Основной целью расчета металлических конструкций является определение геометрических размеров поперечных сечений исходя из заданных условий.
Основы расчета металлических конструкций
Расчет металлических конструкций делится на статический и конструктивный. Для конструктивного расчета конструкций из металла используется метод предельных состояний, позволяющий найти такую конструкцию, которая выдержит прилагаемую к ней нагрузку.
Любой расчет состоит из ряда последовательно выполняемых действий:
- составляем расчетную схему;
- собираем нагрузки;
- определяем усилия в элементах конструкций;
- подбираем поперечные сечения;
- проверяем подобранные сечения.
Главными в методе предельных состояний являются два возможных состояния конструкции. При первом предельном состоянии конструкция не может эксплуатироваться дальше, она разрушена, потеряна местная устойчивость, нарушены узлы и соединения. Это состояние конструкции называется первой группой предельных состояний и любой элемент должен быть рассчитан по этой группе. В данном случае нас будет интересовать предельная нагрузка, которая вызывает подобное разрушение.
Также рассматривается и второй вариант - предельное состояние при котором конструкция не разрушена, но она не может дальше эксплуатироваться, в ней появились ненормативные прогибы, осадки, колебания, повороты узлов. В основном на вторую группу предельных состояний проверяют изгибаемые элементы, такие как балки, фермы. В расчетах мы должны учитывать, что основной прочностной характеристикой является нормативное сопротивление, которое бывает двух видов – нормативное и временное. Под нормативным сопротивлением по пределу текучести понимают значение сопротивления, полученное с обеспеченностью в 0,95 в результате лабораторных испытаний. Расчетные сопротивления могут отличаться от нормативных, поэтому при расчетах используется коэффициент надежности по материалу.
Сопротивление – это показатель стойкости материала к внешним воздействиям.
Частные коэффициенты
В методе предельных состояний многие исходные величины, которые имеют по природе случайное значение, представляют нормативными, а то, как они могут изменяться и влиять на конструкцию, корректируют с помощью коэффициента надежности.
Согласно исследованиям неблагоприятный исход в виде аварии или разрушения наступает при совпадении нескольких факторов, это могут быть и неблагоприятные условия эксплуатации, и неточности расчетной схемы, и отклонение приложения нагрузки.
Используются следующие коэффициенты:
- коэффициент надежности по нагрузке;
- коэффициент условий работы;
- коэффициент надежности свойств материалов;
- коэффициент надежности по степени ответственности объекта.
Рисунок 1. Коэффициент надежности по нагрузке. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
В литературе эти коэффициенты называют частными, поэтому иногда название «метод предельных состояний» заменяют на «метод частных коэффициентов.
Нормальный уровень ответственности, равный единице, устанавливается для большинства объектов, это жилые, общественные, производственные здания. Пониженный коэффициент, равный 0,8 используется для сезонных и вспомогательных объектов. Повышенный коэффициент ответственности применяют для сложных объектов, а также для объектов, отказ работы которых может привести к тяжелым последствиям для экономики, экологии или социальной сферы.
Сегодня расчеты металлических конструкций ведутся с помощью программ автоматизированного проектирования. В учебных целях студенты первые расчета выполняют вручную, находя нужные площади сечений с помощью формул из СП. Затем в программах они создают расчетные схемы и проводят те же операции по расчетам уже в системе и сравнивают полученные значения.
Правильность расчетов будут зависит от точности расчетной схемы и учета всех условий влияния на конструкции. Освоив методику расчета металлических конструкций на простых схемах, можно переходить к более сложным и приближенным к жизни задачам. Сегодня, в эпоху, когда все проектирование ведется в программах, значительно ускоряется сам процессов расчетов, но габариты конструкций корректируются в процессе работы над проектом многократно. За счет использования программ для расчетов удается сократить стоимость материалов и производства.
