Вертикальные связи по колоннам. Связи в покрытиях с металлическими плоскостными несущими конструкциями Связи в здании с металлическим каркасом

Стальные конструкции одноэтажных промышленных зданий

Стальной каркас промышленного здания состоит из тех же элементов, что и ж/б, только материал каркаса - сталь.

Применение стальных конструкций целесообразно при:

1. для колонн: при шаге 12 м и более, высоте здания более 14,4 м., двухъярусном расположение мостовых кранов, при грузоподъемности кранов 50 т и более, при тяжелых режимах работ;

2. для стропильных конструкций: в отапливаемых зданиях пролетом 30 м и более; в неотапливаемых зданиях 24 м и более; над горячими цехами, в зданиях с большими динамическими нагрузками; при наличии стальных колонн.

3. для подкрановых балок, фонарей, ригелей и стоек фахверка

Колонны

Колонны разработаны:

· одноветвевыми сплошностенчатыми постоянного сечения при высоте зданий 6 - 9,6 м, пролетом 18, 24 м.(серия 1,524-4, вып.2),

· двухветвевыми при высоте здания 10,8-18 м., пролетом 18,24,30,36 м. (серия 1,424-4, вып.1 и 4),

· раздельного типа , применяемые в зданиях большой грузоподъемностью и высотой более 15 м.

Подвесное оборудование

При высоте зданий до 7,2 не предусмотрены мостовые краны, только подвесное оборудование с грузоподъемностью до 3,2 т.; в зданиях 8,4-9,6 могут применяться мостовые краны грузоподъемностью до 20 т.

Колонны разработаны в двух вариантах: с проходами и без проходов. Для колонн без проходов расстояние от разбивочной оси до оси кранового рельса 750 мм, для колонн с проходами -1000 мм. Верхняя часть колонны двутавровая, нижняя из двух ветвей, соединенных решеткой из прокатных уголков, которые приваривают к полкам ветвей.

Проектирование колонн

Шаг колонн рекомендован для бескрановых зданий и с подвесным оборудованием по крайним рядам-6 м., средним- 6, 12 м.; с мостовыми кранами по крайним и средние рядам- 12 м. В целях унификации колонн их нижние торцы нужно располагать на отметке - 0,6 м. Для защиты от коррозии подпольную часть колонн вместе с базой покрывают слоем бетона.

Основные параметры колонны по высоте:

· Н в - высота верхней части,

· Н н -высота нижней части, отметка головки кранового рельса, высота сечения ветви h.

В средних рядах с перепадом высоты в каркасах можно установить один ряд колонн, но по линии перепада необходимо предусмотреть две разбивочные оси со вставкой между ними. Верхняя часть таких колонны принята одинаковая с верхней часть крайних колонн, т.е. имеет привязку 250 мм. Вторая разбивочная ось совмещена с наружной гранью верхней части колонн.

Фермы

Фермы покрытия используются в одно и многопролетных зданиях с ж/б или стальными колоннами длиной 18,24,30,36 м., шаг колонн принимается 6,12 м. состоят из самой фермы и опорных стоек. Опирание фермы на колонны или подстропильные фермы приняты шарнирными.

Изготавливаются трех типов: с параллельными поясами, полигональные, треугольные.

Конструкции ферм:

· Фермы с параллельными поясами пролетом 18 м. имеют уклоны 1,5 % только верхнего пояса, остальные как верхнего, так и нижнего поясов. Высота фермы на опоре 3150 мм.- по опушкам, и 3300 мм.-полная высота со стойкой, номинальная длина меньше пролета на 400 мм. (по 200 мм крайних отсеков). Ж/б плиты непосредственно опираются на верхний пояс стропильной фермы, усиленной накладками в местах опирания и привариваются. В покрытиях с проф. настилом применяют прогоны длиной 6 м., которые устанавливаются на верхний пояс и крепятся болтами, решетчатые прогоны длиной 12 м. привариваются.

· Фермы из круглых труб (экономичнее на 20%, менее повержены коррозии из-за отсутствие щелей и пазух) серия 1,460-5. предназначены только под проф. настил, нижний пояс горизонтален, верхний с уклоном 1,5%, высота на опоре 2900 мм., полная 3300, 3380 мм., номинальная длина также на 400 мм. короче.

· Фермы с уклоном верхнего пояса 1:3,5 (треугольные) , предназначены для однопролетных бесфонарных, неотапливаемых складских помещений с наружным водоотводом, серия ПК-01-130/66 для покрытия с прогонами.

· Подстропильные фермы запроектированы с параллельными поясами, высота по обушкам 3130 мм., полная 3250 мм. Опорную стойку подстропильной фермы выполняют из сварного двутавра со столиком в нижней части для опирания стропильных ферм. Подстропильные конструкции пролетом 12 м устанавливают на ж/б или стальные фермы. Пролетом 18,24 м только на стальные.

· Фахверк в стальном каркасе устраивают: при стенах из листового материала или панелей, в зданиях высотой более 30 м независимо от конструкции стены, в зданиях с тяжелым режимом работы кранов при кирпичных стенах, в сборно-разборных зданиях, для временных переносных торцевых стен при строительстве здания в несколько очередей. Фахверк состоит их стоек и ригелей. Их количество и месторасположение определяется шагом колонн, высотой здания, конструкцией стенового заполнения, характером и величиной нагрузки, расположением проемов. Верхние концы стоек фахверка крепятся к фермам покрытия или связям с помощью изогнутых пластин.

Система связей:

Система связей в покрытие состоит из горизонтальных в плоскости верхних и нижних поясов стропильных ферм и вертикальных между фермами.

Система предназначена для обеспечения пространственной работы и придания пространственной жесткости каркаса, восприятия горизонтальных нагрузок, обеспечения устойчивости во время монтажа, если здание состоит из нескольких блоков, каждый блок имеет самостоятельную систему.

Если покрытие здание из ж/б плит, то связи по верхнему поясу состоят из распорок и растяжек, горизонтальные связи предусмотрены только в фонарных зданиях и располагаются в подфонарном пространстве. Крепятся связи на болтах.

Горизонтальные связи по нижним поясам

Горизонтальные связи по нижним поясам различают двух типов:

Первый тип поперечных связевых ферм применяется при шаге крайних колонн 6 м. и располагается в торцах температурного отсека, при длине отсека более 96 м. устанавливаются дополнительные фермы с шагом 42-60 м. кроме того применяют продольные горизонтальные фермы, которые располагаются по крайним колоннам, по необходимости и по средним.

Эти связи применяются в зданиях: одно-, двухпролетных с кранами грузоп. 10 т. и более; в зданиях трех- и более пролетных с общей грузоп. 30 т. и более.

В остальных случаях используют связи типа 2 - второй тип используется при шаге крайних колонн 12 м. и распологаются аналогично первому типу.

Крепятся связи на болтах, при тяжелом режиме работ на сварке.

Вертикальные связи

Вертикальные связи располагаются вдоль пролетов, в местах размещения поперечных горизонтальных ферм через 6 м., крепятся на болтах или сварке, в зависимости от усилий.

При использование в покрытие проф. настила применяют прогоны, которые располагаются с шагом 3 м., при наличии перепадов высот допускается 1,5 м. проф. настил крепится к прогонам с помощью саморезов.

Вертикальные связи между стальными колоннами , предусматриваемые в каждом продольном ряду колонн, подразделяются на основные и верхние.

Основные обеспечивают неизменяемость каркаса в продольном направление, располагаются по высоте подкрановой части колонны в середине здания или температурного отсека. Проектируются крестовые, портальные или полупортальные.

Верхние связи, обеспечивающие правильность установки оголовков колонн в период монтажа и передачу продольных усилий с верхних участков торцевых стен на основные связи, размещаются в пределах надкрановой части колонны по краям температурного отсека. Кроме этого, эти связи устраивают в тех панелях, где расположены вертикальные и поперечные горизонтальные связи между фермами покрытия. Их проектируют в виде подкосов, крестов, распорок и ферм.

Изготавливают связи из швеллеров и уголков, крепят к колоннам черными болтами, в зданиях большой грузоподъемностью тяжелого режима работы – монтажной сваркой, чистыми болтами или заклепками.

Подкрановые конструкции

Подвесные пути выполняют обычно из прокатных двутавров типа М с устройством стыков вне опор. Эти пути подвешиваются к нижним поясам несущих конструкций с помощью болтов с последующей обваркой.

Подкрановые конструкции для мостовых кранов состоят из подкрановых балок, воспринимающие вертикальные и местные усилия от катков кранов; тормозных балок или ферм, воспринимающих горизонтальные воздействия кранов; вертикальных и горизонтальных связей , обеспечивающих жесткость и неизменяемость конструкций.

Подкрановые стальные балки в зависимости от статической схемы делятся на разрезные и неразрезные. Преимущественно используются разрезные. Они просты в конструктивном отношении, менее чувствительны к осадкам опор, несложны в изготовлении и монтаже, но по сравнению с неразрезными имеют большую высоту и осложняют условия эксплуатации подкрановых путей и требуют большего расхода стали.

По типу сечения подкрановые балки могут быть сплошного и сквозного (решетчатого) сечения

Подкрановые балки серия 1,426-1 в виде сварного двутавра с симметричными поясами или нет, пролетом 6, 12, 24 м., высоты: при длине 6 м.-800, 1300 мм.; при длине 12 м.-1100,1600 мм. Высота сечения сплошных балок 650-2050 мм с градацией 200 мм. Балки снабжены ребрами жесткости для обеспечения устойчивости стенок, располагаемые через 1,5 м. Балки бывают средние и крайние (располагаются по торцам и у температурного шва, одна из опор отодвинута на 500 мм). Опирание балок на консоли колонн приняты шарнирным: к рядовым – на болтах, к связевым- на болтах и монтажной сварке.

Тормозные конструкции представляют собой связи по верхним поясам подкрановых балок, которые выбираются в зависимости от наличия проходов и пролета балки.

В уровне подкрановых путей пролетов с мостовыми кранами тяжелого режима работы предусматриваются площадки для сквозных проходов . Площадки принимаются шириной не менее 0,5 м. с перилами и лестницами. В местах расположения колонн проходы устраивают сбоку или через проемы в них.

В зависимости от грузоподъемности кранов и типа ходовых колес для подкрановых путей применяются железнодорожные рельсы, рельсы профиля КР или брускового профиля. Крепление рельсов к балкам может быть неподвижным и подвижным.

Неподвижное крепление, допускаемое при легком режиме работы кранов грузоподъемностью до 30 т и среднем ежимее грузоподъемностью до 15 т, обеспечивается приваркой рельса к балке. В большинстве случаев рельсы крепят к балкам подвижным способом, позволяющим производить рихтовку рельсов. На концах подкрановых путей устраивают упоры-амортизаторы, исключающие удары о торцевые стены здания.

В промышленных зданиях используют смешанные каркасы (ж/б колонны и мет. фермы) при условиях:

· необходимости создания больших пролетов;

· для снижения веса от элементов покрытия.

Крепление стальных ферм к ж/б колоннам выполняется с помощью болтовых соединений с последующей обваркой. Для этого в оголовке колонны предусмотрены анкерные болты.

СВЯЗИ в конструкциях - легкие конструктивные элементы в виде отдельных стержней или систем (ферм); предназначены для обеспечения пространственной устойчивости основных несущих систем (ферм, балок, рам и т. п.) и отдельных стержней; пространственной работы конструкции путем распределения нагрузки, приложенной к одному или нескольким элементам, на все сооружение; придания сооружению жесткости, необходимой для нормальных условий эксплуатации; для восприятия в отдельных случаях ветровых и инерционных (например, от кранов, поездов и т. п.) нагрузок, действующих на сооружения. Системы связей компонуются так, чтобы каждая из них выполняла несколько из перечисленных функций.

Для создания пространственной жесткости и устойчивости конструкций, состоящих из плоских элементов (ферм, балок), которые легко теряют устойчивость из своей плоскости, они соединяются по верхним и нижним поясам горизонтальными связями. Кроме того, по торцам, а при больших пролетах и в промежуточных сечениях ставятся вертикальные связи - диафрагмы. В результате образуется пространственная система, обладающая большой жесткостью при кручении и изгибе в поперечном направлении. Этот принцип обеспечения пространственной жесткости используется при проектировании многих сооружений.

В пролетных строениях балочных или арочных мостов две главные фермы соединяются горизонтальными системами связей по нижним и верхним поясам ферм. Эти системы связи образуют горизонтальные фермы, которые, помимо обеспечения жесткости, принимают участие в передаче ветровых нагрузок на опоры. Для получения необходимой жесткости при кручении ставятся поперечные связи, обеспечивающие неизменяемость поперечного сечения мостового бруса. В башнях квадратного или многоугольного сечения с этой же целью устраиваются горизонтальные диафрагмы.В покрытиях промышленных и общественных зданий с помощью горизонтальных и вертикальных связей две стропильные фермы соединяются в жесткий пространственный блок, с которым прогонами или тяжами (связями) соединяются остальные фермы покрытия. Такой блок обеспечивает жесткость и устойчивость всей системы покрытия.Наиболее развитую систему связей имеют стальные каркасы одноэтажных промышленных зданий.

Системы горизонтальных и вертикальных связей решетчатых ригелей рам (ферм) и фонарей обеспечивают общую жесткость шатра, закрепляют от потери устойчивости сжатые элементы конструкции (например, верхние пояса ферм), обеспечивают устойчивость плоских элементов в процессе монтажа и эксплуатации.Учет пространственной работы, обеспечиваемой соединением основных несущих конструкций системами связей, при расчете сооружений дает снижение веса конструкций. Так, например, учет пространственной работы поперечных рам каркасов одноэтажных промышленных зданий дает снижение расчетных величин моментов в колоннах на 25-30%. Разработана методика расчета пространственных систем пролетных строений балочных мостов. В обычных случаях связи не рассчитываются, а их сечения назначаются по предельной гибкости, устанавливаемой нормами.

Поперечная устойчивость каркаса деревянных зданий достигается путем защемления основных стоек в фундаментах при шарнирном соединении конструкции покрытия с этими стойками; применения рамных или арочных конструкций с шарнирным опиранием; создания жесткого диска покрытия, что используется в небольших зданиях.Продольная устойчивость здания обеспечивается постановкой (примерно через 20 м) специальной связи в плоскости каркасных стен и среднего ряда стоек. В качестве связей могут быть использованы и стеновые щиты (панели), соответствующим образом скрепленные с элементами каркаса.

Для обеспечения пространственной устойчивости плоскостных несущих деревянных конструкций ставятся соответствующие связи, принципиально аналогичные связи в металлических или железобетонных конструкциях.В арочных и рамных конструкциях, помимо обычного (как в балочных фермах) раскрепления сжатого верхнего пояса, предусматривается раскрепление нижнего пояса, имеющего, как правило, при односторонних нагрузках, сжатые участки. Это раскрепление осуществляется вертикальными связями, попарно соединяющими конструкции. Таким же образом обеспечивается устойчивость из плоскости нижних поясов в шпренгельных конструкциях. В качестве горизонтальных связей могут быть использованы полосы косого настила и щиты кровли. Пространственные деревянные конструкции в специальных связях не нуждаются.

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

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

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

– обеспечения устойчивости колонн из плоскости поперечных рам;

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

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

Рис. 2.5. Размещение вертикальных связей по колоннам:

а) связей нет; б) правильное расположение связей;

в); г) неправильное размещение связей

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

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

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

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

Вертикальные связи в верхних частях колонн предназначены:

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

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

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

Связи по фермам

Связи по фермам предназначены для:

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

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

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

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

– обеспечения удобства монтажа ферм.

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

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

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

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

Рис. 2.6. Поперечное смещение рамы от действия

крановой нагрузки:

а) при отсутствии продольных связей по нижним поясам ферм;

б) при наличии продольных связей по нижним поясам ферм

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

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

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

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

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

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

Составные элементы каркаса одноэтажных промышленных зданий

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

В состав каркаса входят следующие основные элементы:

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

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

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

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

Рис. 2 Схемы фахверка

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

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

Рис. 3. Схема мостового крана

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

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

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

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

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

Основные виды связей каркаса одноэтажных зданий

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Рис.5. Варианты продольного температурного шва

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

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

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

Рис. 6. Многоярусная рабочая площадка.

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

Видео - поэтапная сборка металоконструкций

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.

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.

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)