СТ СЭВ 3973-83. Надежность строительных конструкций и оснований. Конструкции алюминиевые. Основные положения по расчету

СТ СЭВ 3973-83

УДК 62-192:624.01/.04:691.771.001.24 Группа Ж02

СТАНДАРТ СОВЕТА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ВЗАИМОПОМОЩИ

Надежность строительных конструкций и оснований

КОНСТРУКЦИИ АЛЮМИНИЕВЫЕ

Основные положения по расчету

Дата введения 1986-01-01

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

УТВЕРЖДЕН Постоянной Комиссией по сотрудничеству в области стандартизации Прага, июль 1983 г.

Взамен РС 5239-75

1. Автор - делегация ВНР в Постоянной Комиссии по сотрудничеству в области строительства.

2. Тема - 22.200.19-81.

3. Стандарт СЭВ утвержден на 53-м заседании ПКС.

4. Сроки начала применения стандарта СЭВ:

5. Срок первой проверки - 1988 г., периодичность проверки - 5 лет.

Настоящий стандарт СЭВ является обязательным в рамках Конвенции о применении стандартов СЭВ

Настоящий стандарт СЭВ распространяется на конструкции из алюминия и алюминиевых сплавов (в дальнейшем - алюминиевые конструкции) жилых, общественных, производственных, сельскохозяйственных и других зданий и сооружений и устанавливает основные положения по расчету этих конструкций по предельным состояниям.

Настоящий стандарт СЭВ не распространяется на алюминиевые конструкции мостов, а также на другие конструкции, подвергаемые многократному воздействию нагрузок (усталостное разрушение) или воздействию температуры выше + 100 °С.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Алюминиевые конструкции следует рассчитывать по предельным состояниям, указанным в СТ СЭВ 384-76.

1.2. Нормативные значения нагрузок, коэффициенты надежности по нагрузке и коэффициенты сочетаний для определения расчетных значений нагрузок следует принимать по СТ СЭВ 1407-78.

1.3. Для статически неопределимых конструкций при отсутствии метода их расчета с учетом физической нелинейности расчетные усилия допускается определять по недеформированной схеме в предположении упругих деформаций материала. Расчет на устойчивость отдельных элементов на действие этих усилий следует выполнять по деформированной схеме с учетом физической нелинейности (пластических деформаций алюминия).

1.4. Пластические деформации алюминия при расчете напряжений следует учитывать только в случаях, специально оговоренных в настоящем стандарте СЭВ.

1.5. Расчет алюминиевых конструкций и их элементов при сложном напряженном состоянии следует выполнять путем определения интенсивности напряжений с учетом энергетической теории прочности.

1.6. Алюминиевые конструкции следует рассчитывать как единые пространственные системы с учетом факторов, определяющих напряженное и деформированное состояние, геометрической и физической нелинейности, пластических свойств материалов в соответствии с требованиями, устанавливаемыми настоящим стандартом СЭВ, а также с учетом стандартов СЭВ на методы расчета.

1.7. При отсутствии точных теоретических методов расчета или проверенных ранее аналогичных решений допускается применять приближенные методы расчета, основанные на разделении единых пространственных систем на отдельные плоские системы и элементы и обеспечивающие общий уровень надежности конструкций в соответствии с требованиями метода предельных состояний; при этом следует учитывать особенности взаимодействия элементов алюминиевых конструкций между собой и с основанием.

1.8 При расчете алюминиевых конструкций следует учитывать влияние собственных напряжений (например, напряжения от сварки), если они влияют на работу конструкции.

1.9. Расчет алюминиевых конструкций и их элементов на усилия от действия внешних нагрузок необходимо выполнять с использованием следующих геометрических гипотез: плоских сечений, секториальных площадей и прямых нормалей.

1.10. При расчете алюминиевых конструкций, содержащих элементы из других материалов, следует учитывать соответствующие положения стандарта СЭВ по расчету конструкций из этих материалов.

2. МАТЕРИАЛЫ

2.1. Выбор марок алюминия следует производить в зависимости от условий эксплуатации, расчетных температур, технологии изготовления и монтажа алюминиевых конструкций; при этом необходимо учитывать характеристики механических свойств алюминия, пластичность, ударную вязкость, свариваемость, твердость и стойкость против коррозии.

2.2. Для сварных соединений следует применять материалы, соответствующие маркам свариваемого алюминия и обеспечивающие необходимые свойства сварных швов при соответствующей технологии их выполнения.

2.3. Характеристики марок алюминия, материалов для сварки, болтов и заклепок, а в необходимых случаях состояния их поставки, следует указывать на чертежах алюминиевых конструкций согласно требованиям стандартов СЭВ.

2.4. Для марок алюминия, применяемых в алюминиевых конструкциях, рекомендуется принимать следующие значения физических характеристик:

1) модуль упругости () - МРа;

2) модуль сдвига () - MРa;

3) коэффициент поперечной деформации () - 0,3;

4) коэффициент линейного расширения () - ;

5) плотность () - 2700 .

3. РАСЧЕТНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ И СОЕДИНЕНИЙ

3.1. Значения расчетных сопротивлений деформируемого алюминия необходимо определять по следующим формулам:

1) сопротивление растяжению, сжатию и изгибу:

по условному пределу текучести

(1)

по временному сопротивлению

(2)

Для расчета следует принимать расчетное сопротивление меньшее из значений и :

2) сопротивление сдвигу

; (3)

3) сопротивление смятию торцевой поверхности (при наличии пригонки)

; (4)

где и - нормативные сопротивления алюминия, равные наименьшим значениям условного предела текучести и временного сопротивления, установленным в стандартах СЭВ на алюминий;

- коэффициент надежности по материалу;

- коэффициент надежности.

и следует принимать больше 1,0.

Допускается для определения расчетных сопротивлений, применяемых в расчетах на устойчивость, принимать наименьшее из значений условного предела текучести, определенных экспериментальным путем на сжатие и растяжение.

3.2. Значения расчетных сопротивлений основного металла по п. 3.1 в зоне термического влияния сварки или плазменной резки необходимо умножить на коэффициент условий работы

3.3. Значения расчетных сопротивлений сварных соединений следует определять по формуле

(5)

где - коэффициент условий работы, зависящий от химического состава основного металла и металла шва, а также от технологии сварки;

- коэффициент условий работы, зависящий от напряженного состояния и качества шва;

- коэффициент условий работы, зависящий от степени концентрации напряжений;

, и следует принимать равными или меньше 1,0.

3.4. Значение расчетного сопротивления сварной точки в соединениях, выполненных контактной точечной сваркой следует определять по формуле

(6)

где - нормативное сопротивление сварной точки;

- коэффициент надежности по виду разрушения, принимаемый больше 1,0;

- коэффициент условий работы, значение которого зависит от марки основного металла, принятой технологии и метода контроля качества, принимаемый меньше 1.

3.5. Значения расчетных сопротивлений болтовых и заклепочных соединений растяжению и срезу болтов (заклепок), а также смятию соединяемых элементов конструкций следует устанавливать по значениям расчетных сопротивлений металла болтов (заклепок) и основного металла соединяемых элементов с учетом коэффициентов, указанных в таблице.

Примечание. Приведенные в таблице значения расчетных сопротивлений действительны для соединений на одном болте или заклепке. Если число болтов или заклепок в соединении больше одного, то необходимо учитывать коэффициенты условий работы соединений () зависящие от класса точности болтов, числа рядов и расстояний вдоль усилий между центрами отверстий и от края до центра ближайшего отверстия.

3.6. Значения расчетных сопротивлений алюминия, сварных соединений, болтов, заклепок для конструкций, эксплуатируемых при расчетных температурах наружного воздуха в пределах от 51 до 100 °С и при действии нагрузки более 0,8 нормативной за время свыше 100 ч, необходимо умножать на коэффициент условий работы .

3.7. При расчете алюминиевых конструкций и соединений по предельным состояниям необходимо учитывать коэффициенты надежности и коэффициенты условий работы, принимаемые по СТ СЭВ 384-76, настоящему стандарту СЭВ и стандартам СЭВ на методы расчета.

4. РАСЧЕТ АЛЮМИНИЕВЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ

СОСТОЯНИЯМ ПЕРВОЙ ГРУППЫ

4.1. Общие положения

4.1.1. При расчете несущей способности элементов конструкций усилия от расчетных нагрузок и воздействий не должны превышать усилий, которые могут быть восприняты сечениями или элементами при расчетных сопротивлениях алюминия. Предельные усилия, воспринимаемые сечениями или элементами, следует определять с учетом начальных несовершенств, получаемых при изготовлении и монтаже алюминиевых конструкций.

4.1.2. Расчеты по методу предельных состояний первой группы следует выполнять в форме сравнения усилий в элементе или в форме сравнения вычисляемых напряжений с расчетными сопротивлениями.

4.1.3. Расчет конструкций на прочность по условиям любого характера разрушений следует выполнять с использованием характеристик сечения "нетто" с учетом требований п. 4.1.5.

4.1.4. Расчет конструкций на устойчивость (общую и местную) следует выполнять с использованием характеристик сечения "брутто" и эффективных длин сжатых элементов с учетом требований п. 4.1.5.

4.1.5. При расчете на прочность и устойчивость по пп. 4.1.3 и 4.1.4 необходимо учитывать влияние термического воздействия сварки на механические свойства алюминия путем ввода коэффициента условий работы меньше 1,0. При этом коэффициент условий работы по 3.2 не применяется.

4.2. Центрально растянутые элементы

4.2.1. Расчет на прочность центрально растянутых элементов следует выполнять путем проверки усилий или напряжений с учетом требований пп. 4.1.3 и 4.1.5.

4.2.2. При определении нормального напряжения следует предполагать, что распределение напряжений равномерное.

4.3. Центрально сжатые элементы

4.3.1. Расчет на точность центрально сжатых элементов с соединениями на болтах класса точности С (по СТ СЭВ 2651-80) следует выполнять с учетом требований п. 4.1.3. В остальных случаях допускается расчет на прочность центрально сжатых элементов с соединениями на заклепках или болтах выполнять как для неослабленных элементов.

4.3.2. Расчет на устойчивость центрально сжатых элементов необходимо выполнять как для внецентренно сжатых с учетом:

1) формы сечения элемента;

2) начального искривления оси и случайного эксцентриситета сжимающей силы, принимаемых в соответствии с допускаемыми отклонениями, устанавливаемыми в стандартах СЭВ на изготовление и монтаж алюминиевых конструкций, или результатами статистического анализа их фактических значений;

3) собственных остаточных напряжений согласно п. 1.8;

4) влияния соединительных планок или решеток на общую жесткость элемента (для сквозных элементов).

При этом расчет элементов следует выполнять по деформированной схеме с учетом пластических деформаций, а значение расчетной несущей способности принимать равным максимальному значению сжимающей силы, которая может быть воспринята элементом.

Для элемента с шарнирными опорами форму изгиба оси допускается принимать по полуволне синусоиды.

4.3.3. Стенки и поясные листы (полки) центрально сжатых элементов следует проверять на устойчивость согласно пп. 4.8.1-4.8.3.

4.3.4. Центрально сжатые элементы тонкостенного открытого профиля, кроме расчетов по пп. 4.3.2-4.3.3, следует дополнительно проверять на устойчивость при изгибно-крутильной форме потери устойчивости, если это предусмотрено стандартами СЭВ на методы расчета.

4.3.5. В сквозных центрально сжатых элементах, кроме расчета элемента в целом, необходимо проверять устойчивость отдельных участков ветвей, расположенных между узлами.

4.3.6. Расчет соединительных планок или решеток в сквозных центрально сжатых элементах следует выполнять на условную поперечную силу.

4.4. Изгибаемые элементы

4.4.1. Расчет на прочность изгибаемых элементов следует выполнять путем проверки нормальных напряжений и , касательных напряжений , а также интенсивности напряжений, определяемой согласно п. 1.5.

Расчеты при определении напряжений , и для сплошностенчатых элементов следует проводить в предположении упругих деформаций материала.

4.4.2. Элементы, изгибаемые в плоскости наибольшей жесткости, необходимо рассчитывать на устойчивость из плоскости изгиба при изгибно-крутильных деформациях с учетом характера нагрузки, места ее приложения по высоте сечения, наличия или отсутствия закреплений элемента в пролете и формы сечения. Расчет следует выполнять на основе теории устойчивости тонкостенных стержней с учетом стесненного и свободного кручения.

Допускается расчет элементов на устойчивость при изгибно-крутильных деформациях заменить проверкой устойчивости сжатого пояса согласно пп. 4.3.2-4.3.4.

Примечание. При закреплении сжатого пояса изгибаемого элемента от поперечных смещений расчет его на устойчивость выполнять не требуется.

Стенки и поясные листы изгибаемых элементов следует проверять на устойчивость согласно пп. 4.8.1-4.8.3.

4.5. Элементы, подверженные действию кручения

4.5.1. Расчет на прочность элементов, подверженных действию кручения, следует выполнять в условиях свободного или стесненного кручения в пределах упругих деформаций или с учетом пластических деформаций алюминия в зависимости от назначения и условий эксплуатации конструкций.

4.5.2. При расчете на прочность элементов, подверженных действию свободного кручения, следует выполнять проверку только касательных напряжений.

4.5.3. При расчете на прочность элементов, подверженных действию стесненного кручения, следует выполнять проверку не только касательных, но и нормальных напряжений, определяемых законом секториальных площадей при недеформируемом контуре сечения.

4.6. Элементы, подверженные действию осевой силы с изгибом

4.6.1 Расчет на прочность элементов при действии осевой силы с изгибом следует выполнять согласно требованиям п. 4.4.1

4.6.2. Расчет на устойчивость внецентренно-сжатых и сжато-изгибаемых элементов при изгибе их в одной из главных плоскостей следует выполнять как в плоскости действия момента (плоская форма потери устойчивости), так и из плоскости действия момента (изгибно-крутильная форма потери устойчивости).

4.6.3. Расчет на устойчивость внецентренно-сжатых и сжато-изгибаемых элементов в плоскости действия момента, как правило, следует выполнять согласно требованиям п. 4.3.2; при этом случайный эксцентриситет необходимо принимать дополнительно к расчетному эксцентриситету (где - изгибающий момент; - продольная сила) с учетом вероятности совпадения их расчетных значений.

Расчетные значения изгибающего момента и продольной силы в элементе для вычисления эксцентриситета следует определять из расчета системы по недеформированной схеме в предположении упругих деформаций алюминия и принимать при одном и том же сочетании нагрузок с учетом изменения изгибающего момента по длине элемента и условий закрепления его концов.

Допускается принимать другие методы, обеспечивающие определение критических сил и моментов в соответствии с общими требованиями метода предельных состояний.

4.6.4. Расчет на устойчивость элементов из плоскости действия момента при изгибно-крутильных деформациях следует выполнять при изгибе их в плоскости наибольшей жесткости (), совпадающей с плоскостью симметрии, с учетом свободного и стесненного кручения, пространственных перемещений сечений элемента в момент потери устойчивости и пластических деформаций алюминия.

4.6.5. В сквозных внецентренно сжатых и сжато-изгибаемых в одной плоскости элементов, кроме расчета всего элемента в целом, необходимо проверять устойчивость отдельных ветвей; при этом продольную силу в каждой ветви следует определять с учетом дополнительного усилия от изгибающего момента.

4.6.6. Расчет соединительных планок или решеток в сквозных внецентренно-сжатых и сжато-изгибаемых в одной плоскости элементах следует выполнять на действие фактической и условной поперечных сил с учетом вероятности их одновременного воздействия на элемент.

4.6.7. Расчет на устойчивость внецентренно сжатых и сжато-изгибаемых сплошностенчатых элементов при изгибе их в двух главных плоскостях, как правило, следует выполнять путем снижения критической силы, вычисляемой для элемента при изгибе его в плоскости наименьшей жесткости, за счет учета пространственных перемещений сечений элемента и пластических деформаций при изгибе его в плоскости наибольшей жесткости.

Допускается применять другие методы, обеспечивающие определение критической силы в соответствии с общими требованиями метода предельных состояний.

4.6.8. Расчет на устойчивость внецентренно-сжатых и сжато-изгибаемых сквозных элементов при изгибе в двух главных плоскостях следует выполнять для всего элемента в целом и для отдельных его ветвей.

Расчет всего элемента в целом в плоскости, параллельной плоскости решеток, допускается выполнять, принимая момент, действующий в плоскости, перпендикулярной к плоскости решеток, равным нулю.

Проверку устойчивости отдельных ветвей следует выполнять как внецентренно-сжатых элементов, изгибаемых в плоскости наибольшей жесткости; при этом продольную силу в каждой ветви следует определять с учетом дополнительного усилия от момента, действующего в плоскости, параллельной плоскостям решеток, а момент, действующий в плоскости, перпендикулярной к плоскостям решеток, допускается распределить между ветвями пропорционально их жесткостям.

4.6.9. Расчет соединительных планок или решеток в сквозных внецентренно-сжатых и сжато-изгибаемых элементах при изгибе их в двух главных плоскостях следует выполнять согласно п. 4.6.6; при этом фактическую поперечную силу следует принимать в плоскости, параллельной плоскостям соединительных решеток.

4.6.10. Проверку устойчивости стенок и поясных листов (полок) внецентренно-сжатых и сжато-изгибаемых сплошностенчатых элементов следует выполнять согласно требованиям пп. 4.8.1-4.8.3.

4.7. Эффективные (расчетные) длины элементов

4.7.1. Эффективные длины сжатых, внецентренно-сжатых и сжато-изгибаемых элементов стержневых и рамных систем следует устанавливать в случаях, когда выполнять расчет конструкций как единых систем по деформированной схеме с учетом пластических деформаций алюминия не представляется возможным.

4.7.2. В расчетах эффективную длину элемента () следует определять по формуле

(7)

где - коэффициент приведения длины, зависящий от условий закрепления концов элемента и характера приложения сжимающей нагрузки;

- длина элемента.

4.7.3. Для плоских стержневых систем эффективные длины сжатых элементов следует определять как в плоскости системы, так и из этой плоскости.

4.7.4. Эффективные длины сжатых элементов форм необходимо определять в зависимости от формы сечений элементов и конструкций их соединений в узлах; при этом следует учитывать закрепления элементов от смещения из плоскости фермы.

4.7.5. При определении эффективных длин колонн зданий допускается принимать приближенные расчетные схемы, которые должны отражать действительные условия нагружения колонн и закрепления их концов; при этом следует учитывать неравномерность распределения вертикальной нагрузки между колоннами, различие жесткостей колонн, наличие жестких конструктивных элементов, обеспечивающих пространственную устойчивость здания или сооружения.

4.7.6. Для ступенчатых колонн рам одноэтажных производственных зданий эффективные длины допускается определять для комбинации нагрузок, дающей наибольшие значения продольных сил на отдельных участках колонн, и полученные значения использовать в расчетах при других комбинациях нагрузок.

4.7.7. Эффективные длины колонн в направлении вдоль здания (из плоскости рам) необходимо принимать равными расстояниям между точками, закрепленными от смещения из плоскости рамы; при этом значения эффективных длин колонн из плоскости рам допускается уточнять путем расчета на устойчивость на основе расчетной схемы, учитывающей действительные условия закрепления концов колонн.

4.7.8. Эффективные длины растянутых элементов следует определять как расстояния между