Товары в корзине: 0 шт Оформить заказ
Стр. 1
 

297 страниц

Купить бумажный документ с голограммой и синими печатями. подробнее

Цена на этот документ пока неизвестна. Нажмите кнопку "Купить" и сделайте заказ, и мы пришлем вам цену.

Распространяем нормативную документацию с 1999 года. Пробиваем чеки, платим налоги, принимаем к оплате все законные формы платежей без дополнительных процентов. Наши клиенты защищены Законом. ООО "ЦНТИ Нормоконтроль"

Наши цены ниже, чем в других местах, потому что мы работаем напрямую с поставщиками документов.

Способы доставки

  • Срочная курьерская доставка (1-3 дня)
  • Курьерская доставка (7 дней)
  • Самовывоз из московского офиса
  • Почта РФ

Документ содержит положения по проектированию структурных конструкций, в том числе возводимых в сейсмических районах и районах с низкими температурами, а также при наличии вибрационных нагрузок. Даны рекомендации по выбору стержневых схем, узловых сопряжений и назначению оптимальных параметров структурных плит, изложены способы приближенных расчетов стержневой системы, а также расчетов с применением ЭВМ. Приведены наиболее характерные конструктивные решения структур массового и индивидуального применения. Освещены основные способы изготовления и монтажа, а также оценки экономической эффективности структурных конструкций. Даны примеры расчетов, методика моделирования и натурного эксперимента, проводимых на стадии проектирования, а также сведения в области развития конструктивных форм и методов расчета за рубежом. Для инженерно-технических работников проектных и научно-исследовательских организаций.

 Скачать PDF

Оглавление

Предисловие

1. Стержневые схемы структур, их узловые сопряжения, рекомендации по назначению оптимальных параметров

     Характеристика структур

     Схемы структурных конструкций и их членение на отправочные марки

     Классификация узлов структурных конструкций

     Регулирование усилий в структурных плитах

     Границы назначения оптимальной по расходу материала высоты структурной плиты

     Основные положения по оптимальному проектированию структур

2. Конструкции структурных плит

     Общая часть

     Опирание структурных плит

     Структурные конструкции из стержневых элементов на одну ячейку

     Структурные конструкции типа "Кисловодск"

     Структурные конструкции из унифицированного сортамента системы "МАрхИ"

     Структурные конструкции с длинноразмерными поясами

     Типовые структурные конструкции из прокатных профилей системы "ЦНИИСК"

     Модификации типовых конструкций из прокатных профилей

     Структурные плиты из плоских ферм

     Структурные плиты из объемных стержневых пирамид

     Складываемые структурные конструкции

     Структурные плиты с включением неметаллических элементов

     Структурные конструкции с металлическими и деревянными элементами

     Структурные конструкции с применением железобетонных плит

     Особенности проектирования структурных конструкций для сейсмических районов и при наличии крышных вентиляторов

     Подбор сечений элементов структур

     Расчет на прочность и устойчивость

     Расчет по деформациям

3. Способы приближенного расчета

     Цель, задачи и основные предпосылки приближенного расчета

     Формулы упругих характеристик при аппроксимации стержневой системы ортотропной пластиной

     Методика расчета структур как трехслойной пластины со средним слоем конечной жесткости

     Влияние жесткости узлов на распределение внутренних усилий

     Расчет структурных конструкций с узловыми эксцентриситетами

     Оценка влияния податливости узловых сопряжений на напряженно-деформированное состояние конструкции

     Расчет сжатых стержней структуры на устойчивость

     Расчет структурной конструкции как перекрестной системы

     Особенности приближенного расчета многопролетных структур

     Расчет структурных конструкций на вертикальные сейсмические воздействия

4. Расчет структур с применением ЭВМ

     Общие положения

     Расчет структурных плит методом перемещений

     Матрица жесткости элемента конструкции

     Общая матрица жесткости конструкции

     Расчет на температурные воздействия

     Учет геометрической нелинейности работы элементов в упругой стадии

     Учет геометрической нелинейности работы конструкции в целом

     Особенности построения алгоритма расчета

     Использование сложной основной системы

     Применение метода сил при сложной основной системе

     Применение метода перемещений при сложной основной системе

     Расчет неразрезных и других сложных в плане структурных плит с выделением подсистем

     Расчет предварительно-напряженных структурных плит

     Расчет структур, напряженных затяжками

     Расчет структур, напряженных осадкой опор

     Расчет структурных плит при упругопластической работе материала

5. Расчет структур на сейсмические, вибрационные и огневые воздействия

     Особенности расчета структур, возводимых в сейсмических районах

     Общие положения

     Определение вертикальных сейсмических нагрузок

     Определение горизонтальных сейсмических нагрузок

     Распределение сейсмических нагрузок и проверка напряженно-деформированного состояния конструкций

     Особенности расчета при наличии вибрационных нагрузок от крышных вентиляторов

     Расчет структур на огнестойкость

     Основные положения расчета

     Методика расчета на ЭВМ на температурные воздействия при пожаре

6. Изготовление и монтаж структурных конструкций

     Общие положения

     Изготовление структурных конструкций с элементами размером на одну ячейку

     Изготовление структурных конструкций с длинноразмерными элементами

     Изготовление структурных конструкций укрупненными элементами

     Монтаж структурных плит крупными блоками

     Оптимизация параметров конвейерной сборки и крупноблочного монтажа структурных конструкций

7. Оценка экономической эффективности структурных конструкций на стадии проектирования

     Показатели массы для вариантов конструктивных решений

     Трудоемкость изготовления структурных конструкций

     Оптимизационный расчет размеров ячейки и высоты структурных плит по минимуму приведенных затрат

     Общие положения

     Экономическая оценка качества проекта

     Определение характеристик основных несущих конструкций покрытия

     Минимизация приведенных затрат

     Оценка потерь приведенных затрат

     Порядок оптимизационного расчета

Приложение 1. Примеры оптимизационных расчетов геометрических параметров структурных плит

Приложение 2. Примеры определения несущей способности структурных плит

Приложение 3. Пример проектирования структурного покрытия производственного здания

Приложение 4. Пример определения сейсмических нагрузок для одноэтажного промышленного здания со структурным покрытием

Приложение 5. Экспериментальные исследования при проектировании структурных конструкций

Приложение 6. Развитие конструктивных форм, методов расчета и экспериментальных исследований структурных конструкций за рубежом

Стр. 1
стр. 1
Стр. 2
стр. 2
Стр. 3
стр. 3
Стр. 4
стр. 4
Стр. 5
стр. 5
Стр. 6
стр. 6
Стр. 7
стр. 7
Стр. 8
стр. 8
Стр. 9
стр. 9
Стр. 10
стр. 10
Стр. 11
стр. 11
Стр. 12
стр. 12
Стр. 13
стр. 13
Стр. 14
стр. 14
Стр. 15
стр. 15
Стр. 16
стр. 16
Стр. 17
стр. 17
Стр. 18
стр. 18
Стр. 19
стр. 19
Стр. 20
стр. 20
Стр. 21
стр. 21
Стр. 22
стр. 22
Стр. 23
стр. 23
Стр. 24
стр. 24
Стр. 25
стр. 25
Стр. 26
стр. 26
Стр. 27
стр. 27
Стр. 28
стр. 28
Стр. 29
стр. 29
Стр. 30
стр. 30

ЦНИИСК им. Кучеренко Госстроя СССР

рекомендации

по проектированию структурных конструкций

Москва 1984


ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИИ им. В. А. КУЧЕРЕНКО (ЦНИИСК им. КУЧЕРЕНКО) ГОССТРОЯ СССР

РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ

СТРУКТУРНЫХ

КОНСТРУКЦИЙ

МОСКВА СТРОЙИЗДАТ 1984

о


Таблица 1


О я


Характерные особенности структурных плит


Стержневые схемы


Возможное членение на отправочные марки


А


Перекрестные фермы двух или трех направлений, устанавливаемых вертикально


ms


Плоские фермы


Б


Ортогональные сетки поясов сдвинуты на половину ячейки. Поясные ячейки могут заполняться или не заполняться диагоналями




Узлы и стержни

Стержневые пирамиды и доборные элементы

Плоские или объемные фермы одного направления и доборные элементы другого направления


В


Те же, что и система Б с разреженной нижней поясной сеткой и частично разреженной раскосной решеткой



vw_szv


Узлы и стержни

Стержневые пирамиды и доборные элементы

Плоские или объемные фермы одного направления н доборные элементы другого направления



Ортогональные сетки поясов развернуты на 45° относительно друг друга. Разреженная раскосная решетка



mi


Узлы и стержни

Стержневые пирамиды и доборные элементы


Продолжение табл. !


« я    Характерные    особенности

g    структурных    плит

к


юро


Возможное членение на отправочные марки


д


Стержневые схемы

ms

Складчатая система, пояса расположены преимущественно в одном направлении и сдвинуты на половину ячейки


Узлы и стержни

Плоские или трехгранные фермы


Е


Сетки поясов трех направлений сдвинуты на половину ячейки


ms mt

Узлы и стержни

Стержневые пирамиды и добор-ные элементы


Ж


То же, что и система Е с разреженной сеткой поясов и раскосной решеткой


ml

Узлы и стержни

Стержневые пирамиды и доборные элементы

Плоские фермочки и доборные элементы


3


Сетки поясов трех направлений сдвинуты. Нижняя сетка разрежена и образовывает шестиугольные ячейки. Решетки также разрежены


Узлы и стержни

Стержневые пирамиды и доборные элементы


S

*> *    Характерные    особенности

>о g    структурных    плит

О в


Стержневые схемы


Возможное членение на отправочные марки


И


Двухъярусные структурные плиты с ортогональными сетками поясов, лежащих друг против друга. Раскосы, относящиеся к одной ячейке, пересекаются


Узлы и стержни Стержневые пирамиды


К


ms,ml

\

Двухъярусная структурная плита с сетками поясов трех направлений» лежащих друг против друга. Раскосы, относящиеся к одной ячейке, пересекаются

Узлы и стержни Стержневые пирамиды


Л


Двухъярусная структурная плита с сетками поясов трех направлений, сдвинутых на половину ячейки. Раскосы, относящиеся к одной ячейке, пересекаются

Узлы и стержни Стержневые пирамиды


М


Трехъярусная структурная плита с ортогональными сетками поясов. Между верхней н нижней поясной сеткой располагается средняя (третья) поясная сетка. Между средней и нижней поясной сетками раскосы пересекаются



/77$


Узлы и стержни

Стержневые пирамиды и доборные элементы


СП


Обоз

начен


Н


Характерные особенности структурных плит


Стержневые схемы


Возможное членение на отправочные марки


Трехъярусная структурная плита с сетками поясов трех направлений при наличии средней третьей поясной сетки




Узлы и стержни

Стержневые пирамиды и доборные элементы


Примечание. Сплошная линия — верхние пояса и решетка* пунктирная — нижние пояса; ms — верхний пояс, mi — нижний пояс, mm — средний пояс, d — раскосы, с — стойки, dg — диагонали в плоскости поясов




г)



Рис. 1.2. Наиболее характерные узловые сопряжения стержней структурных плит

I    группа — болтовые (а, б, в, г);

II    группа — комбинированные (д, е, ж, и); III группа —сварные {к, л)



штамповки. Эти детали между собой и с элементами составного гнутого профиля соединяются с помощью болтов нормальной точности. Для обеспечения необходимой жесткости детали узла имеют вокруг отверстия выштампованные выступы;

г) узловое соединение «Триодетик». Разработано фирмой «Fen-timan» (Канада). Узловой элемент представляет собой цилиндр, вдоль образующих которого имеются пазы с рифлеными стенками. Концы стержней опрессовываются по профилю пазов, вставляются в цилиндр и фиксируются в прорезях узла двумя крышками, соединенных болтом (рис. 1.2, г). Сборка структурной конструкции с применением данных узлов существенно упрощается, поскольку для завершения

требуется постановка только одного болта. Рекомендуется подобное узловое соединение освоить промышленностью для использования в серийно изготавливаемых конструкциях.

II    группа —комбинированные соединения. К этой группе относятся соединения, в которых применяется заводская сварка, а сборка узла осуществляется на болтах. Характерным для этой группы является расчлененке узлового соединения на две группы деталей: детали первой группы привариваются в заводских условиях к концам соединяемых стержней (болтовые наконечники, листовые фасонки и т. д.), а детали второй группы в виде шайб, болтов, коннекторов объединяют концы стержней в узел (рис. 1.2, д, е, ж, и):

д)    узловые соединения системы «МЕРО», разработанные в 1938 г. в Германии; системы «Веймар», разработанные в ГДР, «МАрхИ» и «Кисловодск», разработанные в СССР Московским архитектурным институтом и Гипроспецлегконструкция.

Во всех этих системах основным элементом является сферическое или полусферическое тело с резьбовыми отверстиями, в которые ввинчиваются вращающиеся на концах стержней болты. В системах «МЕРО» и «Веймар» болты к стержням присоединяются с помощью конических наконечников, в системах «МАрхИ» и «Кисловодск» — плоских цилиндрических шайб, приваренных к концам трубчатых стержней, а также поводковых втулок и штифтовых фиксаторов (рис. 1.2, д).

В отличие от системы типа «МЕРО» в Японии большое распространение получили узловые соединения трубчатых стержней на полых шарах (система NS), в которых соединительные болты через отверстие в шаре завинчиваются с внутренней его стороны.

е)    соединение на фланцах. Разработано ЦНИИПСК для трубчатых стержней и ЛенЗНИИЭП для прокатных применительно к структурным конструкциям, собираемым из пирамид. Основания стержневых пирамид образуют сжатую поясную сетку, узловое соединение которой состоит из двух фланцев с приваренными стержнями поясов и раскосов. Фланцы на монтаже объединяются с помощью болтов (рис. 1.2, е);

ж)    соединение уголковых профилей на болтах при помощи листовых фасонок, приваренных в заводских условиях к длинноразмерным поясам. Соединение применяется в верхних узлах конструкций системы «ЦНИИСК», работающих преимущественно в одном направлении (рис. 1.2, ж);

и)    соединение на болтах при помощи пространственных фасонок, свариваемых в заводских условиях из отдельных листов (рис. 1.2, и),

III    группа — соединения, осуществляемые с применением монтажной сварки (рис. 1.2, к, а):

к)    соединение конструкции «Октаплатт». Разработано в ФРГ фирмой «Маннесман». К шару привариваются по периметру трубчатые стержни (рис, 1.2, к);

18

л) соединение системы «ЦНИИСК». Концы трубчатых стержней сплющиваются и собираются в пространственном узле; образовавшееся между концами стержней пространство заполняется расплавленным металлом (рис. 1.2, л).

1.20.    В соответствии с п. 1.19 конструирование узловых соединений может выполняться по трем схемам:

а)    объединение стержней без дополнительных элементов (ванная сварка, соединение стержней внахлест и т. д.);

б)    объединение стержней с помощью одной узловой детали («Октаплатт», «Юнистрат», «Триодетик» и т. д.);

в)    объединение стержней с помощью узловых деталей, прикрепленных к стержням, и соединительного элемента («МЕРО», «МАрхИ», «Кисловодск» и т. д.).

1.21.    Соединение стержней по схеме а требует обеспечения прочности узла структурной конструкции в одном сечении, по схеме б — в двух сечениях и по схеме в — в трех или четырех сечениях. Чем больше в узловом соединении сечений, требующих обеспечения его прочности, тем более дорогим при всех других равных условиях и трудоемким в изготовлении получается узловое соединение.

Рекомендации по применению тех или иных узловых соединений в различных компоновочных схемах структурных плит приводятся в гл. 2.

РЕГУЛИРОВАНИЕ УСИЛИЙ В СТРУКТУРНЫХ ПЛИТАХ

1.22.    Регулирование усилий в элементах конструкции производится с целью их уравнивания, что позволяет существенно уменьшить количество типов стержней и улучшить показатели массы конструкции.

Регулирование достигается созданием взаимно уравновешенных внутри конструкции усилий, которые в наиболее нагруженных стержнях обратны по знаку усилиям от эксплуатационной нагрузки, а в менее нагруженных — могут совпадать по знаку с усилиями от эксплуатационной нагрузки,

1.23.    К основным способам регулирования усилий в структурных плитах относятся: напряжение их затяжками; осадка опор; установка стержней с отклонением от заданной геометрии.

1.24.    Отыскание оптимального решения, обеспечивающего максимальный эффект от регулирования усилий, рекомендуется осуществлять либо вариантным проектированием, либо с использованием методов линейного программирования,

1.25.    Для регулирования усилий в структурных плитах с помощью затяжек рекомендуется использовать канаты из высокопрочной проволоки или круглые стержни из стали повышенной и высокой прочности.

На рис. 1.3 показаны схемы регулирования усилий в структурных

19

a)    S)

Рис. 1.3. Схемы регулирования усилий с помощью затяжек

а, б —оси напрягающих затяжек и поясных стержней совпадают; в, а, б*—затяжки проходят вне структурной плиты

J^AAAATW^I

лАЛ>уууу

йг й,<д.

y^WJ/fiMqWW/lib/WW>ty>/77?

ЙГ9

Рис. 1.4. Выравнивание усилий в поясных сетках путем осадки опор

Рис. 1.5. Основная система при регулировании усилий путем постановки некоторых стержней с отклонением от геометрических размеров

плитах с помощью затяжек. Для квадратных структурных плит затяжки рекомендуется располагать крестообразно; для прямоугольных плит, опертых по углам, рекомендуется расположение нескольких параллельных друг другу затяжек вдоль большого пролета плиты, при этом напрягающие затяжки и стержни могут быть параллельны или совпадать (см. рис. 1.3, а, б). С помощью каждой из затяжек одновременно напрягаются несколько стержней, расположенных друг за другом. При подобном способе напряжения регулирование усилий достигается в основном в растянутых поясах. Когда затяжки частично или полностью проходят вне структуры (см. рис, 1.3, а, г, д), то при их натяжении происходит выравнивание усилий во всех или в большинстве стержней структурной плиты.

1.26. В прямоугольных или квадратных в плане структурных плитах с ортогональным расположением поясов, шарнирно опертых на несколько колонн по каждой стороне контура, возникает большая разница усилий в поясах, что приводит к увеличенному расходу стали. Получить малоизменяющиеся усилия в поясах можно принудитель-

20

ным выравниванием кривизн вдоль изогнутых осей, что достигается осадкой опор (рис. 1.4) [3, 4, 5]. Рекомендуется путем изменения отметок опирания уменьшить изгибающий момент в геометрическом центре за счет некоторого увеличения изгибающего момента вблизи мест опирания.

Экономия металла, получаемая за счет осадок опор, зависит от характера опирания, пролета, высоты структурной плиты, топологии стержневой схемы и т. п. Чаще всего экономия составляет 10—15%. Больший экономический эффект соответствует конструкции с большими пролетами и нагрузками.

Методика определения оптимальных осадок опор приведена в п. 4.31.

Следует иметь в виду, что выравнивание усилий, осуществляемое за счет разностей отметок опирания, можно эффективно применять лишь в структурах с неподатливыми соединениями.

1.27.    Регулирование усилий может осуществляться также путем намеренного изготовления отдельных стержней с отклонением от геометрических размеров. В качестве таких стержней следует выбирать те, исключение которых из конструкции не превращает ее в механизм. При принудительном сопряжении этих стержней в узлах структуры, которое достигается приложением определенных усилий или нагревом, в ряде стержней конструкции возникают усилия, обратные по знаку усилиям от эксплуатационной нагрузки.

На рис. 1.5 приведен пример выбора стержней в структурной плите системы «ЦНИИСК», изготовление которых с отклонением от заданной геометрии обеспечивает предварительное напряжение конструкции. Ввиду наличия в этой плите двух осей симметрии рассматривается ее XU часть. Неизвестными являются полные усилия Х\9 Х2, Хг, X+j которые складываются из усилий преднапряжения (начальных усилий) и усилий от внешней нагрузки. В данном случае необходимо найти такое распределение внутренних усилий, которое позволит получить максимально полезную нагрузку.

Поиск оптимальных усилий преднапряжения можно производить симплекс-методом линейного программирования, осуществляя максимизацию целевой функции Z=KP, где К—параметр нагрузки. Система ограничений составляется из условий прочности и устойчивости отдельных элементов.

Установлено, что в результате создания предварительного напряжения в структурной плите, в ряде случаев, полезную нагрузку можно увеличить до 20% [6].

ГРАНИЦЫ НАЗНАЧЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОЙ ПО РАСХОДУ

МАТЕРИАЛА ВЫСОТЫ СТРУКТУРНОЙ ПЛИТЫ

1.28.    При назначении высоты структурной плиты из совместного рассмотрения условия устойчивости верхних и прочности нижних

21

поясов    и    ограничения    ПЛИТЫ по про

гибам (с^тах^М) можно найти минимальную высоту структурной плиты ftmin» при которой одновременно достигается предельное состояние поясов по прочности (устойчивости) и всей конструкции по деформациям.

1.29.    Если высоту структурной плиты назначить меньше Amin, то пояса окажутся недонапряженными, поскольку их сечение будет определяться условием второй группы предельных состояний

Таким образом, Amin является нижней границей, переходить за которую при проектировании конкретной конструкции не рекомендуется.

1.30.    Если высоту структурной плиты назначить больше Amin, прогибы плиты будут меньше допустимых, первое предельное состояние конструкции будет наступать раньше второго. В этом случае при обеспечении несущей способности решетки становится возможным использование резерва несущей способности поясов при упругопласти-*-зеской стадии их работы. Таким образом, Ашт является также границей, выше которой представляется возможным учитывать развитие пластических деформаций, что рекомендуется при проектировании, поскольку этот учет приводит к снижению расхода материалов и уменьшению количества типоразмеров стержней.

(Ry,mi “Ь Фл Ry,ms

Е



1.31.    Определение производится до выполнения детального расчета по дискретной схеме, вследствие этого рекомендуется прогибы плиты определять приближенно, используя в качестве модели пластину или систему перекрестных ферм. Коэффициент продольного изгиба в верхней сетке поясов рекомендуется принимать осреднен-ным как для одного стержня. При этих упрощающих предпосылках выражение минимальной высоты структурной плиты имеет вид

где ат и а«, — численные коэффициенты в выражениях момента и прогибов, аналогичных по форме, опиранию и загружеяию пластинок или перекрестных ферм; qdy Яп — расчетная и нормативная нагрузка на покрытие; А— высота структурного покрытия; I — пролет покрытия; U— меньший пролет при прямоугольной в плане структурной плите и диаметр вписанной окружности при других очертаниях в плане; [f] — допустимый прогиб покрытия; Ry,mi; Ryfms    расчетные сопро

тивления материала стержней нижней и верхней поясных сеток; Р=0,77 для структурных плит, работающих на кручение, и 1 для плит, не работающих на кручение; qpm — осредненное значение коэффициента продольного изгиба для стержней сжатой поясной сетки

здесь Aплощадь f-ro поясного стержня; <рг— коэффициент про» дольного изгиба 1»го поясного стержня,

Рекомендовано к изданию решением секции новых форм металлических конструкций Ученого совета ЦНИИСК им. Кучеренко.

Рекомендации по проектированию структурных конструкций/ Центр, н.-и ин-т строительных конструкций им. Кучеренко. — М.: Стройиздат, 1984. — 303 с.

Содержат положения по проектированию структурных конструкций, в том числе возводимых в сейсмических районах и районах с низкими температурами, а также при наличии вибрационных нагрузок.

Даны рекомендации по выбору стержневых схем, узловых сопряжений и назначению оптимальных параметров структурных плит. Изложены способы приближенных расчетов стержневой системы, а также расчетов с применением ЭВМ.

Приведены наиболее характерные конструктивные решения структур массового и индивидуального применения.

Освещены основные способы изготовления и монтажа, а также оценки экономической эффективности структурных конструкций.

Даны примеры расчетов, методика моделирования и натурного эксперимента, проводимых на стадии проектирования, а также сведения в области развития конструктивных форм и методов расчета за рубежом.

Для инженерно-технических работников проектных и научно-исследовательских организаций.

Табл. 32, ил. 473.


Р


3202000000—555 047(01)-84


Инструкт.-нормат., II вып, — 127—83


© Стройиздат, 1984


В качестве примера определим минимальное значение А для треугольной в плане опертой по контуру структурной плиты с поясными сетками, образующими треугольные ячейки (табл. 1Е), пролетом /=100 м. Нормативная нагрузка равна 4000 Па (400 кгс/м2) и расчетная 5000 Па (500 кгс/м2). Верхняя поясная сетка структуры выполнена из стали класса С 38/23 (#v,me=210 МПа, или 2100 кгс/см2, нижняя— из стали С 46/33 (RVfmi~290 МПа, или 2900 кгс/см2). Допускаемый прогиб покрытия [f]=//400.

Принимаем А=/*/15 где U—lf l/З. Используя справочные данные по расчету пластинок [7], находим значения коэффициентов ат — =0,0182 и аш=0,000603. Значение коэффициента крт продольного изгиба сжатых стержней верхней поясной сетки принимаем осреднен-ным при гибкости стержня ^=70—120, осредненное значение <рт« ж 0,7.

Подставив численные значения исходных параметров в формулу, находим, что высота структурной конструкции не должна быть менее


Л*Л» = ( 1 +2*4 —~) 0,77


0,000603    4    (290    +    0,7-210)


0,0182 100й-400


2, Ы0в


X


100


= 1,97 м.


После вторичного определения Amin при А//<= l,97l/*3/100=V29 получим уточненное значение Amin —1,84 м. Для квадратного в плане опертого по контуру структурного покрытия со стороной, равной 100 м, при той же схеме решетки будем иметь ат — 0,0464 и аю= =0,00406 [7]. После проведения аналогичных вычислений получим минимальную высоту плиты при [f] =//400, равную 5,2 м, а при [/]s=//250, равную 3,25 м.


ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

ПО ОПТИМАЛЬНОМУ ПРОЕКТИРОВАНИЮ СТРУКТУР

1.32.    При выборе конструктивной схемы структурной плиты рекомендуется, располагая характеристиками объекта (габариты, условия опирания, нагрузки и пр.), осуществить так называемое оптимальное проектирование, в котором на основе приведенных затрат установить основные параметры конструкции, обеспечивающие наивысшие технико-экономические ее показатели [8].

1.33.    Исходными данными для оптимального проектирования являются тип конструктивной схемы и конкретные характеристики объекта.

1.34.    Конструктивная схема структурной плиты характеризуется: формой регулярной ячейки; видом применяемых профилей; конструкцией узловых соединений и членением на отправочные марки; способом опирания и типом кровельных конструкций (узловое, внеузло-вое, прогоны, настил, плиты).


23


ПРЕДИСЛОВИЕ

Структурные конструкции в силу ряда положительных качеств и в том числе универсальности, возможности изготовления на поточных высокопроизводительных технологических линиях, простоты транспортирования и удобства монтажа уже давно завоевали место в строительстве промышленных и гражданских зданий. Начало бурному развитию структурных конструкций положило постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР от 29 мая 1972 г. «Об организации производства и комплектной поставки легких металлических конструкций промышленных зданий». В период 1972—1975 гг. была проделана большая работа в области проектирования, исследования и создания производственных мощностей по изготовлению легких структурных конструкций. В настоящее время эти конструкции выпускаются массово в общей сложности около 2,5 млн. м2 перекрываемой площади в год и по плану Госстроя СССР к концу одиннадцатой пятилетки объем выпуска структур* увеличится более чем в полтора раза.

При столь быстрых темпах развития этих конструкций возникла необходимость выпуска рекомендаций по проектированию структурных конструкций, отвечающих требованиям современного уровня промышленного и гражданского строительства.

Настоящие Рекомендации разработаны Отделением новых форм металлических конструкций ЦНИИСК им. Кучеренко Госстроя СССР при участии ряда научно-исследовательских организаций, учебных институтов и отдельных специалистов на основе последних экспериментально-теоретических исследований структурных конструкций, опыта их проектирования, изготовления и монтажа.

Отдельные разделы (главы) и подразделы настоящих Рекомендаций составили:

главы 1, 2 и 3 — д-р техн. наук, проф. В. И. Трофимов (ЦНИИСК), в том числе пп. 1.28—1.31 и пп. 3.33—3.41; канд. техн. наук Р. И. Хисамов (КИСИ); пп. 1.32—1.37 — М. Л. Гринберг (ГПИ Укрпроектстальконструкция); пп. 2.32—2.39 и 2.59—2.67 — канд. техн. наук В. К. Файбишенко (МАрхИ); пп. 2-73—2.89 — инж. Ю. А. Чернов (ЦНИИСК); пп. 3.17—3.22—инж. О. И. Ефимов (КИСИ); пп. 3.50—3.52 — канд. техн. наук Л. Ш. Килимник (ЦНИИСК).

При составлении пп. 1.18—1.21 использованы материалы канд. техн. наук Р. И. Хисамова; пп. 2.1—2.31, 2.117—2.121 и 2.157—

2.162    — канд. техн. наук В. К. Файбишенко; пп. 2.46—2.52 — канд. техн. наук В. Н. Диденко (ЦНИИСК); пп. 2.53—2.58 и 2.157—

2.162    — инж. А. Н. Усанова и Н. Н. Тарасовой (Гипроспецлегконст-рукция); пп. 2.90—2.103 — инж. Ю. А. Чернова; пп. 3.9—3.11 и 3.27— 3.32 — канд. техн. наук Г. Б. Бегуна (Харьковское отделение Тепло-электропроект) .

Глава 4 — канд. техн. наук Э. В. Третьякова (ЦНИИСК), в том числе пп. 4.22—4.23 — канд. техн. наук Л. Н. Лубо (ЛенЗНИИЭП); пп. 4.30—4.31 —канд. техн. наук Н. Н. Демидов (МИСИ).

Глава 5 — канд. техн. наук Л. Ш. Килимник и канд. техн. наук К. Б. Абдурашидов (Инст. механики и сейсмостойкости АН Уз. ССР) при использовании материалов инж. Е. И. Наклоновой (ЦНИИСК) и инж. К. И. Исобекова (МАрхИ)—пп. 5.1—5.29; д-р техн. наук А. И. Цейтлин, канд. техн. наук М, Н. Иванов (ЦНИИСК) пп. 5.30—

3

1 Здесь и далее для краткости структурные конструкции называются структуры.

I* Зак. 31

5.42; канд. техн. наук В. Д. Насонкин (ЦНИИСК) — пп. 5.43—5.57; канд. техн. наук Э. В. Третьякова — пп. 5.58—5.67.

Глава 6 — инж. Ю. А. Чернов с использованием материалов кандидата техн. наук В. К. Файбишенко.

Оптимизация параметров конвейерной сборки и крупноблочного монтажа структурных конструкций — написана проф. Трофимовым В. И. по материалам канд. техн. наук Федоренко П. П. (НИИСП Госстроя УССР).

Глава 7 — канд. техн. наук Р. И. Хисамов и инж. Л. А. Исаева (КИСИ) — пп. 7.1—7.6 и инж. М. Л. Гринберг пп. 7.7—7.17.

Приложение 1 —инж. М. Л. Гринберг; прил, 2 — инж. С. И. Аванесов (ЦНИИСК); прнл. 3 — канд. техн. наук Е. Р. Мацелинский (ЦНИИСК); прил. 4 — канд. техн. наук Л. Ш. Килимник; прил. 5 — д-р техн. наук, проф. В. И. Трофимов и инж. С. И. Аванесов — Вопросы моделирования и статические исследования в лабораторных условиях; д-р техн. наук И. Г. Рамоненко, канд. техн. наук В. С. Сорокин (ЦНИИСК) — Методика проведения огневых испытаний структурных конструкций на моделях; канд. техн. наук В. Н. Диденко — Основные положения и задачи статических испытаний в условиях строительной площадки; д-р техн. наук К. С. Абдурашидов — Методы экспериментальных исследований натурных конструкций на динамические воздействия типа сейсмических; прил. 6 — д-р техн. наук, проф. В. И. Трофимов и инж. С. А. Аванесов.

При составлении Рекомендаций были использованы материалы проектных институтов «Гипроспецлегконструкция», ЦНИИпромзда-ний, ЛенЗНИИЭПа, Московского архитектурного института, ГПИ Укрпроектстальконструкция, НИИСК Госстроя СССР, ЦНИИпроект-стальконструкция, Моспроект-2, ПИ Промстальконструкция, ЦНИИЭП торговых зданий Главкрасноярскстроя, Свердловского политехнического института, Харьковского Промстройниипроекта, институтов ГлавАПУ г. Москвы и др.

забота осуществлялась под руководством заслуженного деятеля науки и техники РСФСР, д-ра техн. наук, проф. В. И. Трофимова.

Рекомендации рецензировались комиссией в составе: заслуженного деятеля науки и техники РСФСР, д-ра техн. наук, проф. Е. И. Бе. леня (председатель МИСИ им. Куйбышева), д-ра техн. наук, проф. В. Н. Шимановского и канд. техн. наук А. Я. Прицкера (ГПИ Укрпроектстальконструкция), Почетного строителя РСФСР, лауреата Государственной премии СССР А. П. Морозова и канд. техн. наук Б. А. Миронкова (ЛенЗНИИЭП), канд. техн. наук И. Л. Пименова (ЦНИИСК), канд. техн. наук Е. Ю. Давыдова (Белорусский политехнический институт), инженеров Ю. А. Маршева, А. Н. Усанова, Н. Н. Тарасовой (Гипроспецлегконструкция), инж. А. П. Козленко-

вой I (ВНИПИ Промстальконструкция).

Замечания и предложения просьба направлять по адресу: 109389, Москва, 2-я Институтская ул., д. 6.

1. СТЕРЖНЕВЫЕ СХЕМЫ СТРУКТУР,
ИХ УЗЛОВЫЕ СОПРЯЖЕНИЯ,
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО НАЗНАЧЕНИЮ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ

ХАРАКТЕРИСТИКА СТРУКТУР

1.1.    Поиски современных архитектурных форм большой выразительности и универсальности, образуемых на основе многократно повторяющихся элементов, привели к созданию стержневых систем нового типа, к так называемым структурам. Эти системы, имея в своей основе «кристаллическое» строение, сходны с некоторыми весьма прочными образованиями органической природы. Практика отечественного и зарубежного строительства имеет немало примеров применения структурных конструкций в виде оболочек, складок, куполов. Однако в подавляющем большинстве структурные конструкции применяются в виде стержневых плит. Эти конструкции изготавливаются из стали, алюминия, дерева, в некоторых случаях из пластмасс. В отечественном гражданском строительстве нашли также применение плиты регулярного строения из армоцементных элементов.

Однако массовое распространение в отечественном строительстве получили стальные структурные плиты. Учитывая это, настоящее издание содержит рекомендации по проектированию стальных структурных плит, работающих совместно с каркасом производственных или гражданских зданий с несущими стальными или железобетонными колоннами, возводимых как в обычных, так и сейсмических районах. Помимо статической нагрузки в ряде случаев предусматривается вибрационное воздействие на структуры от работы крыш-ных вентиляторов.

1.2.    Структуры обладают рядом преимуществ, правильное использование которых позволяет повысить экономическую эффективность конструкции по сравнению с традиционными решениями [1].

К преимуществам относятся: пространственность работы системы; повышенная надежность от внезапных разрушений; снижение строительной высоты покрытия (перекрытия); возможность перекрытия больших пролетов; удобство проектирования линий подвесного транспорта и подвесных потолков; возможность свободной расстановки оборудования (на перекрытиях); облегчение ограждающих конструкций кровли благодаря частой сетке узлов; максимальная унификация узлов и стержневых элементов; поточное изготовление металлических конструкций на высокопроизводительных технологических линиях; снижение затрат на транспорт и возможность доставки в отдаленные и труднодоступные места; возможность использования совершенных методов монтажа-сборки на земле и подъема покрытия крупными блоками; сборно-разборность (при не-

5

обходимости); архитектурная выразительность и возможность при* менения для зданий различного назначения»

При этом экономическая целесообразность использоьания структур в полной мере достигается при их серийном изготовлении на специализированных заводах.

1.3.    Структурные конструкции, сходные по своему геометрическому строению с кристаллическими решетками металла, являются типичным примером пространственной системы. Сила, приложенная к любому узлу структуры и произвольно направленная, вызывает усилие в первую очередь в примыкающих к узлу пространственно расположенных стержнях, т. е. пространственную реакцию, сходную с сопротивлением сплошной системы (плиты или оболочки). Структурная система не имеет традиционных для металлических конструкций связей и в ряде случаев прогонов. Их функции выполняют несущие стержни поясных сеток и наклонной решетки. Легко убедиться, что даже структурная плита (рис. 1Л,а), поясные сетки которой образуют квадратные ячейки и сами по себе геометрически изменяемы, в целом является геометрически неизменяемой системой без каких-либо связей; роль связей выполняют наклонные раскосы.

1.4.    Пространственная работа структур ярче проявляется при действии неравномерных нагрузок. При этом перегрузка большинства стержней, исключая стержни, выход которых из работы превращает систему в механизм, не нарушает нормальной работы конструкции в целом благодаря способности системы к перераспределению усилий.

1.5.    Системы с геометрически неизменяемыми поясными сетками (треугольные ячейки сеток) (рис. 1.1,6), могут воспринимать крутящие моменты, В меньшей степени жесткостью на кручение обладают структуры, в которых одна сетка поясов геометрически изменяема, например, одна из шестиугольников, другая из треугольников (рис. 1.1,0).

В случае когда обе поясные сетки являются геометрически изменяемыми, система не воспринимает крутящие моменты.

1.6.    Работа структурных плит на кручение приводит к уменьшению усилий в поясах от действия изгибающих моментов. Распределение усилий на диагональные направления вследствие кручения увеличивает общую жесткость системы, работа которой обычно соответствует расчетным моделям в интервале от ортотропной пластинки с нулевой жесткостью на кручение до изотропной пластинки.

1.7.    Помимо структурных систем с регулярной решеткой в практике строительства нашли применение структурные системы с так называемой разреженной решеткой, когда определенные ячейки не заполняются поясами или раскосами. Подобные решения с точки зрения производства имеют достаточные обоснования, однако в статическом отношении разрежение решетки способствует снижению как общей жесткости системы, так и работы системы на кручение.

6

1.8.    Структурные плиты обладают повышенной жесткостью, обычно для них рекомендуется отношение высоты к пролету hfl= = l/i6—V25 (против Vb—l/io в традиционных плоских фермах). В одноэтажных промышленных зданиях это позволяет значительно уменьшить объем здания и связанные с ним эксплуатационные расходы.

1.9.    Как конструкции большепролетного назначения структурные плиты целесообразно применять с укрупненной сеткой колонн, переход к которой в большинстве случаев прогрессивен. Преимущества таких схем известны — свободная планировка, гибкость при изменении технологии, а также экономия площади.

1.10.    Проблема подвесного транспорта при структурах решается намного проще, чем в обычных покрытиях. Частая сетка узлов допускает подвеску путей кранов, тельферов и конвейеров с минимальными дополнительными затратами в любой зоне конструкции.

Сокращение пролета между несущими элементами с 6 или 12 м до 2—3 м в структурах создает условия для применения беспрогон-ных решений кровли.

1.11.    В многоэтажных зданиях, когда помещения должны удовлетворять требованиям произвольной установки оборудования, а также при необходимости применять большепролетную сетку колонн, структуры являются весьма удачной конструкцией и для перекрытий.

1.12.    Свойственная структурам однотипность узлов и стержневых элементов позволяет перейти к поточному механизированному

7

производству металлических конструкций применительно к зданиям различного назначения, значительно удешевив заводское изготовление. Поточное производство, как известно, позволяет резко повысить производительность и качество изготовления конструкций.

1.13.    Структурные конструкции в большинстве случаев доставляют на место строительства в виде отдельных элементов или вкладываемых одна в другую стержневых пирамид, образующих в процессе транспортировки плотный штабель. Такие перевозки экономят транспортные средства. Структуры являются почти единственно возможной конструкцией заводского изготовления для труднодоступных районов, куда строительные элементы можно доставлять лишь авиацией.

1.14.    При конвейерно-блочном методе монтажа, несмотря на большое количество элементов, из которых на месте собирается конструкция, монтаж ее в ряде случаев оказывается более быстрым и экономичным, чем при обычных конструкциях.

1.15.    Структуры имеют ряд недостатков, зачастую неразрывно связанных с достоинствами. Являясь по своему внутреннему строению конструктивной схемой, заимствованной из природы, структуры уступают своим природным аналогам в том, что одновременно с про-странственностью приобретают черты жесткой унификации, что ведет к некоторому увеличению расхода материала.

1.16.    В наиболее развитых капиталистических странах, а также в странах народной демократии имеются достаточно мощные производственные базы по изготовлению структурных конструкций. При этом структуры изготавливаются «на склад» под наиболее распространенные сетки колонн и полезные нагрузки. Наряду с этим большую часть структур выполняют по индивидуальным заказам на здания больших пролетов и часто сложной конфигурации.

1.17.    В Советском Союзе, как уже отмечалось, бурное развитие структур положено постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР от 29 мая 1972 г. N° 381 «Об организации производства и комплектной поставки легких металлических конструкций промышленных зданий».

В системе Минмонтажспецстроя СССР, Мосгорисполкома, Мин-тяжстроя СССР и других министерств и ведомств введены в эксплуатацию заводы по изготовлению структурных конструкций в общей сложности более чем на 2,5 млн. м2 перекрываемой площади в год. Серийно изготовляются структурные конструкции из прокатных профилей системы «ЦНИИСК» и труб системы «МАрхИ» и «Кисловодск» под наиболее распространенные для промышленных зданий сетки колонн 12X18, 12X24, 18X18, 24X24 м. Из унифицированных элементов структурных плит с включением в систему дополнительных элементов (шпренгелей, затяжек, тросов, капителей и пр.) или сочлененных двухъярусных по высоте конструкций представляется возможным перекрывать пролеты порядка 80 м. Помимо типовых решений

8

в Советском Союзе разработан ряд оригинальных структурных конструкций и узловых сопряжений, позволяющих перекрывать весьма большие пролеты и нашедших применение в индивидуальных зданиях и сооружениях.

СХЕМЫ СТРУКТУРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ И ИХ ЧЛЕНЕНИЕ НА ОТПРАВОЧНЫЕ МАРКИ

1.18.    Формирование структур на строительной площадке в большинстве случаев осуществляется из отдельных отправочных марок заводского изготовления. При этом в практике строительства нашли применение следующие способы формирования конструктивной схемы: из стержней размером на одну ячейку; из короткоразмерных элементов решетки и длинноразмерных поясов; из плоскостных ферм; из пространственных стержневых пирамид и доборных линейных элементов.

В последнее время находят применение складные структуры, которые изготавливаются в заводских условиях целиком на определенную секцию здания. В табл. 1 приводятся стержневые схемы структурных плит, нашедшие применение в отечественном и зарубежном строительстве, а также даются рекомендации в части членения их на отправочные марки [2].

КЛАССИФИКАЦИЯ УЗЛОВ СТРУКТУРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

1.19.    На рис 1.2 приводятся наиболее характерные узловые сопряжения элементов структурных плит. При этом в зависимости от способа соединения элементов они подразделены на три основные группы.

I группа — болтовые соединения. К ним относятся узловые соединения, исключающие сварку как в заводских, так и монтажных условиях и позволяющие собирать структуры только на болтах либо других сборочных деталях (рис. 1.2, а, б, в, г):

а)    соединение уголковых стержней на болтах внахлест. Применяется в нижних узлах структурных конструкций системы «ЦНИ-ИСК», работающих преимущественно в одном направлении (рис. 1.2, а);

б)    соединение типа «Юнистрат». Разработано фирмой «Unistrul Corporation» совместно с лабораторией стальных конструкций Мичиганского университета (США). Узловая фасонка выполнена штамповкой с отверстиями и шпонками для соединения на болтах стержней гнутого профиля (рис. 1.2, 6). Подобное узловое соединение в отечественном строительстве не нашло применения в повторяющихся объектах. Однако ввиду большой простоты рекомендуется его освоить для использования в конструкциях серийного изготовления;

в)    соединение системы «Сокол», состоящее из шести тонкостенных пирамидальных деталей, изготовленных из листов с помощью