10. РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

НА ПРОЧНОСТЬ С УЧЕТОМ ХРУПКОГО РАЗРУШЕНИЯ

Центрально- и внецентренно-растянутые элементы, а также зоны растяжения изгибаемых элементов конструкций, возводимых в климатических районах I 1 , I 2 , II 2 , II 3 , II 4 , и II 5 , следует проверять на прочность с учетом сопротивления хрупкому разрушению по формуле

s max £ b R u /g u , (118)

где s max - наибольшее растягивающее напряжение в расчетном сечении элемента, вычисленное по сечению нетто без учета коэффициентов динамичности и j b ;

b - коэффициент, принимаемый по табл. 84.

Элементы, проверяемые на прочность с учетом хрупкого разрушения, следует проектировать с применением решений, при которых не требуется увеличивать площадь сечения, установленную расчетом согласно требованиям разд. 5 настоящих норм.

11. РАСЧЕТ СОЕДИНЕНИЙ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

11.1*. Расчет сварных стыковых соединений на центральное растяжение или сжатие следует производить по формуле

где t

l w - расчетная длина шва, равная полной его длине, уменьшенной на 2t , или полной его длине в случае вывода концов шва за пределы стыка.

При расчете сварных стыковых соединений элементов конструкций, рассчитанных согласно п. 5.2. в формуле (119) вместо R wy следует принимать R wu /g u .

Расчет сварных стыковых соединений выполнять не требуется при применении сварочных материалов согласно прил. 2, полном проваре соединяемых элементов и физическом контроле качества растянутых швов.

11.2*. Сварные соединения с угловыми швами при действии продольной и поперечной сил следует рассчитывать на срез (условный) по двум сечениям (рис. 20):

Рис. 20. Схема расчетных сечений сварного соединения с угловым швом

1 - сечение по металлу шва; 2 - сечение по металлу границы сплавления

по металлу шва (сечение 1 )

N /(b f k f l w ) £ R wf g wf g c ; (120)

по металлу границы сплавления (сечение 2 )

N /(b z k f l w ) £ R wz g wz g c , (121)

где l w - расчетная длина шва, принимаемая меньше его полной длины на 10 мм;

b f и b z - коэффициенты, принимаемые при сварке элементов из стали: с пределом текучести до 530 МПа (5400 кгс/см 2) - по табл. 34*; с пределом текучести свыше 530 МПа (5400 кгс/см 2) независимо от вида сварки, положения шва и диаметра сварочной проволоки b f = 0,7 и b z = 1;

g wf и g wz - коэффициенты условий работы шва, равные 1 во всех случаях, кроме конструкций, возводимых в климатических районах I 1 , I 2 , II 2 и II 3 , для которых g wf = 0,85 для металла шва с нормативным сопротивлением R wun = 410 МПа (4200 кгс/см 2) и g wz = 0,85 - для всех сталей.

Для угловых швов, размеры которых установлены в соответствии с расчетом, в элементах из стали с пределом текучести до 285 МПа (2900 кгс/см 2) следует применять электроды или сварную проволоку согласно п. 3.4 настоящих норм, для которых расчетные сопротивления срезу по металлу шва R wf должны быть более R wz , а при ручной сварке - не менее чем в 1,1 раза превышать расчетные сопротивления срезу по металлу границы сплавления R wz , но не превышать значений R wz b z /b f ; в элементах из стали с пределом текучести свыше 285 МПа (2900 кгс/см 2) допускается применять электроды или сварочную проволоку, для которых выполняется условие R wz < R wf £ R wz b z /b f .

При выборе электродов или сварочной проволоки следует учитывать группы конструкций и климатические районы, указанные в табл. 55*.

11.3*. Расчет сварных соединений с угловыми швами на действие момента в плоскости, перпендикулярной плоскости расположения швов, следует производить по двум сечениям по формулам:

по металлу шва

; (122)

по металлу границы сплавления

, (123)

где W f - момент сопротивления расчетного сечения по металлу шва;

W z - то же, по металлу границы сплавления.

Расчет сварных соединений с угловыми швами на действие момента в плоскости расположения этих швов следует производить по двум сечениям по формулам:

по металлу шва

; (124)

по металлу границы сплавления

, (125)

где J fx и J fy - моменты инерции расчетного сечения по металлу шва относительно его главных осей;

J zx и J zy - то же, по металлу границы сплавления;

х и у - координаты точки шва, наиболее удаленной от центра тяжести расчетного сечения швов, относительно главных осей этого сечения.

11.4. Сварные стыковые соединения, выполненные без физического контроля качества, при одновременном действии в одном и том же сечении нормальных и касательных напряжений следует проверять по формуле (33), в которой значения s x , s y , t xy и R y следует принимать соответственно: s x = s wx и s y = s wy - нормальные напряжения в сварном соединении по двум взаимно перпендикулярным направлениям; t xy = t wxy - касательное напряжение в сварном соединении; R y = R wy .

11.5. При расчете сварных соединений с угловыми швами на одновременное действие продольной и поперечной сил и момента должны быть выполнены условия

t f £ R wf g wf g c и t z £ R wz g wz g c , (126)

где t f и t z - напряжения в расчетном сечении соответственно по металлу шва и по металлу границы сплавления, равные геометрическим суммам напряжений, вызываемых продольной и поперечной силами и моментом.

Болтовые соединения

11.6. В болтовых соединениях при действии продольной силы N , проходящей через центр тяжести соединения, распределение этой силы между болтами следует принимать равномерным.

11.7*. Расчетное усилие N b , которое может быть воспринято одним болтом, следует определять по формулам:

N b = R bs g b An s ; (127)

на смятие

N b = R bp g b d å t ; (128)

на растяжение

N b = R bt A bn . (129)

Обозначения, принятые в формулах (127) - (129):

Таблица 35*

Для одноболтовых соединений следует учитывать коэффициенты условий работы g c согласно требованиям п. 11.8.

11.8. Количество n болтов в соединении при действии продольной силы N следует определять по формуле

где N min - меньшее из значений расчетного усилия для одного болта, вычисленных согласно требованиям п. 11.7* настоящих норм.

11.9. При действии на соединение момента, вызывающего сдвиг соединяемых элементов, распределение усилий на болты следует принимать пропорционально расстояниям от центра тяжести соединения до рассматриваемого болта.

11.10. Болты, работающие одновременно на срез и растяжение, следует проверять отдельно на срез и растяжение.

Болты, работающие на срез от одновременного действия продольной силы и момента, следует проверять на равнодействующее усилие.

11.11. В креплениях одного элемента к другому через прокладки или иные промежуточные элементы, а также в креплениях с односторонней накладкой количество болтов должно быть увеличено против расчета на 10 %.

При креплениях выступающих полок уголков или швеллеров с помощью коротышей количество болтов, прикрепляющих одну из полок коротыша, должно быть увеличено против расчета на 50 %.

Соединения на высокопрочных болтах

11.12. Соединения на высокопрочных болтах следует рассчитывать в предположении передачи действующих в стыках и прикреплениях усилий через трение, возникающее по соприкасающимся плоскостям соединяемых элементов от натяжения высокопрочных болтов. При этом распределение продольной силы между болтами следует принимать равномерным.

11.13*. Расчетное усилие Q bh , которое может быть воспринято каждой поверхностью трения соединяемых элементов, стянутых одним высокопрочным болтом, следует определять по формуле

, (131)*

где R bh - расчетное сопротивление растяжению высокопрочного болта;

m - коэффициент трения, принимаемый по табл. 36*;

g h - коэффициент надежности, принимаемый по табл. 36*;

A bn - площадь сечения болта нетто, определяемая по табл. 62*;

g b - коэффициент условий работы соединения, зависящий от количества n болтов, необходимых для восприятия расчетного усилия, и принимаемый равным:

0,8 при n < 5;

0,9 при 5 £ n < 10;

1,0 при n ³ 10.

Количество n высокопрочных болтов в соединении при действии продольной силы следует определять по формуле

где k - количество поверхностей трения соединяемых элементов.

Натяжение высокопрочного болта следует производить осевым усилием P = R bh A bn .

Таблица 36

11.14. Расчет на прочность соединяемых элементов, ослабленных отверстиями под высокопрочные болты, следует выполнять с учетом того, что половина усилия, приходящегося на каждый болт, в рассматриваемом сечении уже передана силами трения. При этом проверку ослабленных сечений следует производить: при динамических нагрузках - по площади сечения нетто по площади сечения брутто А при Аn ³ 0,85А либо по условной площади A c = 1,18A n при An < 0,85А.

Соединения с фрезерованными торцами

11.15. В соединениях элементов с фрезерованными торцами (в стыках и базах колонн и т. п.) сжимающую силу следует считать полностью передающейся через торцы.

Во внецентренно-сжатых и сжато-изгибаемых элементах сварные швы и болты, включая высокопрочные, указанных соединений следует рассчитывать на максимальное растягивающее усилие от действия момента и продольной силы при наиболее неблагоприятном их сочетании, а также на сдвигающее усилие от действия поперечной силы.

Поясные соединения в составных балках.

11.16. Сварные швы и высокопрочные болты, соединяющие стенки и пояса составных двутавровых балок, следует рассчитывать согласно табл. 37*.

Таблица 37*

При отсутствии ребер жесткости для передачи больших неподвижных сосредоточенных нагрузок расчет прикрепления верхнего пояса следует выполнять как для подвижной сосредоточенной нагрузки.

При приложении неподвижной сосредоточенной нагрузки к нижнему поясу балки сварные швы и высокопрочные болты, прикрепляющие этот пояс к стенке, следует рассчитывать по формулам (138) - (140)* табл. 37* независимо от наличия ребер жесткости в местах приложения грузов.

Сварные поясные швы, выполненные с проваром на всю толщину стенки, следует считать равнопрочными со стенкой.

11.17. В балках с соединениями на высокопрочных болтах с многолистовыми поясными пакетами прикрепление каждого из листов за местом своего теоретического обрыва следует рассчитывать на половину усилия, которое может быть воспринято сечением листа. Прикрепление каждого листа на участке между действительным местом его обрыва и местом обрыва предыдущего листа следует рассчитывать на полное усилие, которое может быть воспринято сечением листа.

12. Общие требования по проектированию стальных конструкций

Основные положения

12.1*. При проектировании стальных конструкций необходимо:

предусматривать связи, обеспечивающие в процессе монтажа и эксплуатации устойчивость и пространственную неизменяемость сооружения в целом и его элементов, назначая их в зависимости от основных параметров сооружения и режима его эксплуатации (конструктивной схемы, пролетов, типов кранов и режимов их работы, температурных воздействий и т. п.);

учитывать производственные возможности и мощность технологического и кранового оборудования предприятий - изготовителей стальных конструкций, а также подъемно-транспортное и другое оборудование монтажных организаций;

производить разбивку конструкций на отправочные элементы с учетом вида транспорта и габаритов транспортных средств, рационального и экономичного транспортирования конструкций на строительство и выполнения максимального объема работ на предприятии-изготовителе;

использовать возможность фрезерования торцов для мощных сжатых и внецентренно-сжатых элементов (при отсутствии значительных краевых растягивающих напряжений) при наличии соответствующего оборудования на предприятии-изготовителе;

предусматривать монтажные крепления элементов (устройство монтажных столиков и т. п.);

в болтовых монтажных соединениях применять болты класса точности В и С, а также высокопрочные, при этом в соединениях, воспринимающих значительные вертикальные усилия (креплениях ферм, ригелей, рам и т. п.), следует предусматривать столики; при наличии в соединениях изгибающих моментов следует применять болты класса точности В и С, работающие на растяжение.

12.2. При конструировании стальных сварных конструкций следует исключать возможность вредного влияния остаточных деформаций и напряжений, в том числе сварочных, а также концентрации напряжений, предусматривая соответствующие конструктивные решения (с наиболее равномерным распределением напряжений в элементах и деталях, без входящих углов, резких перепадов сечения и других концентраторов напряжений) и технологические мероприятия (порядок сборки и сварки, предварительных выгиб, механическую обработку соответствующих зон путем строгания, фрезерования, зачистки абразивным кругом и др.).

12.3. В сварных соединениях стальных конструкций следует исключать возможность хрупкого разрушения конструкций в процессе их монтажа и эксплуатации в результате неблагоприятного сочетания следующих факторов:

высоких местных напряжений, вызванных воздействием сосредоточенных нагрузок или деформаций деталей соединений, а также остаточных напряжений;

резких концентраторов напряжений на участках с высокими местными напряжениями и ориентированных поперек направления действующих растягивающих напряжений;

пониженной температуры, при которой данная марка стали в зависимости от ее химического состава, структуры и толщины проката переходит в хрупкое состояние.

При конструировании сварных конструкций следует учитывать, что конструкции со сплошной стенкой имеют меньше концентраторов напряжений и менее чувствительны к эксцентриситетам по сравнению с решетчатыми конструкциями.

12.4*. Стальные конструкции следует защищать от коррозии в соответствии со СНиП по защите строительных конструкций от коррозии.

Защита конструкций, предназначенных для эксплуатации в условиях тропического климата, должна выполняться по ГОСТ 15150- 69*.

12.5. Конструкции, которые могут подвергаться воздействию расплавленного металла (в виде брызг при разливке металла, при прорыве металла из печей или ковшей), следует защищать облицовкой или ограждающими стенками из огнеупорного кирпича или жароупорного бетона, защищенными от механических повреждений.

Конструкции, подвергающиеся длительному воздействию лучистой или конвекционной теплоты или кратковременному воздействию огня во время аварий тепловых агрегатов, следует защищать подвесными металлическими экранами или футеровкой из кирпича или жароупорного бетона.

Сварные соединения

12.6. В конструкциях со сварными соединениями следует:

предусматривать применение высокопроизводительных механизированных способов сварки;

обеспечивать свободный доступ к местах выполнения сварных соединений с учетом выбранного способа и технологии сварки.

12.7. Разделку кромок под сварку следует принимать по ГОСТ 8713- 79*, ГОСТ 11533- 75, ГОСТ 14771- 76*, ГОСТ 23518- 79, ГОСТ 5264- 80 и ГОСТ 11534- 75.

12.8. Размеры и форму сварных угловых швов следует принимать с учетом следующих условий:

а) катеты угловых швов k f должны быть не более 1,2t , где t - наименьшая толщина соединяемых элементов;

б) катеты угловых швов k f следует принимать по расчету, но не менее указанных в табл. 38*;

в) расчетная длина углового сварного шва должна быть не менее 4k f и не менее 40 мм;

г) расчетная длина флангового шва должна быть не более 85b f k f (b f - коэффициент, принимаемый по табл. 34*), за исключением швов, в которых усилие действует на всем протяжении шва;

д) размер нахлестки должен быть не менее 5 толщин наиболее тонкого из свариваемых элементов;

е) соотношения размеров катетов угловых швов следует принимать, как правило, 1:1. При разных толщинах свариваемых элементов допускается принимать швы с неравными катетами, при этом катет, примыкающие к более тонкому элементу, должен соответствовать требованиям п. 12.8,а, а примыкающий к более толстому элементу - требованиям п. 12.8,б;

ж) в конструкциях, воспринимающих динамические и вибрационные нагрузки, а также возводимых в климатических районах I 1 , I 2 , II 2 и II 3 , угловые швы следует выполнять с плавным переходом к основному металлу при обосновании расчетом на выносливость или на прочность с учетом хрупкого разрушения.

Таблица 38*

12.9*. Для прикрепления ребер жесткости, диафрагм и поясов сварных двутавров по пп. 7.2*, 7.3, 13.12*, 13.26 и конструкций группы 4 допускается применять односторонние угловые швы, катеты которых k f следует принимать по расчету, но не менее указанных в табл. 38*.

Применение этих односторонних угловых швов не допускается в конструкциях:

эксплуатируемых в среднеагрессивной и сильноагрессивной средах (классификация согласно СНиП по защите строительных конструкций от коррозии);

возводимых в климатических районах I 1 , I 2 , II 2 и II 3 .

12.10. Для расчетных и конструктивных угловых швов в проекте должны быть указаны вид сварки, электроды или сварочная проволока, положение шва при сварке.

12.11. Сварные стыковые соединения листовых деталей следует, как правило, выполнять прямыми с полным проваром и с применением выводных планок.

В монтажных условиях допускается односторонняя сварка с подваркой корня шва и сварка на остающейся стальной подкладке.

12.12. Применение комбинированных соединений, в которых часть усилия воспринимается сварными швами, а часть - болтами, не допускается.

12.13. Применение прерывистых швов, а также электрозаклепок, выполняемых ручной сваркой с предварительным сверлением отверстий, допускается только в конструкциях группы 4.

Болтовые соединения и соединения на высокопрочных болтах

12.14. Отверстия в деталях стальных конструкций следует выполнять согласно требованиям СНиП по правилам производства и приемки работ для металлических конструкций.

12.15*. Болты класса точности А следует применять для соединений, в которых отверстия просверлены на проектный диаметр в собранных элементах либо по кондукторам в отдельных элементах и деталях, просверлены или продавлены на меньший диаметр в отдельных деталях с последующим рассверливанием до проектного диаметра в собранных элементах.

Болты класса точности В и С в многоболтовых соединениях следует применять для конструкций, изготовляемых из стали с пределом текучести до 380 МПа (3900 кгс/см 2).

12.16. Элементы в узле допускается крепить одним болтом.

12.17. Болты, имеющие по длине ненарезанной части участки с различными диаметрами, не допускается применять в соединениях, в которых эти болты работают на срез.

12.18*. Под гайки болтов следует устанавливать круглые шайбы по ГОСТ 11371- 78*, под гайки и головки высокопрочных болтов следует устанавливать шайбы по ГОСТ 22355- 77*. Для высокопрочных болтов по ГОСТ 22353- 77* с увеличенными размерами головок и гаек и при разности номинальных диаметров отверстия и болта, не превышающей 3 мм, а в конструкциях, изготовленных из стали с временным сопротивлением не ниже 440 МПа (4500 кгс/см 2), не превышающей 4 мм, допускается установка одной шайбы под гайку.

Резьба болта, воспринимающего сдвигающее усилие, не должна находиться на глубине более половины толщины элемента, прилегающего к гайке, или свыше 5 мм, кроме структурных конструкций, опор линий электропередачи и открытых распределительных устройств и линий контактных сетей транспорта, где резьба должна находиться вне пакета соединяемых элементов.

12.19*. Болты (в том числе высокопрочные) следует размещать в соответствии с табл. 39.

Таблица 39

Соединительные болты должны размещаться, как правило, на максимальных расстояниях, в стыках и узлах следует размещать болты на минимальных расстояниях.

При размещении болтов в шахматном порядке расстояние между их центрами вдоль усилия следует принимать не менее a + 1,5d , где а - расстояние между рядами поперек усилия, d - диаметр отверстия для болта. При таком размещении сечение элемента A n определяется с учетом ослабления его отверстиями, расположенными только в одном сечении поперек усилия (не по "зигзагу").

При прикреплении уголка одной полкой отверстие, наиболее удаленное от его конца, следует размещать на риске, ближайшей к обушку.

12.20*. В соединениях с болтами классов точности А, В и С (за исключением крепления второстепенных конструкций и соединений на высокопрочных болтах) должны быть предусмотрены меры против развинчивания гаек (постановка пружинных шайб или контргаек).

13. Дополнительные требования по проектированию производственных зданий и сооружений 1

Относительные прогибы и отклонения конструкций

13.1*. Прогибы и перемещения элементов конструкций не должны превышать предельных значений, установленных СНиП по нагрузкам и воздействиям.

Табл. 40* исключена.

13.2- 13.4 и табл 41* исключены.

1 Допускается применять для других видов зданий и сооружений.

Расстояния между температурными швами

13.5. Наибольшие расстояния между температурными швами стальных каркасов одноэтажных зданий и сооружений следует принимать согласно табл. 42.

При превышении более чем на 5 % указанных в табл. 42 расстояний, а также при увеличении жесткости каркаса стенами или другими конструкциями в расчете следует учитывать климатические температурные воздействия, неупругие деформации конструкций и податливость узлов.

Таблица 42

Разрабатывая болтовое соединение необходимо:

• Обеспечить наилучшие условия для максимальной передачи усилия с одного соединяемого элемента к другому
• Создать возможность удобного выполнения соединения.

Число болтов в соединении и расстояние между ними зависит от конструктивных особенностей соединяемых узлов.

В узлах прикреплений и стыках, в нагруженных и ответственных узлах расстояние между болтами делают минимальным, для уменьшения расходов на соединяющие накладки.

В малонагруженных узлах, расстояние между отверстиями под болты увеличивают, для экономии расходов на болты.

Болты в соединении необходимо располагать по прямым линиям (рискам), которые параллельны прикладываемым усилиям в соединении. Расстояние между болтами в линии называется шагом соединения, а расстояние двумя соседними рисками – дорожкой.

Минимальное расстояние между болтами зависят от прочности основного материала соединения, а максимальное определяется устойчивости к деформации и разрушению соединяемых участков между болтами, возможностью деформации соединяемых частей или появления щелей в соединении.

При соединении профильных элементов (швеллеров, уголков, двутавров) варианты расстановки рисок и возможные диаметры отверстий под болты нормируются и приведены в справочниках. При разработке таких соединений нужно предусматривать возможность удобной постановки болтов и сборки соединения.

При разработке соединения весьма желательно дорожку и шаг делать равным кратным 40мм.

Это облегчит рассверловку отверстий под болты с помощью кондукторов.

Рис.5.11. Схема отверстий для соединения болтами

а – самое меньшее расстояние в случае рядового (I) и шахматного (II) размещения болтов; б – самое большое расстояние в случае растяжения (I) и сжатия (II) элементов; 1 – окаймляющий уголок.

Таблица 5.9. При разработке болтового соединения расстояние между двумя соседними болтами одной риски определяют согласно таблице

Из каких соображений назначают расстояния между болтами (минимальные или максимальные).

Болты (в том числе высокопрочные) следует размещать в соответствии с табл. 39.

Таблица 39

Соединительные болты должны размещаться, как правило, на максимальных расстояниях; в стыках и узлах следует размещать болты на минимальных расстояниях.

При размещении болтов в шахматном порядке расстояние между их центрами вдоль усилия следует принимать не менее 1,5 где - расстояние между рядами поперек усилия, - диаметр отверстия для болта. При таком размещении сечение элемента определяется с учетом ослабления его отверстиями, расположенными только в одном сечении поперек усилия (не по "зигзагу").

При прикреплении уголка одной полкой отверстие, наиболее удаленное от его конца, следует размещать на риске, ближайшей к обушку.

2,28Расчет болтов в соединении, работающем на осевую силу (привести расчетную зависимость с объяснением входящих в неё величин),.

Если внешняя сила, действующая на соединение, направлена параллельно продольной оси болтов, то они будут работать на растяжение. При статической работе такого соединения качество отверстий и поверхности болта не играет никакой роли и болты нормальной и повышенной точности работают на растяжение одинаково (их расчетные сопротиво ления равны).

Интересно отметить, что начальные натяжения болтов не сказываются на их несущей способности на растяжение. Объясняется это тем, что начальные напряжения являются напряжениями внутренними, уравновешенными силами сжатия между соединяемыми элементами. Прикладывая внешние силы N к соединяемым элементам, будем постепенно заменять ими силы сжатия между элементами, не нарушая равновесия болт - элемент. При этом плотность соединения нарушена не будет. Тогда, когда внешние силы N начнут превышать внутренние начальные усилия стягивания болта, монолитность соединения нарушится и растягивающее усилие в болте начнет увеличиваться. Таким образом, прочность соединения определяется прочностью материала болтов на растяжение независимо от сил начального натяжения болта.

Таблица 8

В соединениях, работающих на растяжение, применяются болты из тех же сталей, что и для соединений, работающих на сдвиг, а для фундаментных болтов - в табл. 9. В этих соединениях усилия к болтам часто бывают приложены с эксцентриситетом, что заставляет снижать их расчетные сопротивления.

В фундаментных болтах снижение расчетных сопротивлений материала болтов против номинала объясняется еще и тем, что степень натяжения смежных болтов базы колонны в процессе монтажа колонны может быть различна, а потому в действительности возможна некоторая перегрузка отдельных болтов. Усилие, которое может быть воспринято одним болтом, определяют по формуле:

Аналогично формуле (6.2) необходимое количество болтов в соединении, работающем на действие центрально приложенной растягивающей силы, определяют:

При одновременном действии сил, сдвигающих и растягивающих соединение, прочность его проверяют раздельно на сдвиг по формулам (6.1) - (6.2), а на растяжение по формулам (6.5) и (6.5).

Расчет фундаментных болтов не отличается от расчета обычных болтов и производится по формулам (6.4) и (6.5), однако для должного закрепления болта в фундаменте (определение длины его заделки в бетон) необходимо дополнительно проверить его на вырывание из фундамента.

Центры болтовых отверстий должны располагаться по прямым линиям, параллельным действующему усилию, называемыми рисками. Расстояние a между центрами соседних отверстий вдоль риски называется шагом, расстояние с между соседними рисками – дорожкой.

Болты размещаются в рядовом или шахматном порядке (рис. 10.37) согласно требованиям табл. 10.23, при этом в расчетных соединениях (стыках и узлах) устанавливается минимальный шаг болтов a min. Он определяется из

Рис. 10.37. Размещение болтов:

а – рядовое; б – шахматное

условия прочности основного металла. Этим достигается экономия материала накладок, фасонок и других элементов в соединении. Максимальное расстояние между болтами a max назначается в нерасчетных (связующих) соединениях для уменьшения количества болтов. Оно определяется устойчивостью более тонкого наружного элемента t min при сжатии в промежутках между болтами и плотностью соединения растянутых элементов в целях устранения коррозионной опасности (зависит от диаметра болта d ).

Таблица 10.23

Размещение болтов

* В соединяемых элементах из стали с пределом текучести свыше 380 МПа минимальное расстояние между болтами следует принимать равным 3d .

Обозначения, принятые в таблице:

d – диаметр отверстия для болта;

t – толщина наиболее тонкого наружного элемента

При размещении болтов в шахматном порядке расстояние между их центрами вдоль усилия следует принимать не менее а + 1,5d , где а – расстояние между рядами поперек усилия, d – диаметр отверстия для болта. При таком размещении сечение элемента An определяется с учетом ослабления его отверстиями, расположенными только в одном сечении поперек усилия (не по «зигзагу»).

Под гайки болтов следует устанавливать шайбы. В болтовом соединении на высокопрочных болтах необходимо устанавливать две шайбы – под головку болта и гайку, так как основное назначение шайб заключается в уменьшении трения по торцевой поверхности головки болта или гайки при закручивании. В соединениях с болтами классов точности А, В и С (за исключением крепления второстепенных конструкций и соединений на высокопрочных болтах) должны быть предусмотрены меры против развинчивания гаек (постановка пружинных шайб или контргаек).

ЗАО «ЦНИИПСК им. Мельникова»
ОАО НИПИ «Промстальконструкция»
СТАНДАРТ ОРГАНИЗАЦИИ

Конструкции стальные строительные

БОЛТОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Проектирование и расчет

СТО 0041-2004

(02494680, 01408401)

Москва 2004

C одержание

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН ЗАО Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский и проектный институт строительных металлоконструкций им. Мельникова (ЗАО «ЦНИИПСК им. Мельникова»)

ОАО Научно-исследовательский и проектный институт «Промстальконструкция»

2 ВНЕСЕН организациями-разработчиками Стандарта

3 ПРИНЯТ на научно-техническом Совете ЦНИИПСК им. Мельникова от 25 ноября 2004 г. с участием представителей организации-разработчика Стандарта

4 ВВЕДЕН впервые

5 ПЕРЕИЗДАНИЕ ноябрь 2005 г.

6 Разработка, согласование, утверждение, издание (тиражирование), обновление (изменение или пересмотр) и отмена настоящего стандарта производятся организациями-разработчиками

Введение

Настоящий стандарт разработан в соответствии с Федеральным законом «О техническом регулировании» № 184-ФЗ и предназначен для применения всеми подразделениями ЗАО «ЦНИИПСК им. Мельникова» и ОАО НИПИ «Промстальконструкция», специализирующимися на разработке проектов КМ и КМД, диагностике, ремонте и реконструкции промышленных зданий и сооружений различного назначения.

Стандарт может применяться другими организациями, если эти организации имеют сертификаты соответствия, выданные Органами по сертификации в системе добровольной сертификации, созданными организациями-разработчиками стандарта.

Организации-разработчики не несут никакой ответственности за использование данного стандарта организациями, не имеющими сертификатов соответствия.

Необходимость разработки стандарта продиктована тем, что опыт, накопленный организациями-разработчиками стандарта, а также отечественными предприятиями и организациями в области проектирования, изготовления и выполнения стальных конструкций с монтажными соединениями на болтах, содержится в различных нормативных документах, рекомендациях, ведомственных правилах и других, частично устаревших и не охватывающих в целом проблему безопасной эксплуатации промышленных зданий и сооружений различного назначения.

Основной целью разработки стандарта является создание современной нормативной базы по вопросам проектирования и расчета стальных конструкций с соединениями на болтах.

СТАНДАРТ ОРГАНИЗАЦИИ

Утвержден и введен в действие:

Дата введения 2005-01-01

1 Область применения

1.1 Настоящий стандарт распространяется на проектирование и расчет стальных конструкций с монтажными соединениями на болтах, в том числе высокопрочных, предназначенных для несущих и ограждающих конструкций зданий и сооружений различного назначения, воспринимающих постоянные, временные и особые нагрузки в климатических районах с расчетной температурой до -65°С и сейсмичностью до 9 баллов, эксплуатируемых как в слабоагрессивных, так и в среднеагрессивных и агрессивных средах с применением защитных металлических покрытий.

1.2 В стандарте изложены основные положения по проектированию и расчету соединений на болтах, работающих на срез и растяжение, приведены области рационального применения болтов различных диаметров и классов прочности.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие нормативные документы:

Федеральный закон «О техническом регулировании» от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ

на смятие с учетом трения

N bp - расчетное усилие на смятие, определяемое по формуле

Q bh - расчетное усилие, воспринимаемое силами трения, определяемое по формуле ;

К u - коэффициент, учитывающий снижение предварительного натяжения болтов после общего сдвига в соединении, принимаемый равным:

0,9 - приразности номинальных диаметров отверстий и болтов δ ≤ 0,3 мм;

0,85 -при δ = 1,0мм;

0,80 - при δ = 2,0 мм;

0,75 - при δ = 3,0 мм;

n f - количество поверхностей трения соединяемых элементов.

7.5 Количество n болтов в соединении при действии продольной силы N следует определять по формуле

N min - меньшее из значений расчетных усилий N bs и N bh Для одного болта, вычисленных по формулам и .

7.6 Прочность элементов, ослабленных под болты, следует проверять с учетом полного ослабления сечений отверстиями под болты.

7.7 В односрезных соединениях количество болтов должно быть увеличено против расчета на 10%.

7.8 Расчет на выносливость фрикционно-срезных соединений следует выполнять в соответствии с требованиями п. 9.2 СНиП II-23-81*, относя соединения с элементами из стали с временным сопротивлением разрыву более 420 МПа ко 2-й группе конструкций, менее 420 МПа - к 3-й группе .

8 Фланцевые соединения

8.1 Рекомендации настоящего раздела следует соблюдать при проектировании, изготовлении и монтажной сборке фланцевых соединений элементов открытого профиля (двутавров, тавров, швеллеров и т.п.) стальных конструкций производственных зданий, подверженных растяжению, растяжению с изгибом при однозначной эпюре растягивающих напряжений σ min /σ шах ≥ 0,5), а также действию местных поперечных усилий.

Рекомендации не распространяются на фланцевые соединения: воспринимающие знакопеременные нагрузки, а также многократно действующие подвижные, вибрационные или другого вида нагрузки с числом циклов свыше 10 5 при коэффициенте асимметрии напряжений в соединяемых элементах р = σ min /σ шах ≤ 0,8;

эксплуатируемые в сильноагрессивной среде.

8.2 Фланцевые соединения следует выполнять только с предварительно напряженными высокопрочными болтами. Величину предварительного натяжения болтов В 0 для расчетов следует принимать равной

В 0 =0,9 B p =0,9 R bh · A bn ,(11)

где В р - расчетное усилие растяжения болта;

Rbh = 0.7 Rbun - расчетное сопротивление растяжения болтов;

Rbun - нормативное сопротивление стали болтов;

А Ьп - площадь сечения болта нетто.

8.3 Для фланцевых соединений следует применять высокопрочные болты М20, М24 и М27 из стали 40Х «селект» исполнения ХЛ с нормативным временным сопротивлением R bun не более 1080 МПа (110 кгс/мм 2), а также гайки высокопрочные и шайбы к ним по ГОСТ 22353-77 - ГОСТ 22356-77 .

8.4 Для фланцев следует применять листовую сталь по ГОСТ 19903-74* марки 09Г2С-15 по ГОСТ 19281-89 и 14Г2АФ-15 по ТУ 14-105-465-82 с гарантированными механическими свойствами в направлении толщины проката.

8.5 Фланцы могут быть выполнены из других марок низколегированных сталей поГОСТ 19281-89 , предназначенных для строительных стальных конструкций, при этом:

сталь должна быть не ниже 12-й категории;

временное сопротивление и относительное сужение стали в направлении толщины проката должны быть σ bz ≥ 0,8 σ b , ψ z ≥ 20% (где σ b - нормативное значение временного сопротивления для основного металла, принимаемое по стандартам или техническим условиям).

а - из широкополочных тавров; б - из парных равнополочных уголков

8.10 При расчете на прочность болтов и фланца, относящихся к наружной зоне, выделяют участки фланца, которые рассматривают как Т-образные фланцевые соединения шириной w (см. ).

,(14)

где Nj - расчетное усилие j -й болт наружной зоны, равное

;(15)

здесь N bj - расчетное усилие на j -й болт, определяемое из условия прочности соединения по болтам

,(16)

a , β - коэффициенты, принимаемые по табл. 8;

x j - параметр жесткости болта, определяемый по формуле

;(17)

b j - расстояние от оси j -го болта до края сварного шва;