Что такое связи на конструкцию. Вертикальные связи для обеспечения жесткости зданий. Единая модульная система в строительстве
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.
Система связей в покрытиях производственных зданий
Связи в покрытиях предназначены для обеспечения пространственной жесткости, устойчивости и неизменяемости каркаса здания, для восприятия горизонтальных ветровых нагрузок, действующих на торцы здания и фонари, горизонтальных тормозных усилий от мостовых опорных и подвесных кранов и передачи их на элементы каркаса.
Связи подразделяются на горизонтальные (продольные и поперечные) и вертикальные . Система связей зависит от высоты здания, величины пролета, шага колонн, наличия мостовых кранов и их грузоподъемности. Кроме того, конструкция всех видов связей, необходимость их установки, местоположение в покрытии определяется расчетом в каждом конкретном случае и зависит от вида несущих конструкций покрытия.
В данном разделе рассмотрены примеры устройства системы связей в покрытиях с плоскостными несущими конструкциями из металла, железобетона и дерева.
Связи в покрытиях с металлическими плоскостными несущими конструкциями
Система связей в покрытиях зданийс металлическимифермами зависит от типа ферм, шага стропильных конструкций, условий района строительства и других факторов. Она состоит из горизонтальных связей в плоскости верхних и нижних поясов стропильных ферм и вертикальных связей между фермами.
Горизонтальные связи по верхним поясам стропильных ферм чаще всего предусматривают только при наличии фонарей и располагают в подфонарном пространстве.
Горизонтальные связи в плоскости нижних поясов стропильных ферм предусмотрены двух типов. Связи первого типа состоят из поперечных и продольных связевых ферм, распорок и растяжек. Связи второго типа состоят только из поперечных связевых ферм, распорок и растяжек.
Поперечные связевые фермы располагают в торцах температурного отсека здания. При длине температурного отсека более 96 м устанавливают промежуточные поперечные связевые фермы через каждые 42-60 м.
Продольные горизонтальные связевые фермы по нижним поясам стропильных ферм для связей первого типа располагают в одно-, двух - и трехпролетных зданиях вдоль крайних рядов колонн. В зданиях с количеством пролетов более трех продольные связевые фермы располагают также и вдоль средних рядов колонн с таким расчетом, чтобы расстояние между смежными связевыми фермами не превышало двух-трех пролетов.
Связи первого типа являются обязательными в зданиях:
а) с мостовыми опорными кранами, требующими устройства галерей для прохода вдоль крановых путей;
б) с подстропильными фермами;
в) с расчетной сейсмичностью 7 - 9 баллов;
г) с отметкой низа стропильных конструкций более 24 м, (для однопролетных зданий - более 18 м);
д) в зданиях с кровлей по железобетонным плитам, оборудованных мостовыми опорными кранами общего назначения грузоподъемностью более 50 т при шаге ферм 6 м и грузоподъемностью более 20 т при шаге ферм 12 м;
е) в зданиях с кровлей по стальному профилированному настилу –
в одно - и двухпролетных зданиях, оборудованных мостовыми опорными кранами грузоподъемностью более 16 т и в зданиях с количеством пролетов более двух с мостовыми опорными кранами грузоподъемностью более 20 т.
В остальных случаях должны применяться связи второго типа , при этом при шаге стропильных ферм 12 м и наличии стоек продольного фахверка вдоль колонн крайних рядов следует предусматривать продольные связевые фермы.
Вертикальные связи располагают в местах размещения поперечных связевых ферм по нижним поясам стропильных ферм на расстоянии 6 (12) м друг от друга.
Монтажные крепления связей к конструкциям покрытия принимаются на болтах или на сварке в зависимости от величины силовых воздействий. Элементы связей разработаны из горячекатаных и гнутосварных профилей.
На рисунках 5.2.1 – 5.2.10 приведены схемы расположения связей в покрытии с фермами из парных уголков. Связи в покрытиях с применением широкополочных тавров, широкополочных двутавров и круглых труб решаются аналогично. Конструктивное решение вертикальных связей пролетом 6 и 12 м приведены на рисунке 5.2.11, 5.2.12
Связи в покрытии с фермами из замкнутых гнутосварных профилей типа «Молодечно» приведены на рисунках 5.2.13 - 5.2.16.
За основу неизменяемости покрытия в горизонтальной плоскости принят сплошной диск, образованный профилированным настилом, закрепленным по верхним поясам ферм. Настил развязывает верхние пояса ферм из плоскости по всей длине и воспринимает все горизонтальные силы, передающиеся на покрытие.
Нижние пояса ферм развязаны из плоскости вертикальными связями и распорками, которые передают все усилия с нижнего пояса ферм на верхний диск покрытия. Вертикальные связи устанавливаются через 42 – 60 м по длине температурного отсека.
В зданиях с конструкциями покрытия типа «Молодечно» с уклоном верхнего пояса 10% расположение вертикальных связей и распорок аналогично приведенному на рисунках 5.2.14 - 5.2.16. Вертикальная связь в этом случае выполняется V-образной пролетом 6 м (рис. 5.2.11).
Рис.5.2.5. Схемы расположения вертикальных связей в покрытиях
с применением профилированного настила
(разрезы обозначены на рис. 5.2.1, 5.2.2)
Рис.5.2.8. Схема расположения вертикальных связей в покрытиях с применением железобетонных плит
Вертикальные размеры
Н о ≥ Н 1 + Н 2 ;
Н 2 ≥ Н к + f + d;
d = 100 мм;
Полная высота колонны
Размеры фонаря:
· H ф = 3150 мм.
Горизонтальные размеры
< 30 м, то назначаем привязку а = 250 мм.
< h в = 450 мм.
где В 1 =300 мм по прил. 1
· 
< h н = 1000 мм.
-
- связей фонаря;
- связей фахверка.
3. 
Сбор нагрузок на раму.
3.1.1.
Нагрузки на подкрановую балку.
Подкрановая балка пролетом 12 м под два крана грузоподъемностью Q = 32/5 т. Режим работы кранов – 5К. Пролет здания 30 м. Материал балки С255: R y = 250 МПа = 24 кН/см 2 (при толщине t≤ 20 мм); R s = 14 кН/см 2 .
Для крана Q = 32/5 т среднего режима работы по прил. 1 наибольшее вертикальное усилие на колесе F k n = 280кН; вес тележки G Т = 85кН; тип кранового рельса - КР-70.
Для кранов среднего режима работы поперечное горизонтальное усилие на колесе, для кранов с гибким подвесом кранов:
Т n = 0,05*(Q + G Т)/n о = 0,05(314+ 85)/2= 9,97 кН,
где Q – номинальная грузоподъемность крана, кН; G т – вес тележки, кН; n о – число колес с одной стороны крана.
Расчетные значения усилий на колесе крана:
F к = γ f * k 1* F k n =1,1*1*280= 308 кН;
Т к = γ f *k 2 *Т n = 1,1*1*9,97 = 10,97 кН,
где γ f = 1,1 - коэффициент надежности по крановой нагрузке;
k 1 , k 2 =1 - коэффициенты динамичности, учитывающий ударный характер нагрузки при движении крана по неровностям пути и на стыках рельсов, табл. 15.1 .
Таблица
| Номер нагрузки | Нагрузки и комбинации усилий | Ψ 2 | Сечения стойки | ||||||||||||||||||||||
| 1 - 1 | 2 - 2 | 3 - 3 | 4 - 4 | ||||||||||||||||||||||
| M | N | Q | M | N | M | N | M | N | Q | ||||||||||||||||
| Постоянная | -64,2 | -53,5 | -1,4 | -56,55 | -177 | -6 | -177 | +28,9 | -368 | -1,4 | |||||||||||||||
| Снеговая | -67,7 | -129,9 | -3,7 | -48,4 | -129,6 | -16 | -129,6 | +41,5 | -129,6 | -3,7 | |||||||||||||||
| 0,9 | -60,9 | -116,6 | -3,3 | -43,6 | -116,6 | -14,4 | -116,6 | +37,4 | -116,6 | -3,3 | |||||||||||||||
| D max | на левую стойку | +29,5 | -34,1 | +208,8 | -464,2 | -897 | +75,2 | -897 | -33,4 | ||||||||||||||||
| 0,9 | +26,5 | -30,7 | +188 | -417,8 | -807,3 | +67,7 | -807,3 | -30,1 | |||||||||||||||||
| 3 * | на правую стойку | -99,8 | -31,2 | +63,8 | -100,4 | -219 | +253,8 | -219 | -21,9 | ||||||||||||||||
| 0,9 | -90 | -28,1 | +57,4 | -90,4 | -197,1 | +228,4 | -197,1 | -19,7 | |||||||||||||||||
| Т | на левую стойку | ±8,7 | ±16,2 | ±76,4 | ±76,4 | ±186 | ±16,2 | ||||||||||||||||||
| 0,9 | ±7,8 | ±14,6 | ±68,8 | ±68,8 | ±167,4 | ±14,6 | |||||||||||||||||||
| 4 * | на правую стойку | ±60,5 | ±9,2 | ±12 | ±12 | ±133,3 | ±9 | ||||||||||||||||||
| 0,9 | ±54,5 | ±8,3 | ±10,8 | ±10,8 | ±120 | ±8,1 | |||||||||||||||||||
| Ветровая | слева | ±94,2 | +5,8 | +43,5 | +43,5 | -344 | +35,1 | ||||||||||||||||||
| 0,9 | ±84,8 | +5,2 | +39,1 | +39,1 | -309,6 | +31,6 | |||||||||||||||||||
| 5 * | справа | -102,5 | -5,5 | -39 | -39 | +328 | -34,8 | ||||||||||||||||||
| 0,9 | -92,2 | -5 | -35,1 | -35,1 | +295,2 | -31,3 | |||||||||||||||||||
| +M max N соот | Ψ 2 = 1 | № нагрузок | - | 1,3,4 | - | 1, 5 * | |||||||||||||||||||
 усилия
| - | - | - | +229 | -177 | - | - | +787 | -1760 | ||||||||||||||||
| Ψ 2 = 0,9 | № нагрузок | - | 1, 3, 4, 5 | - | 1, 2, 3 * , 4, 5 * | ||||||||||||||||||||
| усилия | - | - | - | +239 | -177 | - | - | +757 | -682 | ||||||||||||||||
| -M ma N соот | Ψ 2 = 1 | № нагрузок | 1, 2 | 1, 2 | 1, 3, 4 | 1, 5 | |||||||||||||||||||
| усилия | -131,9 | -183,1 | -105 | -306,6 | -547 | -1074 | -315 | -368 | |||||||||||||||||
| Ψ 2 = 0,9 | № нагрузок | 1, 2, 3 * , 4, 5 * | 1, 2, 5 * | 1, 2, 3, 4, 5 * | 1, 3, 4 (-), 5 | ||||||||||||||||||||
| усилия | -315,1 | -170,1 | -52,3 | -135 | -294 | -542 | -1101 | -380 | -1175 | ||||||||||||||||
| N ma +M соот | Ψ 2 = 1 | № нагрузок | - | - | - | 1, 3, 4 | |||||||||||||||||||
| усилия | - | - | - | - | - | - | - | +264 | -1265 | ||||||||||||||||
| Ψ 2 = 0,9 | № нагрузок | - | - | - | 1, 2, 3, 4, 5 * | ||||||||||||||||||||
| усилия | - | - | - | - | - | - | - | +597 | -1292 | ||||||||||||||||
| N mi -M соот | Ψ 2 = 1 | № нагрузок | 1, 2 | 1, 2 | 1, 3, 4 | - | |||||||||||||||||||
| усилия | -131,9 | -183,1 | -105 | -306,6 | -547 | -1074 | - | - | |||||||||||||||||
| Ψ 2 = 0,9 | № нагрузок | 1, 2, 3 * , 4, 5 * | 1, 2, 5 * | 1, 2, 3, 4, 5 * | - | ||||||||||||||||||||
| усилия | -315,1 | -170,1 | -52,3 | -135 | -294 | -472 | -1101 | - | - | ||||||||||||||||
| N mi -M соот | Ψ 2 = 1 | № нагрузок | 1, 5 * | ||||||||||||||||||||||
| усилия | +324 | -368 | |||||||||||||||||||||||
| N mi +M соот | Ψ 2 = 0,9 | № нагрузок | 1, 5 | ||||||||||||||||||||||
| усилия | -315 | -368 | |||||||||||||||||||||||
| Q ma | Ψ 2 = 0,9 | № нагрузок | 1, 2, 3, 4, 5 * | ||||||||||||||||||||||
| усилия | -89 | ||||||||||||||||||||||||
3.4. Расчет ступенчатой колонны производственного здания.
3.4.1. Исходные данные:
Сопряжение ригеля и колонны – жесткое;
Расчетные усилия указаны в таблице,
Для верхней части колонны
в сечении 1-1 N = 170 кН, М = -315кНм, Q = 52 кН;
в сечении 2-2: М = -147 кНм.
Для нижней части колонны
N 1 = 1101 кН, М 1 = -542 кНм (изг. момент догружает подкрановую ветвь);
N 2 = 1292 кН, М 2 = +597 кНм (изг. момент догружает наружную ветвь);
Q max = 89кН.
Соотношение жесткостей верхней и нижней частей колонны I в /I н = 1/5;
материал колонны – сталь марки С235, бетон фундамента класса В10;
коэффициент надежности по нагрузке γ n =0,95.
База наружной ветви.
Требуемая площадь плиты:
А пл.тр = N в2 /R ф = 1205/0,54 = 2232 см 2 ;
R ф = γR б ≈ 1,2*0,45 = 0,54 кН/см 2 ; R б = 0,45 кН/см 2 (бетон В7,5) табл. 8.4..
По конструктивным соображениям свес плиты с 2 должен быть не менее 4 см.
Тогда В ≥ b к + 2с 2 = 45 + 2*4 = 53 см, принимаем В = 55 см;
L тр = А пл.тр /В = 2232/55 = 40,6 см, принимаем L = 45 см;
А пл. = 45*55 = 2475 см 2 > А пл.тр = 2232 см 2 .
Среднее напряжение в бетоне под плитой:
σ ф = N в2 /А пл. = 1205/2475 = 0,49 кН/см 2 .
Из условия симметричного расположения траверс относительно центра тяжести ветви, расстояние между траверсами в свету равно:
2(b f + t w – z o) = 2*(15 + 1,4 – 4,2) = 24,4 см; при толщине траверсы 12 мм с 1 = (45 – 24,4 – 2*1,2)/2 = 9,1 см.
· Определяем изгибающие моменты на отдельных участках плиты:
участок 1 (консольный свес с = с 1 = 9,1 см):
М 1 = σ ф с 1 2 /2 = 0,49*9,1 2 /2 = 20 кНсм;
участок 2 (консольный свес с = с 2 = 5 см):
М 2 = 0,82*5 2 /2 = 10,3 кНсм;
участок 3 (плита, опертая на четыре стороны): b/а = 52,3/18 = 2,9 > 2, α = 0,125):
М 3 = ασ ф а 2 = 0,125*0,49*15 2 = 13,8 кНсм;
участок 4 (плита, опертая на четыре стороны):
М 4 = ασ ф а 2 = 0,125*0,82*8,9 2 = 8,12 кНсм.
Принимаем для расчета М max = М 1 = 20 кНсм.
· Требуемая толщина плиты:
t пл = √6М max γ n /R y = √6*20*0,95/20,5 = 2,4 см,
где R y = 205 МПа = 20,5 кН/см 2 для стали Вст3кп2 толщиной 21 – 40 мм.
Принимаем t пл = 26 мм (2 мм – припуск на фрезеровку).
Высоту траверсы определяем из условия размещения шва крепления траверсы к ветви колонны. В запас прочности все усилие в ветви передаем на траверсы через четыре угловых шва. Сварка полуавтоматическая проволокой марки Св – 08Г2С, d = 2 мм, k f = 8 мм. Требуемая длина шва определяется:
l w .тр = N в2 γ n /4k f (βR w γ w) min γ = 1205*0,95/4*0,8*17 = 21 см;
l w < 85β f k f = 85*0,9*0,8 = 61 см.
Принимаем h тр = 30см.
Проверка прочности траверсы выполняется так же, как для центрально-сжатой колонны.
Расчет анкерных болтов крепления подкрановой ветви (N min =368 кН; М=324 кНм).
Усилие в анкерных болтах:F a =(М- N y 2)/ h о =(32400-368*56)/145,8=81кН.
Требуемая площадь сечения болтов из стали Вст3кп2: R ва =18,5 кН/см 2 ;
А в.тр = F a γ n / R ва =81*0,95/18,5=4,2 см 2 ;
Принимаем 2 болта d=20 мм, А в.а =2*3,14=6,28 см 2 . Усилие в анкерных болтах наружной ветви меньше. Из конструктивных соображений принимаем такие же болты.
3.5. Расчет и конструирование стропильной фермы.
Исходные данные.
Материал стержней ферм – сталь марки C245 R = 240 МПа = 24 кН/см 2 (t ≤ 20 мм), материал фасонок – C255 R = 240 МПа = 24 кН/см 2 (t ≤ 20 мм);
Элементы ферм выполняются из уголков.
Нагрузка от массы покрытия (за исключением веса фонаря):
g кр ’ = g кр – γ g g фон ′ = 1,76 – 1,05*10 = 1,6 кН/м 2 .
Массу фонаря, в отличие от расчета рамы, учитываем в местах фактического опирания фонаря на ферму.
Масса каркаса фонаря на единицу площади горизонтальной проекции фонаря g фон ’ = 0,1 кН/м 2 .
Масса бортовой стенки и остекления на единицу длины стенки g б.ст = 2 кН/м;
d-расчетная высота, принимается расстояние между осями поясов (2250-180=2,07м)
Узловые силы (а):
F 1 = F 2 = g кр ’ Вd = 1,6*6*2= 19,2 кН;
F 3 = g кр ’ Вd + (g фон ’ 0,5d + g б.ст)В = 1,6*6*2 + (0,1*0,5*2 + 2)*6 = 21,3 кН;
F 4 = g кр ’ В(0,5d + d) + g фон ’ В(0,5d + d) = 1,6*6*(0,5*2 + 2) + 0,1*6*(0,5*2 + 2) = 30,6 кН.
Опорные реакции: . F Ag = F 1 + F 2 +F 3 +F 4 /2=19,2+19,2+21,3+30,6/2=75 кН.
S = S g m= 1,8 m.
Узловые силы:
1–й вариант снеговой нагрузки (б)
F 1s = F 2s =1,8*6*2*1,13=24,4 кН;
F 3s = 1,8*6*2*(0,8+1,13)/2=20,8 кН;
F 4s = 1,8*6*(2*0,5+2)*0,8=25,9 кН.
Опорные реакции: . F As = F 1s + F 2s +F 3s +F 4s /2=2*24,2+20,8+25,9/2=82,5 кН.
2–й вариант снеговой нагрузки (в)
F 1 s ’ = 1,8*6*2=21,6 кН;
F 2 s ’ = 1,8*6*2*1,7=36,7 кН;
F 3 s ’ = 1,8*6*2/2*1,7=18,4 кН;
Опорные реакции: . F′ As = F 1 s ’ + F 2 s ’ + F 3 s ’ =21,6+36,7+18,4=76,7 кН.
Нагрузка от рамных моментов (см. таблицу)(г).
Первая комбинация
(сочет. 1, 2, 3* ,4, 5*): М 1 max =-315 кНм; сочет. (1, 2, 3, 4*, 5):
М 2соотв = -238 кНм.
Вторая комбинация (без учета снеговой нагрузки):
М 1 =-315-(-60,9)=-254 кНм; М 2соотв = -238-(-60,9)=-177 кНм.
Расчет швов.
| № стержня | Сечение | [N], кН | Шов по обушку | Шов по перу | ||||
| N об, кН | K f , см | l w , см | N п, кН | k f , см | l w , см | |||
| 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 | 125х80х8 50х5 50х5 50х5 50х5 | 282 198 56 129 56 | 0,75N = 211 0,7N = 139 39 90 39 | 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 | 11 8 3 6 9 | 0,25N = 71 0,3N = 60 17 39 17 | 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 | 6 6 3 4 3 |
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.
1. Металлические конструкции. под ред. Ю.И. Кудишина Москва, изд. ц. «Академия», 2008г.
2. Металлические конструкции. Учебник для вузов /Под ред. Е. И. Беленя. – 6-е изд. М.: Стройиздат, 1986. 560 с.
3. Примеры расчета металлических конструкций. Под редакцией А. П. Мандриков. – 2-е изд. М.: Стройиздат, 1991. 431 с.
4. СНиП II-23-81 * (1990). Стальные конструкции. – М.; ЦИТП Госстроя СССР, 1991. – 94 с.
5. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. – М.; ЦИТП Госстроя СССР, 1989. – 36 с.
6. СНиП 2.01.07-85 * . Дополнения, Раздел 10. Прогибы и перемещения. – М.; ЦИТП Госстроя СССР, 1989. – 7 с.
7. Металлические конструкции. Учебник для вузов/Под ред. В. К. Файбишенко. – М.: Стройиздат, 1984. 336 с.
8. ГОСТ 24379.0 – 80. Фундаментные болты.
9. Методические указания по курсовым проектам «Металлические конструкции» Морозова 2007г.
10. Проектирование металлических конструкций производственных зданий. Под ред. А.И. Актуганов 2005г.
Вертикальные размеры
Проектирование каркаса одноэтажного производственного здания начинаем с выбора конструктивной схемы и ее компоновки. Высота здания от уровня пола до низа строительной фермы Н о:
Н о ≥ Н 1 + Н 2 ;
где Н 1 – расстояние от уровня пола до головки кранового рельса по заданию Н 1 =16 м;
Н 2 – расстояние от головки кранового рельса до низа строительных конструкций покрытия, рассчитываемые по формуле:
Н 2 ≥ Н к + f + d;
где Н к – высота мостового крана; Н к =2750 мм по прил. 1
f – размер, учитывающий прогиб конструкции покрытия в зависимости от величины пролета, f = 300 мм;
d - зазор между верхней точкой тележки крана и строительной конструкцией,
d = 100 мм;
Н 2 = 2750 +300 +100 = 3150 мм, принято – 3200 мм (т.к. Н 2 принимается кратным 200мм)
H о ≥ Н 1 + Н 2 = 16000 + 3200= 19200 мм, принято – 19200 мм (т.к. Н 2 принимается кратным 600мм)
Высота верхней части колонны:
· Н в = (h б + h р) + Н 2 = 1500 + 120 + 3200 = 4820 мм., окончательно размер уточним после расчета подкрановой балки.
Высота нижней части колонны, при заглублении базы колонны на 1000 мм ниже пола
· Н н = H о - Н в + 1000 = 19200 - 4820 + 1000 = 15380 мм.
Полная высота колонны
· H = Н в + Н н = 4820+ 15380 = 20200 мм.
Размеры фонаря:
Принимаем фонарь шириной 12 м с остеклением в один ярус высотой 1250 мм, высотой борта 800 мм и карниза 450 мм.
Н фн. = 1750 +800 +450 =3000 мм.
· H ф = 3150 мм.
Конструктивная схема каркаса здания представлена на рисунке:
Горизонтальные размеры
Так как шаг колонн 12 м, грузоподъемность 32/5 т, высота здания < 30 м, то назначаем привязку а = 250 мм.
· h в = а + 200= 250 + 200 = 450мм
· h в min = Н в /12 = 4820/12 = 402мм < h в = 450 мм.
Определим значение величины l 1:
· l 1 ≥ В 1 + (h в - а) + 75 = 300 + (450-250) + 75 = 575 мм.
где В 1 =300 мм по прил. 1
Принимаем l 1 = 750 мм (кратный 250 мм).
Ширина сечения нижней части колонны:
· h н = l 1 +а = 750 + 250= 1000мм.
· h н min = Н н /20 = 15380/20 = 769мм< h н = 1000 мм.
Сечение верхней части колонны назначаем сплошностенчатым двутавровым, нижней – сплошной.
Связи стального каркаса производственного здания
Пространственная жесткость каркаса и устойчивость каркаса и отдельных его элементов обеспечивается путем постановки системы связей:
Связей между колоннами (ниже и выше подкрановой балки), необходимые для обеспечения устойчивости колонн из плоскостей рам, восприятия и передачи на фундаменты нагрузок, действующих вдоль здания (ветровых, температурных) и фиксацию колонн во время монтажа;
- связей между фермами: а) горизонтальные поперечные связи по нижним поясам ферм, воспринимающие нагрузку от ветра, действующую на торец здания; б) горизонтальные продольные связи по нижним поясам ферм; в) горизонтальные поперечные связи по верхним поясам ферм; г)вертикальные связи между фермами;
- связей фонаря;
- связей фахверка.
3. Расчетно-конструктивная часть.
Сбор нагрузок на раму.
3.1.1. Расчетная схема поперечной рамы.
За геометрические оси ступенчатых колонн принимаются линии, проходящие через центры тяжести верхней и нижней частей колонны. Несовпадение центров тяжестей дает эксцентриситет «е 0 », который вычисляем:
е 0 =0,5*(h н - h в)=0,5*(1000-450)=0,275м
Конструкция связей, устанавливаемых в покрытии, зависит от схемы и материала каркаса, типа покрытия, высоты здания, вида крана, его грузоподъемности и режима работы.
Вертикальные связи между опорами железобетонных ферм или балок покрытия ставят только в зданиях с плоской кровлей, причем в зданиях без подстропильных конструкций связи располагают в каждом ряду колонн, а с такими конструкциями — только в крайних рядах колонн при шаге 6 м.
Вертикальные связи между опорами ферм или балок ставят не чаще, чем через один шаг. Их количество при длине температурного блока 60—72 At на каждый ряд колонн может быть не более 5 при шаге 6 м и не более 3 при шаге 12 м. На рис. 69, а показаны четыре такие связи.
При наличии вертикальных связей между опорами ферм или балок покрытия или связей между колоннами (в зданиях без кранов) по верху колонн ст."шяг распорки (рис. 69, а, в).
В зданиях с шагом колонн в средних и крайних рядах 12 м предусматривают горизонатальные фермы в торцах - по две в каждом пролёте на температурный блок. Эти фермы ставят на уровне нижнего пояса стропильных ферм (рис. 69, в). В зданиях с подстропильными конструкциями в средних рядах колонн устраивают горизонтальные распорки в количестве 2—4 на один ряд колонн температурного блока (рис. 69, б).
Рис. 69. Связи в покрытиях при железобетонных фермах
В зданиях с мостовыми кранами тяжелого режима работы или при наличии оборудования, вызывающего колебания конструкций, по нижнему поясу стропильных ферм или балок в середине каждого пролета устанавливают распорки (тяжи) и вертикальные связи в двух крайних шагах температурного блока. Роль горизонтальных связей по верхнему поясу ферм или балок выполняют крупнопанельные плиты покрытия.
В пролетах с фонарями для обеспечения устойчивости верхнего пояса стропильных ферм устанавливают распорки (тяжи) по коньку ферм и горизонтальные связи по их верхнему поясу в пределах ширины фонаря в крайних (или вторых) шагах температурного блока.
В покрытиях с прогонами в крайних шагах температурных блоков по всей их ширине под прогонами устраивают горизонтальные связи крестовой схемы.
Вертикальные и горизонтальные связи делают в большинстве случаев из уголков и крепят к железобетонным конструкциям с помощью косынок (рис. 69, г, д). Тяжи изготовляют из круглой стали, а распорки, работающие на сжатие,— из железобетона.
Система связей покрытия в зданиях со стальным каркасом состоит из горизонтальных связей в плоскости нижних и верхних поясов стропильных ферм и вертикальных связей между фермами.
Горизонтальные связи по нижним поясам стропильных ферм располагают как поперек здания (поперечные горизонтальные), так и вдоль его (продольные горизонтальные). Поперечные горизонтальные связи по нижним поясам устанавливают у торцов и у температурных швов здания. При температурных блоках длиной 120—150 м и при кранах большой грузоподъемности предусматривают также промежуточные связе-вые фермы через каждые 60 м.
Продольные горизонтальные связи располагают по крайним панелям нижних поясов стропильных ферм и устраивают в зданиях с кранами Q>10T и в зданиях с подстропильными фермами.
В однопролетных зданиях такие связи располагают вдоль обоих рядов колонн, а в многопролетных — вдоль крайних рядов колонн и через ряд вдоль средних рядов (при кранах грузоподъемностью до 50 7) или более часто (при грузоподъемности кранов более 50 Т).
Вдоль средних рядов колонн при одинаковой высоте смежных пролетов продольные связи рекомендуется располагать с одной стороны колонн, а в мечтах ш"ропала высот — с обеих сторон ряда колонн.
Боковую жёсткость нижних поясов ферм, расположенных в промежутке между двумя поперечными связевыми фермами почивают специальными растяжками из уголков, закрепленными за узлы связевых ферм. Схема разбивки поперечных и продольных связей по нижним поясам ферм показана на рис. 70, а.
Горизонтальные поперечные связи по верхним поясам ферм обеспечивают устойчивость верхних поясов ферм из их плоскости, и ставят их в покрытиях с прогонами. В панельных покрытиях указанные связи предусматривают только в торцах здания и у температурных швов. В промежутках между поперечными связевыми фермами боковая устойчивость верхних поясов ферм обеспечивается прогонами, а на участках под фонарями — растяжками из уголков. Поперечные связи по верхним и нижним поясам ферм рекомендуется совмещать в плане.
Рис. 70. Связи в покрытиях при стальных фермах
При наличии подстропильных ферм в однопролетных покрытиях без прогонов и в многопролетных покрытиях, расположенных в одном уровне, предусматривают продольные горизонтальные связи в плоскости верхних поясов в одной из крайних панелей ферм. В случае перепада высот смежных пролетов предусматривают по одной продольной системе в каждом уровне.
Вертикальные связи покрытия располагают в плоскостях опорных стоек стропильных ферм, в плоскости коньковых стоек, для ферм пролетом до 30 м, а также в плоскости стоек, находящихся под узлом крепления наружных ног фонаря для ферм пролетом более 30 м. Вертикальные связи делают в виде ферм с параллельными поясами, имеющими высоту, равную высоте стоек, к которым связи крепят.
Связи по прогонам в виде ферм жесткости, распорок и тяжей обеспечивают проектное положение прогонов, повышают устойчивость и облегчают работу прогонов на скатную составляющую вертикальных нагрузок и воспринимают ветровые усилия.
Все типы связевых ферм выполняют из уголков с перекрестной решеткой, распорки также из уголков, а тяжи — из круглой стали. Крепят связи на черных болтах, в зданиях же с кранами большой грузоподъемности и тяжелого режима работы, а также в случае значительных усилий в элементах связей — на монтажной сварке и реже — на заклепках или чистых болтах. Некоторые детали крепления связей приведены на рис. 70, б — г.
Связи – это важные элементы стального каркаса, которые необходимы для:
1.обеспечения неизменяемости пространственной системы каркаса и устойчивость его сжатых элементов.
2.восприятия и передачи на фундаменты некоторых нагрузок (ветровых, горизонтальных от кранов).
3.обеспечения совместной работы поперечных рам при местных нагрузках (например, крановых).
4.создания жесткости каркаса, необходимой для обеспечения нормальных условий эксплуатации.
Связи подразделяют на связи между колоннами и связи между фермами (связи шатра).
Система связей между колоннами обеспечивает о время эксплуатации и монтажа геометрическую неизменяемость каркаса и его несущую способность в продольном направлении, а также 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 включены две колонны, подкрановая балка, горизонтальные распорки и решетка, обеспечивающая при шарнирном соединении всех элементов диска геометрическую неизменяемость. Решетка чаще всего проектируется крестовой, элементы которой работают на растяжение при любом направлении сил, передаваемых на диск, и треугольной, элементы которой работают на растяжение и сжатие. Схема решетки выбирается так, чтобы её элементы было удобно крепить к колоннам (углы между вертикалью и элементов решетки близки к 45°). При больших шагах колонн в нижней части колонны целесообразно устройство диска в виде двухшарнирной решетчатой рамы, а в верхней – использования подстропильной фермы. Распорки и решетка при малых высотах сечения колонн располагаются в одной плоскости, а при больших высотах – в двух плоскостях. На связевые диски передаются крутящие моменты, и поэтому при расположении вертикальных связей в двух плоскостях они соединяются горизонтальными решетчатыми связями.
При размещении жестких дисков вдоль здания нужно учитывать возможность перемещения колонн при температурных деформациях продольных элементов (рис.11.6, а). Если поставить диски по торцам здания (рис 11.6, б), то во всех продольных элементах (подкрановые конструкции, подстропильные фермы, распорки связей) возникают чрезмерные температурные усилия .
Поэтому при небольшой длине здания (температурного блока) ставится вертикальная связь в одной панели (рис 11.7, а). При большой длине здания (или блока) для колонн в торцах возрастают неупругие перемещения за счет податливости креплений продольных элементов к колоннам. Расстояние от торца до диска ограничивается с целью закрепления колонн, расположенных близко к торцу, от потери устойчивости. В этих условиях вертикальные связи ставят в двух панелях (рис 11.7, б), причем расстояние между осями должны быть такими, чтобы усилие не были очень велики.
По торцам здания крайние колонны иногда соединяются между собой гибкими верхними связями (рис 11.7, а). Верхние торцевые связи также делают в виде крестов (рис 11.7, б).
Верхние вертикальные связи следует размещать не только в торцевых панелях здания, но и в панелях, примыкающих к температурным швам, так как это повышает продольную жесткость верхней части каркаса; кроме того, в процессе возведения цеха каждый температурный блок может в течение некоторого времени представлять собой самостоятельный конструктивный комплекс.
Вертикальные связи между колоннами ставят по всем рядам колонн здания; располагать их следует между одними и теми же осями.
Связи, устанавливаемые в пределах высоты ригелей в связевом блоке и торцевых шагах, проектируют в виде самостоятельных ферм, в остальных местах ставят распорки.
Продольные элементы связей в точках крепления к колоннам обеспечивают несмещаемость этих точек из плоскости поперечной рамы (рис 11.8, а). Эти точки в расчетной схеме колонны (рис 11.8, б) могут приняты шарнирными опорами. При большой высоте нижней части колонны бывает целесообразна установка дополнительной распорки (рис 11.8, в, которая закрепляет нижнюю часть колонны посередине ее высоты и сокращает расчетную длину колонны (рис 11.8, г).
При большой длине элементов связи, воспринимающие небольшие усилия, рассчитываются по предельной гибкости.
Связи по покрытию.
Связи между фермами, создавая общую пространственную жесткость каркаса обеспечивают: устойчивость сжатых элементов ригеля из плоскости ферм; перераспределение местных нагрузок, приложенных к одной из рам; удобство монтажа: заданную геометрию каркаса; восприятие и передачу на колонны некоторых нагрузок.
Система связей покрытия состоит из горизонтальных и вертикальных связей. Горизонтальные связи располагаются в плоскостях нижнего, верхнего поясов ферм и верхнего пояса фонаря. Горизонтальные связи состоят из поперечных и продольных (рис.11.10, 11.11)
Элементы верхнего пояса стропильных ферм сжаты, поэтому необходимо обеспечить их устойчивость из плоскости ферм.
Для закрепления плит и прогонов от продольных смещений устраиваются поперечные связи по верхним поясам ферм, которые целесообразно располагать в торцах цеха с тем, чтобы они обеспечивали пространственную жесткость покрытия. При большой длине здания или температурного блока (более 144м) устанавливаются дополнительные поперечные связевые фермы. Это уменьшает поперечные перемещения поясов ферм, возникающие вследствие податливости связей.
Особое внимание обращают 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. Распорки прикрепляются к торцовым связям в плоскости верхних 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. Поэтому в однопролетных зданиях большой высоты (), в зданиях с мостовыми кранами и весьма тяжелого режима работы при любой грузоподъемности обязательна система связей по нижним поясам ферм.
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.
В длинных зданиях, состоящих из нескольких температурных блоков, поперечные связевые фермы по верхним и нижним поясам ставят у каждого температурного шва, имея ввиду что каждый температурный блок представляет собой законченный пространственный каркас. Стропильные фермы обладают незначительной боковой жесткостью, поэтому необходимо устраивать вертикальные связи между фермами, располагающиеся в плоскости вертикальных стоек стропильных ферм(рис 11.10, в).
При опирании опорного нижнего узла стропильных на оголовок колонны сверху вертикальные связи необходимо располагать также по опорным стойкам ферм.
В многопролетных цехах связи по верхним поясам ферм и вертикальные ставятся во всех пролетах, а горизонтальные по нижним поясам – по контуру здания и некоторым средним рядам колонн через 60-90м по ширине здания(рис 11.13). В зданиях имеющих перепады по высоте, продольные связевые фермы ставят и вдоль этих перепадов.
Конструктивная схема связей зависит главным образом от шага стропильных ферм. Для горизонтальных связей пи шаге ферм 6м обычно применяют крестовую решетку, раскосы которой работают только на растяжение(рис 11.14, а), а также могут применяться фермы с треугольной решеткой(рис 11.14, б) – здесь раскосы работаю как на сжатие, так и на растяжение. При шаге 12м диагональные элементы связей, даже работающие только на растяжение, получаются слишком тяжелыми, поэтому систему связей проектируют так, чтобы наиболее длинный элемент был не более 12м, и эти элементы поддерживают диагонали.
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. Для выполнения этих функций необходимы 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 включены две колонны, подкрановая балка, горизонтальные распорки и решетка, обеспечивающая при шарнирном соединении всех элементов диска геометрическую неизменяемость. Решетка часто проектируется крестовой (элементы ее работают на растяжение при любом направлении сил) и треугольной (элементы работают на растяжение, сжатие). При больших шагах колонн в нижней части колонны целесообразно устройство диска в виде двухшарнирной решетчатой рамы, а в верхней – подстропильной фермы. Распорки и решетки при малых высотах сечения колонн располагаются в одной плоскости, а при больших высотах – в двух плоскостях. На связевые диски передаются крутящие моменты, и поэтому при расположении вертикальных связей в двух плоскостях они соединяются горизонтальными решетчатыми связями. При размещении жестких дисков (связевых блоков) вдоль здания нужно учитывать возможность перемещения колонн при температурных деформациях продольных эл-ов. Если поставить диски по торцам здания, о во всех продольных эл-х (подкрановые констр., подстропильные ферм распорки связей) возникают значительные температурные усилия. Поэтому при небольшой длине здания ставится вертикальная связь в одной панели. При большой длине здания для колонн в торцах возрастают неупругие перемещения за счет податливости креплений продольных эл-ов к колоннам. Расстояние от торца до диска ограничивается с целью закрепления колонн, расположенных близко к торцу, от потери устойчивости. В этих случаях связи ставятся в двух панелях, причем расстояние между их осями должно быть таким, чтобы усилия не были очень велики. Предельные расстояния м/у дисками ставятся от возможных перепадов t и установлены нормами. По торцам здания крайние колонны иногда соединяют м/у собой гибкими верхними связями. Делают их в виде крестов, что целесообразно с точки зрения монтажных условий и однотипности решений. Верхние вертикальные связи следует размещать не только в торцевых панелях здания, но и в панелях, примыкающих к температурным швам, т.к. это повышает продольную жесткость верхней части каркаса. Вертикальные связи устанавливают по всем рядам колонн здания, располагают м/у одними и теми же осями. При проектировании связей по средним рядам колон в подкрановой части следует иметь в виду, что иногда нужно иметь свободное пространство между колонными, тогда конструируют портальные связи. В горячих цехах с неразрезными подкрановыми балками или тяжелыми подкраново-подстропильными фермами целесообразно предусматривать специальные конструктивные мероприятия: уменьшение длины температурных блоков. Связи, кроме условных поперечных сил, воспринимают ветровую нагрузку, направленную на торец здания и от продольных воздействий мостовых кранов. Ветровая нагрузка на торец здания воспринимается стойками торцевого фахверка и частично передается на связи по нижнему поясу ферм. Связи шатра передают эту силу в ряды колонн.
