АЛЮМИНИЕВЫЕ КОНСТРУКЦИИ

СНиП 2.03.06-85

ГОССТРОЙ СССР

Москва 1988

РАЗРАБОТАНЫ ЦНИИСК им. Кучеренко (д-р техн. наук В.И. Трофимов, канд. техн. наук Б.Г. Бажанов) при участии ЦНИИпроектстальконструкции им. Мельникова Госстроя СССР, ВИЛС Минавиапрома и КиевЗНИИЭП Госгражданстроя с использованием материалов УПИ им. С.М. Кирова Минвуза РСФСР.

ВНЕСЕНЫ ЦНИИСК им. Кучеренко.

ПОДГОТОВЛЕНЫ К УТВЕРЖДЕНИЮ Главтехнормированием Госстроя СССР (В.П. Поддубный).

С введением в действие СНиП 2.03.06-85 с 1 января 1987 г. утрачивают силу:

глава СНиП II-24-74 „Алюминиевые конструкции", утвержденная постановлением Госстроя СССР от 22 июля 1974 г. № 154;

изменения и дополнения главы СНиП II-24-74 „Алюминиевые конструкции", утвержденные постановлениями Госстроя СССР от 17 декабря 1980 г. № 191 и от 3 мая 1984 г. № 70.

Основные буквенные обозначения величин приведены в обязательном приложении 8.

Настоящие нормы распространяются на проектирование алюминиевых строительных конструкций зданий и сооружений.

Нормы не распространяются на проектирование алюминиевых конструкций мостов и конструкций зданий и сооружений, подвергающихся многократному воздействию нагрузок (усталостная прочность), а также непосредственному воздействию подвижных или динамических нагрузок или воздействию температуры выше 100 °С.

При проектировании алюминиевых конструкций, находящихся в особых условиях эксплуатации, конструкций уникальных зданий и сооружений, а также специальных видов конструкций необходимо соблюдать дополнительные требования, отражающие особенности работы этих конструкций, и требования соответствующих документов, утвержденных или согласованных Госстроем СССР.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Алюминиевые конструкции следует применять при строительстве и реконструкции зданий и сооружений для ограждающих и несущих конструкций при надлежащем технико-экономическом обосновании в следующих случаях:

при необходимости значительного снижения массы ограждающих и несущих конструкций зданий или сооружений;

с целью обеспечения повышенных архитектурных требований к конструкциям зданий или сооружений;

при необходимости для обеспечения повышенной коррозионной стойкости, сохранения прочностных характеристик при низких температурах, отсутствия искрообразования и магнитных свойств.

1.2. При проектировании алюминиевых конструкций следует:

соблюдать требования ТП 101-81*;

выбирать оптимальные в технико-экономическом отношении схемы конструкций, сечения элементов и марки деформируемых алюминиевых сплавов, технического алюминия и литейных сплавов¹;

______________

¹ Деформируемые алюминиевые сплавы и технический алюминий условно названы „алюминий", литейные сплавы - „литейный алюминий".

применять экономичные профили;

применять прогрессивные конструкции (типовые или стандартные); конструкции, совмещающие ограждающие и несущие функции, тонколистовые и комбинированные; пространственные системы из стандартных элементов и др.;

предусматривать высокую технологичность изготовления и монтажа;

применять конструкции, обеспечивающие наименьшую трудоемкость их изготовления, транспортирования и монтажа;

применять, как правило, поточное их изготовление;

предусматривать применение заводских и монтажных соединений прогрессивных типов (автоматической и полуавтоматической сварки, фланцевых, на болтах, в том числе высокопрочных, на вкладышах).

1.3. При проектировании зданий и сооружений необходимо принимать конструктивные схемы, обеспечивающие прочность, устойчивость и пространственную неизменяемость зданий и сооружений в целом, а также их отдельных элементов при транспортировании, монтаже и эксплуатации.

1.4. Алюминиевые конструкции и их расчет должны удовлетворять требованиям СТ СЭВ 384-76 и СТ СЭВ 3973-83.

1.5. Элементы алюминиевых конструкций следует проектировать минимального сечения и с учетом возможности их изготовления из прессованных профилей, удовлетворяющих требованиям настоящих норм, государственных стандартов и технических условий на прессованные профили и трубы.

2. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ КОНСТРУКЦИЙ И СОЕДИНЕНИЙ

2.1. Выбор марки и состояния (вида обработки) алюминия для конструкций следует производить в зависимости от:

характера и интенсивности нагрузки, напряженного состояния элементов конструкций, расчетных температур и требуемых механических свойств алюминия;

химического состава алюминия и стойкости его к коррозии;

технологичности изготовления полуфабрикатов;

технологии изготовления и монтажа конструкций;

архитектурных требований.

2.2. Для алюминиевых конструкций следует применять алюминий марок и состояний, указанных соответственно в табл. 1 и 2.

Таблица 1

Термически не упрочняемый алюминий

2.3. В зависимости от назначения конструкции зданий и сооружений разделяются на четыре группы. Группы, перечень входящих в них конструкций, применяемые марки и состояния алюминия приведены в обязательном приложении 1.

2.4. Виды алюминиевых полуфабрикатов для строительных конструкций следует, как правило, принимать по табл. 4 обязательного приложения 1. Допускается применять другие виды алюминиевых полуфабрикатов при условии согласования их с заводами-поставщиками.

Таблица 2

2.5 Отливки из алюминиевых литейных сплавов следует проектировать из литейного алюминия марки АЛ8 по ГОСТ 2685-75. В алюминиевых конструкциях допускается применять отливки из материалов, указанных в СНиП II-23-81.

2.6. При дуговых способах сварки алюминиевых конструкций в качестве электродного и присадочного металлов следует применять сварочную проволоку по ГОСТ 7871-75 из алюминия марок СвА1, СвАМгЗ и 1557, а также по соответствующим техническим условиям. Условия применения электродной или присадочной проволоки приведены в табл. 8-10.

В качестве защитного инертного газа следует применять аргон марки А по ГОСТ 10157-79.

При соответствующем технико-экономическом обосновании для сварки конструкций допускается применять прогрессивные сварочные материалы (проволоку, защитные газы). При этом расчетные сопротивления металла сварных соединений должны быть не ниже приведенных в табл. 9 и 10.

2.7. Марки алюминия для заклепок, устанавливаемых в холодном состоянии, и для болтов следует принимать по табл. 3.

Стальные болты следует применять согласно требованиям СНиП II-23-81.

Таблица 3

2.8. В алюминиевых конструкциях следует применять:

болты из алюминия (см. табл. 3) и стали (технические требования по ГОСТ 1759-70) повышенной, нормальной и грубой точности по ГОСТ 7796-70, ГОСТ 7798-70, ГОСТ 15589-70 и ГОСТ 15591-70, высокопрочные стальные болты, гайки и шайбы к ним соответственно по ГОСТ 22353-77, ГОСТ 22354-77 и ГОСТ 22355-77 с техническими требованиями к ним по ГОСТ 22356-77;

винты нормальной точности по ГОСТ 17473-80, ГОСТ 17475-80, ГОСТ 10619-80 и ГОСТ 10621-80.

заклепки из алюминия по ГОСТ 10299-80, ГОСТ 10300-80, ГОСТ 10301-80 и ГОСТ 10304-80.

2.9. Физические характеристики алюминия для строительных конструкций следует принимать по табл. 2 и 3 обязательного приложения 1.

3. РАСЧЕТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАТЕРИАЛОВ И СОЕДИНЕНИЙ

3.1. Расчетные значения сопротивления (расчетные сопротивления) алюминия и литейного алюминия для расчетных температур наружного воздуха от плюс 50 до минус 65 °С приведены в табл. 5 и 6, при этом расчетные сопротивления сдвигу и смятию установлены в соответствии с табл. 4 с округлением значений расчетных сопротивлений до 5 МПа (50 кгс/см²).

При расчете конструкций следует учитывать коэффициенты влияния изменения температуры _t и коэффициенты условий работы элементов алюминиевых конструкций _c , приведенные соответственно в табл. 15 и 16, а также коэффициенты надежности по назначению _n , принимаемые согласно Правилам учета степени ответственности зданий и сооружений при проектировании конструкций.

Таблица 4

Таблица 5

Таблица 6

За расчетную температуру наружного воздуха принимается средняя температура наиболее холодной пятидневки согласно требованиям СНиП 2.01.01-82.

3.2. Расчетные сопротивления растяжению алюминия R_pl из листов для элементов конструкций, эксплуатация которых возможна и после достижения алюминием предела текучести, следует принимать по табл. 7.

Таблица 7

3.3. Расчетные сопротивления сварных, заклепочных и болтовых соединений для расчетных температур наружного воздуха от плюс 50 до минус 65 ^oС приведены в табл. 9-14.

Для соединений на заклепках и болтах (см. табл. 12-14) расчетные сопротивления растяжению и срезу следует принимать по материалу заклепок или болтов, смятию - по марке алюминия соединяемых элементов конструкций.

3.4. Расчетное сопротивление К_wz алюминия в околошовной зоне (черт. 1, сечение 1-1) при аргонодуговой сварке следует принимать по табл. 8.

3.5. Расчетное сопротивление Rw сварных соединений, выполненных аргонодуговой сваркой с физическим контролем качества швов (рентгено- или гамма-графированием, ультразвуковой дефектоскопией и др.) следует принимать по табл. 9 и 10.

Для сварных стыковых растянутых швов, качество которых не контролируется физическими методами, значения расчетных сопротивлений по табл. 9 и 10 следует умножать на коэффициент 0,8.

3.6. При расчете на прочность сварных конструкций (см. черт. 1) с элементами без стыка, к которым прикрепляются сваркой поперечные элементы (черт. 1, г), следует учитывать местное ослабление этих элементов (в зоне термического влияния) путем снижения значения расчетного сопротивления R алюминия до значения R_w, принимаемого по табл. 9 и 10.

Черт. 1. Схемы сварных соединений конструкций

а - встык; б - внахлестку лобовыми швами; в - внахлестку фланговыми швами; г - схема прикрепления поперечного элемента к элементу, не имеющему стыка; 1 - поперечный элемент; 2 - элемент без стыка; 1-1 - расчетное сечение

3.7. В алюминиевых тонколистовых конструкциях допускается применять контактную и аргонодуговую точечную сварку плавящимся электродом. Расчетная несущая способность на срез сварных точек, выполненных контактной и аргонодуговой точечной сваркой плавящимся электродом по ГОСТ 14776-79, указана в рекомендуемом приложении 7.

3.8. Расчетные сопротивления срезу сварных соединений внахлестку R_wsm, выполненных контактной роликовой сваркой, для алюминия марок АД1М, АМцМ, АМг2М следует принимать равными расчетным сопротивлениям R (см. табл. 5 и 7).

Для алюминия марки AMr2H2 R_wsm = (0,9 - 0,1t)R (где t - толщина более тонкого из свариваемых элементов, мм).

3.9. Расчетные сопротивления срезу R_rs соединений на заклепках, поставленных в холодном состоянии в сверленые и рассверленные отверстия, приведены в табл. 11.

3.10. Расчетные сопротивления растяжению R_bt и срезу R_bs соединений на болтах, поставленных в сверленые или рассверленные отверстия, приведены в табл. 12.

Таблица 8

* Для соединений внахлестку из профильных элементов.

Примечания: 1. Расчетное сопротивление R_wz алюминия марки 1915T указано для профилей толщиной 5-12 мм. Для профилей толщиной 4 мм при сварке вольфрамовым электродом R_wz = 165 МПа (1700 кгс/см²).

2. Влияние продольных сварных швов элементов конструкций (в обшивках, кровельных полотнищах и т. п.) на разупрочнение алюминия в околошовной зоне не учитывается.

3. Над чертой указаны расчетные сопротивления при сварке алюминия вольфрамовым электродом, под чертой - плавящимся электродом.

Таблица 9

* Для конструкций, эксплуатация которых возможна после достижения алюминием предела текучести.

Таблица 10

Примечания: 1. Расчетные сопротивления сварных соединений алюминия марки 1915T указаны для прессованных профилей.

2. Расчетные сопротивления сварных соединений термически упрочняемого алюминия могут быть повышены повторной термической обработкой (после сварки соединения), при этом для алюминия системы Al-Mg-Si следует принимать r_w =0,9R; для алюминия системы Al-Zn-Mg R_w, = R (где R - расчетное сопротивление, определяемое по табл. 6).

3. В сварных нахлесточных соединениях из алюминия марок АД31Т, АД31Т1, АД31Т4 и АД31Т5 применять лобовые швы не допускается.

Таблица 11

Примечания: 1. В продавленные отверстия ставить заклепки не допускается.

2. Расчетные сопротивления соединений на заклепках с потайными или полупотайными головками следует снижать на 20 %. Указанные заклепки растягивающие усилия не воспринимают.

Таблица 12

3.11. Расчетные сопротивления смятию элементов конструкций для соединений на заклепках R_rp и болтах R_bp , поставленных в сверленые или рассверленные отверстия, следует принимать по табл. 13.

Таблица 13

Примечание. Расчетные сопротивления приведены для соединений на болтах, поставленных на расстоянии 2d от их оси до края элемента. При сокращении этого расстояния до 1,5d приведенные расчетные сопротивления следует понижать на 40 %.

3.12. Расчетные сопротивления алюминия и литейного алюминия, соединений сварных, на заклепках и болтах для конструкций, эксплуатируемых при расчетных температурах выше 50 °С, необходимо умножать на коэффициент , указанный в табл. 14.

3.13. При расчете элементов и соединений алюминиевых конструкций следует учитывать коэффициенты условий работы , принимаемые по табл. 15.

Таблица 14

Примечания: 1. Приведенные значения коэффициентов  не зависят от состояния алюминия (см. табл. 2).

2. Для конструкций, эксплуатируемых при расчетных температурах выше 50 °С, коэффициенты  следует уменьшать на 10% при непрерывном действии нормативной нагрузки свыше одного года, а также при непрерывном действии свыше двух лет нормативной нагрузки, составляющей свыше 0,9 расчетной.

Таблица 15

Примечания: 1. Коэффициенты условий работы поз. 3 и 5 одновременно не учитываются.

2. Коэффициенты условий работы поз. 3 и 4 не распространяются на крепления соответствующих элементов в узлах.

3. Для сжатых раскосов пространственных решетчатых конструкций из одиночных уголков при треугольной решетке с распорками (см. черт. 8, а) коэффициент условий работы поз. 4 не учитывается.

4. Для случаев, не оговоренных настоящей таблицей, в формулах следует принимать=1,0.

4. РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ АЛЮМИНИЕВЫХ КОНСТРУКЦИЙ НА ОСЕВЫЕ СИЛЫ И ИЗГИБ

ЦЕНТРАЛЬНО-РАСТЯНУТЫЕ И ЦЕНТРАЛЬНО-СЖАТЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

4.1. Расчет на прочность элементов, подверженных центральному растяжению или сжатию силой N, следует выполнять по формуле

.                                                                 (1)

4.2. Расчет на устойчивость сплошностенчатых элементов, подверженных центральному сжатию силой N, следует выполнять по формуле

.                                                                 (2)

Численные значения коэффициента  приведены в табл. 2 и 3 обязательного приложения 2.

4.3. При расчете стержней из одиночных уголков на центральное сжатие радиус инерции сечения i следует принимать:

а) минимальным, если стержни прикреплены только по концам;

б) относительно оси, параллельной одной из полок уголка при наличии промежуточного закрепления (распорок, шпренгелей, связей и т. п.), предопределяющего направление выпучивания уголка в плоскости, параллельной второй полке.

4.4. Сжатые элементы со сплошными стенками открытого П-образного сечения (черт. 2), не усиленные и усиленные отбортовками или утолщениями (бульбами), при  (где  и  - расчетные гибкости элемента в плоскостях, перпендикулярных осям х-х и у-у) следует укреплять планками или решеткой, при этом должны быть выполнены требования п.п. 4.5 и 4.7.

Черт. 2. П-о6разные сечения элементов

а, б - укрепленные планками или решеткой; в - открытое

При отсутствии планок или решеток такие элементы помимо расчета по формуле (2) следует проверять на устойчивость при изгибно-крутильной форме потери устойчивости по формуле

,                                                             (3)

где с - коэффициент, определяемый по формуле

_,                                                  (4)

где         ;

 - относительное расстояние между центром тяжести и центром изгиба;

;

 - секториальный момент инерции сечения;

;

b_i, t_i - соответственно ширина и толщина прямоугольных элементов, составляющих сечение.

Для сечения, приведенного на черт. 2, в, значения

 и  следует определять по формулам:

                                                       (5)

,                                                       (5)

где

При наличии утолщений круглого сечения (бульб) момент инерции при кручении I_t следует увеличить на , где п - число бульб в сечении; D - диаметр бульб.

4.5. Для составных сжатых стержней, ветви которых соединены планками или решетками, коэффициент  относительно свободной оси (перпендикулярной плоскости планок или решеток) следует определять по табл. 2 обязательного приложения 2 с заменой  на . Значения необходимо определять по формулам табл. 16.

В составных стержнях с решетками помимо расчета на устойчивость стержня в целом следует производить расчет на устойчивость отдельных ветвей на участках между узлами.

Гибкость отдельных ветвей  и  на участке между планками должна быть не более 30.

В составных стержнях с решетками гибкость отдельных ветвей между узлами не должна превышать приведенную гибкость стержня в целом.

4.6. Расчет составных элементов из уголков, швеллеров и т. п., соединенных вплотную или через прокладки, следует выполнять как сплошностенчатых при условии, что наибольшие расстояния между их соединениями (прокладками, шайбами и т. п.) не превышают: 30i - для сжатых элементов; 80i - для растянутых элементов.

Здесь радиус инерции i уголка или швеллера следует принимать для тавровых или двутавровых сечений относительно оси, параллельной плоскости расположения прокладок, а для крестовых сечений - минимальным. При этом в пределах длины сжатого элемента следует ставить не менее двух прокладок.

Таблица 16

a)                       б)

Черт. 3. Схема решетки

a - раскосной; b - крестовой с распорками

2 - 2

Черт. 4. Составной стержень на планках

4.7. Расчет соединительных элементов (планок, решеток) сжатых составных стержней сквозного сечения следует выполнять на условную поперечную силу Q_fic, принимаемую постоянной по всей длине стержня и определяемую по формуле

Q_fic =                                                (15)

где N - продольное усилие в составном стержне;

 - коэффициент продольного изгиба, принимаемый для составного сквозного стержня в плоскости соединительных элементов.

Условную поперечную силу Q_fic следует распределять при наличии:

только соединительных планок (решеток) - поровну между планками (решетками), лежащими в плоскостях, перпендикулярных оси, относительно которой производится проверка устойчивости;

сплошного листа и соединительных планок (решеток) - пополам между листом и планками (решетками), лежащими в плоскостях, параллельных листу.

При расчете равносторонних трехгранных составных стержней условную поперечную силу Q_fic, приходящуюся на систему соединительных элементов, расположенных в одной плоскости, следует принимать равной 0,8 Q_fic.

4.8. Расчет соединительных планок и их прикреплений (см. черт. 4) следует выполнять как расчет элементов безраскосных ферм по формулам:

на силу F, срезающую планку:

                                                                  (16)

на момент M₁, изгибающий планку в ее плоскости:

                                                                (17)

где Q_s - условная поперечная сила, приходящаяся на планку одной грани;

l - расстояние между центрами планок;

b - расстояние между осями ветвей.

4.9. Расчет соединительных решеток следует выполнять как расчет решеток ферм. При расчете перекрестных раскосов крестовой решетки с распорками (см. черт. 3, б) необходимо учитывать дополнительное усилие N_ad, возникающее в каждом раскосе от обжатия поясов и определяемое по формуле

                                                           (18)

где N - усилие в одной ветви стержня;

A_d - площадь сечения одного раскоса;

A₁ - площадь сечения одной ветви;

- коэффициент, определяемый по формуле

                                                               (19)

a, l, b - размеры, приведенные на черт. 3, б.

4.10. Расчет стержней, предназначенных для уменьшения расчетной длины сжатых элементов, следует выполнять на усилия, равные условной поперечной силе в основном сжатом элементе, определяемой по формуле (15).

ИЗГИБАЕМЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

4.11. Расчет на прочность элементов, изгибаемых в одной из главных плоскостей, следует выполнять по формулам:

                                                             (20)

                                                            (21)

При наличии ослабления отверстиями для заклепок или болтов значения касательных напряжений  в формуле (21) следует умножать на величину отношения

                                                                    (22)

где а - шаг отверстий;

d - диаметр отверстия.

4.12. Для стенок балок, рассчитываемых по формуле (20), должны быть выполнены условия:

                                             (23)

где  -  нормальные напряжения в срединной плоскости стенки, параллельные оси балки;

- нормальные напряжения в срединной плоскости стенки, перпендикулярные оси балки, в том числе , определяемое по формуле (1) обязательного приложения 5;

 -  среднее касательное напряжение, вычисляемое с учетом формулы (22);

t, h - соответственно толщина и высота стенки.

Напряжения , и  следует определять в одной и той же точке стенки балки и принимать в формуле (23) каждое со своим знаком.

4.13. Расчет на устойчивость балок двутаврового сечения, изгибаемых в плоскости стенки, следует выполнять по формуле

                                                           (24)

 где  - для сжатого пояса;

 - коэффициент, определяемый по обязательному приложению 3.

При определении значения  за расчетную длину балки l_ef следует принимать расстояния между точками закреплений сжатого пояса от поперечных смещений; при отсутствии связей l_ef = l (где l - пролет балки). За расчетную длину консоли следует принимать: l_ef = l при отсутствии закрепления сжатого пояса на конце консоли в горизонтальной плоскости (здесь l - длина консоли); расстояние между точками закреплений сжатого пояса в горизонтальной плоскости при закреплении пояса на конце и по длине консоли.

Устойчивость балок не требуется проверять:

а) при передаче нагрузки через сплошной жесткий настил, непрерывно опирающийся на сжатый пояс балки и надежно с ним связанный (плоский и профилированный металлический настил, волнистая сталь и т. п.);

б) при отношении расчетной длины балки l_ef к ширине сжатого пояса b, не превышающем значений, определяемых по формулам табл. 17 для балок симметричного двутаврового сечения и с более развитым сжатым поясом, для которых ширина растянутого пояса составляет не менее 0,75 ширины сжатого пояса.

Таблица 17

4.14. Расчет на прочность элементов, изгибаемых в двух главных плоскостях, следует выполнять по формуле

                                                       (28)

где x, y - координаты рассматриваемой точки сечения относительно его главных осей. В балках, рассчитываемых по формуле (28), значения напряжений в стенке балки следует проверять по формулам (21) и (23) в двух главных плоскостях изгиба.

При выполнении требований п.4.13а балки, изгибаемые в двух плоскостях, на устойчивость не проверяются.

ЭЛЕМЕНТЫ, ПОДВЕРЖЕННЫЕ ДЕЙСТВИЮ ОСЕВОЙ СИЛЫ С ИЗГИБОМ

4.15. Расчет на прочность сплошностенчатых внецентренно сжатых, сжато-изгибаемых, внецентренно растянутых и растянуто-изгибаемых элементов следует выполнять по формуле

                                                (29)

где x, у - координаты рассматриваемой точки сечения относительно его главных осей.

В составных сквозных стержнях каждую ветвь необходимо проверять по формуле (29) при соответствующих значениях N, М_x, М_y, вычисленных для данной ветви.

4.16. Расчет на устойчивость внецентренно сжатых и сжато-изгибаемых элементов следует выполнять как в плоскости действия момента (плоская форма потери устойчивости), так и из плоскости действия момента (изгибно-крутильная форма потери устойчивости).

Расчет на устойчивость внецентренно сжатых и сжато-изгибаемых элементов постоянного сечения в плоскости действия момента, совпадающей с плоскостью симметрии, следует выполнять по формуле

                                                           (30)

В формуле (30) коэффициент  следует определять:

а) для сплошностенчатых стержней - по табл. 1 обязательного приложения 4 в зависимости от условной гибкости  и приведенного относительного эксцентриситета m_ef. определяемого по формуле

,                                                            (31)

где  - коэффициент влияния формы сечения, определяемый по табл. 3 обязательного приложения 4;

 -  относительный эксцентриситет (здесь е - эксцентриситет; W_c - момент сопротивления сечения для наиболее сжатого волокна).

Расчет на устойчивость выполнять не требуется для сплошностенчатых стержней при т_ef >10;

б) для сквозных стержней с решетками или планками, расположенными в плоскостях, параллельных плоскости изгиба, - по табл. 2 обязательного приложения 4 в зависимости от условной приведенной гибкости, определяемой по формуле

                                                           (32)

и относительного эксцентриситета т, определяемого по формулам

                                                          (33)

где x₁, y₁ - расстояния соответственно от оси у-у или х-х до оси наиболее сжатой ветви, но не менее расстояния до оси стенки ветви.

4.17. Расчетные значения изгибающих моментов М, необходимые для вычисления эксцентриситета , следует принимать равными:

а) для стержней постоянного сечения рамных систем - наибольшему моменту в пределах длины стержней;

б) для ступенчатых стержней - наибольшему моменту на длине участка постоянного сечения;

в) для консолей - моменту в заделке, но не менее момента в сечении, отстоящем на треть длины стержня от заделки;

г) для сжатых стержней с шарнирно-опертыми концами и сечениями, имеющими одну ось симметрии, совпадающую с плоскостью изгиба, - моменту, определяемому по формулам табл. 18.

Для сжатых стержней с шарнирно-опертыми концами и сечениями, имеющими две оси симметрии, приведенные относительные эксцентриситеты т_ef следует определять по табл. 4 обязательного приложения 4.

Таблица 18

4.18. Расчет на устойчивость внецентренно сжатых элементов постоянного сечения из плоскости действия момента при их изгибе в плоскости наибольшей жесткости (I_x>I_y), совпадающей с плоскостью симметрии, следует выполнять по формуле

,                                                         (34)

где с - коэффициент, вычисляемый по формуле (35).

4.19. Коэффициент с следует определять по формуле

,                                                            (35)

где  - коэффициенты, принимаемые по табл. 19.

При определении m_x , за расчетный момент Му следует принимать:

а) для стержней с шарнирно-опертыми концами, закрепленными от смещения перпендикулярно плоскости действия момента, - максимальный момент в пределах средней трети длины (но не менее половины момента, наибольшего на длине стержня);

б) для консолей - момент в заделке (но не менее момента в сечении, отстоящем от заделки на треть длины стержня).

Таблица 19

При гибкости  коэффициент с не должен превышать для стержней:

замкнутого сечения - единицы;

двутаврового сечения с двумя осями симметрии - значений, определяемых по формуле

                                (36)

где

h - расстояние между осями поясов;

4.20. Внецентренно сжатые элементы, изгибаемые в плоскости наименьшей жесткости (I_y<I_x и ) при , следует рассчитывать по формуле (30), а также проверять на устойчивость из плоскости действия момента как центрально-сжатые стержни по формуле

                                                           (37)

при  проверка устойчивости из плоскости действия момента не требуется.

4.21. В сквозных внецентренно сжатых стержнях с решетками, расположенными в плоскостях, параллельных плоскости изгиба, кроме расчета на устойчивость стержня в целом по формуле (30) следует проверить отдельные ветви как центрально-сжатые стержни по формуле (2).

Продольную силу в каждой ветви следует определять с учетом дополнительного усилия от момента; величину этого усилия при параллельных ветвях (поясах) необходимо определять по формуле  где b - расстояние между осями ветвей (поясов).

Отдельные ветви внецентренно сжатых сквозных элементов с планками следует проверять на устойчивость как внецентренно сжатые элементы с учетом усилий от момента и местного изгиба ветвей от фактической или условной поперечной силы (как в поясах безраскосной фермы).

4.22. Расчет на устойчивость сплошностенчатых стержней, подверженных сжатию и изгибу в двух главных плоскостях, при совпадении плоскости наибольшей жесткости () с плоскостью симметрии следует выполнять по формуле

,                                                           (38)

где                                                            

здесь  - следует определять согласно требованиям п. 4.16;

с - необходимо определять согласно требованиям п. 4.19.

Если , то кроме расчета по формуле (38) следует произвести дополнительную проверку по формулам (30) и (34), принимая e_y=0.

Значения относительных эксцентриситетов следует определять по формулам

 и ,                                                 (39)

где w_cx, w_cy - моменты сопротивления сечений для наиболее сжатого волокна относительно осей соответственно х-х и у-у.

Если , то кроме расчета по формуле (38) следует произвести дополнительную проверку по формуле (30), принимая e_y=0. В случае несовпадения плоскости наибольшей жесткости () с плоскостью симметрии расчетное значение m_x следует увеличить на 25 %.

4.23. Расчет на устойчивость сквозных стержней из двух сплошностенчатых ветвей, симметричных относительно оси у-у (черт. 5), с решетками в двух параллельных плоскостях, подверженных сжатию и изгибу в обеих главных плоскостях, следует выполнять:

для стержней в целом - в плоскости, параллельной плоскостям решеток, согласно требованиям п. 4.16, принимая e_y =0 (см. черт. 5);

для отдельных ветвей - как внецентренно сжатых элементов по формулам (30) и (34), при этом продольную силу в каждой ветви следует определять с учетом усилия от момента M_x (см. п. 4.21), а момент My - распределять между ветвями пропорционально их жесткостям;

если момент My действует в плоскости одной из ветвей, то следует считать его полностью передающимся на эту ветвь.

При проверке отдельной ветви по формуле (34) гибкость ее определяется по максимальному расстоянию между узлами решетки.

Черт. 5. Сечение составного элемента из двух сплошно-стенчатых ветвей с решетками в двух параллельных плоскостях

4.24. Расчет соединительных элементов (планок или решеток) сквозных внецентренно сжатых стержней следует выполнять согласно требованиям пп. 4.7-4.9 на наибольшую поперечную силу - фактическую Q или условную Q_fic.

В случае, когда фактическая поперечная сила больше условной, соединять планками ветви сквозных внецентренно сжатых элементов, как правило, не следует.

5. РАСЧЕТНАЯ ДЛИНА И ПРЕДЕЛЬНАЯ ГИБКОСТЬ ЭЛЕМЕНТОВ АЛЮМИНИЕВЫХ КОНСТРУКЦИЙ

РАСЧЕТНАЯ ДЛИНА

5.1. Расчетную длину l_ef элементов плоских ферм и связей, за исключением элементов перекрестной решетки ферм (черт. 6,г), следует принимать по табл. 20.

Черт. 6. Схемы решеток ферм для определения расчетной длины элементов

а - треугольной с раскосом в крайней панели; б - треугольной со шпренгелем; в - полураскосной; г - перекрестной

Таблица 20

5.2. Расчетную длину l_ef элемента, по длине l₁ которого действуют сжимающие усилия N₁ и N₂ (N₁>N₂), из плоскости фермы (черт. 7) следует вычислять по формуле

                                                (40)

Черт. 7. Схемы для определения расчетной длины элемента с различными усилиями N₁ и N₂ (по его длине)

а - схема связей между фермами (вид сверху); б - схема фермы

Расчет на устойчивость в этом случае следует выполнять на большую силу N₁.

5.3. Расчетную длину l_ef элементов перекрестной решетки (см. черт. 6, г) следует принимать:

в плоскости фермы - равной расстоянию от центра узла фермы до точки их пересечения (l_ef =l);

из плоскости фермы: для сжатых элементов - по табл. 21; для растянутых элементов - равной полной геометрической длине элемента (l_ef=l).

Таблица 21

5.4. Радиусы инерции i сечений элементов перекрестной решетки из одиночных уголков следует принимать:

при расчетной длине элемента, равной l (где l - расстояние между ближайшими узлами), - минимальными (i=i_min);

в остальных случаях - относительно оси уголка, перпендикулярной или параллельной плоскости фермы (i = i_x или i = i_y -в зависимости от направления продольного изгиба).

5.5. Расчетную длину l_ef и радиусы инерции сечений i элементов пространственных решетчатых конструкций из одиночных уголков следует принимать по табл. 22.

5.6. Расчетную длину l_ef колонн (стоек) следует определять по формуле

.

где l - длина колонны или ее отдельного участка.

Коэффициенты расчетной длины  колонн (стоек) постоянного сечения в зависимости от условий закрепления их концов и вида нагрузки следует принимать по табл. 26. Применение алюминия в колоннах допускается в сборно-разборных конструкциях или при наличии агрессивной среды.

Таблица 22

Черт. 8. Схемы пространственных решетчатых конструкций из одиночных уголков

a - схема с совмещенными в смежных гранях узлами (треугольная решетка с распорками); б - то же (перекрестная решетка); в - схема с не совмещенными в смежных гранях узлами (треугольная решетка); г - то же (перекрестная решетка)

Таблица 23

Таблица 24

Таблица 25

Таблица 26

5.7. Коэффициенты расчетной длины m колонн постоянного сечения одноэтажных рам (в плоскости рамы) при жестком креплении ригелей к колоннам и при нагружении верхних узлов следует определять по формулам при закреплении колонн в фундаментах:

шарнирном

;                                                        (41)

жестком

.                                                        (42)

В формулах (41) и (42):

где I_c, l_c - соответственно момент инерции сечения и длина проверяемой колонны;

I_r1, I_r2 - соответственно моменты инерции;

l_r1, l_r2 -сечения и длина ригелей, примыкающих к этой колонне.

При шарнирном креплении ригелей к колонне в формуле (42) следует принимать п = 0.

5.8. Расчетную длину колонн рам в направлении вдоль здания (из плоскости рамы) следует принимать равной расстоянию между точками, закрепленными от смещения из плоскости рамы (опорами колонн, подкрановых балок и подстропильных ферм, узлами крепления связей и ригелей и т.п.). Расчетную длину допускается определять на основе расчетной схемы, учитывающей фактические условия закрепления концов колонн.

ПРЕДЕЛЬНАЯ ГИБКОСТЬ ЭЛЕМЕНТОВ

5.9. Гибкость сжатых элементов не должна превышать значений, приведенных в табл. 27.

Таблица 27

5.10. Гибкость растянутых элементов не должна превышать значений, приведенных в табл. 28.

Таблица 28

6. ПРОВЕРКА УСТОЙЧИВОСТИ СТЕНОК И ПОЯСНЫХ ЛИСТОВ ИЗГИБАЕМЫХ И СЖАТЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

СТЕНКИ БАЛОК

6.1. Стенки балок для обеспечения их устойчивости следует укреплять двусторонними ребрами:

поперечными основными, поставленными на всю высоту стенки;

поперечными основными и продольными;

поперечными основными и промежуточными, расположенными в сжатой зоне стенки, короткими - только в клепаных балках.

6.2. Расчет на устойчивость стенок балок следует выполнять с учетом всех компонентов напряженного состояния: . Напряжения  следует вычислять в предположении упругой работы материала по сечению брутто без учета коэффициента.

Сжимающее (краевое) напряжение  у расчетной границы стенки (со знаком „плюс") и среднее касательное напряжение  следует вычислять по формулам:

;                                                              (43)

,                                                                 (44)

где h - полная высота стенки;

М, Q - средние значения соответственно момента и поперечной силы в пределах отсека; если длина отсека больше его расчетной высоты, то М и Q следует вычислять для более напряженного участка длиной, равной высоте отсека; если в пределах отсека момент или поперечная сила меняют знак, то их средние значения следует вычислять на участке отсека с одним знаком.

Местное напряжение  в стенке под сосредоточенной нагрузкой следует определять согласно требованиям обязательного приложения 5.

При проверке устойчивости прямоугольных отсеков стенки, заключенных между поясами и соседними поперечными основными ребрами жесткости, расчетными размерами пластинки являются:

a - расстояние между осями поперечных ребер;

h_ef - расчетная высота стенки, равная: в балках с поясными соединениями на высокопрочных болтах - расстоянию между ближайшими к оси балки краями поясных уголков; в клепаных балках - расстоянию между ближайшими к оси балки рисками поясных уголков; в сварных балках - полной высоте стенки; в прессованных профилях - высоте в свету между полками;

t - толщина стенки.

6.3. Устойчивость стенок балок не требуется проверять, если условная гибкость стенки  не превышает предельных значений:

 - для сварных или прессованных балок;

- для балок клепаных, на болтах и высокопрочных болтах.

При наличии местных напряжений в стенках балок указанные предельные значения  следует умножать на коэффициент 0,7.

Стенки балок следует укреплять поперечными ребрами жесткости (см. п. 6.6) при  >2,5.

6.4. В балках с местной нагрузкой по верхнему поясу устойчивость стенки следует проверять в соответствии с указаниями обязательного приложения 5.

6.5. Расчет на устойчивость стенок балок симметричного сечения, укрепленных только поперечными основными ребрами жесткости, при отсутствии местного напряжения () следует выполнять по формуле

                                                  (45)

где                                                                                                                   (46)

                                                    (47)

                                                      (48)

(при  следует принимать =1. Значения  не допускаются);  следует принимать по табл. 15.

В формулах (45) - (48):

m - отношение большей стороны пластинки к меньшей;

 - условная гибкость пластинки высотой d (здесь d - меньшая из сторон h_ef или а пластинки);

.                                                              (49)

В стенке балки симметричного сечения (при отсутствии местного напряжения), укрепленной кроме поперечных основных ребер одним продольным ребром, расположенным на расстоянии h₁ от расчетной (сжатой) границы отсека, обе пластинки, на которые это ребро разделяет отсек, следует рассчитывать отдельно:

а) пластинку, расположенную между сжатым поясом и продольным ребром, - по формуле

                                                      (50)

где                                                                                                            (51)

(здесь  - условная гибкость пластинки высотой h₁);

 следует определять по формуле (47) с подстановкой размеров проверяемой пластинки;

 следует определять по формуле (48), принимая при этом

 следует принимать по табл. 15;

б) пластинку, расположенную между растянутым поясом и продольным ребром, - по формуле

,                                            (52)

где                                                                                             (53)

 следует определять по формуле (47) с подстановкой размеров проверяемой пластинки;

 следует принимать по табл. 15.

6.6. В стенке, укрепленной только поперечными ребрами жесткости, ширина их выступающей части b_h должна быть для парного симметричного ребра не менее  мм; толщина ребра t_s должна быть не менее ; расстояние между ребрами не должно превышать 2h_ef.

6.7. При укреплении стенки поперечными ребрами и одним продольным ребром необходимые моменты инерции I_s сечений ребер жесткости следует определять:

для поперечных ребер - по формуле

I_s=3h_ef t³                                                                                                                  (54)

для продольного ребра - по формулам табл. 29 с учетом их предельных значений.

При расположении продольного и поперечных ребер с одной стороны стенки моменты инерции сечений каждого из них вычисляются относительно оси, совпадающей с гранью стенки, ближайшей к ребру.

Таблица 29

6.8. Участок стенки балки составного сечения над опорой при укреплении его ребрами жесткости следует рассчитывать на продольный изгиб из плоскости как стойку, нагруженную опорной реакцией. В расчетное сечение этой стойки следует включать сечение ребра жесткости и полосы стенки шириной с каждой стороны ребра. Расчетную длину стойки следует принимать равной высоте стенки.

Нижние торцы опорных ребер жесткости должны быть плотно пригнаны или приварены к нижнему поясу балки и рассчитаны на воздействие опорной реакции.

СТЕНКИ ЦЕНТРАЛЬНО-, ВНЕЦЕНТРЕННО СЖАТЫХ И СЖАТО-ИЗГИБАЕМЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

6.9. Для центрально-сжатых элементов условную гибкость стенки  следует принимать не более значений, определяемых по формулам табл. 30.

При назначении сечения элемента по предельной гибкости, а также при соответствующем обосновании расчетом наибольшие значения  следует умножать на коэффициент  (где ), но не более чем в 1,5 раза. При этом значения  следует принимать не более 5,3.

Таблица 30

6.10. Для внецентренно сжатых и сжато-изгибаемых элементов условную гибкость стенки  следует определять в зависимости от значения  (где - наибольшее сжимающее напряжение у расчетной границы стенки, принимаемое со знаком „плюс" и вычисленное без учета коэффициентов ,  или ;  - соответствующее напряжение у противоположной расчетной границы стенки) и принимать не более значений, определяемых при:

 - по п. 6.9;

 - по формуле

;                                                        (55)

 - линейной интерполяцией между значениями, вычисленными при =0,5 и =1.

6.11. При укреплении стенки внецентренно сжатого или сжато-изгибаемого элемента продольным ребром жесткости с моментом инерции I_sl, расположенным посредине стенки, наиболее нагруженную часть стенки между поясом и осью ребра следует рассматривать как самостоятельную пластинку и проверять согласно требованиям п. 6.10.

Продольные ребра жесткости следует включать в расчетные сечения элементов.

Если устойчивость стенки не обеспечена, то в расчет следует вводить два крайних участка стенки шириной по 0,6, считая от границ расчетной высоты.

6.12. Стенки сплошных колонн и стоек при  следует укреплять поперечными ребрами жесткости, расположенными на расстоянии 2h_ef одно от другого; на каждом отправочном элементе должно быть не менее двух ребер. При наличии продольного ребра расстояние между поперечными ребрами допускается увеличивать в 1,5 раза.

Минимальные размеры выступающей части поперечных ребер жесткости следует принимать согласно требованиям п. 6.6.

ПОЯСНЫЕ ЛИСТЫ И ПОЛКИ ЦЕНТРАЛЬНО-, ВНЕЦЕНТРЕННО СЖАТЫХ, СЖАТО-ИЗГИБАЕМЫХ И ИЗГИБАЕМЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

6.13. Расчетную ширину свеса поясных листов (полок) b_ef следует принимать равной расстоянию: в прессованных, прокатных сварных и клепаных элементах без поясных листов - от грани стенки до края поясного листа (полки); в клепаных элементах с поясными листами - от ближайшей риски заклепок до свободного края листа. При наличии вута, образующего со свесом угол не менее 30°, расчетную ширину свеса следует измерять до начала вута (в случае выкружки - принимать вписанный вут).

6.14. В центрально-, внецентренно сжатых и сжато-изгибаемых элементах значение гибкости свеса поясного листа (полки)  следует принимать не более значений, указанных в табл. 31 в зависимости от условной гибкости  и типа сечений (где b_ef принимается в соответствии с п. 6.13; t - толщина свеса). В случае недонапряжения элемента наибольшие значения  табл. 31 следует увеличивать в  раз, но не более чем в 1,5 раза, при этом значения  необходимо принимать не более 1,3 (здесь - меньшее из значений использованное при проверке устойчивости стержня; ).

 Таблица 31

6.15. В изгибаемых элементах наибольшую гибкость свеса поясного листа (полки) прессованных, сварных и клепаных балок следует назначать с учетом предельных размеров свесов, приведенных в табл. 31 для < 1

Наибольшую гибкость свеса неокаймленных полок уголков в сжатых поясах клепаных балок без горизонтальных листов следует принимать по формуле

.                                                        (56)

В случае недонапряжения элемента наибольшую гибкость свеса поясного листа (полки) следует увеличить в  раз, но не более чем в 1,5 раза;

здесь - большее из двух значений:

   или  

6.16. При усилении свободных свесов утолщениями (бульбами) наибольшее значение гибкости свеса  [здесь b_ef1 - расчетная ширина свеса поясных листов или полок, измеряемая от центра утолщения до грани примыкающей стенки (полки) или до начала вута; см. п. 6.13] следует определять по формуле

                                                                 (57)

где k - коэффициент, определяемый по табл. 32 в зависимости от ;

- наибольшее значение условной гибкости свеса при отсутствии утолщения, принимаемое по табл. 31.

Величина  равна:

где D -   размер утолщения, принимаемый равным диаметру круглой бульбы; в квадратных и трапециевидных утолщениях нормального профиля D - высота утолщения при ширине бульбы не менее 1,5D в трапециевидных (черт. 9) и не менее D - в прямоугольных утолщениях.

Таблица 32

Черт. 9. Схема утолщения (бульбы)

6.17. Расчет на устойчивость замкнутых круговых цилиндрических оболочек вращения, равномерно сжатых параллельно образующим, следует выполнять по формуле

                                                            (58)

где  - расчетное напряжение в оболочке;

- критическое напряжение, равное меньшему из значений  или  (здесь r - радиус срединной поверхности оболочки; t - толщина оболочки).

Значения коэффициентов  и с следует определять соответственно по табл. 33 и 34.

В случае внецентренного сжатия параллельно образующим или чистого изгиба в диаметральной плоскости при касательных напряжениях в месте наибольшего момента, не превышающих значений , напряжение  следует увеличить в  раз, где  - наименьшее напряжение (растягивающие напряжения считать отрицательными).

6.18. В круглых трубах, рассчитываемых как сжатые или сжато-изгибаемые стержни по разд. 4, при условной гибкости  должно быть выполнено условие

Кроме этого, устойчивость стенок таких труб должна быть проверена по п. 6.17.

Расчет на устойчивость стенок бесшовных труб не требуется, если  не превышает значений  или 35.

Таблица 33

Таблица 34

7. РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ТОНКОЛИСТОВОГО АЛЮМИНИЯ

7.1. Тонколистовой алюминий (толщиной до 2 мм) следует применять в качестве элементов ограждающих и несущих конструкций:

а) плоских листов, укрепленных ребрами или специальной штамповкой;

б) плоских листов и лент, предварительно напряженных как в одном, так и в двух направлениях;

в) гофрированных листов без укреплений или со специальными укреплениями.

ЭЛЕМЕНТЫ, РАБОТАЮЩИЕ НА СЖАТИЕ И ИЗГИБ

7.2. При расчете на прочность сжатого в одном направлении плоского листа, шарнирно-опертого по контуру (черт. 10), в рабочую площадь включается часть листа размером 2с, определяемым по формуле

,                                                         (59)

где t - толщина листа.

Черт. 10. Расчетная схема сжатого тонколистового элемента

b - полная ширина сечения; с - рабочая ширина сечения

7.3. При расчете на прочность и деформативность тонколистовых конструкций, усиленных продольными ребрами, в которых плоский лист при действии продольной и поперечной нагрузок имеет сжимающие напряжения, в рабочую площадь ребер следует включать часть листа размером с (черт. 11, а), определяемым по формуле (59).

Черт. 11. Расчетная схема тонколистовых конструкций, усиленных продольными ребрами

а - плоский лист; б - гофрированный лист

7.4. При расчете на прочность листов с волнистым и трапециевидным гофрами, шарнирно-опертых по контуру и сжимаемых в направлении гофров, при отношении  (черт. 12, а) в рабочую площадь следует включать часть листа размером 2с:

,                                            (60)

где

,