Вертикальные размеры
Н о ≥ Н 1 + Н 2 ;
Н 2 ≥ Н к + f + d;
d = 100 мм;
Полная высота колонны
Размеры фонаря:
· H ф = 3150 мм.
Горизонтальные размеры
< 30 м, то назначаем привязку а = 250 мм.
< h в = 450 мм.
где В 1 =300 мм по прил. 1
· 
< h н = 1000 мм.
-
- связей фонаря;
- связей фахверка.
3. 
Сбор нагрузок на раму.
3.1.1.
Нагрузки на подкрановую балку.
Подкрановая балка пролетом 12 м под два крана грузоподъемностью Q = 32/5 т. Режим работы кранов – 5К. Пролет здания 30 м. Материал балки С255: R y = 250 МПа = 24 кН/см 2 (при толщине t≤ 20 мм); R s = 14 кН/см 2 .
Для крана Q = 32/5 т среднего режима работы по прил. 1 наибольшее вертикальное усилие на колесе F k n = 280кН; вес тележки G Т = 85кН; тип кранового рельса - КР-70.
Для кранов среднего режима работы поперечное горизонтальное усилие на колесе, для кранов с гибким подвесом кранов:
Т n = 0,05*(Q + G Т)/n о = 0,05(314+ 85)/2= 9,97 кН,
где Q – номинальная грузоподъемность крана, кН; G т – вес тележки, кН; n о – число колес с одной стороны крана.
Расчетные значения усилий на колесе крана:
F к = γ f * k 1* F k n =1,1*1*280= 308 кН;
Т к = γ f *k 2 *Т n = 1,1*1*9,97 = 10,97 кН,
где γ f = 1,1 - коэффициент надежности по крановой нагрузке;
k 1 , k 2 =1 - коэффициенты динамичности, учитывающий ударный характер нагрузки при движении крана по неровностям пути и на стыках рельсов, табл. 15.1 .
Таблица
| Номер нагрузки | Нагрузки и комбинации усилий | Ψ 2 | Сечения стойки | ||||||||||||||||||||||
| 1 - 1 | 2 - 2 | 3 - 3 | 4 - 4 | ||||||||||||||||||||||
| M | N | Q | M | N | M | N | M | N | Q | ||||||||||||||||
| Постоянная | -64,2 | -53,5 | -1,4 | -56,55 | -177 | -6 | -177 | +28,9 | -368 | -1,4 | |||||||||||||||
| Снеговая | -67,7 | -129,9 | -3,7 | -48,4 | -129,6 | -16 | -129,6 | +41,5 | -129,6 | -3,7 | |||||||||||||||
| 0,9 | -60,9 | -116,6 | -3,3 | -43,6 | -116,6 | -14,4 | -116,6 | +37,4 | -116,6 | -3,3 | |||||||||||||||
| D max | на левую стойку | +29,5 | -34,1 | +208,8 | -464,2 | -897 | +75,2 | -897 | -33,4 | ||||||||||||||||
| 0,9 | +26,5 | -30,7 | +188 | -417,8 | -807,3 | +67,7 | -807,3 | -30,1 | |||||||||||||||||
| 3 * | на правую стойку | -99,8 | -31,2 | +63,8 | -100,4 | -219 | +253,8 | -219 | -21,9 | ||||||||||||||||
| 0,9 | -90 | -28,1 | +57,4 | -90,4 | -197,1 | +228,4 | -197,1 | -19,7 | |||||||||||||||||
| Т | на левую стойку | ±8,7 | ±16,2 | ±76,4 | ±76,4 | ±186 | ±16,2 | ||||||||||||||||||
| 0,9 | ±7,8 | ±14,6 | ±68,8 | ±68,8 | ±167,4 | ±14,6 | |||||||||||||||||||
| 4 * | на правую стойку | ±60,5 | ±9,2 | ±12 | ±12 | ±133,3 | ±9 | ||||||||||||||||||
| 0,9 | ±54,5 | ±8,3 | ±10,8 | ±10,8 | ±120 | ±8,1 | |||||||||||||||||||
| Ветровая | слева | ±94,2 | +5,8 | +43,5 | +43,5 | -344 | +35,1 | ||||||||||||||||||
| 0,9 | ±84,8 | +5,2 | +39,1 | +39,1 | -309,6 | +31,6 | |||||||||||||||||||
| 5 * | справа | -102,5 | -5,5 | -39 | -39 | +328 | -34,8 | ||||||||||||||||||
| 0,9 | -92,2 | -5 | -35,1 | -35,1 | +295,2 | -31,3 | |||||||||||||||||||
| +M max N соот | Ψ 2 = 1 | № нагрузок | - | 1,3,4 | - | 1, 5 * | |||||||||||||||||||
 усилия
| - | - | - | +229 | -177 | - | - | +787 | -1760 | ||||||||||||||||
| Ψ 2 = 0,9 | № нагрузок | - | 1, 3, 4, 5 | - | 1, 2, 3 * , 4, 5 * | ||||||||||||||||||||
| усилия | - | - | - | +239 | -177 | - | - | +757 | -682 | ||||||||||||||||
| -M ma N соот | Ψ 2 = 1 | № нагрузок | 1, 2 | 1, 2 | 1, 3, 4 | 1, 5 | |||||||||||||||||||
| усилия | -131,9 | -183,1 | -105 | -306,6 | -547 | -1074 | -315 | -368 | |||||||||||||||||
| Ψ 2 = 0,9 | № нагрузок | 1, 2, 3 * , 4, 5 * | 1, 2, 5 * | 1, 2, 3, 4, 5 * | 1, 3, 4 (-), 5 | ||||||||||||||||||||
| усилия | -315,1 | -170,1 | -52,3 | -135 | -294 | -542 | -1101 | -380 | -1175 | ||||||||||||||||
| N ma +M соот | Ψ 2 = 1 | № нагрузок | - | - | - | 1, 3, 4 | |||||||||||||||||||
| усилия | - | - | - | - | - | - | - | +264 | -1265 | ||||||||||||||||
| Ψ 2 = 0,9 | № нагрузок | - | - | - | 1, 2, 3, 4, 5 * | ||||||||||||||||||||
| усилия | - | - | - | - | - | - | - | +597 | -1292 | ||||||||||||||||
| N mi -M соот | Ψ 2 = 1 | № нагрузок | 1, 2 | 1, 2 | 1, 3, 4 | - | |||||||||||||||||||
| усилия | -131,9 | -183,1 | -105 | -306,6 | -547 | -1074 | - | - | |||||||||||||||||
| Ψ 2 = 0,9 | № нагрузок | 1, 2, 3 * , 4, 5 * | 1, 2, 5 * | 1, 2, 3, 4, 5 * | - | ||||||||||||||||||||
| усилия | -315,1 | -170,1 | -52,3 | -135 | -294 | -472 | -1101 | - | - | ||||||||||||||||
| N mi -M соот | Ψ 2 = 1 | № нагрузок | 1, 5 * | ||||||||||||||||||||||
| усилия | +324 | -368 | |||||||||||||||||||||||
| N mi +M соот | Ψ 2 = 0,9 | № нагрузок | 1, 5 | ||||||||||||||||||||||
| усилия | -315 | -368 | |||||||||||||||||||||||
| Q ma | Ψ 2 = 0,9 | № нагрузок | 1, 2, 3, 4, 5 * | ||||||||||||||||||||||
| усилия | -89 | ||||||||||||||||||||||||
3.4. Расчет ступенчатой колонны производственного здания.
3.4.1. Исходные данные:
Сопряжение ригеля и колонны – жесткое;
Расчетные усилия указаны в таблице,
Для верхней части колонны
в сечении 1-1 N = 170 кН, М = -315кНм, Q = 52 кН;
в сечении 2-2: М = -147 кНм.
Для нижней части колонны
N 1 = 1101 кН, М 1 = -542 кНм (изг. момент догружает подкрановую ветвь);
N 2 = 1292 кН, М 2 = +597 кНм (изг. момент догружает наружную ветвь);
Q max = 89кН.
Соотношение жесткостей верхней и нижней частей колонны I в /I н = 1/5;
материал колонны – сталь марки С235, бетон фундамента класса В10;
коэффициент надежности по нагрузке γ n =0,95.
База наружной ветви.
Требуемая площадь плиты:
А пл.тр = N в2 /R ф = 1205/0,54 = 2232 см 2 ;
R ф = γR б ≈ 1,2*0,45 = 0,54 кН/см 2 ; R б = 0,45 кН/см 2 (бетон В7,5) табл. 8.4..
По конструктивным соображениям свес плиты с 2 должен быть не менее 4 см.
Тогда В ≥ b к + 2с 2 = 45 + 2*4 = 53 см, принимаем В = 55 см;
L тр = А пл.тр /В = 2232/55 = 40,6 см, принимаем L = 45 см;
А пл. = 45*55 = 2475 см 2 > А пл.тр = 2232 см 2 .
Среднее напряжение в бетоне под плитой:
σ ф = N в2 /А пл. = 1205/2475 = 0,49 кН/см 2 .
Из условия симметричного расположения траверс относительно центра тяжести ветви, расстояние между траверсами в свету равно:
2(b f + t w – z o) = 2*(15 + 1,4 – 4,2) = 24,4 см; при толщине траверсы 12 мм с 1 = (45 – 24,4 – 2*1,2)/2 = 9,1 см.
· Определяем изгибающие моменты на отдельных участках плиты:
участок 1 (консольный свес с = с 1 = 9,1 см):
М 1 = σ ф с 1 2 /2 = 0,49*9,1 2 /2 = 20 кНсм;
участок 2 (консольный свес с = с 2 = 5 см):
М 2 = 0,82*5 2 /2 = 10,3 кНсм;
участок 3 (плита, опертая на четыре стороны): b/а = 52,3/18 = 2,9 > 2, α = 0,125):
М 3 = ασ ф а 2 = 0,125*0,49*15 2 = 13,8 кНсм;
участок 4 (плита, опертая на четыре стороны):
М 4 = ασ ф а 2 = 0,125*0,82*8,9 2 = 8,12 кНсм.
Принимаем для расчета М max = М 1 = 20 кНсм.
· Требуемая толщина плиты:
t пл = √6М max γ n /R y = √6*20*0,95/20,5 = 2,4 см,
где R y = 205 МПа = 20,5 кН/см 2 для стали Вст3кп2 толщиной 21 – 40 мм.
Принимаем t пл = 26 мм (2 мм – припуск на фрезеровку).
Высоту траверсы определяем из условия размещения шва крепления траверсы к ветви колонны. В запас прочности все усилие в ветви передаем на траверсы через четыре угловых шва. Сварка полуавтоматическая проволокой марки Св – 08Г2С, d = 2 мм, k f = 8 мм. Требуемая длина шва определяется:
l w .тр = N в2 γ n /4k f (βR w γ w) min γ = 1205*0,95/4*0,8*17 = 21 см;
l w < 85β f k f = 85*0,9*0,8 = 61 см.
Принимаем h тр = 30см.
Проверка прочности траверсы выполняется так же, как для центрально-сжатой колонны.
Расчет анкерных болтов крепления подкрановой ветви (N min =368 кН; М=324 кНм).
Усилие в анкерных болтах:F a =(М- N y 2)/ h о =(32400-368*56)/145,8=81кН.
Требуемая площадь сечения болтов из стали Вст3кп2: R ва =18,5 кН/см 2 ;
А в.тр = F a γ n / R ва =81*0,95/18,5=4,2 см 2 ;
Принимаем 2 болта d=20 мм, А в.а =2*3,14=6,28 см 2 . Усилие в анкерных болтах наружной ветви меньше. Из конструктивных соображений принимаем такие же болты.
3.5. Расчет и конструирование стропильной фермы.
Исходные данные.
Материал стержней ферм – сталь марки C245 R = 240 МПа = 24 кН/см 2 (t ≤ 20 мм), материал фасонок – C255 R = 240 МПа = 24 кН/см 2 (t ≤ 20 мм);
Элементы ферм выполняются из уголков.
Нагрузка от массы покрытия (за исключением веса фонаря):
g кр ’ = g кр – γ g g фон ′ = 1,76 – 1,05*10 = 1,6 кН/м 2 .
Массу фонаря, в отличие от расчета рамы, учитываем в местах фактического опирания фонаря на ферму.
Масса каркаса фонаря на единицу площади горизонтальной проекции фонаря g фон ’ = 0,1 кН/м 2 .
Масса бортовой стенки и остекления на единицу длины стенки g б.ст = 2 кН/м;
d-расчетная высота, принимается расстояние между осями поясов (2250-180=2,07м)
Узловые силы (а):
F 1 = F 2 = g кр ’ Вd = 1,6*6*2= 19,2 кН;
F 3 = g кр ’ Вd + (g фон ’ 0,5d + g б.ст)В = 1,6*6*2 + (0,1*0,5*2 + 2)*6 = 21,3 кН;
F 4 = g кр ’ В(0,5d + d) + g фон ’ В(0,5d + d) = 1,6*6*(0,5*2 + 2) + 0,1*6*(0,5*2 + 2) = 30,6 кН.
Опорные реакции: . F Ag = F 1 + F 2 +F 3 +F 4 /2=19,2+19,2+21,3+30,6/2=75 кН.
S = S g m= 1,8 m.
Узловые силы:
1–й вариант снеговой нагрузки (б)
F 1s = F 2s =1,8*6*2*1,13=24,4 кН;
F 3s = 1,8*6*2*(0,8+1,13)/2=20,8 кН;
F 4s = 1,8*6*(2*0,5+2)*0,8=25,9 кН.
Опорные реакции: . F As = F 1s + F 2s +F 3s +F 4s /2=2*24,2+20,8+25,9/2=82,5 кН.
2–й вариант снеговой нагрузки (в)
F 1 s ’ = 1,8*6*2=21,6 кН;
F 2 s ’ = 1,8*6*2*1,7=36,7 кН;
F 3 s ’ = 1,8*6*2/2*1,7=18,4 кН;
Опорные реакции: . F′ As = F 1 s ’ + F 2 s ’ + F 3 s ’ =21,6+36,7+18,4=76,7 кН.
Нагрузка от рамных моментов (см. таблицу)(г).
Первая комбинация
(сочет. 1, 2, 3* ,4, 5*): М 1 max =-315 кНм; сочет. (1, 2, 3, 4*, 5):
М 2соотв = -238 кНм.
Вторая комбинация (без учета снеговой нагрузки):
М 1 =-315-(-60,9)=-254 кНм; М 2соотв = -238-(-60,9)=-177 кНм.
Расчет швов.
| № стержня | Сечение | [N], кН | Шов по обушку | Шов по перу | ||||
| N об, кН | K f , см | l w , см | N п, кН | k f , см | l w , см | |||
| 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 | 125х80х8 50х5 50х5 50х5 50х5 | 282 198 56 129 56 | 0,75N = 211 0,7N = 139 39 90 39 | 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 | 11 8 3 6 9 | 0,25N = 71 0,3N = 60 17 39 17 | 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 | 6 6 3 4 3 |
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.
1. Металлические конструкции. под ред. Ю.И. Кудишина Москва, изд. ц. «Академия», 2008г.
2. Металлические конструкции. Учебник для вузов /Под ред. Е. И. Беленя. – 6-е изд. М.: Стройиздат, 1986. 560 с.
3. Примеры расчета металлических конструкций. Под редакцией А. П. Мандриков. – 2-е изд. М.: Стройиздат, 1991. 431 с.
4. СНиП II-23-81 * (1990). Стальные конструкции. – М.; ЦИТП Госстроя СССР, 1991. – 94 с.
5. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. – М.; ЦИТП Госстроя СССР, 1989. – 36 с.
6. СНиП 2.01.07-85 * . Дополнения, Раздел 10. Прогибы и перемещения. – М.; ЦИТП Госстроя СССР, 1989. – 7 с.
7. Металлические конструкции. Учебник для вузов/Под ред. В. К. Файбишенко. – М.: Стройиздат, 1984. 336 с.
8. ГОСТ 24379.0 – 80. Фундаментные болты.
9. Методические указания по курсовым проектам «Металлические конструкции» Морозова 2007г.
10. Проектирование металлических конструкций производственных зданий. Под ред. А.И. Актуганов 2005г.
Вертикальные размеры
Проектирование каркаса одноэтажного производственного здания начинаем с выбора конструктивной схемы и ее компоновки. Высота здания от уровня пола до низа строительной фермы Н о:
Н о ≥ Н 1 + Н 2 ;
где Н 1 – расстояние от уровня пола до головки кранового рельса по заданию Н 1 =16 м;
Н 2 – расстояние от головки кранового рельса до низа строительных конструкций покрытия, рассчитываемые по формуле:
Н 2 ≥ Н к + f + d;
где Н к – высота мостового крана; Н к =2750 мм по прил. 1
f – размер, учитывающий прогиб конструкции покрытия в зависимости от величины пролета, f = 300 мм;
d - зазор между верхней точкой тележки крана и строительной конструкцией,
d = 100 мм;
Н 2 = 2750 +300 +100 = 3150 мм, принято – 3200 мм (т.к. Н 2 принимается кратным 200мм)
H о ≥ Н 1 + Н 2 = 16000 + 3200= 19200 мм, принято – 19200 мм (т.к. Н 2 принимается кратным 600мм)
Высота верхней части колонны:
· Н в = (h б + h р) + Н 2 = 1500 + 120 + 3200 = 4820 мм., окончательно размер уточним после расчета подкрановой балки.
Высота нижней части колонны, при заглублении базы колонны на 1000 мм ниже пола
· Н н = H о - Н в + 1000 = 19200 - 4820 + 1000 = 15380 мм.
Полная высота колонны
· H = Н в + Н н = 4820+ 15380 = 20200 мм.
Размеры фонаря:
Принимаем фонарь шириной 12 м с остеклением в один ярус высотой 1250 мм, высотой борта 800 мм и карниза 450 мм.
Н фн. = 1750 +800 +450 =3000 мм.
· H ф = 3150 мм.
Конструктивная схема каркаса здания представлена на рисунке:
Горизонтальные размеры
Так как шаг колонн 12 м, грузоподъемность 32/5 т, высота здания < 30 м, то назначаем привязку а = 250 мм.
· h в = а + 200= 250 + 200 = 450мм
· h в min = Н в /12 = 4820/12 = 402мм < h в = 450 мм.
Определим значение величины l 1:
· l 1 ≥ В 1 + (h в - а) + 75 = 300 + (450-250) + 75 = 575 мм.
где В 1 =300 мм по прил. 1
Принимаем l 1 = 750 мм (кратный 250 мм).
Ширина сечения нижней части колонны:
· h н = l 1 +а = 750 + 250= 1000мм.
· h н min = Н н /20 = 15380/20 = 769мм< h н = 1000 мм.
Сечение верхней части колонны назначаем сплошностенчатым двутавровым, нижней – сплошной.
Связи стального каркаса производственного здания
Пространственная жесткость каркаса и устойчивость каркаса и отдельных его элементов обеспечивается путем постановки системы связей:
Связей между колоннами (ниже и выше подкрановой балки), необходимые для обеспечения устойчивости колонн из плоскостей рам, восприятия и передачи на фундаменты нагрузок, действующих вдоль здания (ветровых, температурных) и фиксацию колонн во время монтажа;
- связей между фермами: а) горизонтальные поперечные связи по нижним поясам ферм, воспринимающие нагрузку от ветра, действующую на торец здания; б) горизонтальные продольные связи по нижним поясам ферм; в) горизонтальные поперечные связи по верхним поясам ферм; г)вертикальные связи между фермами;
- связей фонаря;
- связей фахверка.
3. Расчетно-конструктивная часть.
Сбор нагрузок на раму.
3.1.1. Расчетная схема поперечной рамы.
За геометрические оси ступенчатых колонн принимаются линии, проходящие через центры тяжести верхней и нижней частей колонны. Несовпадение центров тяжестей дает эксцентриситет «е 0 », который вычисляем:
е 0 =0,5*(h н - h в)=0,5*(1000-450)=0,275м
Металлический каркас промышленного здания состоит из ряда "плоских" элементов жестких и хорошо воспринимающих нагрузки в своей плоскости, но гибких в перпендикулярном направлении (рамы, подстропильные и промежуточные стропильный фермы и др.). Основное назначение связей - объединять плоские элементы в пространственную систему, способную воспринимать нагрузки действующие на здание в любом направлении.
Во-вторых, связи служат, чтобы обеспечивать устойчивость сжатых и сжато-изогнутых стержней верхних поясов ферм, колонн и др. Опасность потери устойчивости таких элементов объясняется тем, что стержни металлического каркаса имеют большие длины и относительно небольшие компактные поперечные размеры. Связи раскрепляют сжатые элементы в промежуточных точках, уменьшая расчетные длины элементов в направлении этих раскреплений.
Различают следующие основные виды связей, применяемых в металлическом каркасе промышленного здания
1) поперечные связи между верхними поясами ферм (сквозные ригели рам в дальнейшем будут называться "фермами")(рис. 1) 2) вертикальные связи между фермами (рис.9); 3) продольные и поперечные связи, расположенные в плоскости нижних поясов ферм (рис.II); 4) вертикальные связи между колоннами (рис. 22). Рассмотрим компоновку, назначение и конструктивные решения узлов связей на примерах зданий с различными покрытиями.I. ПОПЕРЕЧНЫЕ СВЯЗИ МЕЖДУ ВЕРХНИМИ ПОЯСАМИ ФЕРМ
1.1. Верхний пояс фермы, как любой сжатый стержень, может потерять устойчивость, если усилие в нем достигнет критического значения. Потеря устойчивости в таком случае произойдет в одной из двух плоскостей:
Рис.1. Поперечные связи между верхними поясами ферм, По 2-2 - вертикальные связи a) в плоскости фермы - стержень, потерявший устойчивость, останется в плоскости фермы. Это значит, что при взгляде на ферму сверху потери устойчивости не будет заметна. Как видно из рис.2, расчетная длина при проверке устойчивости верхнего пояса "и плоскости" фермы соответствует расстоянию - между узлами, то есть длине одной панели;
Рис.2. Расчетная длина верхнего пояса в плоскости фермы, (пунктир)
б) потери устойчивости верхнего пояса с выходом его из плоскости фермы показать лишь в плане. Предположим, что связи не поставлены. Тогда потеря устойчивости произойдет по схеме, приведенной на рис.За. Прогоны, которые обычно крепятся к верхнему, поясу фермы шарнирно (с помощью болтов), сами по себе, без связей, не будут препятствовать потери устойчивости ферм, так как после потери устойчивости верхние пояса ферм выпучатся, а прогоны свободно переместятся в новое положение. При этом расстояние между фермами (пролет прогонов) сохранится.
Иная картина устойчивости будет наблюдаться, если поставить связи. Связи могут быть крестовые - с двумя диагоналями (рис. 3,6) и облегченные, треугольные (рис. 3, в), т.е. с одной диагональю. Сжатые диагонали, очевидно, выключаются из работы, потеряв устойчивость, а растянутые будут препятствовать искажению прямоугольников, не дадут им превратиться в параллелограммы. Следовательно, в точках крепления диагоналей пояс фермы сохранит свое первоначальное положение и расчетная длинй его "из плоскости" будет равна участку "Л-В" (рис,3, в), т.е. двум панелям. Верхние пояса всех ферм, связанных с этими точками с помощью прогонов (или распорок по фонарям), будут иметь такие же расчетные длины, как и пояса двух ферм, непосредственно закрепленных связями, т.е. участки А" -В", A""-B"" имеют расчетные длины, равные двум панелям.
Рис.3. Потеря устойчивости верхних поясов ферм; а) в покрытии без связей; б) схема натяжения и выключения раскосов связей; в) обеспечение устойчивости веря поясов с помощью стержневых связей
Обратим внимание на ошибку, которая может быть допущена при определении расчетной длины верхнего пояса из плоскости фермы. На рис.3в прогон пересекает диагональ связей в точке "f". Создается впечатление, что прогон прикреплен к диагонали связей, и расчетную длину верхнего пояса из плоскости фермы казалось бы, можно брать равной панели. Однако это неверно: прогоны и связи расположены в разных уровнях, между ними "f" имеется зазор (рис. 7)
1.2.
В зданиях с фонарем (рис.4) верхний пояс не раскреплен из плоскости ферма на большом участке, т.к. под фонарем нет прогонов. Если считать, что конструкций стенового ограждения фонаря вместе с прогоном фиксируют точку "Б", то расчётная длина верхнего пояса из плоскости "Б~Б". Введение распорки в середине пролета фонаря уменьшает расчетную длину из плоскости фермы (рис.4б) до трех панелей.
Рис.4. Расчетные длины верхнего пояса под фонарем:
а) без распорок - 6 панелей;
б) с одной распоркой - 3 панели;
в) при шаге ферм 12 м вводится промежуточный связевой пояс ПП
В качестве распорки используется верхний пояс вертикальных связей (раздел 2), но могут быть применены специально предназначенные для этой,цели парные уголки или другие профили,
1.3.
В последнее время с целью экономии металла принято функции связей по верхним поясам возлагать на кровельный настил, который при его надежном прикреплении к фермам может обеспечивать устойчивость верхних поясов из плоскости ферм.
Так в беспрогонных покрытиях с железобетонным настилом устойчивость верхних поясов из плоскости ферм обеспечивается приваркой закладных частей настила к верхним поясам. В таком случае расчетная длина верхнего пояса из. плоскости фермы может быть принята равной длине одной панели фермы. 0 приварке настила к поясам ферм должна быть сделаны указания, в примечании на чертеже.
Во время возведения здания эти прикрепления плит к поясам должны контролироваться. При этом требуется составлять акт на скрытые работы. Профилированный настил также может выполнять роль связей по верхним поясам, если его прикрепить е помощью дюбелей к прогонам.
Лучшим конструктивным решением при использовании профилированного настила в качестве связей будет такое, при котором прогоны крепятся к ферме так, что верхняя полка прогона находится в одним уровне с верхней полкой пояса фермы. В этом случае настил пристреливается дюбелями по четырем своим сторонам - к прогонам и верхним поясам ферм. Для удобства крепления прогонов к фермам в этом случае можно использовать фермы покрытия не с треугольной решеткой, а с нисходящими раскосами (рис.5).
Рис.5. Использование профилированного настила в качестве
связей по верхнему поясу:
а) ферма покрытия с нисходящими раскосами;
б) вариант решения узла опирания прогона в одном уровне с верхним поясом фермы
При экономических преимуществах замены связей настилом, прикрепленным к поясам, покрытия оказываются лишенными одной немаловажной функции, выполняемой связями. Связи по верхним поясам кроме того, что обеспечивают устойчивость ферм, являются также фиксаторами правильного взаимного положения ферм во время монтажа. Поэтому при монтаже покрытия без связей рекомендуется предусматривать использование временных (съемных) инвентарных связей, т.е. монтажных кондукторов.
При наличии фонарей в покрытиях, где настил служит в качества связей по верхнему поясу, под фонарем для обеспечения устойчивости пояса устраиваются связи в виде диагоналей при шаге ферм 6 м или в виде неполных диагоналей при шаге ферм 12 м (рис.6). При этом расчетная длина верхнего пояса ферм при проверке устойчивости из плоскости принимается равной двум панелям.
Рис.6. Обеспечение устойчивости верхних поясов ферм под
фонарями в покрытиях, где функции связей выполняет; настил t
а) шаг ферм б м, б) шаг ферм 12 м
1.4. В покрытиях с шагом ферм 12 м и с прогонами пролетом 12 м связевая ферма принимается шириной 6 м. В этом случае вводится дополнительный промежуточный пояс из соответствующих профилей (рис.4, в) и конструируются связи так же, как, если бы шаг ферм был 6 м.
1.5. Расстояние по длина здания между стержневыми связями по верхнему поясу ферм не должно превышать 144 м. Поэтому в длинных зданиях связи ставятся не только в крайних панелях блока каркаса но и в середине или третях длины блока (рис. I).
Эти требования объясняются тем, что устойчивость ферм, рай-положенных далеко о,т связей, не всегда может быть надежно обеспечена, т.к, прогоны или распорки, прикрепляющие фермы к связевым блокам, допускают в узлах известную смещаемость вследствие разности диаметров болтов и отверстий. С увеличением числа узлов, т.е. с удаленнем связей, эта смешаемость суммируется и увеличивается, что уменьшает надежность обеспечения устойчивости ферм, расположенных далеко от связей.
Конструкции некоторых узлов связей, выполненных из уголковых и гнутосварных профилей, и их прикрепление к фермам показано на рис, 7, 8.
Итак, связи, расположенные в плоскости верхних поясов ферм, имеют следующее основное назначение: при загружении покрытия предотвращают потерю устойчивости этих поясов из плоскости ферм, то есть уменьшают расчетную длину верхних поясов при проверке устойчивости их из плоскости ферм.
2. ВЕРТИКАЛЬНЫЕ СВЯЗИ МЕЖДУ ФЕРМАМИ
Эти связи называют также монтажными, так как их главное назначение - удерживать в проектном положении поставленные на опоры фермы, не дать одиночным фермам опрокинуться во время монтажа от ветровых и случайных воздействий, т.к. центр тяжести фермы находится выше уровня, опор (рис. 9, а).
Вертикальные связи в виде цепочки распорок и ферм ставят по длине здания между стойками стропильных ферм. Связевые фермы для экономии металла соединяют между собой верхними и нижними распорками (рис.10). Таким образом, фермы вертикальных связей являются дисками, а прикрепленные к ним стержни-распорки обеспечивают промежуточные стропильные фермы или ригели рам от опрокидывания (рис.9б). Решетка связевых ферм, как правило, может быть произвольной (рис.9в) и выполняется из одиночных уголков или из прямоугольных гнуто-сварных труб. В покрытиях с шагом ферм 12 м, со шпренгельными прогонами или с настилом, усиленным шпренгелями, верхний пояс фермы вертикальных связей может иметь вид, показанный на рис.9г.
Вертикальные связи по ширине пролета располагаются на опорах (между колоннами) и в пролете между стойками.ферм не реже, чем через 15 м, т.е. при пролете здания 36 м они будут расположены в плоскостях двух стоек.
Рис.7. Прикрепление связей к верхним поясам ферм
Рис.8. Узлы покрытия и связей при шаге ферм 12 м (см. рис. 6);
а) Прикрепление связей, выполненных из замкнутых профилей к фермам с поясами из широкополочных двутавров
б) Узел Б
Рис.9. Вертикальные связи между фермами:
а) положение центра тяжести,
б) фермы-диски и распорки,
в) схемы решеток ферм,
г) связи в покрытиях с шагом ферм 12 м и со шпренгельыми прогонами
Фермы - диски вертикальных связей ставятся с шагом 30-36 м по длине здания. Стойки уголковых ферм, к которым крепятся связи в верхнем и нижнем узлах, принимаются крестового сечения (рис.10).
Связи могут прикрепляться также к специальныо предусмотренным для этогй цели вертикальным фасонкам . В составе блока при крупноблочном монтаже вертикальные связи являются необходимыми элементами, обеспечивающими неизменяемость блока.
Рис.10. Узел прикрепления верхнего пояса фермы вертикальных связей к стойке стропильной фермы. Аналогично выполняется нижний узел
ПРОДОЛЬНЫЕ ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ СВЯЗИ ПО НИЖНИМ ПОЯСАМ РИГЕЛЕЙ
Контур связей, расположенных в плоскости нижних сквозных ригелей, можно расчленить на продольные и поперечные связи (рис.11). Назначение продольных связей сводится к следующему:
3.1. Продольные связи воспринимают поперечные горизонтальные крановые воздействия, т.е воспринимают внецентренное приложение вертикального давления крана на колонну, вызывающее горизонтальное смещение рамы, а также поперечное торможение крана, приложенное к одной раме (рис.12а) и передает эти воздействия на соседние рамы, менее нагруженные (рис.12б). Таким образом обеспечивается пространственность каркаса при работе его на местные нагрузки, вызывающие горизонтальные смещения ригеля рамы.
Рис.11. Связи по нижним поясам ригелей рам
Рис.12. Схема воспринятая поперечных горизонтальных нагрузок продольными связями по нижним поясам:
а) смешение рам от вертикального внецентренного приложения крановой нагрузки и от торможения;
б) передача поперечных нагрузок на связи
3.2. Отметим, что боковая нагрузка от ветра передается одинаково на все рамы, вызывая одинаковое смешение их. Поперечных сил между рамами в этом случае не возникает и поэтому в каркасах с шагом рам 6 м продольные связи не воспринимают ветровой нагрузки,
При шаге колонн 12 м и более в каркасах, имеющих стойки фахверка (стенового каркаса), продольные связи работают на эту нагрузи;
Они являются верхними горизонтальными опорами стоек фахверка. Таким образом, в этом случае продольные связи передают усилия от ветровых нагрузок со стоек фахверка на соседние рамы (рис.13) и связи нагружены усилиями от ветровой нагрузки по длине шага рам.
Рис.13. Передача ветровой нагрузки со
стоек фахверка на продольные связи
3.3. В крайних, панелях ригеля вследствие того, что жестко защемленный ригель на опоре испытывает изгибающие моменты противоположного знака по отношению к знаку момента в пролете, дается сжатие нижнего пояса (рис.14).
Рис.14. Сжатие в нижнем поясе ригеля вблизи опор
Закрепить нижний пояс от потери устойчивости из плоскости ригеля здесь можно лишь с помощью продольных связей (точка "f" рис.14). Устойчивость нижнего пояса в плоскости ригеля обеспечивается либо развитием момента инерции сечения пояса (в этой панели он может быть принят из двух неравнобоких уголков, составленных большими полками), либо введением дополнительной подвески.
3.4. В многопролетных зданиях с кранами тяжелого режима работы (7К, 8К) продольные связи в виде горизонтальных ферм ставятся друг от друга на расстояние не более двух пролетов (рис.15)
Рис.15.
Связи по нижним поясам ригелей в многопролетном каркасе с кранами тяжелого режима работы (7К, 8К)
В многопролетных зданиях с кранами среднего режима работы при грузоподъемности до 50 т, при пролетах не более 36 м и с высотой до 25 м, а также с шагом рам 6 м, допускается не делать продольных связей по нижнему поясу. Однако распорки и тяжи, обеспечивающие устойчивость нижних поясов из плоскости ферм, должны быть поставлены в каждом пролете (рис.16).
Рис.16.
Связи по нижним поясам Б каркасе с кранами среднего режима работы (4К - 6К)
4. ПОПЕРЕЧНЫЕ СВЯЗИ В ПЛОСКОСТИ НИЖНИХ ПОЯСОВ РИГЕЛЕЙ
4.1. Эти связи служат для передачи усилий от ветровых нагрузок, направленных в торец здания, со стоек торцевого фахверка на вертикальные связи между колоннами (рис.17) (передача давления показана стрелками).
Рис.17.
Схема передачи ветровых нагрузок с торца здания на
связи
4.2. Вместе с продольными связями они образуют замкнутый контур, увеличивающий общую жесткость каркаса здания.
Поперечные связи, как правило, ставятся под связями по верхним поясам, создавая с ними пространственные поперечные блоки, к которым с помощью прогонов, распорок вертикальных связей и продольных связей крепятся промежуточные фермы (ригели).
На рис.18, 19 показаны узлы крепления горизонтальных связей, выполненных из уголков и прямоугольных гнуто-сварных труб к поясам ферм. Следует отметить, что в каркасах с тяжелым режимом работы кранов 7К, 8К и при больших крановых нагрузках связи прикрепляются к фермам с помощью сварки (т.е. болтовые узлы должны быть обварены) либо с помощью высокопрочных болтов.
Рис.18. Конструкции уголковых связей по нижним пояс
5. ВЕРТИКАЛЬНЫЕ СВЯЗИ МЕЖДУ КОЛОННАМИ
Различают верхний ярус вертикальных связей между колоннами (связи, расположенные выше подкрановых балок) и нижний я ниже балок (рис.20).
Рис.19. Узел связей по нижнему поясу из прямоугольных гнуто-сварных профилей
Рис.20. Схема вертикальных связей между колоннами
5.1. Связи верхнего яруса имеют следующее назначение:
а) усилия от ветра, направленного в торец здания, передаются на связи верхнего яруса с торцевых поперечных связей, расположенных в плоскости нижних поясов, а затем, по растянутым подкосам, эти усилия передаются на подкрановые балки",
б) связи верхнего яруса обеспечивают -устойчивость колонн "из плоскости" рам. Таким образом, расчётная длина надкрановой части колонны (рис.20, пунктир) из плоскости рамы равна высоте этой части колонны;
в) вместе о нижним ярусом связей при монтаже удерживают крепленные анкерами колонны oт опрокидывания.
5.2. Вертикальные связи нижнего яруса
На связи нижнего яруса возлагается функции:
а) передавать ветровые усилия от связей верхнего яруса и от продольного торможения кранов (рис.20);
б) обеспечивать устойчивость подкрановой части колонии из плоскости рамы;
в) служить в качестве монтажных связей при установке колонн. В зданиях большой высоты связи нижнего яруса имеют дополнительную распорку между колоннами - (рис.21,
a). Ее назначение - уменьшить расчетную длину подкрановой части колонны из плоскости рамы. К этому компоновочному приему прибегают в том случае, когда при расчете проверю устойчивости колонны "из плоскости "не дает удовлетворительных результатов вследствие большой гибкости колонны (из плоскости рамы.).
Схемы вертикальных связей могут быть различными в зависимости от шага колонн, от необходимости использования проема между колоннами и т.п. (рис.21б).
Рис.21. Схемы вертикальных связей нижнего яруса:
а) дополнительная распорка для уменьшения расчетной длины колонны из плоскости рамы;
б) варианты связей между колоннами
Прикреплять связи нижнего яруса к подкрановым балкам в пролете не следует, так как при движении крана может возникнуть сжатие раскосов связей, а следовательно, их выключение. Связи верхнего яруса могут прикрепляться к тормозным балкам болтами с овальными отверстиями в вертикальном направлении.
Рис.22. Конструкции вертикальных связей между колоннами при шаге колонн 6 м
Рис. 23. Вертикальные связи между колоннами при шаге колонн 12 м: С- овальные отверстия в узле В, допускающие прогибы подкрановой балки без нагружения связей верхнего яруса; t - тормозная балка
В вертикальной плоскости верхний ярус связей обычно
располагается, по оси надкрановой части колонны, а нижние связи должны быть двойными и их следует располагать в плоскостях как наружной, так и внутренней ветвей подкрановой части колонны (рис.22). Если имеется фахверк, то связи устанавливаются в плоскости фахверка и стыкуются со стойкой фахверка в среднем узле. По длине здания связи нижнего яруса размещаются в середине температурного блока (рис.22), но ни в крем случае не по концам, Размещение связей в середине здания обеспечивает свободную деформацию продольных элементов при колебаниях температуры (удлинение или укорочение подкрановых балок, продольных связей и др.).
Рис.24. Средний узел вертикальных связей (см.рис.23):
Г- крепление связей и стойке фахверка f на монтажной сварке, Д- на высокопрочных болтах, Q- ребра жесткости, 4-4 - расчетное сечениее фасонки.
Болты рассчитывается на осевое усилие в диагонали связей и момент
от эксцентриситета "а"
6. РАСЧЕТ СВЯЗЕЙ
В большинстве видов связей затруднительно точно определить величины усилий, которые будут ими восприниматься. Поэтому сечения элементов связей, как правило, подбираются по предельной гибкости . Для элементов, о которых заранее известно, что они будут испытывать сжатие, рекомендуется принимать предельную гибкость 200.
По известным усилиям рассчитывается вертикальные, связи между колоннами, а также поперечные связи по нижнему поясу ригеля и продольные горизонтальные связи (в случае учета пространственной работы каркаса).
- СНиП II-23-81*. Стальные конструкции,- М., Стройиздат, 1988, - 96 с.
- Беленя Е.И. и др. Металлические конструкции.- М., Стройиздат, 1989.- С.272-279.
- СНиП 2.01.07.-85. Нагрузки и воздействия.- М., Стройиздат, 1989.
- ЦНИИ Проектстальконструкция им. Мельникова, Типовые строительные конструкции, изделия и узлы. Серия 2.440-2, Узлы конструкций производственных зданий промышленных предприятий: Выпуск 4. Узлы тормозных конструкций и вертикальных связей. Чертежи КМ. Москва, 1989. 49 с.
- Пособие по проектированию стальных конструций (к СНиП 23-81*) - М., Центральный институт типового проектирования, 1989 -148с.
СВЯЗЕВАЯ КОНСТРУКТИВНАЯ СХЕМА КАРКАСНЫХ ЗДАНИЙ
РАМНО-СВЯЗЕВАЯ КОНСТРУКТИВНАЯ СХЕМА КАРКАСНЫХ ЗДАНИЙ
РАМНАЯ КОНСТРУКТИВНАЯ СХЕМА КАРКАСНЫХ ЗДАНИЙ
Для строительства многоэтажных П. з. применяют главным образом железобетонные каркасы рамного типа, воспринимающие горизонтальные усилия жёсткими узлами рам либо решенные по рамно-связевой схеме с передачей горизонтальных усилий на диафрагмы, стены лестничных клеток и лифтовых шахт. Каркасы многоэтажных П. з., как правило, выполняют сборными или сборно-монолитными с балочными или безбалочными конструкциями междуэтажных перекрытий.
Рамная схема каркасного несущего остова зданий представляет собой систему колонн, ригелей и перекрытий, соединенных в конструктивных узлах в жесткую и устойчивую пространственную систему воспринимающую горизонтальные (ветровые и другие) усилия.Пространственный каркас несущего остова при рамной схеме должен обладать необходимой жесткостью не только в одной плоскости, но и в перпендикулярном направлении, что достигается жестким решением всех узловых стыков вертикальных и горизонтальных элементов конструкций как в продольном, так и в поперечном направлении.
Рамный каркас многоэтажного здания может быть выполнен в монолитном и сборном железобетоне или в стальных конструкциях, которые в целях противопожарной безопасности объекта должны быть обетонированы.
Жесткость и устойчивость каркасного здания обеспечиваются решением его несущего остова по рамной, связевой или рамно-связевой схеме.Рамно-связевая схема(см. рисунок справа) состоит из ряда плоских рам, расположенных в вертикальных плоскостях всех поперечных осей. Рамы обеспечивают поперечную жесткость и устойчивость здания, но ограничивают свободу планировки этажей. Продольная жесткость достигается введением на некоторых участках вертикальных стенок жесткости. Стенки жесткости выполняют из железобетонных панелей. Вставляемых в просветы, ограниченные с двух сторон колоннами, а сверху и снизу ригелями перекрытий. Стенки жесткости устанавливают одну над другой на всю высоту здания. Что в сочетании с жесткими дисками перекрытий образует устойчивый каркасный остов. В ж-б стенках жесткости можно устанавливать проемы для дверей или окон при условии соответствующего усиления отверстия обрамляющим бортом с дополнительным армированием по расчету. Вертикальность поперечных поэтажных рам каркаса обеспечивают продольными стенами жесткости. Жесткие диски междуэтажных перекрытий и покрытий, монтируемых из крупных панелей, фиксируют прямолинейность ригелей по всей их длине и их параллельность друг другу. Жесткость перекрытий обеспечивается соединением связевых и рядовых панелей между собой и ригелями путем сварки закладных деталей и заполнением раствором швов в цельный жесткий диск так же, как в крупнопанельных зданиях. В несущем остове каркасного многоэтажного здания, в котором поперечные стены жесткости размещаются по каждому поперечному ряду колонн, все поперечные рамы не имеют ригелей, а панели перекрытий опираются непосредственно на стены жесткости так же, как в крупнопанельных домах, что частично разгружает колонны от вертикальных нагрузок.
Рамно-связевая схема применяется главным образом при строительстве жилых многоэтажных зданий (гостиничного типа), административных и т.п.
Связевая схема отличается от рамной тем, что в ней конструктивные узлы могут иметь не только неподвижное – жесткое, но и подвижное – шарнирное решение, причем все горизонтальные усилия полностью передаются на систему дополнительных связей жесткости.
Существует три варианта связей жесткости: в виде наклонных(чаще всего диагональных) растяжек с натяжными устройствами (4), жестких косых стержней которые после установки и замоноличивания образуют стенку жесткости (5), сборных стенок или панелей жесткости, монтируемых из ж-б плит, вставляемых между стойками и ригелями каркаса (5) с жестким креплением к ним (на сварке или на болтах) не менее чем в восьми местах – по два крепления на каждой стороне контура панели. В зданиях со связевым каркасом стенки жесткости распологают с интервалами в несколько конструктивных шагов(второй рисунок). Это позволяет при необходимости в каждом этаже выделять большие помещения (с редко стоящими стойками) для научных, проектных организации и др., а также торговых залов универмагов и т. п. Каркасный остов связевого типа имеет широкое применение при строительстве многоэтажных, повышенной этажности, а также высотных жилых и общественных зданий.
Вертикальные связи между стальными колоннами а - связи-распорки; б - крестовые; в - портальные; 1 - ось температурного шва; 2 - связевой блок; 3 - подкрановые балки; 4 - распорки
Связевая схема отличается от рамной тем, что в ней конструктивные узлы могут иметь не только неподвижное – жесткое, но и подвижное – шарнирное решение, причем все горизонтальные усилия полностью передаются на систему дополнительных связей жесткости. Существует три варианта связей жесткости: в виде наклонных(чаще всего диагональных) растяжек с натяжными устройствами (4), жестких косых стержней которые после установки и замоноличивания образуют стенку жесткости (5), сборных стенок или панелей жесткости, монтируемых из ж-б плит, вставляемых между стойками и ригелями каркаса (5) с жестким креплением к ним (на сварке или на болтах) не менее чем в восьми местах – по два крепления на каждой стороне контура панели. В зданиях со связевым каркасом стенки жесткости распологают с интервалами в несколько конструктивных шагов(второй рисунок). Это позволяет при необходимости в каждом этаже выделять большие помещения (с редко стоящими стойками) для научных, проектных организации и др., а также торговых залов универмагов и т. п. Каркасный остов связевого типа имеет широкое применение при строительстве многоэтажных, повышенной этажности, а также высотных жилых и общественных зданий.
В связевом каркасе соединение колонн и ригелей шарнирное, поэтому необходимы вертикальные связи жесткости (крестообразные, портальные и т. п.) или диафрагмы жесткости (специальные железобетонные перегородки). Соединенные между собой плиты перекрытия образуют жесткий горизонтальный элемент здания.
Устойчивость стальных колонн в продольном направлении обеспечивается вертикальными связями между колоннами. Связи располагают по середине здания или температурного отсека. При длине здания или температурного отсека более 120 м между колоннами ставят две системы вертикальных связей.
Вертикальные связи между стальными колоннами а - связи-распорки; б - крестовые; в - портальные; 1 - ось температурного шва; 2 - связевой блок; 3 - подкрановые балки; 4 - распорки
Наиболее простая схема вертикальных связей крестовая. При небольшом шаге, но большой высоте колонн устанавливают две крестовые связи по высоте нижней части колонны. Вертикальные связи ставят по всем рядам здания. При большом шаге колонн средних рядов, а также, чтобы не мешать передаче продукции из пролета в пролет, конструируют портальные связи. Связи между колоннами на уровне опорных частей стропильных ферм в связевом блоке и торцовых шагах проектируют в виде фермы, а осталь-ных местах ставят распорки.
Связи по конструкции покрытия здания для обеспечения пространственной жесткости каркаса располагают:
В плоскости верхних поясов стропильных ферм - поперечные связевые фермы и продольные распорки между ними;
В плоскости нижних поясов стропильных ферм - поперечные и продольные связевые фермы;
Между стропильными фермами в плоскости конька - вертикальные связи;
По фонарям - горизонтальные связи в уровне верхних поясов фонарей и вертикальные связи между фонарями (также как связи между стропильными фермами).
Связи по покрытию: а - по верхним поясам ферм; б - по нижним поясам ферм; в - вертикальные связи между фермами
Выполняют связи из уголков или швеллеров. Крепление связей осуществляется болтами, а иногда заклепками.
8. ОБЪЁМНО-БЛОЧНАЯ КОНСТРУКТИВНАЯ СИСТЕМА ЗДАНИЙ(16)
1 марта 2012Для придания цеху пространственной жесткости, а также для обеспечения устойчивости элементов рам устраиваются связи, располагаемые между рамами.
Различают связи: горизонтальные — в плоскости верхних и нижних поясов ферм — и вертикальные — как между , так и между колоннами.
Назначение горизонтальных связей по верхним поясам ферм было рассмотрено в разделе . Эти связи обеспечивают устойчивость верхнего пояса ферм из их плоскости. На фигуре показан пример расположения связей по верхним поясам ферм в покрытии с прогонами.
В беспрогонных покрытиях, в которых крупнопанельные железобетонные плиты привариваются к верхним поясам ферм, жесткость кровли настолько велика, что, казалось бы, нет необходимости в постановке связей.
Учитывая, однако, необходимость обеспечения надлежащей жесткости конструкций на время монтажа плит, а также и то обстоятельство, что нагрузка от плит не приложена строго вертикально по оси ферм и потому может вызвать кручение, считают необходимым ставить связи по верхним поясам ферм по краям температурных отсеков. Столь же необходимы распорки у конька ферм, у опор и под фонарными стойками.
Эти распорки служат для завязки верхних поясов всех промежуточных ферм. Гибкость верхнего пояса между раскрепленными на время монтажа плит точками не должна превышать 200 — 220. Связи по верхним поясам стропильных ферм крепятся к поясам черными болтами.
При изготовлении связей важно точно приварить фасонку к уголку, обеспечив соответствующий угол наклона, так как при помощи связей частично контролируется правильность геометрической схемы смонтированного сооружения.
Поэтому приварку фасонок к элементам связей рекомендуется производить в кондукторах. На фигуре показан простейший тип кондуктора в виде швеллера, на котором точно пробиты отверстия под необходимым углом.
Горизонтальные связи по нижним поясам ферм располагаются как поперек цеха (поперечные связи), так и вдоль цеха (продольные связи). Поперечные связи, расположенные у торцов цеха, используются в качестве ветровых ферм.
На них опираются стойки каркаса торцовой стены цеха, воспринимающего давление ветра. Поясами ветровой фермы служат нижние пояса стропильных ферм. Такие же поперечные связи по нижним поясам ферм устраивают у температурных швов (в целях образования жесткого диска).
При большой длине температурного блока поперечные связи ставятся также в средней части блока с тем, чтобы расстояние между поперечными связями не превышало 50 — 60 м. Это приходится делать потому, что соединение связей часто производится на черных болтах, допускающих большие сдвиги, вследствие чего влияние связей ре распространяется на большие расстояния.
Поперечная деформация каркаса от местной (крановой) нагрузки: а — при
отсутствии продольных связей; б — при наличии продольных связей.
Горизонтальные продольные связи по нижним поясам ферм имеют своим главным назначением вовлечение в пространственную работу соседних рам при действии местных, например крановых, нагрузок; тем самым уменьшаются деформации рамы и увеличивается поперечная жесткость цеха.
Особо важное значение приобретают продольные связи при тяжелых кранах и в цехах с тяжелым режимом работы, а также при легких и нежестких кровлях (из волнистой стали, асбестоцементных листов и т. п.). В зданиях с тяжелым режимом работы связи следует приваривать к нижнему поясу.
Для связевых ферм, как правило, принимают крестовую решетку, считая, что при воздействии нагрузок с какой-либо одной стороны работает только система вытянутых раскосов, а другая часть раскосов (сжатых) выключается из работы. Такое предположение справедливо, если раскосы гибкие (λ > 200).
Поэтому элементы крестовых связей, как правило, проектируют из одиночных уголков. При проверке гибкости перекрестных растянутых раскосов связей из одиночных уголков радиус инерции уголка принимается относительно оси, параллельной полке.
При треугольной решетке связевых ферм во всех раскосах могут возникнуть сжимающие усилия, а потому их необходимо проектировать с гибкостью λ < 200, что менее экономично.
В пролетах более 18 м из-за ограничения боковой гибкости нижних поясов ферм во многих случаях приходится ставить дополнительные распорки по середине пролета. Этим устраняется дрожание ферм при работе кранов.
Вертикальные связи между фермами обычно устанавливают у опор ферм (между колоннами) и в середине пролета (либо под стойками фонаря), располагая их по длине цеха в жестких панелях, т. е. там, где расположены поперечные связи по поясам ферм.
Основное назначение вертикальных связей заключается в приведении в жесткое неизменяемое состояние пространственной конструкции, состоящей из двух стропильных ферм и поперечных связей по верхнему и нижнему поясам ферм.
В цехах с кранами легкого, а иногда и среднего, режима работы при наличии жесткой кровли из крупнопанельных железобетонных плит, приваренных к стропильным фермам, система вертикальных связей может заменить систему поперечных связей по поясам ферм (кроме торцовых ветровых ферм).
При этом промежуточные фермы должны быть связаны распорками.
Конструкция вертикальных связей принимается в виде креста из одиночных уголков с обязательным горизонтальным замыкающим элементом или в виде фермочки с треугольной решеткой. Крепление вертикальной связи к стропильной ферме осуществляется на черных болтах.
Вследствие незначительности усилий, действующих в элементах связей покрытия, при конструировании их креплений может быть допущено незначительное отступление от центрирования.
Вертикальные связи между колоннами устанавливают вдоль цеха для обеспечения устойчивости цеха в продольном направлении, а также для восприятия сил продольного торможения и давления ветра на торец здания.
Если в поперечном направлении рамы, защемленные в фундаментах, являются неизменяемой конструкцией, то в продольном направлении ряд установленных рам, шарнирно связанных подкрановыми балками, представляет собой изменяемую систему, которая при отсутствии вертикальных связей между колоннами может сложиться (опоры колонн в продольном направлении надо считать шарнирными).
Поэтому сжатые элементы связей между колоннами (ниже подкрановых балок), а в зданиях с тяжелым режимом работы и растянутые элементы этих связей, имеющих существенное значение для устойчивости всего сооружения в целом, делают достаточно жесткими, чтобы избежать их дрожания. С этой целью ограничивают предельную гибкость таких элементов значением λ = 150.
Для прочих растянутых элементов связей между колоннами гибкость не должна превышать λ = 300, а сжатых λ = 200. Элементы крестовых связей между колоннами обычно делают из уголков. Особо мощные крестовые связи делают из парных швеллеров, соединенных решеткой или планками.
При определении гибкости пересекающихся стержней (в крестовой решетке) расчетная длина их в плоскости решетки принимается от центра узла до точки их пересечения. Расчетная длина стержней из плоскости фермы принимается по таблице.
Расчетная длина из плоскости фермы стержней перекрестной решетки
| Характеристика узла пересечения стержней решетки | При растяжении в поддерживающем стержне | При неработающем поддерживающем стержне | При сжатии в поддерживающем стержне |
| Оба стержня не прерываются | 0,5 l | 0,7 l | l |
| Поддерживающий стержень прерывается и перекрывается фасонкой | 0,7 l | l | l |
Расчет крестовых связей обычно производится в предположении, что работают только растянутые элементы (на полную нагрузку). В случае, если учитывается работа элементов крестовой решетки также и на сжатие, нагрузка распределяется между раскосами поровну.
Для обеспечения свободы температурных продольных деформаций каркаса вертикальные связи между колоннами лучше всего располагать в середине температурного блока или вблизи от нее.
Но так как монтаж сооружения обычно начинается с краев, то желательно первые две колонны связать в раму так, чтобы они были устойчивы. Это заставляет конструировать связи так, как показано на фигуре Связи по нижним поясам ферм и между колоннами б, т. е. в крайних панелях устанавливать связи только в пределах верхней части колонн.
Такие связи допускают деформацию изгиба нижних частей колонн при изменениях температуры. В то же время один из раскосов, работая от ветровой нагрузки на растяжение, передает эти усилия на подкрановую балку.
Дальнейший путь ветровых усилий показан на фигуре Связи по нижним поясам ферм и между колоннами б; они передаются по жестким подкрановым балкам до средних связей и по ним спускаются в землю. Желательно выбирать такую схему связей, чтобы они примыкали к колоннам под углом, близким к 4 — 5°. В противном случае получаются слишком вытянутые тяжелые фасонки.
Рамные вертикальные связи: а — при шаге колонн 6 м;
б — при шаге колонн не меньше 12 м.
В случае, если по технологическим условиям нельзя полностью занять под связи ни одного пролета, а также при больших шагах колонн устраивают рамные связи; при этом считают, что от односторонней нагрузки работают на растяжение связи одного угла, а элементы другого угла из-за большой гибкости (λ = 200 / 250) выключаются из работы. При такой схеме работы конструкции мы получаем «трехшарнирную арку».
Вертикальные связи устанавливаются ниже подкрановой балки в плоскости подкрановой ветви колонны, а выше подкрановой балки — по оси сечения колонны. В цехах с тяжелым режимом работы связи ниже подкрановых балок прикрепляются к колоннам на заклепках (преимущественно) или на сварке.
«Проектирование стальных конструкций»,
К.К.Муханов
Выбор поперечного профиля многопролетных цехов зависит не только от заданного полезного габарита цеха и габарита мостовых кранов, но и от ряда общестроительных требований, в первую очередь от организации отвода воды с крыши и от устройства освещения средних пролетов. Отвод воды может быть как наружным, так и внутренним. Наружные водостоки устраиваются в нешироких цехах, а также…
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.
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.
Элементы верхнего пояса стропильных ферм сжаты, поэтому необходимо обеспечить их устойчивость из плоскости 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.