Таблица 30

Расчет изгибаемых элементов	Характеристика свеса	Наибольшие значения отношения
В пределах упругих деформаций	Неокаймленный
	Окаймленный ребром
С учетом развития пластических деформаций¹	Неокаймленный	b_ef /t = 0,11h_ef /t_w, но не более
	Окаймленный ребром	b_ef /t = 0,16h_ef /t_w, но не более
¹ При h_ef/t_w £ 2,7наибольшее значение отношения b_ef/t следует принимать: для неокаймленного свеса b_ef/t = 0,3; для окаймленного ребром свеса b_ef/t = 0,45, Обозначения, принятые в таблице 30: h_ef - расчетная высота балки; t_w - толщина стенки балки.

7.25. Высота окаймляющего ребра полки a_ef, измеряемая от ее оси, должна быть не менее 0,3b_ef в элементах, не усиленных планками (рис. 11) и 0,2b_ef - в элементах, усиленных планками, при этом толщина ребра должна быть не менее 2a_ef.

7.26*. В центрально-сжатых элементах коробчатого сечения наибольшее отношение расчетной ширины пояса к толщине b_ef/t следует принимать по табл. 27* как для стенок коробчатого сечения.

Во внецентренно-сжатых и сжато-изгибаемых элементах коробчатого сечения наибольшее отношение b_ef/t следует принимать:

при m £ 0,3 - как для центрально-сжатых элементов;

при m ³ 1,0 и £ 2 + 0,04m b_e_f /t = ;

при m ³ 1,0 и > 2 + 0,04m

При значениях относительного эксцентриситета 0,3 < m < 1 наибольшие отношения b_ef /t следует определять линейной интерполяцией между значениями b_ef /t, вычисленными при m = 0,3 и m = 1.

7.27*. При назначении сечений центрально-, внецентренно-сжатых и сжато-изгибаемых элементов по предельной гибкости, а изгибаемых элементов - по предельным прогибам, а также при соответствующем обосновании расчетом наибольшие значения отношения расчетной ширины свеса к толщине b_ef /t следует умножать на коэффициент, но не более чем на 1,25.

Здесь следует принимать:

для центрально-, внецентренно-сжатых и сжато-изгибаемых элементов: j_m - меньшее из значений j, j_e, j_exy, cj, использованное при проверке устойчивости элемента; s = N/A;

для изгибаемых элементов: j_m = 1; s - большее из двух значений или .

8. РАСЧЕТ ЛИСТОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ

РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ

8.1. Расчет на прочность листовых конструкций (оболочек вращения), находящихся в безмоментном напряженном состоянии, следует выполнять по формуле

, (93)

где s_x и s_y - нормальные напряжения по двум взаимно перпендикулярным направлениям;

g_c - коэффициент условий работы конструкций, назначаемый в соответствии с требованиями СНиП по проектированию сооружений промышленных предприятий.

При этом абсолютные значения главных напряжений должны быть не более значений расчетных сопротивлений, умноженных на g_c.

8.2. Напряжения в безмоментных тонкостенных оболочках вращения (рис. 17), находящихся под давлением жидкости, газа или сыпучего материала, следует определять по формулам:

; (94)

(95)

где s₁ и s₂ - соответственно меридиональное и кольцевое напряжения;

r₁ и r₂ - радиусы кривизны в главных направлениях срединной поверхности оболочки;

p - расчетное давление на единицу поверхности оболочки;

t - толщина оболочки;

F - проекция на ось z-z оболочки полного расчета давления, действующего на часть оболочки abc (рис. 17);

r и b - радиус и угол, показанные на рис. 17.

8.3. Напряжения в замкнутых безмоментных тонкостенных оболочках вращения, находящихся под внутренним равномерным давлением, следует определять по формулам:

для цилиндрических оболочек

и ; (96)

для сферических оболочек

; (97)

для конических оболочек

и , (98)

где p - расчетное внутреннее давление на единицу поверхности оболочки;

r - радиус срединной поверхности оболочки (рис. 18);

b - угол между образующей конуса и его осью z-z (рис. 18).

8.4. В местах изменения формы или толщины оболочек, а также изменения нагрузки должны быть учтены местные напряжения (краевой эффект).

Рис. 17. Схема оболочки вращения Рис. 18. Схема конической оболочки вращения

Расчет на устойчивость

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

s₁ £ g_cs_cr₁, (99)

где s₁ - расчетное напряжение в оболочке;

s_cr₁ - критическое напряжение, равное меньшему из значений yR_y или cEt/r (здесь r - радиус срединной поверхности оболочки; t - толщина оболочки).

Значения коэффициентов y при 0 < r/t £ 300 следует определять по формуле

. (100)

Значения коэффициентов c следует определять по табл. 31.

Таблица 31

r/t	100	200	300	400	600	800	1000	1500	2500
c	0,22	0,18	0,16	0,14	0,11	0,09	0,08	0,07	0,06

В случае внецентренного сжатия параллельно образующим или чистого изгиба в диаметральной плоскости при касательных напряжениях в месте наибольшего момента, не превышающих значений 0,07Е (t/r)^3/2, напряжение s_cr₁ должно быть увеличено в (1,1 - 0,1 s¢₁/s₁) раз, где s¢₁ - наименьшее напряжение (растягивающие напряжения считать отрицательными).

8.6. В трубах, рассчитываемых как сжатые или сжато-изгибаемые стержни, при условной гибкости должно быть выполнено условие

. (101)

Такие трубы следует рассчитывать на устойчивость в соответствии с требованиями разд. 5 настоящих норм независимо от расчета на устойчивость стенок. Расчет на устойчивость стенок бесшовных или электросварных труб не требуется, если значение r/t не превышает половины значений, определяемых по формуле (101).

8.7. Цилиндрическая панель, опертая по двум образующим и двум дугам направляющей, равномерно сжатая вдоль образующих, при b²/(rt) £ 20 (где b - ширина панели, измеренная по дуге направляющей) должна быть рассчитана на устойчивость как пластинка по формулам:

при расчетном напряжении s £ 0,8R_y

; (102)

при расчетном напряжении s = R_y

. (103)

При 0,8R_y < s < R_y наибольшее отношение b/t следует определять линейной интерполяцией.

Если b²/(rt) > 20, панель следует рассчитывать на устойчивость как оболочку согласно требованиям п. 8.5.

8.8*. Расчет на устойчивость замкнутой круговой цилиндрической оболочки вращения при действии внешнего равномерного давления p, нормального к боковой поверхности, следует выполнять по формуле

s₂ £ g_cs_cr₂ (104)

где s₂ = pr/t - расчетное кольцевое напряжение в оболочке;

s_cr₂ - критическое напряжение, определяемое по формулам:

при 0,5 £ l/r £ 10

s_cr₂ = 0,55E(r/l)(t/r)^3/2; (105)

при l/r ³ 20

s_cr₂ = 0,17E(t/r)²; (106)

при 10 < l/r < 20 напряжение s_cr₂ следует определять линейной интерполяцией.

Здесь l длина цилиндрической оболочки.

Та же оболочка, но укрепленная кольцевыми ребрами, расположенными с шагом s ³ 0,5r между осями, должна быть рассчитана на устойчивость по формулам (104) - (106) с подстановкой в них значения s вместо l.

В этом случае должно быть удовлетворено условие устойчивости ребра в своей плоскости как сжатого стержня согласно требованиям п. 5.3 при N = prs и расчетной длине стержня l_ef = 1,8r, при этом в сечение ребра следует включать участки оболочки шириной с каждой стороны от оси ребра, а условная гибкость стержня не должна превышать 6,5.

При одностороннем ребре жесткости его момент инерции следует вычислять относительно оси, совпадающей с ближайшей поверхностью оболочки.

8.9. Расчет на устойчивость замкнутой круговой цилиндрической оболочки вращения, подверженной одновременному действию нагрузок, указанных в пп. 8.5 и 8.8*, следует выполнять по формуле

, (107)

где s_cr₁ должно быть вычислено согласно требованиям п. 8.5, а s_cr₂ - согласно требованиям п. 8.8*.

8.10. Расчет на устойчивость конической оболочки вращения с углом конусности b £ 60°, сжатой силой N вдоль оси (рис. 19) следует выполнять по формуле

N £ g_cN_cr, (108)

где N_cr - критическая сила, определяемая по формуле

N_cr = 6,28r_mts_cr₁cos²b, (109)

здесь t - толщина оболочки;

s_cr₁ - значение напряжения, вычисленное согласно требованиям п. 8.5 с заменой радиуса r радиусом r_m, равным

. (110)

8.11. Расчет на устойчивость конической оболочки вращения при действии внешнего равномерного давления p, нормального к боковой поверхности, следует выполнять по формуле

s₂ £ g_cs_cr₂, (111)

здесь s₂ = pr_m /t - расчетное кольцевое напряжение в оболочке;

s_cr₂ - критическое напряжение, определяемое по формуле

s_cr₂ = 0,55E(r_m /h)(t/r_m)^3/2, (112)

где h - высота конической оболочки (между основаниями);

r_m - радиус, определяемый по формуле (110).

8.12. Расчет на устойчивость конической оболочки вращения, подверженной одновременному действию нагрузок, указанных в пп. 8.10 и 8.11 следует выполнять по формуле

, (113)

где значения N_cr и s_cr₂ следует вычислять по формулам (109) и (112).

8.13. Расчет на устойчивость полной сферической оболочки (или ее сегмента) при r/t £ 750 и действии внешнего равномерного давления p, нормального к ее поверхности, следует выполнять по формуле

s £ g_cs_cr, (114)

где s = pr/2t - расчетное напряжение;

s_cr = 0,1Et/r - критическое напряжение, принимаемое не более R_y;

r - радиус срединной поверхности сферы.

Рис. 19. Схема конической оболочки вращения под действием продольного усилия сжатия

Основные требования к расчету металлических мембранных конструкций

8.14. При расчете мембранных конструкций опирание кромок мембраны на упругие элементы контура следует считать шарнирным по линии опирания и способным передавать сдвиг на элементы контура.

8.15. Расчет мембранных конструкций должен производиться на основе совместной работы мембраны и элементов контура с учетом их деформированного состояния и геометрической нелинейности мембраны.

8.16. Нормальные и касательные напряжения, распределенные по кромкам мембраны, следует считать уравновешенными сжатием и изгибом опорного контура в тангенциальной плоскости.

При расчете опорных элементов контура мембранных конструкций следует учитывать:

изгиб в тангенциальной плоскости;

осевое сжатие в элементах контура;

сжатие, вызываемое касательными напряжениями по линии контакта мембраны с элементами контура;

изгиб в вертикальной плоскости.

8.17. При прикреплении мембраны с эксцентриситетом относительно центра тяжести сечения элементов контура кроме факторов, указанных в п. 8.16, при расчете контуров следует учитывать кручение.

8.18. При определении напряжений в центре круглых в плане плоских мембран допускается принимать, что опорный контур является недеформируемым.

8.19. Для определения напряжений в центре эллиптической мембраны, закрепленной на деформируемом контуре, допускается применять требования п. 8.18 при условии замены значения радиуса значением большей главной полуоси эллипса (отношение большей полуоси к меньшей должно быть не более 1,2).

9. Расчет элементов стальных конструкций на выносливость

9.1. Стальные конструкции и их элементы (подкрановые балки, балки рабочих площадок, элементы конструкций бункерных и разгрузочных эстакад, конструкции под двигатели и др.), непосредственно воспринимающие многократно действующие подвижные, вибрационные или другого вида нагрузки с количеством циклов нагружений 10⁵ и более, которые могут привести к явлению усталости, следует проектировать с применением таких конструктивных решений, которые не вызывают значительной концентрации напряжений, и проверять расчетом на выносливость.

Количество циклов нагружений следует принимать по технологическим требованиям эксплуатации.

Конструкции высоких сооружений типа антенн, дымовых труб, мачт, башен и подъемно-транспортных сооружений, проверяемые на резонанс от действия ветра, следует проверять расчетом на выносливость.

Расчет конструкций на выносливость следует производить на действие нагрузок, устанавливаемых согласно требованиям СНиП по нагрузкам и воздействиям.

9.2*. Расчет на выносливость следует производить по формуле

s_max £ aR_ng_n, (115)

где R_n - расчетное сопротивление усталости, принимаемое по табл. 32* в зависимости от временного сопротивления стали и групп элементов конструкций, приведенных в табл. 83*;

a - коэффициент, учитывающий количество циклов нагружений n и вычисляемый:

при n < 3,9·10⁶ по формулам:

для групп элементов 1 и 2

; (116)

для групп элементов 3-8

; (117)

при n ³ 3,9·10⁶ a = 0,77;

g_n - коэффициент, определяемый по табл. 33 в зависимости от вида напряженного состояния и коэффициента асимметрии напряжений r = s_min/s_max; здесь s_min и s_max - соответственно наибольшее и наименьшее по абсолютному значению напряжения в рассчитываемом элементе, вычисленные по сечению нетто без учета коэффициента динамичности и коэффициентов j, j_e, j_b. При разнозначных напряжениях коэффициент асимметрии напряжений следует принимать со знаком "минус".

Таблица 32*

Группа элементов

Значения R_n при временном сопротивлении стали разрыву R_un, МПа (кгс/см²)

до 420 (4300)

св. 420 (4300)

до 440 (4500)

св. 440 (4500)

до 520 (5300)

св. 520 (5300)

до 580 (5900)

св. 580 (5900) до 635 (6500)

120 (1220)

100 (1020)

128 (1300)

106 (1080)

132 (1350)

108 (1100)

136 (1390)

110 (1120)

145 (1480)

116 (1180)

Для всех марок стали 90 (920)

Для всех марок стали 75 (765)

Для всех марок стали 60 (610)

Для всех марок стали 45 (460)

Для всех марок стали 36 (370)

Для всех марок стали 27 (275)

Таблица 33

s_max	Коэффициент ассиметрии напряжений r	Формулы для вычисления коэффициента g_n
	- 1 £ r £ 0
Растяжение	0 < r £ 0,8
	0,8 < r < 1
Сжатие	- 1 £ r < 1

При расчетах на выносливость по формуле (115) произведение aR_ng_n не должно превышать R_u/g_u.

9.3. Стальные конструкции и их элементы, непосредственно воспринимающие нагрузки с количеством циклов нагружений менее 10⁵, следует проектировать с применением таких конструктивных решений, которые не вызывают значительной концентрации напряжений, и в необходимых случаях проверять расчетом на малоцикловую прочность.

10. РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ НА ПРОЧНОСТЬ С УЧЕТОМ ХРУПКОГО РАЗРУШЕНИЯ

Центрально- и внецентренно-растянутые элементы, а также зоны растяжения изгибаемых элементов конструкций, возводимых в климатических районах I₁, I₂, II₂, II₃, II₄, и II₅, следует проверять на прочность с учетом сопротивления хрупкому разрушению по формуле

s_max £ bR_u/g_u, (118)

где s_max - наибольшее растягивающее напряжение в расчетном сечении элемента, вычисленное по сечению нетто без учета коэффициентов динамичности и j_b;

b - коэффициент, принимаемый по табл. 84.

Элементы, проверяемые на прочность с учетом хрупкого разрушения, следует проектировать с применением решений, при которых не требуется увеличивать площадь сечения, установленную расчетом согласно требованиям разд. 5 настоящих норм.

11. РАСЧЕТ СОЕДИНЕНИЙ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

11.1*. Расчет сварных стыковых соединений на центральное растяжение или сжатие следует производить по формуле

, (119)

где t - наименьшая толщина соединяемых элементов;

l_w - расчетная длина шва, равная полной его длине, уменьшенной на 2t, или полной его длине в случае вывода концов шва за пределы стыка.

При расчете сварных стыковых соединений элементов конструкций, рассчитанных согласно п. 5.2. в формуле (119) вместо R_wy следует принимать R_wu/g_u.

Расчет сварных стыковых соединений выполнять не требуется при применении сварочных материалов согласно прил. 2, полном проваре соединяемых элементов и физическом контроле качества растянутых швов.

11.2*. Сварные соединения с угловыми швами при действии продольной и поперечной сил следует рассчитывать на срез (условный) по двум сечениям (рис. 20):

Рис. 20. Схема расчетных сечений сварного соединения с угловым швом

1 - сечение по металлу шва; 2 - сечение по металлу границы сплавления

по металлу шва (сечение 1)

N / (b_f k_f l_w) £ R_wf g_wf g_c; (120)

по металлу границы сплавления (сечение 2)

N / (b_z k_f l_w) £ R_wz g_wz g_c, (121)

где l_w - расчетная длина шва, принимаемая меньше его полной длины на 10 мм;

b_f и b_z - коэффициенты, принимаемые при сварке элементов из стали: с пределом текучести до 530 МПа (5400 кгс/см²) - по табл. 34*; с пределом текучести свыше 530 МПа (5400 кгс/см²) независимо от вида сварки, положения шва и диаметра сварочной проволоки b_f = 0,7 и b_z = 1;

g_wf и g_wz - коэффициенты условий работы шва, равные 1 во всех случаях, кроме конструкций, возводимых в климатических районах I₁, I₂, II₂ и II₃, для которых g_wf = 0,85 для металла шва с нормативным сопротивлением R_wun = 410 МПа (4200 кгс/см²) и g_wz = 0,85 - для всех сталей.

Для угловых швов, размеры которых установлены в соответствии с расчетом, в элементах из стали с пределом текучести до 285 МПа (2900 кгс/см²) следует применять электроды или сварную проволоку согласно п. 3.4 настоящих норм, для которых расчетные сопротивления срезу по металлу шва R_wf должны быть более R_wz, а при ручной сварке - не менее чем в 1,1 раза превышать расчетные сопротивления срезу по металлу границы сплавления R_wz, но не превышать значений R_wz b_z / b_f; в элементах из стали с пределом текучести свыше 285 МПа (2900 кгс/см²) допускается применять электроды или сварочную проволоку, для которых выполняется условие

R_wz < R_wf £ R_wz b_z / b_f.

При выборе электродов или сварочной проволоки следует учитывать группы конструкций и климатические районы, указанные в табл. 55*.

11.3*. Расчет сварных соединений с угловыми швами на действие момента в плоскости, перпендикулярной плоскости расположения швов, следует производить по двум сечениям по формулам:

по металлу шва

; (122)

по металлу границы сплавления

, (123)

где W_f - момент сопротивления расчетного сечения по металлу шва;

W_z - то же, по металлу границы сплавления.

Расчет сварных соединений с угловыми швами на действие момента в плоскости расположения этих швов следует производить по двум сечениям по формулам:

по металлу шва

; (124)

по металлу границы сплавления

, (125)

где J_fx и J_fy - моменты инерции расчетного сечения по металлу шва относительно его главных осей;

J_zx и J_zy - то же, по металлу границы сплавления;

х и у - координаты точки шва, наиболее удаленной от центра тяжести расчетного сечения швов, относительно главных осей этого сечения.

11.4. Сварные стыковые соединения, выполненные без физического контроля качества, при одновременном действии в одном и том же сечении нормальных и касательных напряжений следует проверять по формуле (33), в которой значения s_x, s_y, t_xy и R_y следует принимать соответственно: s_x = s_wx и s_y = s_wy - нормальные напряжения в сварном соединении по двум взаимно перпендикулярным направлениям; t_xy = t_wxy - касательное напряжение в сварном соединении; R_y = R_wy.

11.5. При расчете сварных соединений с угловыми швами на одновременное действие продольной и поперечной сил и момента должны быть выполнены условия

t_f £ R_wfg_wfg_c и t_z £ R_wzg_wzg_c, (126)

где t_f и t_z - напряжения в расчетном сечении соответственно по металлу шва и по металлу границы сплавления, равные геометрическим суммам напряжений, вызываемых продольной и поперечной силами и моментом.