Болтовые соединения конструирование и расчет. Соединения металлических конструкций. Расчет соединения, работающего на срез и растяжение

21.07.2023

Стальные конструкции на строительной площадке почти всегда соединяются при помощи болтового соединения и у него есть много преимуществ перед другими способами соединения и прежде всего сварным соединением — это простота монтажа и контроля качества соединения.

Из недостатков можно отметить большую металлоемкость по сравнению со сварным соединением т.к. в большинстве случаев нужны накладки. Кроме того отверстие для болта ослабляет сечение.

Видов болтового соединения великое множество, но в данной статье рассмотрим классическое соединение, применяемое в строительных конструкций.

СНиП II-23-81 Стальные конструкции

СП 16.13330.2011 Стальные конструкции (Актуализированная редакция СНиП II-23-81)

СНиП 3.03.01-87 Несущие и ограждающие конструкции

СП 70.13330.2011 Несущие и ограждающие конструкции (Актуализированная редакция СНиП 3.03.01-87)

СТО 0031-2004 Болтовые соединения. Сортамент и области применения

СТО 0041-2004 Болтовые соединения. Проектирование и расчет

СТО 0051-2006 Болтовые соединения. Изготовление и монтаж

Виды болтовых соединений

По числу болтов: одноболтовые и многоболтовые. Думаю смысл объяснять не нужно.

По характеру передачи усилия от одного элемента к другому:

Не сдвигоустойчивые и сдвигоустойчивые (фрикционные). Чтобы понять смысл этой классификации рассмотрим как в общем случае работает болтовое соединение при работе на срез.

Как видим болт сжимает 2-е пластины и часть усилия воспринимается силами трения. Если болты сжимают пластины не достаточно сильно то происходит проскальзывание пластин и усилие Q воспринимается болтом.

Расчет не сдвигоустойчивых соединений подразумевает, что сила затяжки болтов не контролируется и вся нагрузка передается только через болт без учета возникающих сил трения. Такое соединение называют соединение без контролируемого натяжения болтов.

В сдвигоустойчивых или фрикционных соединениях используют высокопрочные болты которые затягивают пластины с такой силой, что нагрузка Q передается посредством сил трения между 2-мя пластинами. Такое соединение может быть фрикционным или фрикционно-срезным, в первом случае при расчете учитываются только силы трения, во втором учитываются силы трения и прочность болта на срез. Хотя и фрикционно-срезное соединение более экономичное, но практически его реализовать в многоболтовом соединении очень трудно — нет уверенности что все болты одновременно смогут нести нагрузку на срез, поэтому фрикционное соединение лучше рассчитывать без учета среза.

При больших сдвигающих нагрузках фрикционное соединение более предпочтительно т.к. металлоемкость данного соединения меньше.

Виды болтов по классу точности и их применение

Болты класса точности А — данные болты устанавливают в отверстия рассверленные на проектный диаметр (т.е. болт встает в отверстие без зазора). Изначально отверстия делают меньшего диаметра и поэтапно рассверливают до нужного диаметра. Диаметр отверстия в таких соединениях не должен быть больше диаметра болта больше чем на 0,3 мм. Сделать такое соединение крайне сложно, поэтому в строительных конструкциях они практически не используются.

Болты класса точности B (нормальной точности) и С (грубой точности) устанавливают в отверстия на 2-3 мм больше диаметров болтов. Разница между этими болтами заключается в погрешности диаметра болта. Для болтов класса точности B фактический диаметр может отклонится не более чем на 0,52 мм, для болтов класса точности C до 1 мм (для болтов диаметром до 30 мм).

Для строительных конструкций как правило применяют болты класса точности В т.к. в реалиях монтажа на строительной площадке добиться высокой точности практически невозможно.

Виды болтов по прочности и их применение

Для углеродистых сталей класс прочности обозначают двумя цифрами через точку.

Существуют следующие классы прочности болтов: 3.6; 3.8; 4.6; 4.8; 5.6; 5.8; 6.6; 8.8; 9.8; 10.9; 12.9.

Первая цифра в классификации предела прочности болтов обозначает предел прочности болта при растяжении — одна единица обозначает предел прочности в 100 МПа, т.е. предел прочности болта класса прочности 9.8 равен 9х100=900 МПа (90 кг/мм²).

Вторая цифра в классификации класса прочности обозначает отношение предела текучести к пределу прочности в десятках процентов — для болта класса прочности 9.8 предел текучести равен 80% от предела прочности, т.е. предел текучести равен 900 х 0.8 = 720 МПа.

Что означают данные цифры? Давайте посмотрим на следующую диаграмму:

Здесь приведен общий случай испытания стали на растяжение. На горизонтальной оси обозначено изменение длины испытуемого образца, по вертикали — прилагаемое усилие. Как видим из диаграммы при увеличении усилия длина болта изменяется линейно только на участке от 0 до точки А, напряжение в этой точке и есть предел текучести, далее при не большом увеличении нагрузки болт растягивается уже сильнее, в точке Д болт ломается — это есть предел прочности. В строительных конструкциях необходимо обеспечить работу болтового соединения в пределах предела текучести.

Класс прочности болта должен быть указан на торцевой или боковой поверхности головки болта

Если на болтах нет маркировки, то скорее всего это болты класса прочности ниже 4.6 (их маркировка не требуется по ГОСТ). Применение болтов и гаек без маркировки запрещается согласно СНиП 3.03.01.

На высокопрочных болтах дополнительно указывается условное обозначение плавки.

Для применяемых болтов требуется применять соответствующие им классу прочности гайки: для болтов 4.6, 4.8 применяются гайки класса прочности 4, для болтов 5.6, 5.8 гайки класса прочности 5 и т.д. Можно заменить гайки одного класса прочности на более высокие (например если удобнее комплектовать на объект гайки одного класса прочности).

При работе болтов только на срез допускается применять класс прочности гаек при классе прочности болтов: 4 – при 5.6 и 5.8; 5 – при 8.8; 8 – при 10.9; 10 – при 12.9.

Для болтов из нержавеющей стали также наносится маркировка на головке болта. Класс стали — А2 или А4 и предел прочности в кг/мм² — 50, 70, 80. Например А4-80: марка стали А4, прочность 80 кг/мм²=800 МПа.

Класс прочности болтов в строительных конструкциях следует определять согласно таблице Г.3 СП 16.13330.2011

Выбор марки стали болта

Марку стали болтов следует назначать согласно таблице Г.4 СП 16.13330.2011

Подбор диаметра болта для строительных конструкций

Для соединений строительных металлических конструкций следует применять болты с шестигранной головкой нормальной точности по ГОСТ 7798 или повышенной точности по ГОСТ 7805 с крупным шагом резьбы диаметров от 12 до 48 мм классов прочности 5.6, 5.8, 8.8 и 10.9 по ГОСТ 1759.4, шестигранные гайки нормальной точности по ГОСТ 5915 или повышенной точности по ГОСТ 5927 классов прочности 5, 8 и 10 по ГОСТ 1759.5, круглые шайбы к ним по ГОСТ 11371 исполнение 1 класса точности А, а также болты, гайки и шайбы высокопрочные по ГОСТ 22353 — ГОСТ 22356 диаметров 16, 20, 22, 24, 27, 30, 36, 42 и 48 мм.

Диаметр и количество болтов подбираются так, чтобы обеспечить необходимую прочность узла.

Если через соединение не передаются значительные нагрузки, то можно использовать болты М12. Для соединения нагруженных элементов рекомендуется использовать болты от М16, для фундаментов от М20.

для болтов М12 — 40 мм;

для болтов М16 — 50 мм;

для болтов М20 — 60 мм;

для болтов М24 — 100 мм;

для болтов М27 — 140 мм.

Диаметр отверстия под болт

Для болтов класса точности А отверстия выполняют без зазора, но использовать такое соединение не рекомендуется ввиду большой сложности его изготовления. В строительных конструкциях, как правило, используют болты класса точности B.

Для болтов класса точности В диаметр отверстия можно определить по следующей таблице:

Расстояния при размещении болтов

Расстояния при размещении болтов следует принимать согласно таблице 40 СП 16.13330.2011

В стыках и узлах болты необходимо располагать ближе друг к другу, а конструктивные соединительные болты (служащие для соединения деталей без передачи значимых нагрузок) на максимальных расстояниях.

Допускается крепить детали одним болтом.

Выбор длины болта

Длину болта определяем следующим образом: складываем толщины соединяемых элементов, толщины шайб и гаек, и добавляем 0,3d (30% от диаметра болта) и далее смотрим сортамент и подбираем ближайшую длину (с округлением в большую сторону). Согласно строительным нормам болт должен выступать из гайки как минимум на один виток. Слишком длинный болт использовать не получится т.к. резьба имеется только на конце болта.

Для удобства можно воспользоваться следующей таблицей (из советского справочника)

В болтовых соединениях работающих на срез, при толщине наружного элемента до 8 мм, резьба должна находиться вне пакета соединяемых элементов; в остальных случаях резьба болта не должна входить вглубь отверстия более чем на половину толщины крайнего элемента со стороны гайки или свыше 5 мм. Если выбранная длина болта не соответствует этому требованию, то необходимо увеличить длину болта так, чтобы это требование выполнялось.

Приведем пример:

Болт работает на срез, толщина скрепляемых элементов 2х12 мм, согласно расчету принят болт диаметром 20 мм, толщина шайбы 3 мм, толщина пружинной шайбы 5 мм, толщина гайки 16 мм.

Минимальная длина болта равна: 2х12+3+5+16+0,3х20=54 мм, согласно ГОСТ 7798-70 выбираем болт М20х55. Длина нарезаной части болта составляет 46 мм, т.е. условие не удовлетворяется т.к. резьба должна входить вглубь отверстия не более чем на 5 мм, поэтому увеличиваем длину болта до 2х12+46-5=65 мм. Согласно нормам можно принять болт М20х65, но лучше использовать болт М20х70, тогда вся резьба будет вне отверстия. Пружинную шайбу можно заменить на обычную и добавить еще одну гайку (очень часто так делают т.к. применение пружинных шайб ограничено).

Мероприятия про предотвращению отвинчиванию болтов

Для того, чтобы крепление со временем не ослабло требуется использовать 2-ю гайку или стопорные шайбы, предотвращающие отвинчивание болтов и гаек. Если болт работает на растяжение, то необходимо использовать 2-ой болт.

Также есть специальные гайки со стопорным кольцом или фланцем.

Применять пружинные шайбы при овальных отверстиях запрещено.

Установка шайб

Под гайку необходимо устанавливать не более одной шайбы. Также допускается устанавливать одну шайбу под головкой болта.

Прочностной расчет болтового соединения

Болтовое соединение можно разделить на следующие категории:

1) соединение работающее на растяжение;

2) соединение работающее на срез;

3) соединение работающее на срез и растяжение;

4) фрикционное соединение (работающее на срез, но с сильным натяжением болтов)

Расчет болтового соединения, работающего на растяжение

В первом случае прочность болта проверяется по формуле 188 СП 16.13330.2011

где Nbt — несущая способность одного болта на растяжение;

Rbt — расчетное сопротивление болта на растяжение;

Расчет болтового соединения, работающего на срез

Если соединение работает на срез, то необходимо проверить 2-а условия:

расчет на срез по формуле 186 СП 16.13330.2011

где Nbs — несущая способность одного болта на срез;

Rbs — расчетное сопротивление болта на срез;

Ab — площадь сечения болта брутто (принимается согласно таблице Г.9 СП 16.13330.2011);

ns — число срезов одного болта (если болт соединяет 2-е пластины, то число срезов равно одному, если 3-и, то 2-а и т.д.);

γb — коэффициент условия работы болтового соединения, принимаемый согласно таблице 41 СП 16.13330.2011 (но не больше 1.0);

γc — коэффициент условия работы, принимаемый согласно таблице 1 СП 16.13330.2011.

и расчет на смятие по формуле 187 СП 16.13330.2011

где Nbp — несущая способность одного болта на смятие;

Rbp — расчетное сопротивление болта на смятие;

db — наружный диаметр стрежня болта;

∑t — наименьшая суммарная толщина соединяемых элементов, сминаемых в одном направлении (если болт соединяет 2-е пластины, то принимается толщина одной самой тонкой пластины, если болт соединяет 3 пластины, то считается сумма толщин для пластин, которые передают нагрузку в одном направлении и сравнивается с толщиной пластины, передающей нагрузку в другом направлении и берется наименьшее значение);

γb — коэффициент условия работы болтового соединения, принимаемый согласно таблице 41 СП 16.13330.2011 (но не больше 1.0)

γc — коэффициент условия работы, принимаемый согласно таблице 1 СП 16.13330.2011.

Расчетные сопротивления болтов можно определить по таблице Г.5 СП 16.13330.2011

Расчетное сопротивление Rbp можно определить по таблице Г.6 СП 16.13330.2011

Расчетные площади сечения болтов можно определить по таблице Г.9 СП 16.13330.2011

Расчет соединения, работающего на срез и растяжение

При одновременном действии на болтовое соединение усилий,вызывающих срез и растяжение болтов, наиболее напряженный болт, наряду спроверкой по формуле (188), следует проверять по формуле 190 СП 16.13330.2011

где Ns, Nt — усилия, действующие на болт, срезывающие и растягивающие соответственно;

Nbs, Nbt — расчетные усилия, определяемые по формулам 186 и 188 СП 16.13330.2011

Расчет фрикционного соединения

Фрикционные соединения, в которых усилия передаются через трение, возникающее по соприкасающимся поверхностям соединяемых элементов вследствие натяжения высокопрочных болтов, следует применять: в конструкциях из стали с пределом текучести свыше 375 Н/мм² и непосредственно воспринимающих подвижные, вибрационные и другие динамические нагрузки; в многоболтовых соединениях, к которым предъявляются повышенные требования в отношении ограничения деформативности.

Расчетное усилие, которое может быть воспринято каждой плоскостью трения элементов, стянутых одним высокопрочным болтом, следует определять по формуле 191 СП 16.13330.2011

где Rbh — расчетное сопротивление растяжению высокопрочного болта, определяемое согласно требованиям 6.7 СП 16.13330.2011;

Abn — площадь поперечного сечения нетто (принимается согласно таблице Г.9 СП 16.13330.2011);

μ — коэффициент трения между поверхностями соединяемых деталей (принимается по таблице 42 СП 16.13330.2011);

γh — коэффициент, принимаемый по таблице 42 СП 16.13330.2011

Количество необходимых болтов для фрикционного соединения можно определить по формуле 192 СП 16.13330.2011

где n — требуемое количество болтов;

Qbh — расчетное усилие, которое воспринимает один болт (расчитывается по формуле 191 СП 16.13330.2011, расписано чуть выше);

к — количество плоскостей трения соединяемых элементов (обычно 2-а элемента соединяют через 2-е накладные пластины, расположенные с разных сторон, в этом случае к=2);

γc — коэффициент условия работы, принимаемый согласно таблице 1 СП 16.13330.2011;

γb — коэффициент условий работы, принимаемый в зависимости от количества болтов, требуемых для восприятия усилия и принимаемый равным:

0,8 при n < 5;

0,9 при 5 ≤ n < 10;

1,0 при n ≤ 10.

Обозначение болтового соединения на чертежах

Таблица 2

Характеристика расстояния	Величина
Расстояния между центрами болтов в любом направлении:
а) минимальное (при стали с 380 МПа)	2,5 d
б) максимальное в крайних рядах при отсутствии окаймляющих
уголков	8 d или 12 t
в) максимальное в средних рядах, а также в крайних рядах при
наличии окаймляющих уголков:
при растяжении	16 d или 24 t
при сжатии	12d или 18 t
Расстояние от центра болта до края элемента:
а) минимальное вдень усилия	2d
б) то же, поперек усилия при кромках:
обрезных	1,5 d
прокатных	1,2 d
в) максимальное	4d или 8 t
г) минимальное для высокопрочных болтов при любой кромке и
любом направлении усилия	1,3d

Примечание:

d - диаметр отверстия для болта; / - толщина наиболее тонкого наружного элемента. Соединительные болты должны размещаться на максимальных расстояниях, а в стыках и узлах болты следует размещать на минимальных расстояниях.

Предельные усилия на болт Таблица 3
Характеристика болтов и соединений	Класс	Напряженное состояние	Усилие, тс, на болт диаметром, мм

с помощью поперечного сечения (нетто). см 2
0,83	1,57	2,45	3,52	5,60
Одноболтовые и многоболтовые с болтами нормальной точности	4,6	Растяжение	1,46	2,74	4,28	6,16	9,80
5,6	1,75	3,30	5,14	7,39	11,76
6,6	2,09	3,92	6,12	8,80	14,00
Одноболтовые с болтами нормальной точности	4,6	Срез	1,70	3,01	4,71	6,78	10,80
5,6	2,15	3,80	5,96	8,50	13,40
	Смятие*	4,92	6,56	8,20	9,84	12,30
Многоболтовые с болтами нормальной точности	4,6	Срез	1,30	2,30	3,60	5,19	8,11
5,6	1,64	2,92	4,56	6,56	10,26
8,8	2,76	4,92	7,68	11,06	17,28
	Смятие	3,76	5,02	6,27	7,52	9,41
Одноболтовые и многоболтовые с болтами повышенной точности	8,8	Растяжение	3,35	6,28	9,80	14,08	22,40
	Срез	3,07	5,46	8,54	12,29	19,20
	Смятие	-	6,12	7,65	9,18	11,47

Примечание:

* При толщине сминаемого элемента 1 см в конструкциях из стали с пределом текучести до 250 МПа (3550 кгс/см 2).

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. ГОСТ 20850-84. Конструкции деревянные клееные. Общие технические условия.

2. ГОСТ 8486-86*Е. Пиломатериалы хвойных пород. Технические условия.

3. ГОСТ 2695-83*. Пиломатериалы лиственных пород. Технические условия.

4. ГОСТ 24454-80*Е. Пиломатериалы хвойных пород. Размеры.

5. ГОСТ 16363-98. Средства защиты для древесины. Метод определения огнезащитных свойств.

6. ГОСТ 6449.1-82. Изделия из древесины и древесных материалов. Поля допусков для линейных размеров и посадки.

7. ГОСТ 7307-75*. Детали из древесины и древесных материалов. Припуски на механическую обработку.

8. СНиП 52-01-2003. Бетонные и железобетонные конструкции / Госстрой РФ. - М. : Госстрой России, 2004. - 79 с.

9. СНиП 21-01-97*. Пожарная безопасность зданий и сооружений. -М.:Минстрой России, 2002. - 15 с.

10. СНиП 3.03.01-87. Несущие и ограждающие конструкции. - М.:Стройиздат, 1989. - 90 с.

11. СП 64.133302011. Деревянные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-25-80.-М.:Минрегион развития,2010.-86 с.

12. СП 20.133302011. Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85.-М.:Минрегион развития,2010.-86 с.

13. Пособие по проектированию деревянных конструкций (к СНиП П-25-80). - М.: Стройиздат, 1986-215 с.

19. Руководство по изготовлению и контролю качества деревянных клееных конструкций. –М.:Стройиздат, 1982.-79 с.

20. Руководство по проектированию клееных деревянных конструкций. -М.: Стройиздат, 1977.-189 с.

21. Руководство по обеспечению долговечности деревянных клееных конструкций при воздействии на них микроклимата зданий различного назначения и атмосферных факторов. – М.: Стройиздат, 1981.-96 с.

22. Указания по применению деревянных конструкций в условиях химически агрессивной среды. –М.:Стройиздат, 1969.-70с.

23. Ашкенази Е.К. Анизотропия конструкционных материало: справочник/ Е.К. Ашкенази, Э.В. Ганов.-Л.:Машиностроение,19080.-247с.

24. Ветрюк, И. М. Конструкции из дерева и пластмасс / И. М. Ветрюк. - Минск: Вышейшая школа, 1973. - 336 с.

25. Гринь , И .М . Строительные конструкции из дерева и синтетических материалов: Проектирование и расчёт: учеб.пособие/ И.М.Гринь, К.Е.Джантемиров, В.И.Гринь. изд. 3-е, перераб и доп. – Киев: Вища шк., 1990. – 221 с.

26. . Деревянные конструкции: справочник проектировщика промышленных сооружений. - М.; Л.:ОНТИ, 1937.-955 с.

27. Дмитриев, П. А. Безметалльные конструкции: учеб. пособие / П. А. Дмитриев, Ю. Д. Стрижаков. - Новосибирск: НИСИ, 1982. - 80 с.

28.Зубарев, Г. Н. Конструкции из дерева и пластмасс: учеб. пособие / Г. Н. Зубарев, И. М. Лялин.-М.: Высшая школа, 1980. - 311 с.

29. Зубарев, Г.Н. Конструкции из дерева и пластмасс / Г.Н. Зубарев. – М.: Высш.шк.,1990.-287 с.

30. Иванов, В. А. Конструкции из дерева и пластмасс / В. А. Иванов, В. 3. Клименко. - Киев:Вища школа, 1983. - 279 с.

31. Иванин, И. Я. Деревянные конструкции. Примеры расчета / И. Я. Иванин. - М., 1950. - 224 с.

Иванов В.Ф. Конструкции из дерева и пластмасс/ Иванов В.Ф..- М.;Л..: Стройиздат, 1966.-352 с.
Иванов В.А. Конструкции из дерева и пластмасс: Примеры расчета и конструирования/ Под ред. В.А.Иванова,- Киев: Вiща школа, 1981.- 392 с.
Калугин А.В. Деревянные конструкции: учеб. Пособие(конспект лекций)/ А.В. Калугин.-М:АСВ,2003.-224 с.
Карлсена Г.Г. Индустриальные деревянные конструкции: Примеры проектирования/Под ред. Г.Г. Карлсена. –М.: Стройиздат, 1967.-320 с.
Карлсен Г.Г. Конструкции из дерева и пластмасс/ Под ред. Г.Г. Карлсена. 4-е изд. М.:Стройиздат,1975.- 688 с.
Ковальчук, Л. М. Деревянные конструкции в строительстве / Л. М. Ковальчук, С. Б. Турковскийи др. - М.: Стройиздат, 1995. - 248 с.
Ломакин А.Д. Защита деревянных конструкций/ Ломакин А.Д. – М.: ООО РИФ «Стройматериалы» 2013.- 424с. ISBN 978-5-94026-024-0

39. Отрешко, А. И. Справочник проектировщика. Деревянные конструкции / А. И. Отрешко. -М.: Стройиздат, 1957.-263 с.

40. Светозарова, Е. И. Конструкции из клеёной древесины и водостойкой фанеры. Примеры проектирования: учеб. пособие / Е. И. Светозарова, С. А. Душечкин, Е. Н. Серов. - Л.: ЛИСИ, 1974. -133 с.

41. Серов Е.Н. Проектирование деревянных конструкций: учебное пособие/Е.Н.Серов, Ю.Д.Санников, А.Е.Серов; под ред. Е.Н.Серова; - М.: Изд-во АСВ, 2011. -536с. ISBN 978-5-9227-0236-2; ISBN 978-5-93093-793-0

42. Серов, Е. Н. Проектирование клеёных деревянных конструкций: учеб. пособие. Ч. 1. Проектирование балок и стоек каркасных зданий / Е. Н. Серов, Ю. Д. Санников//СПб.: СПбГАСУ, 1995. - 140с; Ч. П. Проектирование рам из прямолинейных элементов / СПб.: СПбГАСУ, 1998. - 133 с; Ч. III.Проектирование рам с криволинейными участками и арок / СПб.: СПбГАСУ, 1999. - 160 с.

Светозарова Е.И. Конструкции из клееной древесины и водостойкой фанеры: Примеры проектирования/Светозарова Е.И., Душечкин С.А., Серов Е.Н.. -Л.: ЛИСИ, 1974.- 134 с.

44. Слицкоухов, Ю. В. Индустриальные деревянные конструкции. Примеры проектирования /Ю. В. Слицкоухов и др. - М.: Стройиздат, 1991. - 256 с.

45. Слицкоухов Ю.В. Конструкции из дерева и пластмасс: учеб. для вузов/Ю.В.Слицкоухов [и др.]; под ред. Г.Г. Карлсена, Ю.В.Слицкоухова,-Изд.5-е, перераб. и доп. –М.: Стройиздат, 1986.-547 с.

46. В.В.Стоянов . Конструкции из дерева и пластмасс/ В.В.Стоянов: Конспект лекций, часть1. Изд-во ОГАСА,2005.-157с.

47. В.В.Стоянов . Конструкции из дерева и пластмасс/ В.В.Стоянов: Конспект лекций, часть2. Изд-во ООО «Внешрекламсервис», 2005.- 136с.

48. Турковский С.Б. Клееные деревянные конструкции с узлами на вклеенных стержнях в современном строительстве (Система ЦНИИСК)/ под общей редакцией С.Б. Турковского и И.П. Преображенской.- М.;РИФ «Стройматериалы» 2013.-308с.

49. Шмид, А. Б. Атлас строительных конструкций из клеёной древесины и водостойкой фанеры: учеб. Пособие/ А.Б. Шмд, П.А. Дмитриев.-М.: Изд-во Ассоциации строит. Вузов, 2001.- 292 с.- ISBN 5-274-00419-9.

50. Методические указания к курсовому проекту по дисциплине «Конструкции из дерева и пластмасс»/Владим. Гос. ун-т; Е.А. Смирнов, С.И. Рощина, М.В. Грязнов.-Владимир: Изд-во ВлГУ, 2012. – 56с.

51. Методические указания к курсовому проекту «Одноэтажное каркасное здание» по дисциплине «Конструкции из дерева и пластмасс»/АЛТИ; Б.В.Лабудин, Н.П. Коваленко.-Архангельск: Изд-во АЛТИ, 1983. – 28с.

52. Методические указания для выполнения курсового проекта по курсу « Конструкции из дерева и пластмасс»/ЛИСИ; Ю.С. Овчинников.-Л: Изд-во ЛИСИ, 1977.–42с

1.	ТЕМА И ОБЪЕМ КУРСОВОГО ПРОЕКТА…………………………….
2.	ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ……………………………………
3.	КОМПАНОВОЧНАЯ ЧАСТЬ ТЕХНИЧЕСКОГО ПРОЕКТА…………
4.	ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО ПРОЕКТУ…………………………………
5.	ТРЕБОВАНИЯ К МАТЕРИАЛАМ КОНСТРУКЦИЙ………………….
6.	РАСЧЕТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАТЕРИАЛОВ………………….
	ПРИЛОЖЕНИЯ……………………………………………………………
	ПРИМЕР ГРАФИЧЕСКОГО ОФОРМЛЕНИЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТА
	БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК…………………………………….

Лабудин Борис Васильевич

Гурьев Александр Юрьевич

КОНСТРУКЦИИ

ИЗ ДЕРЕВА И ПЛАСТМАСС

Методические указания и задания

к курсовому проекту

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, предварительный 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 местам 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 kf должны быть не более 1,2t, где t - наименьшая толщина соединяемых элементов;

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

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

г) расчетная длина флангового шва должна быть не более 85?fkf (?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, примыкающий 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 I1, I2, II2 и II3, угловые швы следует выполнять с плавным переходом к основному металлу при обосновании расчетом на выносливость или на прочность с учетом хрупкого разрушения.

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 kf - 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 I1, I2, II2 и II3.

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/см2).

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/см2), 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.

Характеристика расстояния	Расстояния при размещении болтов
1. Расстояния между центрами болтов в любом направлении:
а) минимальное
б) максимальное в крайних рядах при отсутствии окаймляющих уголков при растяжении и сжатии
в) максимальное в средних рядах, а также в крайних рядах при наличии окаймляющих уголков:
при растяжении

2. Расстояния от центра болта до края элемента:
а) минимальное вдоль усилия
б) то же, поперек усилия:
при обрезных кромках
« прокатных
в) максимальное
г) минимальное для высокопрочных болтов при любой кромке и любом направлении усилия

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 a - расстояние между рядами поперек усилия, d - диаметр отверстия для болта. При таком размещении сечение элемента Аn 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).

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)