Динамика и устойчивость сооружений

 

Содержание                                                                                               стр.

 

1.1.       Строительные металлы и сплавы                                                          2

  1.2.       Состав строение и свойства строительных металлов                            2

  1.2.1    Углеродистые стали.                                                                               2

1.2.2   Легированные стали.                                                                                     3

1.2.2.1   Арматурные стали                                                                                          5

1.3         Поведение металлических строительных конструкций при пожаре       7

1.4          Методы огнезащиты металлических конструкций.                                  8

2.   Расчетная часть                                                                                              10

2.1 Расчет предела огнестойкости железобетонной панели

       перекрытия ПК 8 – 58.12                                                                                     11

2.2 Расчет предела огнестойкости железобетонной

       колонны КСР–442–34                                                                                           14

2.3 Создание новой колонны в соответствии с требованиями

       СНиП 21-01-97*                                                                                                   23

Заключение                                    26

Список литературы                          27

Приложения

 

 

 

 

 

 

 

1. СТРОИТЕЛЬНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ.

Из всего  многообразия металлов в строительстве  применяется главным образом  сплавы на основе железа. На данный момент в строительных конструкциях применяется  по большей части углеродистая и легированная сталь

Стальные  конструкции применяются главным  образом для каркасов большепролётных  зданий и сооружений, для цехов  с тяжёлым крановым оборудованием, домен, резервуаров большой ёмкости, мостов, сооружений башенного типа и др. Области применения стальных и железобетонных конструкций в ряде случаев совпадают. При этом выбор типа конструкций производится с учётом соотношения их стоимостей, а также в зависимости от района строительства и местонахождения предприятий строительной индустрии. Существенное преимущество стальных конструкций (по сравнению с железобетонными) — их меньшая масса. Этим определяется целесообразность их применения в районах с высокой сейсмичностью, труднодоступных областях Крайнего Севера, пустынных и высокогорных районах и т.п. Расширение объёмов применения сталей высокой прочности и экономичных профилей проката, а также создание эффективных пространственных конструкций (в т. ч. из тонколистовой стали) позволят значительно снизить вес зданий и сооружений.

2. СОСТАВ СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ.

1.2.1 УГЛЕРОДИСТЫЕ  СТАЛИ

По химическому составу стали делятся на углеродистые и легированные. Углеродистые стали представляют собой сплавы железа Fe с углеродом C при неизбежном наличии примесей других химических элементов.

В строительных конструкциях, как правило, используются улеродистые  стали обыкновенного качества.

По показателям нормирования качества стали обыкновенного качества подразделяются на три группы:

группа  А — нормируются механические характеристики (s_в, s_т, d, изгиб);

группа  Б — нормируется химический состав (C, Mn, Si и др.);

группа В — нормируются механические характеристики и химический состав.

С возрастанием цифры в марке стали обыкновенного качества группы А (табл. 1.5) увеличиваются прочность и твердость, но снижаются пластичность и ударная вязкость стали. Это происходит за счет изменения химического состава, в первую очередь — содержания углерода.

 

1.2.1Механические свойства сталей группы А

Марка	sв,	sт, МПа,   для толщины в мм				d, %,   для толщины в мм
стали	МПа	до 20	21–40	41–100	> 100	до 20	21–40	> 40
Ст0	> 300	—	—	—	—	23	22	20
Ст1кп	300–390	—	—	—	—	35	34	32
Ст1пс, Ст1сп	310–410	—	—	—	—	34	33	31
Ст2кп	320–410	215	205	195	185	33	32	30
Ст2пс, Ст2сп	330–430	225	215	205	195	32	31	29
Ст3кп	360–460	235	225	215	195	27	26	24
Ст3пс, Ст3сп	370–480	245	235	225	205	26	25	23
Ст3Гпс	370–490	245	235	225	205	26	25	23
Ст3Гсп	390–570	—	245	—	—	—	24	—
Ст4кп	400–510	255	245	235	225	25	24	22
Ст4пс, Ст4сп	410–530	265	255	245	235	24	23	21
Ст5пс, Ст5сп	490–630	285	275	265	255	20	19	17
Ст5Гсп	450–590	285	275	265	255	20	19	17
Ст6сп, Ст6сп	> 590	315	305	295	295	15	14	12

 

Стали группы Б различаются (табл. 1.6) по химическому составу. С  ростом цифры в марке стали (БСт0, БСт1, БСт2, БСт3, БСт4, БСт5, БСт6) увеличивается содержание углерода, кремния и марганца. Естественно, что это приводит  
к увеличению прочности и пластичности и к снижению ударной вязкости.

1.2.2 Химический состав сталей группы Б, %

Марка стали	Углерод, С	Кремний, Si	Марганец, Mn
БСт0	Не более 0,23	—	—
БСт1кп		Не более 0,05	0,25–0,5
БСт1пс	0,06–0,12	0,05–0,17
БСт1сп		0,12–0,3
БСт2кп	0,09–0,15	Не более 0,07	0,25–0,5
БСт2пс	0,09–0,15	0,05–0,17
БСт2сп		0,12–0,3
БСт3кп		Не более 0,07	0,3–0,6
БСт3пс	0,14–0,22	0,05–0,17	0,4–0,65
БСт3сп		0,12–0,3
БСт3Гпс		Не более 0,15	0,8–1,1
БСт3Гсп	0,14–0,2	0,12–0,3
БСт4кп		Не более 0,07
БСт4пс	0,18–0,27	0,05–0,17	0,4–0,7
БСт4сп		0,12–0,3
БСт5пс	0,28–0,37	0,05–0,17	0,5–0,8
БСт5сп		0,15–0,35
БСт5Гпс	0,22–0,3	Не более 0,15	0,8–1,2
БСт6пс	0,38–0,49	0,05–0,17	0,5–0,8
БСт6сп		0,15–0,35

 

Стали группы В нормируются  как по химическому составу, так и по механическим характеристикам: ВСт1, ВСт2, ВСт3, ВСт4, ВСт5.

Стали обыкновенного качества выпускаются в виде  проката: швеллер, труба, лист, пруток, балка и т. д.

Углеродистые стали специального назначения (мосто- и судостроения, сельскохозяйственного машиностроения) имеют дополнительные индексы. Например, для мостовых конструкций используется сталь Ст3мост.

1.2.2 ЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ

Углеродистые стали имеют недостаточную  прочность, повышенную склонность к старению и низкую коррозийную стойкость, плохо прокаливаются, хрупки при низких температурах и т. д. Поэтому очень важно улучшить эксплуатационные характеристики сталей, получить стали с особыми свойствами, например, жаропрочные, нержавеющие и др. Это достигается изменением химического состава стали.

Сталь называется легированной, если в нее вводятся специальные (легирующие) элементы, изменяющие ее свойства (табл. 1.7), или в ней имеется более 1 % Si, или Mn. Эти легирующие элементы в буквенном виде включаются в марки сталей:

А — азот Г — марганец К — кобальт П — фосфор Т — титан Ц — цирконий

Б — ниобий Д — медь М — молибден Р — бор Ф — ванадий Ю — алюминий

В — вольфрам Е — селен Н — никель С — кремний Х — хром

 

Число в начале марки конструкционной стали  указывает на содержание углерода в сотых долях %, а цифры  после соответствующих букв — среднее содержание этого химического элемента в %. Если после буквенного обозначения нет цифры, то данного элемента находится в стали около 1 %.

 

1.2.3 Влияние углерода и легирующих элементов на свойства сталей*

Характеристики	Легирующие элементы
	C	Cr	Ni	Mn	Si	W	V	Cu
Прочность на разрыв, sв	Ý	­	­	­	­	­	­	­
Предел текучести, sт	­	­	­	­	­	­	­	­
Относит. удлинение, d	ß	0	0	¯	¯	¯	¯	0
Твердость	Ý	­	­	­	­	­	­	0
Ударная вязкость, aн	¯	­	­	¯	ß	¯	0	0
Усталостная прочность	­	0	0	0	0	0	Ý	0
Свариваемость	¯	0	0	0	¯	0	­	¯
Коррозийная стойкость	0	­	­	­	¯	0	­	Ý

* Условные обозначения: ­ — повышает; Ý — значительно повышает; 0 — не влияет; ¯ — снижает; ß — значительно снижает.

Применение низколегированных  строительных сталей (10ХСНД, 15ХСНД, 16ГС, 16Г2СД, 09Г2, 14Г2 и др.) позволяет снизить вес строительных конструкций, повысить коррозионную стойкость, снизить чувствительность к низким температурам и к старению.

1.2.2.1АРМАТУРНЫЕ СТАЛИ

Имеется 7 классов (табл. 1.9) арматурной стали: А-I — круглого профиля; А-II, …, А-VI — периодического профиля (для повышенного сцепления с бетоном).

1.2.4.Механические свойства арматурной стали по классам

Класс арматурной стали	Диаметр стержня, мм	Марка   стали	Предел текучести sт, МПа	Временное сопротивление разрыву sв, МПа	Относительное удлинение dL, %
А-I	6–40           6–18	Ст3кп3, Ст3пс3, Ст3сп3, ВСт3кп2, ВСт3пс2, ВСт3сп2 ВСт3Гпс2	235	373	25
А-II	10–40   40–80	ВСт5сп2, ВСт5пс2 18Г2С	294	490	19
Ac-II	10–32 (36–40)	10ГТ	294	441	25
A-III	6–40 6–22	35ГС, 25Г2С 32Г2Рпс	392	590	14
A-IV	10–18 (6–8) 10–32 (36–40)	80С   20ХГ2Ц	590	883	6
A-V	(6–8) 10–32 (36–40)	23Х2Г2Т	785	1030	7
A-VI	10–22	22Х2Г2АЮ, 22Х2Г2Р, 20Х2Г2СР	980	1230	6

 

Основной характеристикой для арматурных сталей является предел текучести s_т, т. к. в случае его превышения нарушается сцепление бетона с арматурным стержнем, и появляются трещины в бетоне. Для увеличения предела текучести s_т проводят упрочнение арматуры (рис. 1.35)  путем предварительного растягивания (L_р) стальных стержней арматуры на 3,5–5,5 % их первоначальной длины (L₀).

При растягивании происходят зональные разрушения в кристаллической решетке, возникает «наклеп», т. е. происходит упрочнение материала в наименее «слабых» сечениях. После предварительного растяжения начальная длина стержня увеличивается до L_у, а площадка текучести s_то после предварительного растяжения s_ту перемещается по оси ординат выше.