Примеры расчета металлических конструкций

Приведенные ниже примеры расчета металлических конструкций являются основой для проектировщика. Остановимся на них подробнее. Начнем с примера расчета металлических конструкций по предельным состояниям. В таких вычислениях важно обеспечить сооружению при возведении заданные характеристики, снабдить его устойчивость, минимизировать затраты металла и труда разработчиков.

СНиП – строительные нормы

По нормам СНиП II-А 10-72 строительные установки и основания рассчитываются по предельным состояниям. Предельные состояния возникают тогда, когда построенная конструкция вдруг перестала отвечать требованиям, которые были заданы ей в момент эксплуатации или при стройке. Потому-то в момент возведения конструкции инженеры ведут расчеты на действие статических и динамических нагрузок, которые могут возникнуть во время строительства или после него. Предельные состояния разделяются на два вида. Первый – потеря несущей способности или неготовность к эксплуатации, второй – непригодность к нормальному использованию технических средств постройки. В первом случае это происходит, когда теряется устойчивость формы и положения, возникают различные разрушения, текучесть материала, сдвиг соединительных элементов конструкции. Во втором случае имеется в виду появление трещин, прогибов, осадок. Как правило, такое случается с каменными и железобетонными установками.


Потому-то расчет металлических конструкций должен гарантировать защиту от подобных явлений. Для состояний первого вида расчет ведется по формуле N ≤ Ф, где N – усилие в рассчитываемом элементе устройства или нагрузка, а Ф – несущая функция свойств материала и размеров элемента. Естественно, инженеры выбирают для N набольшее напряжение, которое может привести к затруднению ввода постройки в эксплуатацию. Оно вычисляется за счет расчетных нагрузок, которые обозначают как P (наибольшие или часто повторяющиеся внешние воздействия на сооружение). Величина P определяется умножением основных нагрузок Ри на коэффициент сочетаний nс. Предельные состояния вычисляют, умножая нагрузки или вызываемые ими усилия на коэффициент сочетаний nс. В итоге усилие рассчитывается по формуле N = ∑nc Pиi ni ai, где a1 – усилие при P1=1
Ф – несущую способность и предельное усилие материалов – вычисляют по минимуму. Ф получают умножением геометрической характеристики сечения F (момента сопротивления) на расчетное сопротивление R. Расчетное сопротивление определяют, деля нормативное сопротивление RH (оно устанавливается исходя из норм учета статистической изменчивости и контроля) на коэффициент безопасности по материалам rm и коэффициент условий работы конструкций mk. Затем полученное множество делят на коэффициент надежности rH, обозначающий степень капитальности сооружения, важность наступления предельных состояний. rH устанавливается по стандартам проектирования. Для большинства построек коэффициент надежности равен 1. Исходная формула для расчета предельного усилия Ф выглядит так: (mk ÷ rH) × F (RH ÷ rм) = (mk ÷ rH) FR.
Теперь неравенство N ≤ Ф будет выглядеть так: ∑nc Pиi ni ai ≤ (mk÷Rи) F (Rи÷ Rм). Можно записать иначе: ∑nc Pиi ni ai ≤ (mk÷rи) FR. Таков пример основного расчета металлических конструкций.

Расчет огнеустойчивости металлических конструкций

Немаловажно для инженера просчитать и степень огнеустойчивости конструкций – гореть может и металл, правда, не так молниеносно, как древесина, но деформации и неустойчивости такой конструкции не избежать. Обычно температурные воздействия вычисляют на этапе возведения постройки; определяют возможную разность температур во время эксплуатации конструкции (температуру замыкания) и перепад температур по сечению элемента. 

Сколько времени может продержаться установка при возгорании? Обычно порог устойчивости к огню стальных установок зависит от размера деталей разреза, имеющихся воздействий и составляет от 5 до 35 минут. Устойчивость построек при возгорании вычисляют по толщине материала. По ГОСТ Р 53295-2009 длина в поперечнике металла вычисляется делением величины в длину и ширину поперечного сечения установки к ее периметру. Расчет огнеусточивости вычисляется по формуле: Fпр= Sx10 / P , где Fпр – толщина металла (мм), S – площадь поперечного сечения (см2), P – периметр (см).

Узнав степень огнеустойчивости, можно приступать к выбору необходимого инструментария противопожарной защиты. Для повышения защиты металлоконструкции от огня обычно используют минеральную вату, гипсокартон, огнеустойчивые краски. Меньших затрат подрядчику будет стоить применение минеральной ваты и гипсокартона, противопожарная защита которых длится больше 90 минут. Но их нужно закрывать, что привело бы к изменению архитектурного стиля постройки и к ее нагромождению. Огнеупорная краска позволяет возводимые конструкции оставлять открытыми, никаких неудобств и изменений замыслов проектировщика. Но есть и свой недостаток: во время нагрева краска вспучивается и расширяется, а защитный слой обугливается. Получается не очень эстетично. Но, хотя теплоизолирующий слой обгорает, он растягивает период нагревания постройки до критической температуры. Для сравнения: металлоконструкция, не обработанная огнестойким покрытием, при температуре выше 900 градусов деформируется за пять минут. 

Правильные расчеты огнеустойчивости металлических конструкций помогут предотвратить пожары и уменьшить разрушительные последствия для зданий в случае возгорания.

 

Закрыть