Строительные конструкции. Расчет и проектирование
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Строительные конструкции
Издательство:
НИЦ ИНФРА-М
Год издания: 2005
Кол-во страниц: 448
Дополнительно
Вид издания:
Учебник
Уровень образования:
Среднее профессиональное образование
ISBN: 5-16-002406-9
Артикул: 057200.02.01
К покупке доступен более свежий выпуск
Перейти
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- Среднее профессиональное образование
- 08.02.01: Строительство и эксплуатация зданий и сооружений
- 08.02.02: Строительство и эксплуатация инженерных сооружений
- 08.02.03: Производство неметаллических строительных изделий и конструкций
ГРНТИ:
Скопировать запись
Строительные конструкции. Расчет и проектирование, 2023, 057200.20.01
Строительные конструкции. Расчет и проектирование, 2022, 057200.19.01
Строительные конструкции. Расчет и проектирование, 2021, 057200.16.01
Строительные конструкции. Расчет и проектирование, 2019, 057200.15.01
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
Москва ИНФРА-М 2007 Допущено Государственным комитетом Российской Федерации по строительству и жилищно-коммунальному комплексу в качестве учебника для студентов средних специальных учебных заведений, обучающихся по специальности 2902 «Строительство и эксплуатация зданий и сооружений» СРЕДНЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ В.И. СЕТКОВ, Е.П. СЕРБИН СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ Расчет и проектирование УЧЕБНИК Второе издание
Сетков В.И., Сербин Е.П. Строительные конструкции: Расчет и проектирование: Учебник. — 2-е изд., доп. и испр. — М.: ИНФРА-М, 2007. — 448 с. — (Среднее профессиональное образование). — (Серия «Среднее профессиональное образование»). ISBN 5-16-002406-9 В учебнике излагаются основы проектирования и расчета наиболее простых и широко распространенных в строительной практике несущих конструкций. Издание рассчитано на студентов и преподавателей строительных колледжей и техникумов, а также других средних профессиональных учебных заведений, ведущих подготовку специалистов по строительным специальностям, и прежде всего по специальности «Строительство зданий и сооружений» (спец. 2902) со всеми ее специализациями базового уровня. Может представлять интерес для студентов высшей школы, где дисциплина «Строительные конструкции» имеется в учебных планах, но не является профилирующей. Может быть полезным для техников-строителей, занимающихся производственной деятельностью или проектным делом в области нового строительства или реконструкции в жилищнокоммунальном комплексе, и особенно в малом бизнесе. УДК 624.0(07) ББК 38.5я723 УДК 624.0(07) ББК 38.5я723 С 33 © В.И. Сетков, Е.П. Сербин, 2005 ISBN 5-16-002406-9 Рецензенты: преподаватель Кировского государственного колледжа строительства, экономики и права И.А. ЗАГУСТИНА; преподаватель Донского государственного колледжа строительства, экономики и предпринимательства Г.Б. ЗУБОВА С 33 27
СОДЕРЖАНИЕ Предисловие .................................................................................... 9 Введение......................................................................................... 11 1. Общие положения ................................................................ 13 1.1. Классификация строительных конструкций ....................... 13 1.2. Материалы для строительных конструкций и рекомендации по их применению .................................... 15 1.3. Требования к строительным конструкциям и общие принципы их проектирования .............................. 19 1.4. Достижения в области строительных конструкций и перспективы их развития .................................................. 20 2. Основы расчета строительных конструкций и оснований (по предельным состояниям) ..................................................... 24 2.1. Понятие о предельных состояниях строительных конструкций .......................................................................... 24 2.2. Понятие о расчете строительных конструкций по предельным состояниям .................................................. 25 2.2.1. Понятие о расчете по предельным состояниям первой группы ........................................................................ 27 2.2.2. Понятие о расчете по предельным состояниям второй группы ........................................................................ 28 2.2.3. Нормативные и расчетные значения сопротивлений материалов и нагрузок ............................... 29 2.3. Работа материалов для несущих конструкций под нагрузкой и их расчетные характеристики .................. 31 2.3.1. Сталь ....................................................................................... 32 2.3.2. Древесина ............................................................................... 37 2.3.3. Железобетон ........................................................................... 40 2.3.4. Каменная кладка .................................................................... 45 Примеры..................................................................................... 47 Задачи для самостоятельной работы ....................................... 49 3. Нагрузки и воздействия........................................................ 50 3.1. Классификация нагрузок, действующих на строительные конструкции ............................................. 52 3.1.1. Постоянные нагрузки............................................................ 52 3.1.2. Временные нагрузки ............................................................. 52
3.2. Нормативные нагрузки ......................................................... 53 3.2.1. Нормативные постоянные нагрузки .................................... 53 3.2.2. Нормативные временные нагрузки ..................................... 54 3.3. Расчетные нагрузки ............................................................... 54 3.3.1. Расчетные постоянные нагрузки ......................................... 55 3.3.2. Расчетные временные нагрузки ........................................... 55 3.4. Сочетания нагрузок ............................................................... 56 3.5. Единицы измерения, используемые при расчете строительных конструкций .................................................. 56 Примеры и некоторые указания по сбору нагрузок .................. 57 Задачи для самостоятельной работы ....................................... 64 4. Конструктивная и расчетная схемы ...................................... 65 4.1. Балки ...................................................................................... 65 4.1.1. Конструктивная и расчетная схемы простой балки .......... 65 4.1.2. Конструктивная и расчетная схемы консоли (консольной балки) ............................................................... 74 4.2. Колонны: конструктивные и расчетные схемы .................. 76 Примеры построения расчетных схем ...................................... 82 Задачи для самостоятельной работы ....................................... 83 5. Основы расчета строительных конструкций, работающих на сжатие ................................................................................ 85 5.1. Расчет колонн. Общие положения ....................................... 85 5.1.1. Работа центрально-сжатых колонн под нагрузкой и предпосылки для расчета по несущей способности ....................................................... 86 5.1.2. Расчет центрально-сжатых колонн (стоек). Общие подходы ...................................................................... 87 5.1.3. Понятие о расчете внецентренно сжатых колонн ..................................................................................... 93 5.2. Расчет стальных колонн........................................................ 94 5.2.1. Область распространения и простейшие конструкции стальных колонн ............................................. 94 5.2.2. Особенности работы стальных колонн под нагрузкой и предпосылки для расчета ......................... 96 5.2.3. Расчет центрально-сжатых стальных колонн сплошного сечения ................................................................ 97 5.2.4. Правила конструирования центральносжатых стальных колонн..................................................... 101 5.2.5. Понятие о расчете сквозных центральносжатых колонн ..................................................................... 105 5.3. Расчет деревянных стоек .....................................................107 5.3.1. Область распространения деревянных стоек и их простейшие конструкции ........................................... 107 5.3.2. Особенности работы деревянных стоек под нагрузкой и предпосылки для расчета ....................... 108
5.3.3. Расчет деревянных стоек цельного сечения ..................... 109 5.3.4. Правила конструирования деревянных стоек и узлов ........................................................................ 112 5.3.5. Понятие о расчете деревянных стоек составного сечения .............................................................. 112 5.4. Расчет железобетонных колонн...........................................113 5.4.1. Область распространения и простейшие конструкции железобетонных колонн .............................. 114 5.4.2. Характер потери несущей способности железобетонной колонны и предпосылки для расчета ............................................................................ 116 5.4.3. Расчет сжатых железобетонных колонн со случайным эксцентриситетом ....................................... 117 5.4.4. Правила конструирования железобетонных колонн ....... 123 5.4.5. Понятие о расчете внецентренно сжатых железобетонных колонн ...................................................... 126 5.5. Расчет кирпичных (каменных) столбов и стен ................. 127 5.5.1. Область распространения и простейшие конструкции кирпичных столбов ...................................... 127 5.5.2. Особенности работы кирпичных столбов под нагрузкой и предпосылки для расчета ....................... 129 5.5.3. Расчет центрально-сжатых столбов из неармированной кладки ................................................. 130 5.5.4. Некоторые правила конструирования неармированных столбов .................................................... 134 5.5.5. Расчет центрально-сжатых кирпичных столбов, армированных при помощи сеток (сетчатое армирование) ....................................................... 135 5.5.6. Некоторые правила конструирования кирпичных (каменных) столбов с сетчатым армированием ................................................... 139 5.5.7. Внецентренно сжатые столбы. Понятие о расчете................................................................................ 140 5.5.8. Расчет кирпичных стен зданий с жесткой конструктивной схемой ...................................................... 141 5.5.9. Каменная кладка, выполняемая в зимнее время ..................................................................................... 146 5.5.10. Усиление кирпичных столбов и простенков .................... 148 Примеры расчета колонн ........................................................ 149 Задачи для самостоятельной работы ..................................... 159 6. Растянутые элементы ..........................................................162 6.1. Общие положения ............................................................... 162 6.2. Стальные центрально-растянутые элементы .................... 162 6.3. Деревянные центрально-растянутые элементы .................165 Примеры расчета центрально-растянутых элементов ......... 167
Задачи для самостоятельной работы ..................................... 169 7. Основы расчета строительных конструкций, работающих на изгиб ..................................................................................171 7.1. Общие положения ............................................................... 171 7.1.1. Работа простых балок под нагрузкой и предпосылки для расчета по несущей способности .......................................................................... 171 7.1.2. Расчет по деформациям балок из упругих материалов ............................................................................ 176 7.2. Расчет стальных балок .........................................................181 7.2.1. Область распространения и простейшие конструкции сплошных стальных балок ........................... 182 7.2.2. Особенности работы стальных балок под нагрузкой и предпосылки для расчета ....................... 184 7.2.3. Расчет стальных балок сплошного сечения ...................... 186 7.2.4. Узлы и детали стальных балок ........................................... 191 7.2.5. Понятие о расчете составных сварных балок ...................... 192 7.3. Расчет деревянных балок .....................................................194 7.3.1. Область распространения и простейшие конструкции деревянных балок ......................................... 194 7.3.2. Особенности работы деревянных балок под нагрузкой и предпосылки для расчета ....................... 197 7.3.3. Расчет деревянных балок цельного сечения ...................... 199 7.3.4. Некоторые правила конструирования деревянных балок ................................................................ 202 7.4. Расчет железобетонных балок и плит .................................204 7.4.1. Область распространения и простейшие конструкции железобетонных балок ................................. 204 7.4.2. Особенности работы железобетонных балок под нагрузкой и предпосылки для расчета ....................... 206 7.4.3. Расчет железобетонных балок прямоугольного сечения с одиночным армированием по прочности нормального сечения .................................. 208 7.4.4. Вывод уравнений прочности нормального сечения изгибаемого прямоугольного элемента с одиночным армированием .............................. 211 7.4.5. Понятие о прочности нормального сечения балок с двойной арматурой ........................................................... 217 7.4.6. Расчет прочности нормального сечения изгибаемых элементов таврового сечения с одиночным армированием ............................................... 218 7.4.7. Некоторые правила конструирования железобетонных балок без предварительного напряжения арматуры ......................................................... 225
7.4.8. Расчет железобетонных плит по нормальному сечению ................................................................................. 228 7.4.9. Расчет прочности наклонных сечений железобетонных изгибаемых элементов ............................ 237 7.4.10. Предварительно наряженные железобетонные конструкции ......................................................................... 243 7.4.11. Понятие о расчете сборных железобетонных конструкций на монтажные и транспортные нагрузки .. 256 7.4.12. Расчет изгибаемых железобетонных элементов по второй группе предельных состояний .......................... 258 Примеры расчета изгибаемых элементов ............................... 263 Задачи для самостоятельной работы ..................................... 292 8. Расчет и конструирование соединений строительных конструкций ............................................................................297 8.1. Соединения стальных элементов ....................................... 297 8.1.1. Соединения на сварке ......................................................... 297 8.1.2. Болтовые соединения .......................................................... 304 8.2. Соединения деревянных конструкций ...............................310 8.2.1. Соединения на клеях ........................................................... 310 8.2.2. Нагельные соединения ........................................................ 312 8.2.3. Соединения на врубках ....................................................... 313 8.3. Соединения сборных железобетонных элементов .............315 Примеры расчета соединений.................................................. 318 Задачи для самостоятельной работы ..................................... 325 9. Стропильные фермы ............................................................ 328 9.1. Простейшие стропильные фермы .......................................329 9.1.1. Общие сведения ................................................................... 329 9.1.2. Стальные фермы: область распространения и простейшие конструкции ................................................ 331 9.1.3. Деревянные и металлодеревянные фермы: область распространения и простейшие конструкции ......................................................................... 332 9.1.4. Железобетонные фермы: область распространения и конструкции ....................................... 337 9.2. Расчет и конструирование ферм .........................................337 9.2.1. Общий порядок расчета ферм ............................................ 337 9.2.2. Особенности расчета стальных ферм ................................ 339 9.2.3. Особенности конструирования стержней стальных ферм ..................................................................... 341 9.2.4. Особенности конструирования деревянных ферм ...................................................................................... 343 Примеры расчета стержней стальных ферм ......................... 344 10. Рамы и арки ..................................................................... 348 10.1. Рамы .................................................................................... 348 10.1.1. Общие положения ............................................................... 348
10.1.2. Простейшие конструкции рам и каркасов ....................... 349 10.1.3. Стальные рамы ..................................................................... 349 10.1.4. Деревянные рамы ................................................................ 350 10.1.5. Железобетонные рамы ........................................................ 350 10.2. Арки.....................................................................................354 10.2.1. Общие положения ............................................................... 354 10.2.2. Понятие о расчете арок ....................................................... 356 11. Основания ........................................................................ 359 11.1. Естественные основания ...................................................361 11.1.1. Некоторые физические характеристики грунтов .................................................................................. 361 11.1.2. Механические характеристики дисперсных грунтов .................................................................................. 365 11.1.3. Расчетные сопротивления грунта ...................................... 368 11.1.4. Расчет осадок оснований .................................................... 373 11.1.5. Понятие о расчете скальных оснований ........................... 378 11.2. Искусственные основания .................................................379 11.2.1. Замена слабых грунтов ........................................................ 379 11.2.2. Поверхностное уплотнение грунта .................................... 380 11.2.3. Глубинное уплотнение ........................................................ 381 11.2.4. Закрепление грунтов ........................................................... 381 Примеры расчета .................................................................... 385 12. Фундаменты...................................................................... 388 12.1. Фундаменты неглубокого заложения ............................... 388 12.1.1. Общие положения ............................................................... 388 12.1.2. Глубина заложения фундамента ........................................ 388 12.1.3. Определение размеров подошвы фундаментов, выполняемых на дисперсных грунтах (расчет по грунту) ............................................................................. 392 12.1.4. Расчет фундаментов по материалу ..................................... 394 12.2. Свайные фундаменты ........................................................401 12.2.1. Общие положения ............................................................... 401 12.2.2. Классификация свай ........................................................... 401 12.2.3. Расчет свайных фундаментов ............................................. 405 Примеры расчета фундаментов ............................................. 414 Задачи для самостоятельной работы ..................................... 428 Приложения................................................................................. 431 Литература ................................................................................... 447
ПРЕДИСЛОВИЕ Предпосылки для написания такого учебника следующие. Вопервых, учебники по строительным конструкциям для средних специальных заведений не издавались уже более 10 лет. За это время изменились требования строительных норм и правил, во многом другими стали и сами конструкции и применяющиеся для них материалы. Во-вторых, за последние годы объем учебного курса «Строительные конструкции» в техникумах и колледжах значительно сократился, из учебных планов исключен курсовой проект. В Государственном образовательном стандарте СПО заложены новые подходы к объему и глубине изложения учебного материала по этой дисциплине. По мнению авторов, настоящий учебник во многом отличается от существующих как по содержанию, так и по построению. Действующие учебники по строительным конструкциям для средних профессиональных учебных заведений строительного направления написаны по аналогии с вузовскими учебниками, где традиционно выделяется пять частей в зависимости от используемых материалов: металлические конструкции, железобетонные и бетонные конструкции, деревянные и конструкции из пластмасс, каменные и армокаменные конструкции и, наконец, несколько обособленно — основания и фундаменты. Ранее издававшиеся учебники для техникумов и колледжей в основном копируют аналогичные учебники для высшей школы, которые, как правило, представляют отдельные книги по каждому из перечисленных материалов и написаны разными авторами или авторскими коллективами — специалистами в той или иной области, что оправдано для студентов университетов и академий. В предлагаемом учебнике авторами сделана попытка рассмотреть строительные конструкции в первую очередь не в зависимости от материала, а в зависимости от статической схемы работы: сжатые, изгибаемые, стержневые и т.д. Здесь сначала указывается на общие для всех конструкций подходы к расчету на базе тео
рии сопротивления материалов, а затем уже материал рассматривается как частное проявление тех или иных свойств конструкций. Более того, авторы поставили в качестве основной цели объединить учебный материал в одной книге, что вполне оправдано и имеет ряд преимуществ. С одной стороны, из учебника исключены некоторые теоретические подходы и расчеты сложных инженерных сооружений, которые были заимствованы из вузовских учебников и являлись «избыточной» информацией при изучении базового курса студентами среднего специального учебного заведения. С другой стороны, исключено дублирование тех или иных сведений (например, темы «Нагрузки и воздействия», «Расчет по предельным состояниям» и др.), которые в прежних изданиях повторяются в каждой из книг. Таким образом, предлагаемый учебник ориентирован на конкретного адресата — будущего техника-строителя базового уровня.
ВВЕДЕНИЕ «Строительные конструкции» как учебная дисциплина специального цикла в соответствии с Государственным образовательным стандартом среднего профессионального образования в качестве основной своей цели имеет обучение студентов указанного уровня основам расчета и проектирования конструкций, оснований и фундаментов, с которыми наиболее часто приходится иметь дело в строительной практике. Учебник адресован техникам-строителям базового уровня, поэтому речь пойдет о наиболее простых и в то же время широко распространенных строительных конструкциях, используемых в зданиях и сооружениях. Дисциплина «Строительные конструкции», как и другие, опирается на данные многих учебных дисциплин, но теснее всего связана с такими, как «Техническая механика», «Строительные материалы» и «Архитектура зданий». «Техническая механика», и прежде всего «Сопротивление материалов» как ее часть, является элементарной теорией о прочности, она ближе всего к «Строительным конструкциям» с точки зрения главной цели — выполнения расчета для обеспечения надежной работы отдельных конструкций и сооружений в целом. Основное же отличие заключается в том, что в «Сопротивлении материалов» рассматриваются абсолютно упругие и однородные материалы, а в «Строительных конструкциях» — и неоднородные (например, железобетон), и необязательно абсолютно упругие (бетон, кирпич). «Строительные материалы» как учебная дисциплина рассматривает физико-механические свойства материалов с помощью лабораторных и других испытаний. «Строительные конструкции», прежде всего, интересуют прочностные характеристики строительных материалов и базирующиеся на этой основе расчетные формулы. «Архитектура зданий» занимается основами архитектурностроительного проектирования, конструктивными элементами
зданий и способами их соединений, не вникая глубоко в вопросы обеспечения их прочности, которые являются главной задачей дисциплины «Строительные конструкции». Строительные конструкции также тесно связаны с такими дисциплинами как «Экономика» и «Технология строительного производства». Первая решает вопросы экономичности и целесообразности при проектировании конструкций, а вторая — удобства их изготовления, монтажа и транспортирования. Современные расчеты немыслимы без использования ЭВМ, особенно при выполнении расчетов сложных конструкций и сооружений. Выполнение расчетов простейших конструкций «вручную» в учебных целях необходимо для развития инженерного мышления, осознанной и обоснованной оценки их надежности в работе. По ряду причин авторы не приводят в этой книге расчетов с помощью ЭВМ.
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ 1.1. Классификация строительных конструкций Строительные конструкции очень разнообразны по своему назначению и применению. Тем не менее их можно объединить по некоторым признакам общности тех или иных свойств, т.е. проклассифицировать, уточнив при этом некоторые понятия. Возможны различные подходы к классификации конструкций. Имея в качестве основной конечной цели учебника расчет конструкций, целесообразнее всего проклассифицировать их по следующим признакам: 1) по геометрическому признаку конструкции принято разделять на массивы, брусья, плиты, оболочки (рис. 1.1) и стержневые системы (рис. 1.3): Рис. 1.1. Классификация конструкций по геометрическому признаку: а) массив; б) брус; в) плита; г) оболочка
% массив — конструкция, в которой все размеры одного порядка, например у фундамента размеры могут быть такими: а = 1,8 м; b = 1,2 м; h = 1,5 м. Размеры могут быть и другими, но порядок их один — метры; % брус — элемент, в котором два размера во много раз меньше третьего, т.е. они разного порядка: b << l, h << l. Например, у железобетонной балки они могут быть такими: b = 20 см, h = 40 см, а l = 600 см, т.е. они могут отличаться друг от друга на целый порядок (в 10 и более раз). Брус с ломаной осью принято называть простейшей рамой, а с криволинейной осью — аркой (рис. 1.2, а, б); Рис. 1.2. Разновидности брусьев: а) рама; б) арка % плита — элемент, в котором один размер во много раз меньше двух других: h << а, h << l. В качестве примера можно привести ребристую железобетонную плиту (точнее, поле плиты), у которой толщина собственно плиты h может быть 3–4 см, а длина и ширина порядка 150 см. Плита является частным случаем более общего понятия — оболочки, которая в отличие от плиты имеет криволинейное очертание (рис. 1.1, г). Рассмотрение оболочек выходит за рамки нашего курса; % стержневые системы представляют собой геометрически неизменяемые системы стержней, соединенных между собой шарнирно или жестко. К ним относятся строительные фермы (балочные или консольные) (рис. 1.3). Рис. 1.3. Примеры простейших стержневых систем: а) балочная ферма; б) консольная ферма
Размеры во всех примерах приведены в качестве ориентира и не исключают их многообразия. Есть случаи, когда трудно отнести конструкцию к тому или иному виду по этому признаку. В рамках данного учебника все конструкции вполне вписываются в приведенную классификацию; 2) с точки зрения статики конструкции делятся на статически определимые и статически неопределимые. К первым относятся системы (конструкции), усилия или напряжения в которых могут быть определены только из уравнений статики (уравнений равновесия), ко вторым — такие, для которых одних уравнений статики недостаточно. В настоящем учебнике преимущественно рассматриваются статически определимые конструкции; 3) по используемым материалам конструкции делятся на стальные, деревянные, железобетонные, бетонные, каменные (кирпичные); 4) с точки зрения напряженно-деформированного состояния, т.е. возникающих в конструкциях внутренних усилий, напряжений и деформаций под действием внешней нагрузки, условно можно поделить их на три группы: простейшие, простые и сложные (табл. 1.1). Такое разделение не является общепринятым, но позволяет привести в систему характеристики видов напряженно-деформированных состояний конструкций, которые широко распространены в строительной практике и будут рассмотрены в учебнике. В представленной таблице трудно отразить все тонкости и особенности указанных состояний, но она дает возможность сравнить и оценить их в целом. Подробнее о стадиях напряженно-деформированных состояний будет сказано в соответствующих главах. 1.2. Материалы для строительных конструкций и рекомендации по их применению Строительная практика имеет дело с большой номенклатурой строительных материалов, как конструкционных, так и теплоизоляционных и отделочных. Как уже говорилось выше, наиболее распространены в качестве конструкционных материалов, т.е. применяются для несущих конструкций, сталь, железобетон, древесина и кирпич (камень). Не останавливаясь на особенностях работы различных материалов под нагрузкой и влияния на них условий эксплуатации, на различии их химичес
Таблица 1.1 Виды напряженно-деформированных состояний и их характеристики
К покупке доступен более свежий выпуск
Перейти