Монтаж горизонтальных связей между балками. Вертикальные связи по колоннам. Единая модульная система в строительстве
1. горизонтальные поперечные связи по нижним поясам ферм размещаются в торцах температурного блока при шаге колонн крайнего и среднего ряда 12 м. При длине блока более 144 м. дополнительно устраивают в середине блока. Образуются путем объединения нижних поясов 2-х соседних стропильных ферм с помощью решетки. В результате они выполняют совместно функции: воспринимают от стоек торцового фахверка ветровую нагрузку и передают ее на связи между колоннами и далее на фундамент, а также предотвращают перемещения вертикальных связей и растяжки между нижними поясами ферм. Распорки между нижними поясами ферм- закрепляют эти пояса от смещения, тем самым сокращая расчетную длину из плоскости фермы, уменьшает вибрации нижних поясов ферм.
2. горизонтальные продольные связи по нижним поясам ферм служат опорами для верхних концов стоек продольного фахверка; при действии крановых нагрузок вовлекают в работу соседние рамы, уменьшая поперечные деформации и избегая заклинивания мостовых кранов. Эти связи обязательны в однопролетных зданиях большой высоты, с тяжелыми мостовыми кранами, при наличии продольного фахверка. Распорки обеспечивают проектное положение ферм в процессе монтажа, ограничивают гибкость ферм из их плоскости. Роль распорок выполняют прогоны, которые закреплены от смещения.
3. горизонтальные поперечные связи по верхним поясам ферм по конструкциям и схемам размещения аналогичны связям по нижним поясам. Служат от смещения распорок по верхним поясам ферм. От них можно отказаться, если между соседними стропильными фермами блока установить вертикальные связи и через них обеспечит крепление распорок к поперечным связям по нижним поясам ферм.
4. 4. вертикальные связи между опорами ферм или балок ставят только в зданиях с плоской кровлей, причем в зданиях без подстропильных конструкций размещаются в каждом ряду колонн, а с подстропильными конструкциями – только в крайних рядах колонн при шаге 6 м. Ставят не чаще, чем через один шаг. При длине температурного блока 60-72 м на каждый ряд колонн их должно быть не более 5 при шаге 6 м и не более 3 при шаге 12 м. при наличии этих связей по верху колонн ставят распорки.
Единая модульная система в строительстве
Типизация в строительстве осуществляется на основе Единой Модульной Системы. Это правила по которым назначаются и согласуются между собой размеры зданий и конструкций.
Размеры по правилам ЕМС назначают по базе модуля. Основной модуль (М) равен 100 мм. При выборе размеров для зданий, конструкций пользуются укрупненным модулем: 6000 мм = 60М; 7200 мм = 72М. Дробный модуль применяют для назначения сечений конструкций: 50 мм = ½М.
ЕМС - единая модульная система, представляющая собой свод правил, которые координируют размеры объемно-планировочных и конструктивных частей строительных объектов и размеры сборных модулей и оборудования.
МКРС - модульная координация размеров в строительстве. Стандарт, применение которого при проектировании зданий позволяет унифицировать размеров строительных конструкций и объемно-планировочные размеры зданий. Данный стандарт предполагает унификацию следующих параметров: высоты этажей (Н0), шагов (В0) и пролетов (L0).
ЕМС основана на принципе кратности размеров. Размер любого из элементов здания должен быть кратен величине, называемой модулем. В системе ЕМС принят модуль в 100 миллиметров, который в технической документации обозначается буквой М. Соответственно, размеры крупных элементов конструкций будут обозначаться как производные от модуля. Например, 6000 мм - 60 М, 3000 мм - 30 М и так далее. Мелкие элемент обозначаются как дробные о т модуля: 50 мм - ½ М, 20 мм - 1/5 М.
15 основа планировки промзданий
Промышленные здания подразделяются по двум видам планировки:
раздельные (отдельно стоящие) здания , планировка которых хотя и дает конструктивную простоту и высокий уровень индустриальности в производстве зданий, однако отличается такими недостатками, как большая площадь застройки, большая протяженность инженерных и транспортных сетей, невозможность организации поточного производства, значительные энергозатраты на отопление помещений;
сплошные (сблокированные) здания , которые представляют собой
многопролетные корпуса большой площади (до 30...35 тыс. кв.м).Сплошная планировка обеспечивает многовариантную расстановку технологического оборудования, уменьшение площади завода на 30…40 %, снижение стоимости строительства на 10…15 %, сокращение длины инженерных и транспортных коммуникаций, сокращение периметра наружных стен на 50 % со снижением расходов на эксплуатацию. Однако недостатками сплошных зданий являются удорожание естественного освещения, затрудненный водоотвод с покрытий, усложнение путей передвижения транспорта и персонала. Блокировать цеха целесообразно в тех случаях, когда смежные производства не требуется разделять капитальными стенами и при этом не ухудшаются условия технологии производства и труда рабочих.
Планировка промышленных зданий сопровождается зонированием в пределах объема производственных зданий, помещений, участков и зон, выделяемых по признакам однотипности технологии, уровню производственной вредности, уровню пожаро- и взрывоопасности, направленности транспортных и людских потоков, по перспективам расширения и переоснащения.
На выбор этажности промышленного здания влияют:
технология производства;
климатические условия района;
требования к застройке (городская, периферийная);
характер отведенного участка (свободный, стесненный рельеф);
достоинства и недостатки.
Одноэтажные здания имеют следующие достоинства :
простое объемно-планировочное решение;
склонность к унификации и блокированию;
снижение стоимости 1 кв. м на 10 % по сравнению со стоимостью многоэтажных зданий;
облегчение установки технологического оборудования;
упрощение путей грузовых потоков и использование горизонтального транспорта;
равномерное освещение рабочих мест естественным светом через фонари;
обеспечение естественного воздухообмена.
Недостатками одноэтажных зданий являются:
большая площадь застройки;
большая протяженность инженерных и транспортных сетей;
повышенные расходы на благоустройство территории;
большая площадь наружных ограждающих конструкций и в результате значительные расходы на отопление.
Многоэтажные здания лишеныбольшинства недостатков одноэтажных зданий и рациональны по применению, особенно при нагрузках до 10 кН/кв. м.
К основным недостаткам многоэтажных зданий относятся:
потребность в вертикальном транспорте;
повышенная стоимость;
ограничение по ширине при необходимости естественного освещения (ширина не более 24 м);
высокий удельный вес подсобных помещений.
Температурный блок.
Для ограничения усилий, возникающих в конструкциях от перепада температур, здание разрезается температурно-деформационными швами на отсеки (температурные блоки), размеры которых зависят от материала каркаса, теплового режима здания и климатических условий района строительства. Эти размеры определяются расчетом.
Продольные и поперечные температурно-деформационные швы указаны синим и красным цветами соответственно.
Для железобетонного и смешанного каркаса длина температурного блока А ≤ 72 м – если в здании по длине присутствуют неразрезные элементы (например, подкрановые балки). Для бескрановых зданий нормами разрешено увеличивать А до 144 м. Однако, если в здании есть подвесное оборудование (монорельс и т.п.) длина температурного блока не должна превышать 72 м. Допускается А увеличивать до 280 м, но при этом высота строения не должна превышать 8,4 м.
Ширина температурного блока Б не должна быть больше 90-96 м.
В особых климатических районах и для неотапливаемых помещениях длину температурного блока А назначают по инструкциям, привязанным к местным климатическим условиям.
В стальных каркасах зданий с мостовыми кранами А ≤ 120 м, в бескрановых зданиях А ≤ 240 м, а Б ≤ 210 м. В зданиях с кранами большой грузоподъемности (Q до 4500 кН) или при тяжелом или особо тяжелом режиме их работы А не должна превышать 96 м.
Температурный шов
Прежде всего, необходимо разобраться с понятием температурного шва и выполняемой им функции. Тактемпературный шов представляет собой сквозную прорезь в стене здания или его кровельной плите. Для каждого здания выполняется несколько таких прорезей, в результате чего оно разделяется на несколько независимых блоков. В результате каждый из этих блоков может свободно деформироваться, что не приводит к образованию трещин в плитах. Дело в том, что деформационные швы и представляют собой своего рода искусственные трещины, которые оформлены таким образом, чтобы не создавать каких-либо проблем при эксплуатации здания. Ширина деформационного шва определяет величину, в пределах которой возможно изменение линейных размеров каждого из блоков. Точнее будет сказать наоборот, ширина температурного шва должна выбираться, исходя из возможной величины деформаций.
Проектирование температурных швов является одной из важнейших стадий строительства здания. При этом необходимо, в первую очередь, определить длину каждого из блоков, на которые стены разбиваются деформационными швами, а также ширину швов. Любые деформационные швы, в том числе и температурные, устраиваются в тех зонах, где концентрируются напряжения, вызываемые соответствующими деформациями. При этом длина блоков должна быть такой, чтобы каждый из них мог подвергаться температурным деформациям без потери конструктивной жесткости и без разрушения. Поэтому для определения данного параметра учитывается целый ряд факторов, к числу которых относятся тип стенового материала, конструктивные особенности, средние температуры в летний и зимний период, характерные для региона строительства.
Важной особенностью температурных швов является то, что они устраиваются только на высоту надземной части строения, в то время как некоторые другие деформационные швы, например осадочные, устраиваются на всю высоту здания до подошвы фундамента. Это связано с тем, что фундамент здания в значительно меньшей степени подвержен перепадам температуры и не нуждается в специальной защите
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 - 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.
Вертикальные связи, как наиболее экономичные конструкции, в большинстве случаев надежно обеспечивают жесткость зданий со стальным каркасом.1.1. Со статической точки зрения они являются защемленными в земле изгибаемыми консольными балками.
1.2. В узких вертикальных связях возникают значительные усилия, а сами стержни претерпевают большие деформации по длине, что способствует большим деформациям фасада при малом шаге колонн.
1.4. Жесткость узких ветровых связей может быть повышена объединением их с наружными колоннами.
1.5. Такое же действие оказывает высокая горизонтальная балка (например, в техническом этаже высотного здания). Она уменьшает перекос верхнего ригеля фахверка и отклонение здания от вертикали.
Расположение вертинальных связей в плане
В плане вертикальные связи необходимы в двух направлениях. Сплошные или решетчатые вертикальные связи внутри здания препятствуют свободному использованию помещений; их располагают внутри стен или перегородок с небольшим числом проемов.2.1. Вертикальные связи окружают лестничную клетку.
2.2. Здание с тремя поперечными связями и одной продольной связью. При узком ядре жесткости в высоких зданиях обеспечение жесткости целесообразно по схемам 1 .4 или 1.5.
2.3. Поперечные связи в безоконных торцовых стенах экономны и эффективны; продольная связь в одном пролете между двумя внутренними колоннами.
2.4. Вертикальные связи расположены в наружных стенах. Таким образом, вид здания находится в прямой зависимости от конструкций.
2.5. Высотное здание с квадратным планом и вертикальными связями между четырьмя внутренними колоннами. Необходимая жесткость в обоих направлениях обеспечивается применением схем 1.4 или 1.5.
2.6. В высотных домах с квадратным или близким к квадратному планом расположение связей в наружных стенах позволяет получить особенно рентабельные строительные конструкции.
Расположение связей в каркасе
3.1. Все связи расположены друг над другом.3.2. Вертикальные связи отдельных этажей не лежат друг над другом, а взаимно смещены. Междуэтажные перекрытия передают горизонтальные усилия от одной вертикальной связи к другой. Жесткость каждого этажа должна быть обеспечена в соответствии с расчетом.
3.3. Решетчатые связи вдоль наружных стен, участвующие в передаче вертикальных и горизонтальных нагрузок.
Влияние вертикальных связей на основание
Колонны здания, как правило, являются одновременно элементами вертикальных связей. Они испытывают усилия от ветра и от нагрузки на перекрытия. Ветровая нагрузка вызывает в колоннах усилия растяжения или сжатия. Усилия в колоннах от вертикальных нагрузок всегда сжимающие. Для устойчивости здания нужно, чтобы в подошве всех фундаментов преобладали усилия сжатия, однако в некоторых случаях усилия растяжения в колоннах могут быть больше, чем усилия сжатия. В этом случае вес фундаментов учитывается как балласт.4.1. Угловые колонны воспринимают незначительные вертикальные нагрузки, однако при большом шаге связей усилия, возникающие в этих колоннах от ветра, также незначительны, а потому искусственной пригрузки угловых фундаментов обычно не требуется.
4.2. Внутренние колонны воспринимают большие вертикальные нагрузки, а из-за незначительной ширины ветровых связей и большие усилия от ветра.
4.3. Ветровые усилия такие же, как на схеме 4.2, но уравновешиваются небольшими вертикальными нагрузками благодаря наружным колоннам. Пригрузка фундаментов в этом случае необходима.
4.4. Пригрузка фундаментов необязательна, если наружные колонны стоят на высокой подвальной стене, которая в состоянии уравновесить силы растяжения от действия ветра.
5. Жесткость зданий в поперечном направлении обеспечивается с помощью решетчатых связей в безоконных торцовых стенах. Связи скрыты между наружной стеной и внутренней огнестойкой облицовкой. В продольном направлении здание имеет вертикальные связи в коридорной стене, но расположены они не друг над другом, а смещаются в разных этажах. - Ветеринарно-медицинский факультет в Западном Берлине. Архитекторы: д-р Люкхардт и Вандельт.
6. Жесткость каркаса обеспечивается в поперечном направлении решетчатыми дисками, которые проходят через оба корпуса здания, выходя наружу в промежутках между зданиями. Жесткость здания в продольном направлении обеспечена связями между внутренними рядами колонн. - Высотный дом «Феникс-Рейнрор» в Дюссельдорфе. Архитекторы: Хентрих и Петчниг.
7. Трехпролетное здание с шагом колонн в поперечном направлении 7; 3,5; 7 м. Между четырьмя расположенными попарно внутренними колоннами узкие поперечные связи, между двумя внутренними колоннами одного ряда - продольная связь. Вследствие незначительной ширины поперечных связей расчетные горизонтальные деформации от действия ветра очень велики. Поэтому во втором и пятом этажах в четырех связевых плоскостях установлены напрягаемые раскосы к наружным колоннам.
Напрягаемые стержни выполнены в виде поставленных на ребро стальных полос. Они предварительно напрягаются (напряжение контролируется тензометрами) настолько, что при действии ветра напряжение растянутого раскоса одного направления удваивается, а в другом направлении обращается почти в нуль. - Здание главной администрации фирмы «Беваг» в Западном Берлине. Архитектор проф. Баумгартен.
8. Здание имеет только наружные колонны. Балки перекрывают пролет 12,5 м, шаг наружных колонн 7,5 м. В высокой части ветровые связи расположены на всю ширину здания между наружными колоннами. Наружные колонны воспринимают большие нагрузки, что компенсирует растягивающие усилия от ветра. Фронтон высокой части здания выдается перед колоннами на 2,5 м. Расположенные в торцовых стенах связи продолжаются в пределах первого скрытого этажа между колоннами с передачей горизонтальных усилий от верхней связи к нижней по горизонтальной связи в нижнем междуэтажном перекрытии. Для передачи суммарных опорных усилий служит сплошная балка из стальных листов на высоту этажа, расположенная в техническом этаже между предпоследней и последней колоннами. Эта балка образует консоль до фронтонной стены. - Высотное здание телецентра в Западном Берлине. Архитектор Тепец. Конструктор дипл. инж. Трептов.
9. Обеспечение жесткости здания с помощью наружных связей, передающих часть вертикальных нагрузок промежуточным колоннам. Детали - Административное здание фирмы «Алкоа» в Сан-Франциско. Архитекторы: Скидмор, Оуингс, Меррил.
10. Обеспечение жесткости здания в поперечном направлении: в нижней части благодаря тяжелой железобетонной стене, в верхней части с помощью расположенных перед фасадом связей, которые смещаются в шахматном порядке. В каждом этаже по шесть связей. Стержни связей изготовлены из трубчатых профилей. Жесткость в продольном направлении обеспечена установкой фахверковых связей в средних рядах колонн. Детали - Жилой высотный дом на улице Крулебарб в Париже. Архитекторы: Альбер-Буало и Лябурдет.
Усилия от ветровой нагрузки, действующей на наружные стены, собираются в плоскостях перекрытий и покрытия и далее передаются к вертикальным элементам несущего каркаса. В большинстве случаев несущие конструкции перекрытий и покрытия образуют жесткие диски, способные передавать ветровые нагрузки с наружных стен на каркас здания. В противном случае требуется устройство специальных горизонтальных связей. В многоэтажных зданиях горизонтальные связи достаточно иметь в плоскости каждого второго или третьего перекрытия. Несущая способность колонн в большинстве случаев достаточна для восприятия ветровой нагрузки с грузовой площади высотой два-три этажа.
Плиты перекрытий могут выполнять функции горизонтальных ветровых связей только после того, как они приобретут требуемую прочность после бетонирования, поэтому на период монтажа каркаса необходимы временные связи, которые позднее могут быть сняты.
Ветровые связи необходимы не по всей площади покрытия или междуэтажного перекрытия, а размещение их должно быть таким, чтобы была обеспечена передача горизонтальных усилий на вертикальные связи.
1. Вертикальные связи расположены вокруг лестничной клетки в трех плоскостях. Горизонтальная связевая ферма в продольном направлении здания образована постановкой раскосов между рандбалками и поясом параллельно наружной стене. Поперечная горизонтальная связевая ферма образована между двумя балками перекрытия, служащими ее поясами.
2. Вертикальные связи в плоскостях торцовых стен и между двумя внутренними колоннами. Горизонтальная связевая ферма в продольном направлении здания образована между рандбалками и прогонами, идущими в плоскости вертикальных связей. Поясами поперечной связевой фермы служат две балки перекрытия.
3. Вертикальные связи в плоскостях торцовых стен и между двумя внутренними колоннами. Горизонтальная связевая ферма в продольном направлении здания образована между двумя рядами внутренних колонн (удачное решение при планировке центрально расположенного коридора).
Поперечная горизонтальная связевая ферма образована между двумя средними рядами балок перекрытия.
4. Горизонтальные связи в плоскости верхних поясов балок перекрытия и рандбалки Раскосы из уголков. Фасонка и головки болтов могут мешать укладке гофрированных листов настила.
5. Связи установлены в плоскости нижнего пояса балки перекрытия.
6. Крепление раскосов из уголков в узле примыкания рандбалки и балки перекрытия к колонне.
7. При отсутствии продольной балки, являющейся одновременно поясом связевой фермы, необходим дополнительный элемент (здесь один швеллер).
8. Крепление пересекающихся связевых стержней к балке перекрытия.
9. Если балки перекрытия лежат на прогонах, то наилучшим решением будет размещение связей в плоскости нижних поясов балок.
