Чтобы обеспечить пространственную устойчивость металлических сооружений, используются специальные стальные элементы - вертикальные связи между колоннами. Производственное объединение «Ремстроймаш» предлагает металлоконструкции собственного изготовления для различных производственных и строительных предприятий.
В ассортименте предприятия:
- Стержни.
- Балки.
- Фермы.
- Рамы и прочие системы связей.
Основное назначение связей металлоконструкций
При помощи легких конструктивных элементов образуются пространственные системы, обладающие уникальными свойствами:
- жесткость при изгибе и поперечном скручивании;
- устойчивость против ветровых нагрузок, инерционных воздействий.
При сборке связующие системы выполняют перечисленные функции, направленные на повышение устойчивости против внешних воздействий. Ветровые связи металлоконструкций придают готовым сооружениям дополнительную парусную устойчивость при эксплуатации. Пространственная жесткость и устойчивость зданий, колонн, мостов, ферм и пр. обеспечивается, благодаря связям, установленным в горизонтальных плоскостях в виде верхних и нижних поясов.
Одновременно на торцах и в промежутках между пролетами устанавливаются специальные связи металлоконструкций вертикального расположения - диафрагмы. Полученная система связей обеспечивает требуемую пространственную жесткость готового сооружения.
Поперечные связи пролетных строений
а - конструкция основных узлов связей; б - схема поперечных связей
Разновидности связей металлоконструкций
Изделия отличаются по методам изготовления и сборки:
- Сварные изделия.
- Сборные (болтовые, винтовые).
- Клепаные.
- Комбинированные.
Материалами изготовления связующих металлоконструкций служат черная и нержавеющая стали. Благодаря уникальным техническим характеристикам, изделия из нержавейки не требуют дополнительной обработки против коррозии.
Схемы вертикальных связен:
А крестовая; Б двухъярусная крестовая, В — раскосная наклонная, Г — многоярус¬ная раскосная наклонная
Примеры связей
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
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.
Связи каркаса обеспечивают геометрическую неизменяемость и устойчивость элементов в продольном направлении, совместную пространственную работу конструкций каркаса, жесткость здания и удобство монтажа и состоят из двух основных систем: связей между колоннами и связей покрытия.
Связи между колоннами. Связи между колоннами (рис. 6.4) обеспечивают во время эксплуатации и монтажа геометрическую неизменяемость каркаса и его несущую способность в продольном направлении, воспринимают и передают на фундамент ветровые нагрузки, действующие на торец здания, и воздействия от продольного торможения мостовых кранов, а также обеспечивают устойчивость колонн из плоскости поперечных рам.
Система связей по колоннам состоит из надкрановых одноплоскостных связей V-образной схемы, располагаемых в плоскости продольных осей здания, и подкрановых двухплоскостных крестовой схемы, располагаемых в плоскостях ветвей колонны.
Подкрановые связи в каждом ряду колонн располагаются ближе к середине блока здания, чтобы обеспечить свободу температурных деформаций в обе стороны и снизить температурные напряжения в элементах каркаса. Количество связей (одна или две по длине блока) определяется их несущей способностью, длиной температурного отсека и наибольшим расстоянием L с от торца здания (температурного шва) до оси ближайшей вертикальной связи (см. табл. 6.1). При наличии двух вертикальных связей расстояние между ними в осях не должно превышать 40 – 50 м.
Надкрановые связи устанавливаются в крайних шагах колонн у торца здания или температурного блока, а также в местах, где предусматриваются вертикальные связи в плоскости опорных стоек стропильных ферм.
Промежуточные колонны (вне блоков связей) в уровне стропильных ферм раскрепляются распорками.
При большой высоте подкрановой части колонны целесообразна установка дополнительных горизонтальных распорок между колоннами, уменьшающих их расчетную длину из плоскости рамы (на рис. 6.4 показаны пунктиром).
Вертикальные связи по колоннам рассчитываются на крановые и ветровые нагрузки W , исходя из предположения работы на растяжение одного из раскосов крестовых подкрановых связей. При большой длине элементов, воспринимающих небольшие усилия, связи принимаются по предельной гибкости λ u = 200.
Элементы связей выполняются из горячекатанных уголков, распорки – из гнутых прямоугольных профилей.
Связи покрытия. Система связей покрытия состоит из горизонтальных и вертикальных связей, образующих жесткие блоки в торцах здания или температурного блока и при необходимости промежуточные блоки по длине отсека (рис. 6.5).
Горизонтальные связи в плоскости нижних поясов стропильных ферм проектируются двух типов. Связи первого типа состоят из поперечных и продольных связевых ферм и растяжек (см. рис. 6.5, в г – при шаге 12 м). Связи второго типа состоят из поперечных связевых ферм и растяжек (см. рис. 6.5, д – при шаге ферм 6 м; см. рис. 6.5, е – при шаге ферм 12 м).
Рис. 6.4. Схема связей по колоннам
6.5. Связи покрытия
Рис. 6.5
(продолжение)
Поперечные связевые фермы по нижним поясам стропильных ферм предусматриваются в торцах здания или температурного (сейсмического) отсека (см. рис. 6.5, д , е ). Предусматривается также дополнительно одна связевая горизонтальная ферма в середине здания или отсека при их длине более 144 м в зданиях, возводимых в районах с расчетной температурой наружного воздуха –40 о С и выше, и при длине здания более 120 м в зданиях, возводимых в районах с расчетной температурой ниже –40 о С (см. рис. 6.5, в , г ). Тем самым уменьшаются поперечные перемещения пояса фермы, возникающие вследствие податливости связей. Поперечные горизонтальные связи в уровне нижних поясов ферм воспринимают ветровую нагрузку на торец здания, передаваемую верхними частями стоек фахверка, и вместе с поперечными горизонтальными связями по верхним поясам ферм и вертикальными связями между фермами обеспечивают пространственную жесткость покрытия.
Продольные горизонтальные связи в плоскости нижних поясов стропильных ферм предусматриваются вдоль крайних рядов колонн в зданиях:
– с мостовыми опорными кранами групп режимов работы 7К и 8К, требующими устройства галерей для прохода вдоль крановых путей;
– с подстропильными фермами;
– с расчетной сейсмичностью 7, 8 и 9 баллов;
– с отметкой низа стропильных ферм свыше 18 м независимо от грузоподъемности кранов;
– в зданиях с кровлей по железобетонным плитам, оборудованных мостовыми опорными кранами общего назначения грузоподъемностью свыше 50 т при шаге стропильных ферм 6 м и свыше 20 т при шаге ферм 12 м;
– в однопролетных зданиях с кровлей по стальному профилированному настилу, оборудованных кранами грузоподъемностью свыше 16 т;
– при шаге стропильных ферм 12 м с применением стоек продольного фахверка.
Поперечные горизонтальные связи в уровне верхних поясов стропильных ферм предусматриваются для обеспечения устойчивости поясов из плоскости ферм. Из-за решетки поперечных связей по верхним поясам ферм затрудняется использование решетчатых прогонов и поэтому поперечные связи, как правило, не применяются. В этом случае развязка ферм обеспечивается системой вертикальных связей между фермами.
В зданиях с кровлей по железобетонным плитам в уровне верхних поясов стропильных ферм предусматриваются распорки (см. рис. 6.5, а ). В зданиях с кровлей по стальному профилированному настилу распорки располагаются только в подфонарном пространстве, раскрепление ферм между собой осуществляется прогонами (см. рис. 6.5, б ); при расчетной сейсмичности 7, 8 и 9 баллов предусматриваются также поперечные связевые фермы или диафрагмы жесткости, устанавливаемые в торцах сейсмического отсека (см. рис. 6.5, ж – при шаге ферм 6 м; см. рис. 6.5, к – при шаге ферм 12 м), и дополнительно не менее одной при длине отсека более 96 м в зданиях с расчетной сейсмичностью 7 баллов и при длине отсека более 60 м в зданиях с расчетной сейсмичностью 8 и 9 баллов.
В диафрагмах жесткости профилированный настил, кроме основных функций ограждающих конструкций, выполняет функцию горизонтальных связей по верхним поясам стропильных ферм. Поперечные диафрагмы жесткости и горизонтальные связевые фермы воспринимают продольные расчетные горизонтальные нагрузки от покрытия.
В зданиях с фонарем в случае устройства промежуточной диафрагмы жесткости фонарь над диафрагмой должен быть прерван. Диафрагмы жесткости выполняются из профилированного настила марок H60-845-0,9 или H75-750-0,9 по ГОСТ 24045-94 с усиленным креплением его к прогонам.
Стропильные фермы, не примыкающие непосредственно к поперечным связям, раскрепляются в плоскости расположения этих связей распорками и растяжками. Распорки обеспечивают необходимую боковую жесткость ферм при монтаже (предельная гибкость верхнего пояса фермы из ее плоскости при монтаже λ u = 220). Растяжки предусматриваются для уменьшения гибкости нижнего пояса с целью предотвращения вибрации и случайных погнутостей при перевозке. Предельная гибкость нижнего пояса из плоскости фермы принимается: λ u = 400 – при статической нагрузке и λ u = 250 – при кранах режимов работы 7К и 8К или при воздействии динамических нагрузок, приложенных непосредственно к ферме.
Для горизонтальных связей обычно принимается связевая ферма с треугольной решеткой. При шаге стропильных ферм 12 м стойки-распорки связевых ферм проектируются с достаточно большой вертикальной жесткостью (как правило, из гнутых прямоугольных профилей) для опирания на них длинных диагональных раскосов, выполненных из уголков с незначительной вертикальной жесткостью.
Вертикальные связи между фермами предусматриваются по длине здания или температурного отсека в местах размещения поперечных связевых ферм по нижним поясам ферм. В зданиях с расчетной сейсмичностью 7, 8 и 9 баллов и кровлей по стальному профилированному настилу по рядам колонн вертикальные связи устанавливаются в местах размещения связевых ферм или диафрагм жесткости по верхним поясам стропильных ферм.
Основное назначение вертикальных связей – обеспечить проектное положение ферм при монтаже и увеличить их боковую жесткость. Обычно устраивается одна-две вертикальные связи по ширине пролета (через 12 – 15 м).
При опирании нижнего узла стропильных ферм на оголовок колонны сверху вертикальные связи располагаются также в плоскости опорных стоек ферм. При примыкании стропильных ферм сбоку к колонне эти связи располагаются в плоскости, совмещенной с плоскостью устройства вертикальных связей надкрановой части колонны.
В покрытиях зданий, эксплуатируемых в климатических районах с расчетной температурой ниже –40 о С, следует, как правило, предусматривать (дополнительно к обычно применяемым связям) вертикальные связи, расположенные по середине каждого пролета вдоль всего здания.
При наличии жесткого диска кровли в уровне верхних поясов ферм следует предусматривать инвентарные съемные связи для выверки проектного положения конструкций и обеспечения их устойчивости в процессе монтажа.
