|
Связи - важные элементы стального каркаса, которые необходимы для выполнения следующих требований: – обеспечение неизменяемости пространственной системы каркаса и устойчивости его сжатых элементов; – восприятие и передача на фундаменты некоторых нагрузок (ветровых, горизонтальных от кранов); – обеспечение совместной работы поперечных рам при местных нагрузках (например, крановых); – создание жесткости каркаса, необходимой для обеспечения нормальных условий эксплуатации; – обеспечение условий высококачественного и удобного монтажа. Связи подразделяются на связи между колоннами и связи между фермами (связи по покрытию). |
Связи между колоннами.
Система связей между колоннами (9.8) обеспечивает во время эксплуатации и монтажа:
– геометрическую неизменяемость каркаса;
– несущую способность каркаса и его жесткость в продольном направлении;
– восприятие продольных нагрузок от ветра в торец здания и торможения моста крана;
– устойчивость колонн из плоскости поперечных рам.
Для выполнения этих функций необходим хотя бы один вертикальный жесткий диск по длине температурного блока и система продольных элементов, прикрепляющих колонны, не входящие в жесткий диск, к последнему. В жесткие диски (рис. 11.5) включены две колонны, подкрановая балка, горизонтальные распорки и решетка, обеспечивающая при шарнирном соединении всех элементов диска геометрическую неизменяемость.
Решетка проектируется крестовой (рис. 9.13, а), элементы которой принимаются гибкими [] = 220 и работают на растяжение при любом направлении сил, передаваемых на диск (сжатый раскос теряет устойчивость) и треугольной (рис. 9.13, б), элементы которой работают на растяжение и сжатие. Схема решетки выбирается так, чтобы ее элементы было удобно крепить к колоннам (углы между вертикалью и элементами решетки близки к 45°). При больших шагах колонн в нижней части колонны целесообразно устройство диска в виде двухшарнирной решетчатой рамы, а в верхней - использование подстропильной фермы (рис. 9.13, в). Распорки и решетка при малых высотах сечения колонн (например, в верхней части) располагаются в одной плоскости, а при больших высотах (нижняя часть колонны) - в двух плоскостях.
Рис. 9.13. Схемы конструкций жестких дисков связей между колоннами:
а - при обеспечении устойчивости нижней части колонн из плоскости рамы; б - при необходимости установки промежуточных распорок; в - при необходимости использования подкранового габарита.
Рис. 9.14. Схемы температурных перемещений и усилий:
а - при расположении вертикальных связей
посередине каркаса; б - то же, в торцах каркаса
При размещении жестких дисков (связевых блоков) вдоль здания нужно учитывать возможность перемещений колонн при температурных деформациях продольных элементов (рис. 9.14, а). Если поставить диски по торцам здания (рис. 9.14, б), то во всех продольных элементах (подкрановые конструкции, подстропильные фермы, распорки связей) и в связях возникают значительные температурные усилия.
Поэтому при небольшой длине здания (температурного блока) ставится вертикальная связь в одной панели (рис. 9.15, а). При большой длине здания вертикальные связи ставятся в двух панелях (рис. 9.15, б), причем расстояние между их осями должно быть таким, чтобы усилия F t были невелики. Предельные расстояния между дисками зависят от возможных перепадов температур и установлены нормами (табл. 9.3).
По торцам здания крайние колонны соединяют между собой гибкими верхними связями (см. рис. 9.15, а). Вследствие относительно малой жесткости надкрановой части колонны расположение верхних связей в торцевых панелях незначительно сказывается на температурных напряжениях.
Вертикальные связи между колоннами ставят по всем рядам колонн здания; располагать их следует между одними и теми же осями.
Рис. 9.15. Расположение связей между колоннами в зданиях:
а - коротких (или температурных отсеках); б - длинных; 1 - колонны; 2 - распорки; 3 - ось температурного шва; 4- подкрановые балки; 5 - связевый блок; 6- температурный блок; 7 -низ ферм; 8 - низ башмака
Таблица9.3. Предельные размеры между вертикальными связями, м
При проектировании связей по средним рядам колонн в подкрановой части следует иметь в виду, что довольно часто по условиям технологии необходимо иметь свободное пространство между колоннами. В этих случаях конструируют портальные связи (см. рис. 11.5, в).
Связи, устанавливаемые в пределах высоты ригелей в связевом и торцевом блоках, проектируют в виде самостоятельных ферм (монтажного элемента), в остальных местах ставят распорки.
Продольные элементы связей в точках крепления к колоннам обеспечивают несмещаемость этих точек из плоскости поперечной рамы. Эти точки в расчетной схеме колонны могут быть приняты шарнирными опорами. При большой высоте нижней части колонны бывает целесообразна установка дополнительной распорки, которая закрепляет нижнюю часть колонны посередине ее высоты и сокращает расчетную длину колонны.
Рис. 9.16. Работа связей между колоннами при воздействии: а - ветровой нагрузки на торец здания; б - мостовых кранов.
Передача нагрузок . В точке А (рис. 9.16, а) гибкий элемент связей 1 не может воспринимать сжимающую силу, поэтомуF w передается более короткой и достаточно жесткой распоркой 2 вточку Б. Здесь сила по элементу 3 передается в точку В. В этой точке усилие воспринимается подкрановыми балками 4, передающими силуF w на связевый блок в точку Г. Аналогично работают связи и на силы продольных воздействий крановF(рис. 9.16, б).
Элементы связей выполняются из уголков, швеллеров, прямоугольных и круглых труб. При большой длине элементов связи, воспринимающие небольшие усилия, рассчитываются по предельной гибкости, которая для сжатых элементов связей ниже подкрановой балки равна 210 - 60(-отношение фактического усилия в элементе связей к его несущей способности),выше - 200; для растянутых эти значения составляют соответственно 200 и 300.
Связи по покрытию (9.9).
Горизонтальные связи располагаются в плоскостях нижнего и верхнего поясов ферм и верхнего пояса фонаря. Горизонтальные связи состоят из поперечных и продольных (рис. 9.17 и 9.18).
Рис. 9.17. Связи между фермами: а - по верхним поясам ферм; б - по нижним поясам ферм; в - вертикальные; / - распорка в коньке; 2 - поперечные связевые фермы
Рис. 9.18. Связи между фонарями
Элементы верхнего пояса стропильных ферм сжаты, поэтому необходимо обеспечить их устойчивость из плоскости ферм. Ребра кровельных плит и прогоны могут рассматриваться как опоры, препятствующие смещению верхних узлов из плоскости фермы при условии, что они закреплены от продольных перемещений связями.
Необходимо обращать особое внимание на завязку узлов ферм в пределах фонаря, где нет кровельного настила. Здесь для раскрепления узлов верхнего пояса ферм из их плоскости предусматриваются распорки, причем такие распорки в коньковом узле фермы обязательны (рис. 9.19, б). Распорки прикрепляются к торцевым связям в плоскости верхних поясов ферм.
В процессе монтажа (до установки плит покрытия или прогонов) гибкость верхнего пояса из плоскости фермы не должка быть более 220. Если коньковая распорка не обеспечивает этого условия, между ней и распоркой в плоскости колонн ставится дополнительная распорка.
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, при этом нарушается нормальная их эксплуатация. Чрезмерные колебания каркаса создают неблагоприятные условия для работы кранов и сохранности ограждающих конструкций. Поэтому в однопролетных зданиях большой высоты (Н 0 > 18 м), в зданиях с мостовыми кранами грузоподъемностью (Q ≥ 10 т, с кранами тяжелого и весьма тяжелого режимов работы при любой грузоподъемности обязательна система продольных связей по нижним поясам ферм.
Рис. 9.19. Работа связей покрытия:
а - схема работы горизонтальных связей при действии внешних нагрузок; б и в"- то же, при условных силах от потери устойчивости поясов ферм; / - связи по нижним поясам ферм; 2 - то же, по верхним; 3 - распорка связей; 4 - растяжка связей; 5 - форма потери устойчивости или колебаний при отсутствии распорки (растяжки); 6 - то же, при наличии распорки.
Горизонтальные силы от мостовых кранов воздействуют в поперечном направлении на одну плоскую раму и две-три смежные. Продольные связи обеспечивают совместную работу системы плоских рам, вследствие чего поперечные деформации каркаса от действия сосредоточенной силы значительно уменьшаются (рис. 9.19, а).
Жесткость этих связей должна быть достаточной для того, чтобы вовлечь в работу соседние рамы, и их ширина назначается равной длине первой панели нижнего пояса фермы. Связи обычно устанавливают на болтах. Приварка связей увеличивает их жесткость в несколько раз.
Прилегающие к опорам панели нижнего пояса ферм, особенно при жестком сопряжении ригеля с колонной, могут быть сжатыми, в этом случае продольные связи обеспечивают устойчивость нижнего пояса из плоскости ферм. Поперечные связи закрепляют продольные, а в торцах здания они необходимы и для восприятия ветровой нагрузки, направленной на торец здания.
Стойки фахверка передают ветровую нагрузку F w в узлы поперечной горизонтальной торцевой фермы, поясами которой служат нижние пояса торцевой и смежной с ней стропильных ферм (см. рис. 9.19, а). Опорные реакции торцевой фермы воспринимаются вертикальными связями между колоннами и передаются на фундамент (см. рис. 9.19). В плоскости нижних поясов также устраиваются промежуточные поперечные связи, расположенные в тех же панелях, что и поперечные связи по верхним поясам ферм.
Чтобы избежать вибрации нижнего пояса ферм вследствие динамического воздействия мостовых кранов, нужно ограничить гибкость растянутой части нижнего пояса из плоскости рамы. Для сокращения свободной длины растянутой части нижнего пояса приходится в некоторых случаях предусматривать растяжки, закрепляющие нижний пояс в боковом направлении. Эти растяжки воспринимают условную поперечную силу Q fic (рис. 9.19, в).
В длинных зданиях, состоящих из нескольких температурных блоков, поперечные связевые фермы по верхним и нижним поясам ставят у каждого температурного шва (как у торцов), имея в виду, что каждый температурный блок представляет собой законченный пространственный комплекс.
Вертикальные связи между фермами устанавливают в тех же осях, в которых размещают горизонтальные поперечные связи (см. рис. 9.20, в). Вертикальные связи располагают в плоскости стоек стропильных ферм в пролете и на опорах (при опирании стропильных ферм в уровне нижнего пояса). В пролете устанавливают одну-две вертикальные связи по ширине пролета (через 12- 15 м). Вертикальные связи придают неизменяемость пространственному блоку, состоящему из двух стропильных ферм и горизонтальных поперечных связей по верхнему и нижнему поясам ферм. Стропильные фермы обладают незначительной боковой жесткостью, поэтому на монтаже их закрепляют к жесткому пространственному блоку распорками.
При отсутствии горизонтальных поперечных связей по верхним поясам для обеспечения жесткости пространственного блока и закрепления верхних поясов из плоскости вертикальные связи устанавливают через 6 м (рис. 9.20, д).
Рис. 9.20. Схемы систем связей по покрытию:
а - крестовые связи при 6-метровом шаге рам; б - связи с треугольной решеткой; в и г - то же, при 12-метровом шаге рамы; д - комбинация горизонтальных связей по нижним поясам ферм с вертикальными связями; I,II- связи соответственно по верхним и нижним поясам ферм
Сечения элементов связей зависят от их конструктивной схемы и шага стропильных ферм. Для горизонтальных связей при шаге ферм 6 м применяют крестовую или треугольную решетку (рис. 9.20, а, б). Раскосы крестовой решетки работают только на растяжение, а стойки - на сжатие. Поэтому стойки обычно проектируют из двух уголков крестового сечения, а раскосы - из одиночных уголков. Элементы треугольной решетки могут быть как сжаты, так и растянуты, поэтому их проектируют обычно из гнутых профилей. Треугольные связи несколько тяжелее крестовых, но монтаж их проще.
При шаге стропильных ферм 12 м диагональные элементы связей, даже в крестовой решетке, получаются весьма тяжелыми. Поэтому систему связей проектируют так, чтобы наиболее длинный элемент был не более 12 м, этими элементами поддерживают диагонали (рис. 9.20, в). На рис. 9.20, г показана схема связей, где диагональные элементы вписываются в квадрат размером 6 м и опираются на продольные элементы длиной 12 м, служащие поясами связевых ферм. Эти элементы приходится делать составного сечения или из гнутых профилей.
Вертикальные связи между фермами и фонарями лучше всего выполнять в виде отдельных транспортабельных ферм, что возможно, если их высота будет менее 3900 мм. Различные схемы вертикальных связей показаны на рис. 9.20, е.
На рис. 9.19 показаны знаки усилий, возникающих в элементах связей покрытия при определенном направлении ветровой нагрузки, местных горизонтальных усилий и условных поперечных сил. Многие элементы связей могут быть сжаты или растянуты. В этом случае их сечение подбирается по худшему случаю - по гибкости для сжатых элементов связей.
Распорки в коньке верхнего пояса ферм (элемент 3 на рис. 9.19, б) обеспечивают устойчивость верхнего пояса из плоскости ферм как во время эксплуатации, так и при монтаже. В последнем случае они прикреплены только к одной поперечной связи, сечение их подбирается исходя из сжатия.
От воздействия внешней нагрузки, приложенной к узлам фермы, в её элементах появляются сжимающие и растягивающие усилия. В этом случае верхний пояс работает на сжатие, а нижний — на рас-тяжение. Элементы решетки в зависимости от характера и направле-ния действующей нагрузки могут работать как на сжатие, так и на растяжение. При этом сжимающие усилия создают опасность поте-ри устойчивости конструкции. Потеря устойчивости верхнего пояса может происходить в двух плоскостях: в плоскости фермы и из ее плоскости. В первом случае потеря устойчивости происходит за счет выпучивания между узлами фермы (по длине панели). Во втором случае потеря устойчивости возникает между точками пояса, закреп-ленными от смещения в горизонтальном направлении. Устойчивость фермы из ее плоскости является значительно меньшей по сравнению с устойчивостью в ее плоскости, что очевидно из-за того, что длина одной панели значительно меньше длины сжатого пояса.
Отдельная стропильная ферма является балочной конструкци-ей, обладающей очень малой боковой жесткостью. Для того чтобы обеспечить пространственную жесткость сооружения из плоских ферм, они должны быть раскреплены связями, образующими со-вместно с фермами геометрически неизменяемые пространствен-ные системы, обычно решетчатые параллелепипеды (рис. ниже).
Кроме обеспечения пространственной неизменяемости, систе-ма связей должна обеспечивать устойчивость сжатых поясов в на-правлении, перпендикулярном плоскостям раскрепляемых ферм (из плоскости фермы), воспринимать горизонтальные нагрузки и со-здавать условия для высококачественного и удобного монтажа со-оружения.
Связи по конструкциям покрытия здания располагают:
- в плоскости верхних поясов ферм — горизонтальные попереч-ные связевые фермы 1 и продольные элементы — распорки 2 между ними (рис. ниже);
- в плоскости нижних поясов ферм — горизонтальные попереч-ные и продольные связевые фермы 3 и распорки 2 (рис. ниже);
- между фермами — вертикальные связи 4 (рис. ниже).
Связи по покрытию
Горизонтальные связи в плоскости верхних (сжатых) поясов ферм обязательны во всех случаях. Они состоят из раскосов и сто-ек, образующих совместно с поясами стропильных ферм горизон-тальные связевые фермы с крестовой решеткой. Горизонтальные связи располагают между крайними парами ферм в торцах здания (или в торцах температурного отсека), но не реже, чем через 60 м.
Для связи между верхними поясами промежуточных стропиль-ных ферм ставят специальные распорки над опорами и у коньково-го узла при пролете ферм до 30 м; при больших пролетах добавля-ют промежуточные распорки для того, чтобы расстояние между ними не превышало 12 м. Горизонтальные связи по верхним по-ясам ферм обеспечивают устойчивость сжатых поясов из плоско-сти фермы во время монтажа: в этот период расчетная длина таких поясов равна расстоянию между распорками. В процессе эксплуа-тации здания смещению верхних узлов из плоскости фермы пре-пятствуют ребра кровельных плит или прогоны, но только при ус-ловии, что они закреплены от продольных смещений связями, рас-положенными в плоскости кровли.
Горизонтальные связи по нижним поясам ферм устанавливают в зданиях с крановым оборудованием.
Они состоят из поперечных и продольных связевых ферм и рас-порок. В зданиях с кранами легкого и среднего режима работы час-то ограничиваются только поперечными связевыми фермами, рас-полагаемыми между нижними поясами соседних ферм по торцам здания (или температурного отсека). Если длина здания или отсека велика, то устанавливают дополнительную поперечную связевую ферму, чтобы расстояние между такими фермами не превышало 60 м. Ширину продольной связевой фермы обычно принимают рав-ной опорной панели нижнего пояса стропильной фермы.
Горизонтальные связевые фермы воспринимают горизонталь-ные нагрузки от ветра и торможения (поперечного и продольного) кранов.
Стропильные фермы обладают незначительной боковой жест-костью, поэтому процесс монтажа без их предварительного взаим-ного раскрепления невозможен. Эту функцию выполняют верти-кальные связи между фермами, располагающиеся в плоскости опор-ных стоек ферм и в плоскости средних стоек (в фермах пролетом до 30 м) или стоек, ближайших к коньковому узлу, но не реже, чем че-, рез 12 м. Чаще всего вертикальные связи проектируют с крестовой решеткой, но при шаге ферм 12 м может быть применена и тре-угольная решетка. Средние стойки стропильных ферм, к которым прикрепляют вертикальные связи, проектируют крестового сечения.
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)
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 по покрытию включают вертикальные связи между фермами, горизонтальные связи по верхним и по нижним поясам ферм. Связи по верхним поясам устраиваем для того, чтобы воспринять часть ветровой нагрузки и предотвратить от выпучивания сжатые стержни верхних поясов. Поперечные связевые фермы устраиваем в торцах и в середине здания. Связи по нижним поясам устанавливаем для восприятия ветровых и крановых нагрузок продольного и поперечного направления. Связь ферм представляет собой пространственный блок с прикрепленными к нему смежными стропильными фермами. Смежные фермы по верхним и нижним поясам соединены горизонтальными связями ферм, а по стойкам решетки – вертикальными связями ферм.
Нижние пояса ферм соединяются поперечными и продольными горизонтальными связями: первые фиксируют вертикальные связи и растяжки, за счет чего уменьшается уровень вибрации поясов ферм; вторые служат опорами верхних концов стоек продольного фахверка и равномерно распределяют нагрузки на соседние рамы. Верхние пояса ферм соединяются горизонтальными поперечными связями в виде распорок или прогонов для сохранения запроектированного положения ферм.
Связи между колоннами производственных зданий
Связи колонн обеспечивают поперечную устойчивость металлической конструкции здания и его пространственную неизменяемость. Связи колонн и стоек являются вертикальными металлоконструкциями и конструктивно представляют собой распорки или диски, которые формируют систему продольных рам. Распорки соединяют колонны в горизонтальной плоскости. Распорки представляют собой продольные балочные элементы. Внутри связей колонн различают связи верхнего яруса и связи нижнего яруса колонн. Связи верхнего яруса располагают выше подкрановых балок, связи нижнего яруса, соответственно, ниже балок. Основными функциональными назначениями нагрузок двух ярусов являются способность передачи ветровой нагрузка на торец здания с верхнего яруса через поперечные связи нижнего яруса на подкрановые балки. Верхние и нижние связи также способствуют удерживанию конструкции от опрокидывания в процессе монтажа. Связи нижнего яруса к тому же передают нагрузки от продольного торможения кранов на подкрановые балки, что обеспечивает устойчивость подкрановой части колонн. В основном в процессе возведения металлоконструкций здания используются связи нижних ярусов.
Системы связи каркасов производственных зданий
Для соединения конструктивных элементов каркаса служат металлические связи. Они воспринимают основные продольные и поперечные нагрузки и передают их на фундамент. Металлические связи также равномерно распределяют нагрузки между фермами и рамами каркаса для сохранения общей устойчивости. Важным их назначением является противодействие горизонтальным нагрузкам, т.е. ветровым нагрузкам. Связи колонн обеспечивают поперечную устойчивость металлической конструкции здания и его пространственную неизменяемость. Внутри связей колонн различают связи верхнего яруса и связи нижнего яруса колонн. Связи верхнего яруса располагают выше подкрановых балок, связи нижнего яруса, соответственно, ниже балок. Основными функциональными назначениями нагрузок двух ярусов являются способность передачи ветровой нагрузка на торец здания с верхнего яруса через поперечные связи нижнего яруса на подкрановые балки. Верхние и нижние связи также способствуют удерживанию конструкции от опрокидывания в процессе монтажа. Связи нижнего яруса к тому же передают нагрузки от продольного торможения кранов на подкрановые балки, что обеспечивает устойчивость подкрановой части колонн. В основном в процессе возведения металлоконструкций здания используются связи нижних ярусов. Для придания пространственной жесткости конструкции здания или сооружения металлические фермы также соединяются связями. Смежные фермы по верхним и нижним поясам соединены горизонтальными связями ферм, а по стойкам решетки – вертикальными связями ферм. Нижние пояса ферм соединяются поперечными и продольными горизонтальными связями: первые фиксируют вертикальные связи и растяжки, за счет чего уменьшается уровень вибрации поясов ферм; вторые служат опорами верхних концов стоек продольного фахверка и равномерно распределяют нагрузки на соседние рамы. Поперечные связи объединяют верхние пояса фермы в единую систему и становятся «замыкающей гранью». Распорки как раз предотвращают смещение ферм, а поперечные горизонтальные фермы связи предотвращают от смещения распорки.
Прогоны сплошного сечения
Сплошные прогоны применяют при шаге ферм не более 6 м н в зависимости от назначения имеют различное расчетное сечение. Сплошные прогоны изготовляются по разрезной и неразрезной схемам. Чаще всего используют разрезные схемы из-за их свойства упрощать монтаж, однако неразрезная схема тоже обладает положительными отличительными свойствами, к примеру, при неразрезной схеме расходуется меньше стали на сами прогоны.
Прогоны, расположенные на скате, с учётом кровли с большим уклоном всегда работают на изгиб в двух плоскостях. Устойчивость прогонов достигается за счёт крепления кровельных плит или за счёт присоединения настила к прогонам, с учётом всех сил трения между ними. Прогоны принято крепить к поясам ферм, используя коротыши из уголков и гнутые элементы из листовой стали.
Решетчатые прогоны
В качестве прогонов применяют прокатные или холодногнутые швеллеры, при шаге ферм более 6 м - решетчатые прогоны. Простой и наиболее легкой конструкцией решетчатого прогона является прутково-шпренгельный прогон с решеткой и нижним поясом из круглой стали. Недостаток такого прогона в сложности контроля сварных швов в узлах сопряжения прутков решетки с нижним поясом, а также в необходимости аккуратной транспортировки и монтажа.
Верхний пояс решетчатых прогонов в случае его большой жесткости из плоскости прогона следует рассчитывать на совместное действие осевого усилия и изгиба только в плоскости прогона, а в случае малой жесткости верхнего пояса из плоскости прогона необходимо рассчитывать верхний пояс на совместное действие осевого усилия и изгиба как в плоскости прогона, так и в перпендикулярной к ней плоскости. Гибкость верхнего пояса решетчатых, прогонов не должна превышать 120, а элементов решетки-150. Верхний пояс этого прогона состоит из двух швеллеров, а элементы решётки – из одиночного гнутого швеллера. Обычно раскосы фиксируются к верхнему поясу с помощью дуговой или контактной сварки.
Решетчатые прогоны рассчитывают как фермы с неразрезным верхним поясом, который всегда работает на сжатие с изгибом в одной или в двух плоскостях, в то время как другие элементы испытывают продольные усилия.