Для чего нужны вертикальные связи. Связи в покрытиях

Связи – это важные элементы стального каркаса, которые необходимы для:

1.обеспечения неизменяемости пространственной системы каркаса и устойчивость его сжатых элементов.

2.восприятия и передачи на фундаменты некоторых нагрузок (ветровых, горизонтальных от кранов).

3.обеспечения совместной работы поперечных рам при местных нагрузках (например, крановых).

4.создания жесткости каркаса, необходимой для обеспечения нормальных условий эксплуатации.

Связи подразделяют на связи между колоннами и связи между фермами (связи шатра).

Система связей между колоннами обеспечивает о время эксплуатации и монтажа геометрическую неизменяемость каркаса и его несущую способность в продольном направлении, а также устойчивость колонн из плоскости поперечных рам.

Для выполнения этих функций необходим хотя бы один вертикальный жесткий диск по длине температурного блока и система продольных элементов, прикрепляющих колонны, не входящие в жесткий диск, к последнему. В жесткие диски включены две колонны, подкрановая балка, горизонтальные распорки и решетка, обеспечивающая при шарнирном соединении всех элементов диска геометрическую неизменяемость. Решетка чаще всего проектируется крестовой, элементы которой работают на растяжение при любом направлении сил, передаваемых на диск, и треугольной, элементы которой работают на растяжение и сжатие. Схема решетки выбирается так, чтобы её элементы было удобно крепить к колоннам (углы между вертикалью и элементов решетки близки к 45°). При больших шагах колонн в нижней части колонны целесообразно устройство диска в виде двухшарнирной решетчатой рамы, а в верхней – использования подстропильной фермы. Распорки и решетка при малых высотах сечения колонн располагаются в одной плоскости, а при больших высотах – в двух плоскостях. На связевые диски передаются крутящие моменты, и поэтому при расположении вертикальных связей в двух плоскостях они соединяются горизонтальными решетчатыми связями.

При размещении жестких дисков вдоль здания нужно учитывать возможность перемещения колонн при температурных деформациях продольных элементов (рис.11.6, а). Если поставить диски по торцам здания (рис 11.6, б), то во всех продольных элементах (подкрановые конструкции, подстропильные фермы, распорки связей) возникают чрезмерные температурные усилия .

Поэтому при небольшой длине здания (температурного блока) ставится вертикальная связь в одной панели (рис 11.7, а). При большой длине здания (или блока) для колонн в торцах возрастают неупругие перемещения за счет податливости креплений продольных элементов к колоннам. Расстояние от торца до диска ограничивается с целью закрепления колонн, расположенных близко к торцу, от потери устойчивости. В этих условиях вертикальные связи ставят в двух панелях (рис 11.7, б), причем расстояние между осями должны быть такими, чтобы усилие не были очень велики.

По торцам здания крайние колонны иногда соединяются между собой гибкими верхними связями (рис 11.7, а). Верхние торцевые связи также делают в виде крестов (рис 11.7, б).

Верхние вертикальные связи следует размещать не только в торцевых панелях здания, но и в панелях, примыкающих к температурным швам, так как это повышает продольную жесткость верхней части каркаса; кроме того, в процессе возведения цеха каждый температурный блок может в течение некоторого времени представлять собой самостоятельный конструктивный комплекс.

Вертикальные связи между колоннами ставят по всем рядам колонн здания; располагать их следует между одними и теми же осями.

Связи, устанавливаемые в пределах высоты ригелей в связевом блоке и торцевых шагах, проектируют в виде самостоятельных ферм, в остальных местах ставят распорки.

Продольные элементы связей в точках крепления к колоннам обеспечивают несмещаемость этих точек из плоскости поперечной рамы (рис 11.8, а). Эти точки в расчетной схеме колонны (рис 11.8, б) могут приняты шарнирными опорами. При большой высоте нижней части колонны бывает целесообразна установка дополнительной распорки (рис 11.8, в, которая закрепляет нижнюю часть колонны посередине ее высоты и сокращает расчетную длину колонны (рис 11.8, г).

При большой длине элементов связи, воспринимающие небольшие усилия, рассчитываются по предельной гибкости.

Связи по покрытию.

Связи между фермами, создавая общую пространственную жесткость каркаса обеспечивают: устойчивость сжатых элементов ригеля из плоскости ферм; перераспределение местных нагрузок, приложенных к одной из рам; удобство монтажа: заданную геометрию каркаса; восприятие и передачу на колонны некоторых нагрузок.

Система связей покрытия состоит из горизонтальных и вертикальных связей. Горизонтальные связи располагаются в плоскостях нижнего, верхнего поясов ферм и верхнего пояса фонаря. Горизонтальные связи состоят из поперечных и продольных (рис.11.10, 11.11)

Элементы верхнего пояса стропильных ферм сжаты, поэтому необходимо обеспечить их устойчивость из плоскости ферм.

Для закрепления плит и прогонов от продольных смещений устраиваются поперечные связи по верхним поясам ферм, которые целесообразно располагать в торцах цеха с тем, чтобы они обеспечивали пространственную жесткость покрытия. При большой длине здания или температурного блока (более 144м) устанавливаются дополнительные поперечные связевые фермы. Это уменьшает поперечные перемещения поясов ферм, возникающие вследствие податливости связей.

Особое внимание обращают на завязку узлов ферм в пределах фонаря, где нет кровельного настила. Здесь для раскрепления узлов верхнего пояса ферм из их плоскости предусматриваются распорки, причем такие распорки в коньковом узле фермы обязательны. Распорки прикрепляются к торцовым связям в плоскости верхних поясов ферм.

В зданиях с мостовыми кранами необходимо обеспечить горизонтальную жесткость каркаса как поперек, так и вдоль здания. При работе мостовых кранов возникают усилия, вызывающие поперечные и продольные деформации каркаса цеха. Поэтому в однопролетных зданиях большой высоты (), в зданиях с мостовыми кранами и весьма тяжелого режима работы при любой грузоподъемности обязательна система связей по нижним поясам ферм.

Для сокращения свободной длины растянутой части нижнего пояса приходится в некоторых случаях предусматривать растяжки, закрепляющие нижний пояс в боковом направлении.. Эти растяжки воспринимают условную поперечную силу Q.

В длинных зданиях, состоящих из нескольких температурных блоков, поперечные связевые фермы по верхним и нижним поясам ставят у каждого температурного шва, имея ввиду что каждый температурный блок представляет собой законченный пространственный каркас. Стропильные фермы обладают незначительной боковой жесткостью, поэтому необходимо устраивать вертикальные связи между фермами, располагающиеся в плоскости вертикальных стоек стропильных ферм(рис 11.10, в).

При опирании опорного нижнего узла стропильных на оголовок колонны сверху вертикальные связи необходимо располагать также по опорным стойкам ферм.

В многопролетных цехах связи по верхним поясам ферм и вертикальные ставятся во всех пролетах, а горизонтальные по нижним поясам – по контуру здания и некоторым средним рядам колонн через 60-90м по ширине здания(рис 11.13). В зданиях имеющих перепады по высоте, продольные связевые фермы ставят и вдоль этих перепадов.

Конструктивная схема связей зависит главным образом от шага стропильных ферм. Для горизонтальных связей пи шаге ферм 6м обычно применяют крестовую решетку, раскосы которой работают только на растяжение(рис 11.14, а), а также могут применяться фермы с треугольной решеткой(рис 11.14, б) – здесь раскосы работаю как на сжатие, так и на растяжение. При шаге 12м диагональные элементы связей, даже работающие только на растяжение, получаются слишком тяжелыми, поэтому систему связей проектируют так, чтобы наиболее длинный элемент был не более 12м, и эти элементы поддерживают диагонали.

Связи между колоннами.

Система связей между колоннами обеспечивает во время эксплуатации и монтажа геометрическую неизменяемость каркаса и его несущую способность в продольном направлении, а также устойчивость колонн из плоскости поперечных рам. Для выполнения этих функций необходимы хотя бы один вертикальный жесткий диск по длине температурного блока и система продольных элементов, прикрепляющих колонны, не входящие в жесткий диск, к последнему. В жесткие диски включены две колонны, подкрановая балка, горизонтальные распорки и решетка, обеспечивающая при шарнирном соединении всех элементов диска геометрическую неизменяемость. Решетка часто проектируется крестовой (элементы ее работают на растяжение при любом направлении сил) и треугольной (элементы работают на растяжение, сжатие). При больших шагах колонн в нижней части колонны целесообразно устройство диска в виде двухшарнирной решетчатой рамы, а в верхней – подстропильной фермы. Распорки и решетки при малых высотах сечения колонн располагаются в одной плоскости, а при больших высотах – в двух плоскостях. На связевые диски передаются крутящие моменты, и поэтому при расположении вертикальных связей в двух плоскостях они соединяются горизонтальными решетчатыми связями. При размещении жестких дисков (связевых блоков) вдоль здания нужно учитывать возможность перемещения колонн при температурных деформациях продольных эл-ов. Если поставить диски по торцам здания, о во всех продольных эл-х (подкрановые констр., подстропильные ферм распорки связей) возникают значительные температурные усилия. Поэтому при небольшой длине здания ставится вертикальная связь в одной панели. При большой длине здания для колонн в торцах возрастают неупругие перемещения за счет податливости креплений продольных эл-ов к колоннам. Расстояние от торца до диска ограничивается с целью закрепления колонн, расположенных близко к торцу, от потери устойчивости. В этих случаях связи ставятся в двух панелях, причем расстояние между их осями должно быть таким, чтобы усилия не были очень велики. Предельные расстояния м/у дисками ставятся от возможных перепадов t и установлены нормами. По торцам здания крайние колонны иногда соединяют м/у собой гибкими верхними связями. Делают их в виде крестов, что целесообразно с точки зрения монтажных условий и однотипности решений. Верхние вертикальные связи следует размещать не только в торцевых панелях здания, но и в панелях, примыкающих к температурным швам, т.к. это повышает продольную жесткость верхней части каркаса. Вертикальные связи устанавливают по всем рядам колонн здания, располагают м/у одними и теми же осями. При проектировании связей по средним рядам колон в подкрановой части следует иметь в виду, что иногда нужно иметь свободное пространство между колонными, тогда конструируют портальные связи. В горячих цехах с неразрезными подкрановыми балками или тяжелыми подкраново-подстропильными фермами целесообразно предусматривать специальные конструктивные мероприятия: уменьшение длины температурных блоков. Связи, кроме условных поперечных сил, воспринимают ветровую нагрузку, направленную на торец здания и от продольных воздействий мостовых кранов. Ветровая нагрузка на торец здания воспринимается стойками торцевого фахверка и частично передается на связи по нижнему поясу ферм. Связи шатра передают эту силу в ряды колонн.

Система связей в покрытиях производственных зданий

Связи в покрытиях предназначены для обеспечения пространственной жесткости, устойчивости и неизменяемости каркаса здания, для восприятия горизонтальных ветровых нагрузок, действующих на торцы здания и фонари, горизонтальных тормозных усилий от мостовых опорных и подвесных кранов и передачи их на элементы каркаса.

Связи подразделяются на горизонтальные (продольные и поперечные) и вертикальные . Система связей зависит от высоты здания, величины пролета, шага колонн, наличия мостовых кранов и их грузоподъемности. Кроме того, конструкция всех видов связей, необходимость их установки, местоположение в покрытии определяется расчетом в каждом конкретном случае и зависит от вида несущих конструкций покрытия.

В данном разделе рассмотрены примеры устройства системы связей в покрытиях с плоскостными несущими конструкциями из металла, железобетона и дерева.

Связи в покрытиях с металлическими плоскостными несущими конструкциями

Система связей в покрытиях зданийс металлическимифермами зависит от типа ферм, шага стропильных конструкций, условий района строительства и других факторов. Она состоит из горизонтальных связей в плоскости верхних и нижних поясов стропильных ферм и вертикальных связей между фермами.

Горизонтальные связи по верхним поясам стропильных ферм чаще всего предусматривают только при наличии фонарей и располагают в подфонарном пространстве.

Горизонтальные связи в плоскости нижних поясов стропильных ферм предусмотрены двух типов. Связи первого типа состоят из поперечных и продольных связевых ферм, распорок и растяжек. Связи второго типа состоят только из поперечных связевых ферм, распорок и растяжек.

Поперечные связевые фермы располагают в торцах температурного отсека здания. При длине температурного отсека более 96 м устанавливают промежуточные поперечные связевые фермы через каждые 42-60 м.

Продольные горизонтальные связевые фермы по нижним поясам стропильных ферм для связей первого типа располагают в одно-, двух - и трехпролетных зданиях вдоль крайних рядов колонн. В зданиях с количеством пролетов более трех продольные связевые фермы располагают также и вдоль средних рядов колонн с таким расчетом, чтобы расстояние между смежными связевыми фермами не превышало двух-трех пролетов.

Связи первого типа являются обязательными в зданиях:

а) с мостовыми опорными кранами, требующими устройства галерей для прохода вдоль крановых путей;

б) с подстропильными фермами;

в) с расчетной сейсмичностью 7 - 9 баллов;

г) с отметкой низа стропильных конструкций более 24 м, (для однопролетных зданий - более 18 м);

д) в зданиях с кровлей по железобетонным плитам, оборудованных мостовыми опорными кранами общего назначения грузоподъемностью более 50 т при шаге ферм 6 м и грузоподъемностью более 20 т при шаге ферм 12 м;

е) в зданиях с кровлей по стальному профилированному настилу –

в одно - и двухпролетных зданиях, оборудованных мостовыми опорными кранами грузоподъемностью более 16 т и в зданиях с количеством пролетов более двух с мостовыми опорными кранами грузоподъемностью более 20 т.

В остальных случаях должны применяться связи второго типа , при этом при шаге стропильных ферм 12 м и наличии стоек продольного фахверка вдоль колонн крайних рядов следует предусматривать продольные связевые фермы.

Вертикальные связи располагают в местах размещения поперечных связевых ферм по нижним поясам стропильных ферм на расстоянии 6 (12) м друг от друга.

Монтажные крепления связей к конструкциям покрытия принимаются на болтах или на сварке в зависимости от величины силовых воздействий. Элементы связей разработаны из горячекатаных и гнутосварных профилей.

На рисунках 5.2.1 – 5.2.10 приведены схемы расположения связей в покрытии с фермами из парных уголков. Связи в покрытиях с применением широкополочных тавров, широкополочных двутавров и круглых труб решаются аналогично. Конструктивное решение вертикальных связей пролетом 6 и 12 м приведены на рисунке 5.2.11, 5.2.12

Связи в покрытии с фермами из замкнутых гнутосварных профилей типа «Молодечно» приведены на рисунках 5.2.13 - 5.2.16.

За основу неизменяемости покрытия в горизонтальной плоскости принят сплошной диск, образованный профилированным настилом, закрепленным по верхним поясам ферм. Настил развязывает верхние пояса ферм из плоскости по всей длине и воспринимает все горизонтальные силы, передающиеся на покрытие.

Нижние пояса ферм развязаны из плоскости вертикальными связями и распорками, которые передают все усилия с нижнего пояса ферм на верхний диск покрытия. Вертикальные связи устанавливаются через 42 – 60 м по длине температурного отсека.

В зданиях с конструкциями покрытия типа «Молодечно» с уклоном верхнего пояса 10% расположение вертикальных связей и распорок аналогично приведенному на рисунках 5.2.14 - 5.2.16. Вертикальная связь в этом случае выполняется V-образной пролетом 6 м (рис. 5.2.11).

Рис.5.2.5. Схемы расположения вертикальных связей в покрытиях

с применением профилированного настила

(разрезы обозначены на рис. 5.2.1, 5.2.2)

Рис.5.2.8. Схема расположения вертикальных связей в покрытиях с применением железобетонных плит

Для обеспечения пространственной жесткости и геометрической неизменяемости всего здания в целом, а также для обеспечения устойчивости колонн из плоскости поперечных рам, устанавливают вертикальные связи между колоннами.

Вертикальные связи между колоннами имеют наиболее существенное значение для создания пространственной жесткости каркаса машзала. Они предназначены для:

– создания продольной жесткости каркаса, необходимой для его нормальной эксплуатации и монтажа;

– обеспечения устойчивости колонн из плоскости поперечных рам;

– восприятия ветровой нагрузки, действующей на торец здания, и сил продольного торможения мостовых кранов и передачи их на фундаменты.

Связи по колоннам размещают в подкрановой части колонн (связи по нижним частям колонн) и в надкрановой части колонн (связи по верхним частям колонн) (рис. 2.4,а).

Рис. 2.5. Размещение вертикальных связей по колоннам:

а) связей нет; б) правильное расположение связей;

в); г) неправильное размещение связей

Для обеспечения свободы развития температурных деформаций продольных элементов каркаса (подкрановых балок, прогонов, распорок) жесткий пространственный брус ставят в середине здания или температурного блока (рис. 2.5,б). Если жесткие связевые брусья будут поставлены по краям блока (рис. 2.5,в), то при перепаде температур (лето-зима) будет происходить стесненное развитие температурных деформаций продольных элементов каркаса. Стеснённые температурные деформации вызовут дополнительные напряжения в продольных элементах каркаса, которые должны быть учтены в расчетах.

Если пространственный брус установить только с одного края здания или температурного блока (рис. 2.5,г), то горизонтальное перемещение торцевой колонны на противоположном конце здания будет очень велико и может привести к повреждениям узлов сопряжения элементов. Расстояние от торца здания до оси ближайшей вертикальной связи (жесткого диска), а также между осями вертикальных связей в одном температурном отсеке, не должно превышать величин, указанных в табл. 42 СНиП.

Машинные залы электростанций обычно имеют значительную длину. В этом случае жесткий пространственный брус ставят по длине машзала в двух панелях. При принятых в курсовом проекте длинах машзалов жесткий пространственный брус можно расположить в одной панели в середине здания. Расстояние от него до торца здания не должно превышать 60 м.

Вертикальные связи в верхних частях колонн обладают небольшой жесткостью и незначительно препятствуют температурным деформациям каркаса. Поэтому вертикальные связи в верхних частях колонн размещают у торцов здания, у температурных швов и в средней части здания или температурного отсека, там, где располагают связи по нижним частям колонн (рис. 2.4).

Вертикальные связи в верхних частях колонн предназначены:

– для обеспечения удобства монтажа сооружения, который обычно начинается с краёв. Первая и вторая рамы и связи между ними образуют устойчивый элемент, к которому как бы прикрепляют остальные рамы;

– для восприятия ветровой нагрузки, действующей на торец здания. Благодаря этим связям нагрузка передается на подкрановые балки, затем на нижние связи между колоннами и далее на фундамент;

– для создания вместе со связями по нижним частям колонн жесткого пространственного бруса.

Связи по фермам

Связи по фермам предназначены для:

– создания (совестно со связями по колоннам) общей пространственной жесткости и геометрической неизменяемости каркаса;

– обеспечения устойчивости сжатых элементов ферм из плоскости ригеля путём сокращения их расчетной длины;

– восприятия горизонтальных нагрузок на отдельные рамы (поперечного торможения крановых тележек) и перераспределения их на всю систему плоских рам каркаса;

– восприятия и (совестно со связями по колоннам) передачи на фундаменты некоторых горизонтальных нагрузок на конструкции машзала (ветровых, действующих на торец здания);

– обеспечения удобства монтажа ферм.

Связи по фермам подразделяют на горизонтальные и вертикальные. Горизонтальные связи располагают в плоскости верхних и нижних поясов ферм (рис. 2.4,б,в). Горизонтальные связи, расположенные поперёк здания называют поперечными, а вдоль – продольными.

Вертикальные связи располагают между фермами (рис. 2.4,а). Их выполняют в виде самостоятельных монтажных элементов (ферм) и устанавливают совместно с поперечными связями по верхним и нижним поясам ферм. По ширине пролета ставят 3 и более вертикальные связевые фермы. Две, из которых располагают по опорным узлам ферм, а остальные в плоскости вертикальных стоек ферм. Расстояние между вертикальными связями по фермам от 6 до 15 м. Вертикальные связи между фермами служат для устранения деформаций сдвига элементов покрытия в продольном направлении. Поперечные горизонтальные связи в плоскости верхних и нижних поясов ферм (рис. 2.4,б, в) совместно с вертикальными связями между фермами устанавливают по торцам здания и в средней его части, там, где размещены вертикальные связи по колоннам. Они создают жесткие пространственные брусья у торцов здания и в средней его части. Пространственные брусья у торцов здания служат для восприятия ветровой нагрузки, действующей на торцевой фахверк и передачи ее на связи по колоннам, подкрановые балки и далее на фундамент.

Элементы верхнего пояса стропильных ферм сжаты и могут потерять устойчивость из плоскости ферм. Поперечные связи по верхним поясам ферм вместе с распорками закрепляют узлы ферм от перемещения в направлении продольной оси здания и обеспечивают устойчивость верхнего пояса из плоскости ферм. Продольные связевые элементы (распорки) снижают расчетную длину верхнего пояса ферм, если они сами закреплены от смещения жестким пространственным связевым брусом. В беспрогонных покрытиях ребра панелей закрепляют узлы ферм от смещения. В покрытиях по прогонам узлы ферм от смещения закрепляют сами прогоны, если они закреплены в горизонтальной связевой ферме.

Во время монтажа верхние пояса ферм закрепляют распорками в трёх или более точках. Это зависит от гибкости фермы в процессе монтажа. Если гибкость элементов верхнего пояса фермы не превышает 220 , распорки ставят по краям и в середине пролёта (рис. 2.4,б). Если 220 , то распорки ставят чаще. В беспрогонном покрытии это закрепление производят с помощью дополнительных распорок, а в покрытиях с прогонами распорками являются сами прогоны.

Рис. 2.6. Поперечное смещение рамы от действия

крановой нагрузки:

а) при отсутствии продольных связей по нижним поясам ферм;

б) при наличии продольных связей по нижним поясам ферм

Продольные горизонтальные связи по нижним поясам ферм (рис. 2.4,в и рис.2.6.) предназначены для перераспределения горизонтальной поперечной крановой нагрузки от торможения тележки крана. Эта нагрузка действует на отдельную раму и при отсутствии связей вызывает её значительные перемещения (рис. 2.6,а).

Продольные горизонтальные связи вовлекают в пространственную работу соседние рамы, вследствие чего поперечное смещение каркаса значительно уменьшается (рис. 2.6,6).

Продольные связи по нижним поясам ферм размещают в крайних панелях ферм вдоль всего здания. В машинных залах электростанций продольные связи размещают только в первых панелях нижних поясов ферм, прилегающих к колоннам крайнего ряда. С противоположной стороны фермы продольные связи не ставят, т.к. силу поперечного торможения крана воспринимает жесткая деаэраторная этажерка.

В зданиях пролётом 30 м для закрепления нижнего пояса от продольных перемещений устанавливают распорки в средней части пролета. Эти распорки уменьшают расчетную длину, а, следовательно, и гибкость нижнего пояса ферм.

Связи между колоннами.

Связи, образующие жесткий диск, располагают посередине здания или температурного отсека, учитывая возможность перемещения колонн при температурных деформациях продольных элементов.

Если поставить связи (жесткие диски) по торцам здания, то во всех продольных элементах (подкрановые конструкции, подстропильные фермы, распорки связей) возникают большие температурные усилия F t

При длине здания или температурного блока более 120м между колоннами обычно ставят две системы связевых блоков.

Предельные размеры между вертикальными связями в метрах

Размеры в скобках даны для зданий, эксплуатируемых при расчетных температурах наружного воздуха t= –40° ¸ –65 °С.

Наиболее простая схема связей крестовая, она применяется при шаге колонн до 12 м. Рациональный угол наклона связей , поэтому при небольшом шаге, но большой высоте колонн устанавливают две крестовые связи по высоте нижней части колонны.

В таких же случаях иногда проектируют дополнительную развязку колонн из плоскости рамы распорками.

Вертикальные связи ставят по всем рядам здания. При большом шаге колонн средних рядов, а также чтобы не мешать передаче продукции из пролета в пролет проектируют связи портальной и полупортальной схем.

Вертикальные связи между колоннами воспринимают усилия от ветра W 1 ,и W 2 действующего на торец здания и продольного торможения кранов Т пр.

Элементы крестовых и портальных связей работают на растяжение. Сжатые стержни вследствие большой гибкости выключаются из работы и в расчете их не учитывают. Гибкость растянутых элементов связей, расположенных ниже уровня подкрановых балок не должна превышать 300 для обычных зданий и 200 для зданий с «особым» режимом работы кранов; для связей выше подкрановых балок – соответственно 400 и 300.

Связи по покрытию.

Связи по конструкциям покрытия (шатра) или связи между фермами создают общую пространственную жесткость каркаса и обеспечивают: устойчивость сжатых поясов ферм из их плоскости, перераспределение местных крановых нагрузок, приложенных к одной из рам, на соседние рамы; удобство монтажа; заданную геометрию каркаса; восприятие и передачу на колонны некоторых нагрузок.

Связи по покрытию располагают:

1) в плоскости верхних поясов стропильных ферм – продольные элементы между ними;

2) в плоскости нижних поясов стропильных ферм – поперечные и продольные связевые фермы, а также иногда и продольные растяжки между поперечными связевыми фермами;

3) вертикальные связи между стропильными фермами;

4) связи по фонарям.

Связи в плоскости верхних поясов ферм.

Ж/б плиты покрытия и прогоны могут рассматриваться как опоры, препятствующие смещению верхних узлов из плоскости фермы при условии, что они закреплены от продольных перемещений связями, расположенными в плоскости кровли. Такие связи (поперечные связевые фермы) целесообразно располагать в торцах цеха, чтобы они вместе с поперечными связевыми фермами по нижним поясам и вертикальными связями между фермами создавали пространственный блок, обеспечивающий жесткость покрытия.

При большей длине здания или температурного блока устанавливают промежуточные поперечные связевые фермы, расстояние между которыми не должно превышать 60 м.

Для обеспечения устойчивости верхнего пояса фермы из ее плоскости в пределах фонаря, где нет кровельного настила, предусматриваются специальные распорки, в коньковом узле фермы обязательны. В процессе монтажа (до установки плит покрытия или прогонов) гибкость верхнего пояса из плоскости фермы должна быть не более 220. Поэтому, если коньковая распорка не обеспечивает этого условия, между ней и распоркой на опоре фермы (в плоскости колонн) ставят дополнительную распорку.

Связи в плоскости нижних поясов ферм

В зданиях с мостовыми кранами необходимо обеспечить горизонтальную жесткость каркаса как поперек, так и вдоль здания.

При работе мостовых кранов возникают усилия, вызывающие поперечные и продольные деформации каркаса цеха.

Если поперечная жесткость каркаса недостаточна, краны при движении могут заклиниваться и нарушается нормальная эксплуатация. Чрезмерные колебания каркаса создают неблагоприятные условия для работы кранов и сохранности ограждающих конструкций. Поэтому в однопролетных зданиях большой высоты (H>18 м), в зданиях с мостовыми кранами Q>100 кН, с кранами тяжелого и весьма тяжелого режимов работы при любой грузоподъемности обязательна система связей по нижним поясам ферм.

Горизонтальные силы F от мостовых кранов воздействуют в поперечном направлении на одну плоскую раму или две-три смежные.

Продольные связевые фермы обеспечивают совместную работу системы плоских рам, вследствие чего поперечные деформации каркаса от действия сосредоточенной силы значительно уменьшаются.

Стойки торцевого фахверка передают ветровую нагрузку F вт в узлы поперечной связевой фермы.

Чтобы избежать вибрации нижнего пояса фермы вследствие динамического воздействия мостовых кранов ограничивается гибкость растянутой части нижнего пояса из плоскости рамы: при кранах с числом циклов нагружения 2×10 6 и более – величиной 250, для прочих зданий – величиной 400. Для сокращения длины растянутой части нижнего пояса в некоторых случаях ставят растяжки, закрепляющие нижний пояс в боковом направлении.

Вертикальные связи между фермами.

Эти связи связывают между собой стропильные фермы и препятствуют их опрокидыванию. Они устанавливаются, как правило, в осях, где установлены связи по нижним и верхним поясам ферм образуя совместно с ними жесткий блок.

В зданиях с подвесным транспортом вертикальные связи способствуют перераспределению между фермами крановой нагрузки приложенной непосредственно к конструкциям покрытия. В этих случаях, а также к стропильным фермам крепят электрические кран – балки значительной грузоподъемности, вертикальные связи между фермами располагают в плоскостях подвески непрерывно по всей длине здания.

Конструктивная схема связей зависит главным образом от шага стропильных ферм.

Связи по верхним поясам стропильных ферм

Связи по нижним поясам стропильных ферм

Для горизонтальных связей при шаге ферм 6м может быть применена крестовая решетка, раскосы которой работают только на растяжение (рис а).

В последнее время в основном применяются связевые фермы с треугольной решеткой (рис б). Здесь раскосы работают как на растяжение, так и на сжатие, поэтому их целесообразно проектировать из труб или гнутых профилей, позволяющих снизить расход металла на 30-40 %.

При шаге стропильных ферм 12 м диагональные элементы связей даже работающие только на растяжение, получаются слишком тяжелыми. Поэтому систему связей проектируют так, чтобы наиболее длинный элемент был не более 12 м, и этим элементом поддерживают диагонали (рис в, г).

Обеспечить крепление продольных связей можно и без решетки связей по верхнему поясу ферм, которая не дает возможности использовать сквозные прогоны. В этом случае в жесткий блок входят элементы покрытия (прогоны, панели), стропильные фермы и часто расположенные вертикальные связи (рис д). Такое решение является в настоящее время типовым. Элементы связи шатра (покрытия) рассчитываются, как правило, по гибкости. Предельная гибкость для сжатых элементов этих связей – 200, для растянутых – 400, (при кранах с числом циклов 2×10 6 и более – 300).

Система конструктивных элементов, служащих для поддержания стенового ограждения и восприятия ветровой нагрузки называется фахверком.

Фахверк устраивается для нагруженных стен, а также для внутренних стен и перегородок.

При самонесущих стенах, а также при панельных стенах с длинами панелей, равными шагу колонн, необходимости в конструкциях фахверка нет.

При шаге наружных колонн 12 м и стеновых панелях длиной 6м устанавливаются промежуточные фахверковые стойки.

Фахверк, устанавливаемый в плоскости продольных стен здания, называется продольным фахверком. Фахверк, устанавливаемый в плоскости стен торца здания, называется торцевым фахверком.

Торцовый фахверк состоит из вертикальных стоек, которые устанавливаются через 6 или 12 м. Верхние концы стоек в горизонтальном направлении опирают на поперечную связевую ферму в уровне нижних поясов стропильных ферм.

Чтобы не препятствовать прогибу стропильных ферм от временных нагрузок, опирание стоек фахверка осуществляется с помощью листовых шарниров, представляющих собой тонкий лист t=(8 10мм) шириной 150 200мм, который в вертикальном направлении легко изгибается, не препятствуя прогибу фермы; в горизонтальном направлении он передает усилие. К стойкам фахверка крепят ригели для оконных проемов; при большой высоте стоек в плоскости торцевой стены ставят распорки, уменьшающие их свободную длину.

Стены из кирпича или бетонных блоков устраивают самонесущими, т.е. воспринимающими весь свой вес, и только боковая нагрузка от ветра передается стеной на колонну или стойку фахверка.

Стены из крупнопанельных ж/б плит устанавливаются (навешиваются) на столики колонн или фахверковых стоек (один столик через 3 – 5 плит по высоте). В этом случае фахверковая стойка работает на внецентренное сжатие.

Поперечные элементы - рамы воспринимают нагрузки от стен, покрытий, перекрытий (в многоэтажных зданиях), снега, кранов, ветра, действующего на наружные стены и фонари, а также нагрузки от навесных стен. Продольные элементы каркаса - это подкрановые конструкции, подстропильные фермы, связи между колоннами и фермами, кровельные прогоны (или ребра стальных кровельных панелей).

Основные элементы каркаса - рамы. Они состоят из колонн и несущих конструкций покрытий - балок или ферм, длинномерных настилов и пр. Эти элементы соединяют в узлах шарнирно с помощью металлических закладных деталей, анкерных болтов и сварки. Рамы собирают из типовых элементов заводского изготовления. Другие элементы каркаса - фундаментные, обвязочные и подкрановые балки и подстропильные конструкции. Они обеспечивают устойчивость рам и воспринимают нагрузки от ветра, действующего на стены здания и фонари, а также нагрузки от кранов.

Составные элементы каркаса одноэтажных промышленных зданий

Как пример однопролетное здание, оборудованное мостовым краном (рис.1).

В состав каркаса входят следующие основные элементы:

Колонны, расположенные с шагом Ш вдоль здания; основное назначение колонн поддерживать подкрановые балки и покрытие.
Несущие конструкции покрытия (стропильные* балки или фермы), которые опираются непосредственно на колонны (если их шаг совпадает с шагом колонн) и образуют вместе с ними поперечные рамы каркаса.
Если шаг несущих конструкций покрытия не совпадает с шагом колонн (например, 6 и 12 м), в состав каркаса вводят расположенные в продольных плоскостях подстропильные конструкции (также в виде балок или ферм), поддерживающие промежуточные несущие конструкции покрытия, расположенные между колоннами (рис.1,б).
В некоторых (редких) случаях в состав каркаса вводятся прогоны, опирающиеся на несущие конструкции покрытия и располагаемые на расстояниях 1,5 или 3 м.
Подкрановые балки, опирающиеся на колонны и несущие пути мостовых кранов. В зданиях с подвесными или напольными кранами подкрановые балки не нужны.
Фундаментные балки, опирающиеся на фундаменты колонн и поддерживающие наружные стены здания.
Обвязочные балки, опирающиеся на колонны и поддерживающие отдельные ярусы наружной стены (если она не по всей своей высоте опирается на фундаментные балки).
При расстоянии между основными колоннами каркаса, в плоскостях наружных стен 12 м и более, а также в торцах здания устанавливают вспомогательные колонны (фахверк), облегчающие конструкцию стен.

Рис. 1. Каркас одноэтажного однопролетного здания (схема):

а - при одинаковом шаге колонн и несущих конструкций покрытия; б - при неодинаковом шаге колонн и несущих конструкций покрытия; 1 - колонны; 2 - несущие конструкции покрытия; 3 - подстропильные конструкции; 4 -- прогоны; 5 - подкрановые балки; 6 - фундаментные балки; 7 - обвязочные балки; в - продольные связи колонн; 9 - продольные вертикальные связи покрытия; 10 - поперечные горизонтальные связи покрытия; 11 - продольные горизонтальные связи покрытия.

В стальных каркасах обвязочные балки также относят к фахверку (рис. 2, а). Каркас в целом должен надежно и устойчиво работать под действием крановых, ветровых и других нагрузок.

Рис. 2 Схемы фахверка

а - фахверк продольной стены, б - торцовой фахверк, 1 - основные колонны, 2 - колонны фахверка, 3 - ригель фахверка, 4 - ферма покрытия

Вертикальные нагрузки Р от мостового крана (рис.3), передаваемые через подкрановые балки на колонны с большим эксцентриситетом, вызывают внецентренное сжатие тех колонн, против которых расположен в данный момент мост крана.

Рис. 3. Схема мостового крана

1 - габарит крана, 2 - тележка, 3 - мост крана, 4 - крюк, 5 - колесо крана; 6 - крановый рельс; 7 - подкрановая балка; 8 - колонна

Торможение тележки мостового крана при ее движении вдоль кранового моста (поперек пролета) создает горизонтальные поперечные тормозные силы Т1 действующие на те же колонны.

Торможение мостового крана в целом при его движении вдоль пролета создает продольные тормозные силы Т2, действующие вдоль рядов колонн. При грузоподъемности мостовых кранов, достигающей 650 т и выше, передаваемые ими на каркас нагрузки бывают очень велики. Подвесные краны движутся по путям, подвешенным к несущим конструкциям покрытия, и через них передают свои нагрузки на колонны.

Ветровые нагрузки при различных направлениях ветра могут действовать на каркас как в поперечном, так и в продольном направлениях.

Для обеспечения устойчивости отдельных элементов каркаса в процессе его монтажа и совместной пространственной их работы при воздействии на каркас различных нагрузок в состав каркаса вводят связи.

Основные виды связей каркаса одноэтажных зданий

1. Продольные связи колонн, обеспечивающие их устойчивость и совместную работу в продольном направлении при продольном торможении крана и продольном действии ветра, устанавливаются в конце или посередине длины каркаса.

Устойчивость остальных колонн в продольной плоскости достигается креплением их к связевым колоннам горизонтальными продольными элементами каркаса (подкрановыми балками, обвязочными балками или специальными распорками).

Связи этого вида могут иметь различную схему в зависимости от требований, предъявляемых к проектируемому зданию. Самыми простыми являются крестовые связи (рис. 4, а). В тех случаях, когда они мешают установке оборудования или врезаются в габарит проезда (рис. 4, б), их заменяют портальными связями.

В бескрановых зданиях небольшой высоты такие связи не нужны. Работа колонн в поперечном направлении во всех случаях обеспечивается большими в этом направлении размерами их поперечного сечения и жестким креплением их к фундаментам.

Рис.4. Схема вертикальных связей по колоннам. 1 - колонны, 2 - покрытие, 3 - связи, 4 - проезд

2. Продольные вертикальные связи покрытия , обеспечивающие устойчивость вертикального положения несущих конструкций (ферм) покрытия на колоннах, поскольку крепление их к колоннам считается шарнирным, располагаются по концам каркаса. Устойчивость остальных ферм достигается креплением их к связевым фермам горизонтальными распорками.

3. Поперечные горизонтальные связи , обеспечивающие устойчивость верхнего сжатого пояса ферм против продольного изгиба, располагаются по концам каркаса и образуются путем объединения верхних поясов двух соседних ферм в единую конструкцию, жесткую в горизонтальной плоскости. Устойчивость верхних поясов остальных ферм достигается креплением их к связевым фермам в плоскости верхнего пояса при помощи распорок (или ограждающих элементов покрытия) .

4. Продольные горизонтальные связи покрытия , располагаемые вдоль наружных стен в уровне нижнего пояса ферм.

Все три вида связей покрытия имеют целью объединить отдельные плоские несущие элементы покрытия, жесткие только в вертикальной плоскости, в единую неизменяемую пространственную конструкцию, воспринимающую местные горизонтальные нагрузки от кранов, нагрузки от ветра и распределяющую их между колоннами каркаса.

Каркасы одноэтажных промышленных зданий возводят чаще всего из сборного железобетона, стальные конструкции допускаются лишь при наличии особенно больших нагрузок, пролетов или других условий, делающих нецелесообразным применение железобетона. Расход стали в железобетонных конструкциях меньше, чем в стальных: в колоннах - в 2,5-3 раза; в фермах покрытия- в 2-2,5 раза. Виды промзданий в один этаж .

Однако стоимость стальных и железобетонных конструкций одинакового назначения отличается незначительно и в настоящее время каркасы делают в основном стальные.

Описанный выше комплекс связей в наиболее полной и четкой форме встречается в стальных каркасах, отдельные элементы которых имеют особенно малую жесткость. Более массивные элементы железобетонных каркасов имеют и большую жесткость. Поэтому в железобетонных каркасах отдельные виды связей могут отсутствовать. Например, в здании без фонарей, с несущими конструкциями покрытия в виде балок и настилом из крупнопанельных плит связи в покрытии не делают.

В монолитных железобетонных каркасах (которые в отечественной практике встречаются очень редко) жесткое соединение элементов каркаса в узлах и большая массивность элементов делают все виды связей ненужными.

Связи чаще всего делают металлические - из прокатных профилей. В железобетонных каркасах встречаются и железобетонные связи, в основном в виде распорок.

Каркас многопролетного здания отличается от каркаса однопролетного здания в первую очередь наличием внутренних средних колонн, поддерживающих покрытие и подкрановые балки. Фундаментные балки по внутренним рядам колонн устанавливают только для опирания внутренних стен, а обвязочные - при большой их высоте. Связи проектируются по тем же принципам, что и в однопролетных зданиях.

При сезонных колебаниях температуры конструкции каркаса испытывают температурные деформации, которые при большой длине каркаса и значительном температурном перепаде могут быть весьма существенными. Например, при длине каркаса 100 м, коэффициенте линейного расширения α = 0,00001 и температурном перепаде 50° (от +20° летом до -30° зимой), т. е. для конструкций, находящихся на открытом воздухе, деформация равна 100 0,00001 50 = 0,05 м - 5 см.

Свободным деформациям горизонтальных элементов каркаса препятствуют колонны, жестко закрепленные к фундаментам.

Во избежание появления в конструкциях значительных напряжений от этой причины, каркас делят в надземной части температурными швами на отдельные самостоятельные блоки.

Расстояния между температурными швами каркаса по длине и ширине здания выбирают так, чтобы можно было не считаться с усилиями, возникающими в элементах каркаса от климатических колебаний температуры.
Предельные расстояния между температурными швами для каркасов из различных материалов установлены СНиПом в пределах от 30 м (открытые монолитные железобетонные конструкции) до 150 м (стальной каркас отапливаемых зданий).

Температурный шов, плоскость которого расположена перпендикулярно к пролетам здания, называется поперечным, шов, разделяющий два смежных пролета - продольным.

Конструктивное выполнение температурных швов бывает различное. Поперечные швы всегда осуществляются путем установки парных колонн, продольные швы выполняются как путем установки парных колонн (рис. 5, а), так и путем устройства подвижных опор (рис. 5, б), обеспечивающих независимую деформацию, конструкций покрытия соседних, температурных блоков. В каркасах, разделенных температурными швами на отдельные блоки, связи устанавливают в каждом блоке, как в самостоятельном каркасе.

Рис.5. Варианты продольного температурного шва

а - с двумя колоннами, б - с подвижной опорой, 1 - балки, 2 - столик, 3 - колонна, 4 - каток

К каркасу относят также несущие конструкции рабочих площадок, которые бывают необходимы внутри основного объема здания (если они связаны с основными конструкциями здания).

Конструкции рабочих площадок состоят из колонн и опирающихся на них перекрытий. В зависимости от технологических требований рабочие площадки могут располагаться на одном или нескольких уровнях (рис. 6).

Рис. 6. Многоярусная рабочая площадка.

Таким образом, при строительстве одноэтажных и многоэтажных промышленных зданий в качестве несущей принимается, как правило, каркасная система. Каркас позволяет наилучшим образом организовать рациональную планировку производственного здания (получить большепролетные пространства, свободные от опор) и наиболее приемлем для восприятия значительных динамических и статических нагрузок, которым подвержено промышленное здание в процессе эксплуатации.

Видео - поэтапная сборка металоконструкций