоплавкие обмазки, которые повышают производительность сварки и увеличивают глубину проплавления шва (сварка с глубоким проплавлением).

В случае автоматической и полуавтоматической сварки дуга замыкается под слоем флюса, флюс расплавляется и надежно защищает расплавленный металл от соприкосновений с воздухом; расплавленный металл в этих условиях остывает несколько медленней, хорошо освобождается от пузырьков газа и шлака, получается чистым, с ничтожным количеством вредных примесей; большая сила тока, допустимая при автоматической сварке, и лучшая теплозащита шва обеспечивают глубокое проплавление свариваемых элементов и большую скорость сварки, хотя этот вид сварки затруднительно вести в вертикальном и потолочном положениях. Электрошлаковая сварка (разновидность автоматической сварки) удобна для вертикальных стыковых швов металла толщиной от 20 мм и более. Она осуществляется под слоем расплавленного шлака; сварочная ванна защищена с боков медными ползунами, охлаждаемыми проточной водой. Сварка в среде углекислого газа не требует приспособлений для удержания флюса, может выполняться в любом пространственном положении, обеспечивает получение высококачественных сварных соединений, хотя при этой сварке поверхность шва получается менее гладкой, чем при сварке под флюсом. К недостаткам такой сварки также относится необходимость защищать рабочих от излучения дуги и от скопления газа.

Сварные швы. По своей форме сварные швы подразделяются на стыковые и угловые (валиковые). Стыковые швы служат для стыкования элементов, лежащих в одной плоскости. Они весьма эффективны, так как дают наименьшую концентрацию напряжений, хотя зачастую требуют дополнительной разделки кромок.

Угловые (валиковые) швы навариваются в угол, образованный элементами, расположенными в двух плоскостях. Создаваемый шов имеет форму валика.

Сварные соединения. По своему типу сварные соединения подразделяются на стыковые, нахлесточные, тавровые и угловые.

Стыковые соединения служат для стыкования элементов, лежащих в одной плоскости. Стыковые соединения бывают двух основных типов: встык (рис. 3.2.) и встык с накладками (рис. 3.3.).

Рис.3.3. Виды сварных соединений встык с накладками

Швы, выполненные при соединении встык, бывают с разделкой кромок и без нее. По форме разделки кромок швы встык бывают U-, V- и Х- образными. Для U- и V- образных швов, завариваемых с одной стороны, обязательна подварка корня шва с другой стороны для устранения возможных непроваров, являющихся источником концентрации напряжений. Соединения встык осуществляют стыковыми швами, прямыми или под углом 45-60⁰.



Рис.3.2. Виды сварных соединений встык


Нахлесточные соединения (рис. 3.4.) характеризуются наличием перекрытия кромок свариваемых листов. Разновидностью таких соединений являются прорезные и электрозаклепочные соединения.

Тавровым называют соединение, в котором торец элемента примыкает к боковой поверхности другого элемента и приварен к ней угловыми швами.

Угловым называют соединение двух элементов, расположенных под углом и сваренных в месте примыкания их краев угловыми швами. Угловые и тавровые соединения показаны на рис. 3.4.



Рис.3.4. Нахлесточные, угловые и тавровые сварные соединения


Расчет сварных соединений строительных конструкций.

В сварных соединениях расчетную длину сварного шва ^ 1ш принимают равной его полной длине 1, уменьшенной с учетом возможного непровара по концам: 1_ш= 1- 2t,где t- наименьшая толщина соединяемых элементов. В случае вывода концов шва за пределы стыка на временные подкладки,которые затем отрезаются, расчетная длина шва 1_ш принимается равной его полной длине. Прочность сварных швов характеризуется их расчетными сопротивлениями.

Стыковые соединения, перпендикулярные оси элемента, рассчитывают на центральное сжатие (растяжение) из условия

N ≤l_ш×δ_ш×R_с(р)^св,

где N– расчетная продольная сила; l_ш– расчетная длина шва; δ_ш– расчетная толщина шва, равная наименьшей толщине соединяемых элементов; R_с(р)^св– расчетное сопротивление сжатию (растяжению) стыкового шва.

Стыковые швы, перпендикулярные оси элемента, при действии изгибающего момента рассчитывают из условия

σ_ш=M/W= (6M)/(δ_ш×l_ш²) ≤R_р^св,

где σ_ш – нормальные напряжения в шве; M – изгибающий момент;W– момент сопротивления.

Косые стыковые швы рассчитывают на центральное сжатие (растяжение) из условий:

• 
  
  N ≤l_ш×δ_ш×R_с(р)^св/sinα;
  
• 
  
  τ_ш= (N×cosα)/ (δ_ш×l_ш) ≤R_cр^св
  

Здесь τ_ш–касательные напряжения в шве;R_cр^св – расчетное сопротивление шва срезу.

Угловые соединения при действии продольной и поперечной сил рассчитывают на условный срез по двум сечениям: по металлу шва и по металлу границы сплавления:

• 
  
  N≤β_f×K_f×R_wf×γ_wf×γ_c;
  
• 
  
  N≤β_z×K_f×R_wz×γ_wz×γ_c.
  

Здесь β_f,β_z– коэффициенты для расчета углового шва (по металлу шва и по границе сплавления соответственно);K_f– катет шва;R_wf,R_wz– расчетные сопротивления углового шва условному срезу; γ_wf,γ_wz,γ_c– коэффициенты условий работы шва, принимаемые по табл. 3 СНиП II-23-81*.

Заклепочные соединения элементов стальных конструкций ввиду значительной трудоемкости в настоящее время имеют ограниченное применение. Их используют в основном для соединений конструкций с тяжелым режимом работы, при значительных динамических воздействиях (железнодорожные мосты и т.п.). Применяют заклепки из углеродистой стали марки Ст2 с пределом текучести 220 МПа, а также из низколегированной стали марки 09Г2 с пределом текучести 300 МПа. В строительных конструкциях наиболее распространены заклепки диаметром 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 27 и 30 мм. Отверстия в соединяемых деталях образуют сверлением или продавливанием на 1…1,5 мм больше диаметра заклепки. В строительстве могут применять заклепки с полукруглыми, потайными и полупотайными головками.

Болтовые соединения. В соединениях стальных конструкций применяют обычные болты по ГОСТ 22356-70*, высокопрочные болты по ГОСТ 22356-77 и анкерные (фундаментные) болты по ГОСТ 24379.1-80. Обычные и высокопрочные болты используют для соединения элементов стальных конструкций друг с другом, а анкерные – для присоединения конструкций к железобетонным фундаментам.

Болты бывают грубой, нормальной, повышенной точности, а также высокопрочные диаметром от 16 до 48 мм. Используют также анкерные болты диаметром до 90 мм. Кроме того, изготовляют анкерные болты диаметром до 90 мм. В комплект болта входят также гайка и шайба.

Болты имеют головку, тело, которые на 2-3 мм меньше толщины соединяемого пакета, и нарезную часть, на которую надевается шайба и навинчивается гайка. Болты грубой и нормальной точности и гайки к ним изготовляют из углеродистой стали и вводят в отверстия, образованные продавливанием или сверлением в отдельных элементах. Края отверстия обычно имеют негладкую поверхность, несовпадение отверстий в отдельных элементах, что ухудшает работу соединения. Разница в диаметрах болта и отверстия на 2...3 мм повышает деформативность соединения, хотя и облегчает посадку болтов и упрощает образование соединения.

Для болтов повышенной точности (из углеродистой или легированной стали) принято поверхность не нарезанной части тела болта обтачивать до строго цилиндрической формы, а диаметр отверстия для таких болтов равен диаметру болта плюс 3 мм.

Высокопрочные болтыизготовляют из углеродистой стали 35 или легированных сталей 40Х, 40ХФА и 38Хс. Болты подвергают термической обработке в уже готовом виде. Высокопрочные болты ставят в отверстия большего, чем болт, диаметра, причем гайки затягивают специальным ключом, достигая большой силы натяжения болтов. Гайки плотно стягивают соединяемые элементы и препятствуют их взаимному сдвигу за счет трения между соединяемыми элементами.

Прочность болтовых и заклепочных соединений зависит не только от материала соединения, а также от качества отверстий, которые по нормам разделены на две группы: В – нормальной точности и С – повышенной точности. Группе C соответствуют болты и заклепки, поставленные в отверстия просверленные на проектный диаметр, в собранных элементах или в отдельных элементах по кондукторам-шаблонам. Группе B – продавленные или просверленные без кондукторов в отдельных деталях.

Расчет заклепочных и болтовых соединений (кроме высокопрочных) производится для двух случаев работы. Когда внешнее усилие направлено поперек оси болта, соединение работает на сдвиг, а болты работают на срез и смятие. Если же усилие действует вдоль оси стержня болта, то болты работают на растяжение, а разрушение соединения наступает после больших пластических деформаций, в результате чего усилие распределяется поровну между всеми болтами. Рис. 3.5, 3.6.



Рис.3.5. Схемы работ заклепочных соединений



Рис.3.6. Схемы работ болтовых соединений


На срез болтовые и заклепочные соединения рассчитывают из условия:

N ≤ n×n_ср×A×R_ср,

где N – расчетная продольная сила, действующая на соединение; n – число заклепок или болтов; n_ср – число рабочих срезов одной заклепки или болта; A – площадь рабочего поперечного сечения заклепки или болта; R_ср – расчетное сопротивление заклепки или болта срезу.

На смятие болтовые и заклепочные соединения рассчитывают из условия:

N ≤ n×d×Σδ_мин×R_см,

где d – диаметр отверстия для заклепки или наружный диаметр стержня болта; Σδ_мин – наименьшая толщина элементов сминаемых в одном направлении; n_ср – число рабочих срезов одной заклепки или болта; A – площадь рабочего поперечного сечения заклепки или болта; R_см – расчетное сопротивление заклепки или болта смятию.

На отрыв головок (растяжение) заклепочные соединения рассчитывают из условия:

N ≤ n×A×R_р^закл,

где R_р^закл – расчетное сопротивление заклепки растяжению.

На растяжение болтовые соединения рассчитывают из условия:

N ≤ n×F_нт×R_р^б,

где F_нт – площадь сечения стержня болта нетто (с учетом уменьшения наружного диаметра резьбой); R_р^б – расчетное сопротивление болта растяжению.

Расчет соединений на высокопрочных болтах выполняют с учетом передачи действующих в стыках усилий через трение, возникающее по соприкасающимся плоскостям соединяемых деталей. Требуемое число болтов рассчитывают исходя из условия

N ≤ n×N_б,

где N_б – расчетное усилие воспринимаемое каждой поверхностью трения.

N_б = 0,65×m× R_р^б ×f×n_тр,

где m – коэффициент условий работы болтового соединения; f – коэффициент трения, зависящий от качества и способа обработки соединяемых деталей, n_тр – число рабочих поверхностей трения одного болта.

17.  Как называется арматура, воспринимающая основные растягивающие и сжимающие усилия в железобетонных элементах и арматура, воспринимающая усилия от монтажных нагрузок?