МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ...
TRANSCRIPT
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ВОДНОГО ГОСПОДАРСТВА ТА
ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ Навчально-науковий інститут будівництва та архітектури
Кафедра промислового, цивільного будівництва та інженерних споруд
КОНКУРС
Підручників, навчальних посібників та монографій
Технічний напрям
Номінація «Кращий навчальний посібник»
Романюк В.В. Металеві конструкції. Розрахунок елементів і з'єднань: Навч. посібник. – Рівне: НУВГП, 2014. – 449 с.
РІВНЕ -2016
Міністерство освіти і науки України Національний університет водного господарства та
природокористування
В.В. Романюк
МЕТАЛЕВІ КОНСТРУКЦІЇ. РОЗРАХУНОК ЕЛЕМЕНТІВ І З'ЄДНАНЬ
НАВЧАЛЬНИЙ ПОСІБНИК
Рекомендовано Міністерством освіти і науки України
як навчальний посібник для студентів вищих навчальних
закладів, які навчаються за напрямом підготовки
«Будівництво»
Рівне–2014
2
УДК 624.014: 693.8 (075) ББК 38.54 я7
Р69 Рекомендовано Міністерством освіти і науки України.
(Лист N 1/11-16283 від 28.10.2013 р.) Рецензенти:
Бабич Є.М., доктор технічних наук, професор Національного університету водного господарства та природокористування (м. Рівне); Семко О.В., доктор технічних наук, професор Полтавського національного технічного університету імені Юрія Кондратюка; Голоднов О.І., доктор технічних наук, професор ТОВ "Український інститут сталевих конструкцій ім. В.М. Шимановського" (м. Київ).
Романюк В.В. Р69 Металеві конструкції. Розрахунок елементів і з'єднань: Навч. посібник. – Рівне: НУВГП, 2014. – 449 с.
ISBN 978-96-8784-18-7
У навчальному посібнику наведено основні відомості про матеріали для металевих конструкцій, сортамент стальних і алюмінієвих профілів, навантаження і впливи та методи розрахунку будівельних конструкцій. Детально розглянуто розрахунок елементів на основні види деформацій: центральний і позацентровий розтяг і стиск, згин, кручення. Наведено розрахунок та конструювання зварних і болтових з'єднань.
Структура і зміст посібника повністю відповідають першій частині робочої програми дисципліни “Будівельні конструкції” (розділ “Металеві конструкції”) для студентів, які навчаються за напрямом підготовки “Будівництво”.
Нормативні матеріали наведено станом на 01. 09. 2013р.
УДК 624.014; 693.8 (075) ББК 38.54 я7
ISBN 978-96-8784-18-7 Романюк В.В., 2014
Національний університет водного господарства та природокористування, 2014
3
Зміст Вступ 7 1. Матеріали для металевих конструкцій 9 1.1 Переваги та недоліки металевих конструкцій 9 1.2. Механічні властивості та фізичні характеристики
сталі та алюмінієвих сплавів 11
1.3. Будівельні сталі 15 1.3.1. Структура маловуглецевої і низьколегованої
сталей 15
1.3.2. Легуючі елементи та шкідливі домішки 19 1.3.3. Міцність і хімічний склад сталей 22 1.3.4. Маркування будівельних сталей 30 1.3.5. Термічна обробка сталей 32 1.4. Алюмінієві сплави 33 1.5. Корозія металевих конструкцій 37 1.6. Робота металу за дії статичного навантаження 42 1.7. Поняття про складний напружений стан та його
вплив на характер руйнування 48
1.8. Крихке руйнування металу 50 2. Сортамент стальних і алюмінієвих профілів 61 3. Навантаження і впливи 72 3.1. Основні поняття 72 3.2. Загальна характеристика навантажень і впливів 75 3.3. Сполучення навантажень 90 3.4. Вага конструкцій та грунтів 92 3.5. Навантаження від устаткування, людей, тварин,
складованих матеріалів і виробів 94
3.6. Снігове навантаження 102 3.7. Вітрове навантаження 105 3.8. Кранове навантаження 109 4. Основні положення з розрахунку металевих конструкцій 114
4.1. Загальні відомості про розрахунки конструкцій за допустимими напруженнями та руйнуючими зусиллями
114
4.2. Розрахунок конструкцій за граничними станами 116 4.2.1. Групи і види граничних станів 116
4
4.2.2. Розрахунок за граничними станами першої групи
117
4.2.3. Розрахунок за граничними станами другої групи
123
5. Робота і розрахунок елементів металевих конструкцій 126 5.1. Розрахунок центрально-розтягнутих елементів 126 5.2. Розрахунок центрально-стиснутих елементів 130 5.3. Розрахунок згинальних елементів 139 5.3.1. Розрахунок згинальних елементів на
міцність 140
5.3.2. Розрахунок згинальних елементів на стійкість
149
5.3.3. Розрахунок згинальних елементів за деформаціями
161
5.3.4. Порядок проектування прокатних балок 161 5.4. Розрахунок позацентрово розтягнутих і
позацентрово стиснутих елементів 164
5.4.1. Основні положення з розрахунку позацентрово розтягнутих і позацентрово стиснутих елементів
164
5.4.2. Розрахунок елементів на міцність 166 5.4.3. Розрахунок на стійкість суцільностінчастих
елементів 177
5.5. Розрахунок елементів на кручення 195 5.6. Розрахунок елементів на витривалість 199 5.7. Розрахунок елементів на міцність з урахуванням
крихкого руйнування 204
5.8. Приклади розрахунку елементів стальних конструкцій
209
5.8.1. Приклади розрахунку центрально-розтягнутих і центрально-стиснутих елементів
209
5.8.2. Приклади розрахунку згинальних елементів 229 5.8.3. Приклади розрахунку позацентрово
розтягнутих (розтягнуто-згинальних) і позацентрово стиснутих (стиснуто-згинальних) елементів
240
6. З'єднання елементів металевих конструкцій 265
5
6.1. Загальна характеристика з'єднань елементів металевих конструкцій
265
6.2. Зварні з'єднання 268 6.2.1. Види зварювання 268 6.2.2. Зварні шви 277 6.2.3. Види зварних з'єднань 283 6.2.4. Розрахунок стикових зварних з'єднань 285 6.2.5. Розрахунок кутових зварних з'єднань 290 6.2.6. Конструктивні вимоги до зварних з'єднань 305 6.3. Болтові з'єднання 310 6.3.1. Загальна характеристика болтових з'єднань 310 6.3.2. Розрахунок з'єднань на звичайних болтах 313 6.3.3. Розрахунок фрикційних з'єднань (з'єднань
на високоміцних болтах) 322
6.3.4. Конструктивні вимоги до болтових з'єднань 326 6.4. Приклади розрахунку з'єднань елементів стальних
конструкцій 334
6.4.1. Приклади розрахунку зварних з'єднань 334 6.4.2. Приклади розрахунку болтових з'єднань 352 7. Проектування металевих конструкцій 366 7.1. Вимоги до проектування металевих конструкцій 366 7.2. Групи конструкцій 371 Основні формули для розрахунку елементів і з’єднань
стальних кнструкцій 381
Додаток 1. Дані для розрахунку металевих конструкцій 384 Таблиця 1. Класи сталей, що відповідають маркам
сталей згідно з ГОСТ 27772–88 384
Таблиця 2. Характеристичні та розрахункові опори розтягу, стиску та згину листового, широкоштабового універсального та фасонного прокату згідно з ГОСТ 27772-88
387
Таблиця 3. Коефіцієнти надійності за навантаженнями
mfγ
390
Таблиця 4. Коефіцієнти надійності за матеріалом γ m 391
Таблиця 5. Коефіцієнти умов роботи γ с 391
Таблиця 6. Коефіцієнти надійності за відповідальністюγ n
394
6
Таблиця 7. Коефіцієнти с ( )хс , yс , n для розрахунку
елементів з урахуванням розвитку пластичних деформацій
395
Додаток 2. Сортамент 397 Таблиця 1. Двотаврові балки за ГОСТ 8239-89 397 Таблиця 2. Швелери за ДСТУ 3436-96 (ГОСТ 8240-97) 399 Таблиця 3. Рівнополицеві кутики за ДСТУ 2251-93
(ГОСТ 8509-93) 401
Таблиця 4. Нерівнополицеві кутики за ГОСТ 8510–86* 406 Таблиця 5. Двотаври стальні гарячекатані з
паралельними гранями полиць і таври за скороченим сортаментом за ГОСТ 26020-83
412
Таблиця 6. Сталь листова 420 Таблиця 7. Профілі гнуті замкнені зварні квадратні за
ДСТУ Б.В.2.6-8-95 (ГОСТ 30245-94) 423
Таблиця 8. Профілі гнуті замкнені зварні прямокутні за ДСТУ Б.В.2.6-8-95 (ГОСТ 30245-94)
426
Таблиця 9. Труби стальні безшовні гарячекатані за ГОСТ 8732-78*
431
Таблиця 10.
Труби стальні електрозварні за ГОСТ 10704 -91
433
Таблиця11. Труби стальні електрозварні прямошовні за ГОСТ 10704-91
434
Термінологічний словник 440 Предметний покажчик 444 Література 447
7
Вступ
Будівельні конструкції – це елементи будівель і споруд, які виконують несучі, огороджуючі або суміщені функції. Їх виготовляють з будівельних матеріалів, тобто з металу, деревини, пластмаси, бетону і залізобетону, а склад перерізів та їх розміри визначають розрахунком.
Несучі будівельні конструкції сприймають всі навантаження і впливи, що діють на будівлю чи споруду, і забезпечують їх міцність, стійкість та жорсткість.
Огороджуючі конструкції призначено для захисту приміщень у будівлях чи спорудах від зовнішнього середовища з урахуванням вимог щодо міцності, жорсткості, тепло-, гідро-, та шумоізоляції.
Загалом поняття «будівельні конструкції» об'єднує в собі не тільки конструктивну форму, методи розрахунку і матеріали, а й технологію виготовлення та способи монтажу. Рівень розвитку будівельних конструкцій визначається з одного боку можливостями технічної бази, у тому числі розвитком будівельної науки і техніки, з іншого – потребою різних галузей економіки в цих конструкціях.
Будівельні конструкції повинні забезпечувати функціональне призначення будівель і споруд та нормальні умови їх експлуатації; надійність і довговічність на основі використання відповідних будівельних матеріалів, конструктивних форм, методів розрахунку з урахуванням дійсних навантажень і впливів; економічність і мінімальну матеріаломісткість, які досягаються за рахунок використання раціональних конструктивних рішень, сучасних будівельних матеріалів і методів розрахунку; технологічність за рахунок використання індустріальних методів виготовлення та швидкісного монтажу; транспортабельність, тобто можливість перевезення конструкцій в цілому або їх частин з використанням існуючих транспортних засобів; естетичність.
8
Будівельні конструкції класифікують за матеріалом (металеві, бетонні, залізобетонні, кам'яні, дерев'яні та пластмасові); за призначенням (несучі, огороджуючі, суміщені та допоміжні, які призначені для обслуговування технологічного обладнання, несучих або огороджуючих конструкцій); за конструктивною формою (площинні та просторові).
Галуззю застосування будівельних конструкцій є промислові будівлі; будівлі житлового та громадського призначення; мости та естакади; башти (вежі) і щогли (опори антен радіо і телебачення, опори ліній електропередачі, нафтові башти, димові та вентиляційні труби); листові конструкції (резервуари, газгольдери, силоси, бункери, труби великого діаметру); каркаси багатоповерхових будівель; кранові та інші рухомі конструкції (мостові і баштові крани, конструкції великих екскаваторів і різних будівельних машин); інші конструкції (конструкції споруд атомних електростанцій, теплоелектростанцій, затвори та ворота гідротехнічних споруд, радіотелескопи, стаціонарні нафтові платформи тощо).
Чільне місце серед будівельних конструкцій, особливо за останні роки, посідають металеві конструкції, які завдяки низці позитивних властивостей знайшли широке розповсюдження.
У навчальному посібнику детально розглянуто розрахунок елементів металевих конструкцій та їх з'єднань на різні види деформацій відповідно до чинних норм проектування і державних стандартів, введених у дію за декілька останніх років, а його структура та зміст дозволяють виконувати розрахунки без залучення іншої довідково-інструктивної літератури.
Національний університет водного господарства та природокористування
ВИТЯГ
з протоколу № 2 засідання Вченої ради
Навчально-наукового інституту будівництва та архітектури
11 жовтня 2016 р. м. Рівне
Присутні: 16 членів Вченої ради інституту із 19.
СЛУХАЛИ: Інформацію директора навчально-наукового інституту
будівництва та архітектури Макаренка Р.М. про подання на конкурс
підручників, навчальних посібників і монографій Національного університету
водного господарства та природокористування навчального посібника
професора кафедри промислового, цивільного будівництва та інженерних
споруд Романюка В.В. «Металеві конструкції. Розрахунок елементів і
з’єднань», виданого ним з грифом Міністерства освіти і науки України у 2014 р.
ВИСТУПИЛИ: проф. Бабич Є.М., проф. Масюк Г.Х.
УХВАЛИЛИ: У навчальному посібнику наведено основні відомості про
матеріали для металевих конструкцій, сортамент стальних і алюмінієвих
профілів, навантаження і впливи та методи розрахунку будівельних
конструкцій. Детально розглянуто розрахунок елементів на основні види
деформацій: центральний і позацентровий розтяг і стиск, згин, кручення.
Наведено розрахунок та конструювання зварних і болтових з'єднань. Це дає
можливість студентам оволодіти навчальним матеріалом та набути практичних
навичок. Представлені в посібнику розрахунки виконані на основі чинних
нормативних документів. Мова посібника відповідає сучасним вимогам. В
інформаційному забезпеченні навчального процесу за напрямом «Будівництво»
аналогічного навчального посібника немає.
Структура і зміст посібника повністю відповідають першій частині робочої
програми дисципліни “Будівельні конструкції” (розділ “Металеві конструкції”)
для студентів, які навчаються за напрямом підготовки “Будівництво”. Тому
навчальний посібник «Металеві конструкції. Розрахунок елементів і з’єднань»
(автор Романюк В.В.) рекомендується до участі у конкурсі.
ГОЛОСУВАЛИ: „за” – 16; „проти” – немає; „утрималось” – немає.
Голова Вченої ради Р.М. Макаренко
Секретар С.В. Філіпчук
Національний університет водного господарства та природокористування
ВИТЯГ
з протоколу № 2
засідання кафедри промислового, цивільного будівництва
та інженерних споруд
20.09.2016 р. м. Рівне
Присутні: 19 членів кафедри із 23.
СЛУХАЛИ: Інформацію професора кафедри промислового, цивільного
будівництва та інженерних споруд Романюка В.В. про представлення ним на
конкурс підручників, навчальних посібників і монографій Національного
університету водного господарства та природокористування власного
навчального посібника «Металеві конструкції. Розрахунок елементів і
з’єднань», виданого з грифом Міністерства освіти і науки України у 2016 р.
УХВАЛИЛИ: У навчальному посібнику наведено основні відомості про
матеріали для металевих конструкцій, сортамент стальних і алюмінієвих
профілів, навантаження і впливи та методи розрахунку будівельних
конструкцій. Детально розглянуто розрахунок елементів на основні види
деформацій: центральний і позацентровий розтяг і стиск, згин, кручення.
Наведено розрахунок та конструювання зварних і болтових з'єднань. Це дає
можливість студентам оволодіти навчальним матеріалом та набути практичних
навичок. Представлені в посібнику розрахунки виконані на основі чинних
нормативних документів. Мова посібника відповідає сучасним вимогам. В
інформаційному забезпеченні навчального процесу за напрямом «Будівництво»
аналогічного навчального посібника немає.
Структура і зміст посібника повністю відповідають першій частині робочої
програми дисципліни “Будівельні конструкції” (розділ “Металеві конструкції”)
для студентів, які навчаються за напрямом підготовки “Будівництво”. Тому
навчальний посібник «Металеві конструкції. Розрахунок елементів і з’єднань»
(автор Романюк В.В.) рекомендується до участі у конкурсі.
ГОЛОСУВАЛИ: „за” – 19; „проти” – немає; „утрималось” – немає.
Завідуючий кафедрою Є.М. Бабич
Секретар В.В. Савицький
Національний університет водного господарства та природокористування
Довідка
про використання навчального посібника
«Металеві конструкції. Розрахунок елементів і з’єднань»
(автор Романюк В.В.)
Навчальний посібник «Металеві конструкції. Розрахунок елементів і
з’єднань» (автор Романюк В.В.) з грифом Міністерства освіти і науки
України надійшов до Наукової бібліотеки НУВГП у кількості 1 примірник.
Даний посібник рекомендований для студентів вищих навчальних закладів,
які навчаються за напрямом підготовки «Будівництво». Він також може бути
використаний викладачами вищих навчальних закладів, виробничниками та
інженерами-проектувальниками будівельної галузі.
Навчальний посібник користується великим попитом серед студентів
денної та заочної форм навчання під час підготовки до лекційних курсів та
практичних занять, під час виконання курсових проектів і робіт, дипломних
проектів і магістерських робіт, а також у процесі самостійного опанування
матеріалу, викладеного в посібнику, для підготовки до складання змістових і
підсумкового модулів.
Директор Наукової бібліотеки А.В. Крива
25.10.2016 р.
Довідка про автора
Назва та вид видання
«Металеві конструкції. Розрахунок елементів і з’єднань». Навчальний
посібник з грифом Міністерства освіти і науки України (виданий у 2014 р.).
Автор
Романюк Володимир Володимирович, доцент, кандидат технічних наук,
професор кафедри промислового, цивільного будівництва та інженерних
споруд НУВГП.
Контактні телефони:
096-804-31-77; 095-356-85-82.
Дане видання є першим.
Завідувач кафедри Є.М. Бабич