Пространственные конструкции покрытий зданий.
Стержневые плиты. (структуры)
В современном строительстве получили распространение сетчатые системы регулярного строения, называемые структурными конструкциями или просто структурами. Структурные конструкции применяются главным образом в виде плоских покрытий (рис. 18.1) большепролетных общественных и произ-водственных зданий; реже они применяются в криволинейных покрытиях (сводах, куполах и т. п.). Плоские структуры представляют собой конструкции, образованные из различных систем перекрестных ферм (рис. 18.2).
Структуры, образованные из перекрестных ферм, идущих в трех направлениях (см. рис. 18.2, а), имеют статически неизменяемые кристаллы, могут работать на кручение и поэтому являются наиболее жесткими. Структуры, образованные из ферм, идущих в двух направлениях (см. рис. 18.2,6), имеют статически изменяемые кристаллы, они не работают на кручение и поэтому менее жестки. Структуру из ферм, идущих в двух направлениях, можно усилить диагоналями в угловых зонах (см. рис. 18.2, в).
Висячие покрытия с растянутыми изгибно-жёсткими элементами.
В таких покрытиях (рис. 19.2) гнутые двутавры — жесткие ванты, прикрепленные концами к наклонным пилонам, — работают под действием нагрузки на растяжение с изгибом, причем при действии равномерной нагрузки доля изгиба в напряжениях невелика. При действии неравномерной нагрузки жесткие ванты начинают сильно сопротивляться местному изгибу, чем значительно уменьшают деформативность всего покрытия. Деформации и усилия в ванте с неподвижными опорами,
расположенными на одном уровне, при действии равномерно распределенной нагрузки можно определить по формулам: а) прогиб середины пролета Δf = f — f0, где f — провес ванты под нагрузкой, определяется из уравнения. б) распор в ванте H=8/3 EA/l2-m1(f+f0) Δf+H0. в) изгибающий момент в середине пролета ванты M=(g+p)l2/8-Hf.
Висячие двухпоясные системы.
Две системы вант в покрытиях подобного типа (рис. 19.3,а): несущих, имеющих выгиб вниз, и стабилизирующих, имеющих выгиб вверх,— делают эту систему мгновенно-жесткой, способной восприни-мать нагрузки, действующие в двух различных направлениях (собственный вес покрытия и снег, действующие вниз, вызывают в несущей нити растяжение, а в стабилизирующей — сжатие и отсос ветра, действующий вверх, вызывает в нитях усилия обратного знака) независимо от жест-
жесткости кровли. Поэтому в большинстве покрытий данного типа применялась легкая кровля (обычно щитовая из оцинкованных металлических листов с утеплителем и гидроизоляцией). Чтобы обеспечить работоспособность гибких стабилизирующих вант покрытия, система предварительно напрягается, причем величина предварительного растяжения стабилизирующих вант должна быть больше
возможного сжатия в них же от временной нагрузки.
Конструктивные элементы каркаса (колонны, стыки колонн, базы колонн, ригели, узлы сопряжения ригелей с колоннами).
Типы сечений. При компоновке сечений колонн многоэтажных зданий нужно добиваться их максимальной компактности, Так как это позволяет увеличить полезную площадь помещений. При небольшой свободной длине колонн (в пределах этажа 3—4 м) и значительной площади сечения (нагрузка в нижних этажах достигает нескольких тысяч тонн) коэффициенты продольного изгиба получаются близкими к единице (гибкость 20—30) и, следовательно, по условию устойчивости се-
сечения не требуют развития.
Размещение и конструкция стыков. Колонны стыкуются на монтаже через два этажа. Для удобства монтажа стыки размещают на 0,5—1 м выше уровня междуэтажных перекрытий. Стяжными болтами, закрепляемыми в диафрагмах или в крепежных уголках, фиксируются взаимное положение монтажных элементов и закрепление колонн в процессе монтажа. При резком изменении сечений стыкуемых отправочных марок стык можно осуществлять через строганую плиту (рис. 20.7, б).
Базы колонн, как и стыки, проектируют с фрезерованными торцами (рис. 20.9). Фрезерованный торец колонны передает давление на строганую плиту. При монтаже торец колонны приваривают к плите. Опорные плиты устанавливают на фундаменте точно в проектное положение при помощи трех установочных винтов. Затем закрепляют анкерными болтами и подливают цементным раствором.
В рамных системах при передаче момента на фундамент необходимо устраивать траверсы и специальные анкерные крепления (рис. 20.9, г).
Вертикальные цилиндрические резервуары низкого давления (конструкция днищ, конструкция стенок, конструкция крыши).
Резервуары этого типа выполняются, как правило, наземными. Обычно их устанавливают на специально подготовленной песчаной подушке, покрытой гидрофобным слоем. Основными элементами такого резервуара являются стенка (корпус), днище и крыша (покрытие), выполняемые из листовой стали
(рис . 22.1). Эксплуатационное оборудование резервуара состоит из арматуры (устройства для налива, замера и выпуска жидкости, предохранительных клапанов) и приспособлений для очистки и осмотра
(лестниц, светового и замерного люков, лазов).
Так как днище резервуара, опертое на основание, от давления жидкости испытывает незначительные напряжения, его не рассчитывают толщину принимают по конструктивным соображениям с учетом
удобства и надежности выполнения сварных соединений и сопротивляемости коррозии (рис. 22.2).
Основная часть днища (полотнище) собирается из листов размером 1400X4200 мм и толщиной 4 мм для резервуаров объемом до 1000 м3 (D><15 м) и из листов размером 1500X6000 или 2000X8000 мм. Листы полотнища днища соединяются между собой по продольным кромкам внахлестку с перекрытием на 30—60 мм. Соединение средней части с окрайками осуществляется внахлестку.
Стенка резервуара состоит из ряда поясов высотой, равной ширине листа. Сопряжения листов в каждом поясе делаются встык. Пояса между собой могут соединяться встык или внахлестку в телескопическом или ступенчатом порядке (рис. 22.3). Сопряжение встык применяется только при изготовлении стенки на заводе. Сопряжение поясов внахлестку выполняется как при изготовлении на заводе, так и на монтаже. При сборке стенки из отдельных поясов на монтажьой площадке более удобным оказывается телескопическое расположение поясов, позволяющее наружные горизонтальные кольцевые швы делать в нижнем положении. В этом случае вертикальные швы на смежных поясах делаются вразбежку.
Крыши вертикальных цилиндрических резервуаров низкого давления могут иметь различные конструктивные формы. Для резервуаров объемом до 5 тыс. м3 применяется коническая щитовая кровля. Щиты состоят из каркасов, выполненных из прокатных или гнутых профилей, и обшивки из стальных листов толщиной 2,5—3 мм. Опираются щиты на стенку резервуара и центральную стойку, которая помещается внутри резервуара. На рис. 22.8 показаны общий вид типового резервуара, из-
изготовляемого методом рулонирования, со щитовой кровлей и схема его монтажа. Полотнище стенки такого резервуара навернуто на шахтную лестницу, а полотнище днища — на центральную стоику.
Вертикальные цилиндрические резервуары повышенного давления.
Резервуары повышенного давления применяются для хранения легкоиспаряющихся нефтепродуктов, например бензина. Для эффективной борьбы с потерями бензина в паровоздушной среде создается избыточное повышенное давление 10—70 кПа. В связи с этим необходимо специальное конструктивное оформление и прежде всего крыши резервуара, которая выполняется торосферической или сфероцилиндрической. Наиболее часто применяется сфероцилиндрическая крыша (рис. 22.16). К резервуарам повышенного давления относятся также изотермические резервуары для хранения при постоянной отрицательной температуре сжиженных газов, например жидкого аммиака (рис. 22.17).
Стенки и крыша двойные. Крыша внутреннего резервуара торосферическая, а наружного — сферическая. В промежутке между корпусами резервуара находится теплоизоляция: плиты из стекловаты между днищами крышами, изоляционные плиты на стенках, а остальное пространство
между вертикальными стенками заполняется перлитом плотностью около 200 кг/м3.
Горизонтальные цилиндрические резервуары.
Горизонтальные цилиндрические резервуары предназначены для хранения нефтепродуктов под избыточным давлением (до 0,2 МПа) и сжиженных газов (под давлением до 1,8 МПа и более). В таких
резервуарах при понижении температуры возможен вакуум (до 0,1 МПа). Объем габаритных резервуаров для нефтепродуктов — до 100 м3,для сжиженных газов — до 300 м3, толщина стенки 3—36 мм, диаметр 1,4— 4 м, длина 2—30 м. Достоинством габаритных горизонтальных резервуаров являются
простота конструктивной формы, поточное изготовление на заводах и перевозка в готовом виде, удобство надземной и подземной установки. К недостаткам относятся необходимость устройства специальных опор и сравнительная сложность замера продукта.
Сферические резервуары.
Сферические резервуары предназначены для хранения сжиженных газов под высоким избыточным внутренним давлением (до 250 кПа). Объем их колеблется от 600 до 4000 м3. Сферические резервуары более сложны в изготовлении, чем цилиндрические, при этом трудоемкость их изготовления определяется прежде всего принятой схемой раскроя сферы, которая принимается параллельно-меридиональной или меридиональной (рис. 22.21). Элементы оболочки (лепестки) толщиной до 36 мм вальцуют в холодном состоянии на шаровых вальцах, при большей толщине штампуют в горячем
состоянии на прессах. Сначала лепестки соединяются на прихватках и образуют сферу. Затем их сваривают автоматами с помощью специальных вращателей, которые позволяют выполнять сварные швы в нижнем положении. Все швы подвергают повышенным методам контроля качества. Сферические резервуары опираются на кольцевую опору или на систему стоек, выполняемых из труб или двутавров, причем опирание на стойки более целесообразно, так как обеспечивает большую свободу температурных деформаций. Число лепестков в экваториальном сечении должно быть кратным числу опорных стоек, их ширина (b, b\, b2) увязывается с размерами стандартных листов, а длина (а, аи а2)—с
периметром оболочки) с учетом припусков на обработку.
Общие сведения, классификация и назначение газгольдеров (газгольдеры переменного объёма).
1. Мокрые газгольдеры
Конструктивные особенности. Типовые мокрые газгольдеры имеют вместимость 100—30 000 м3 и состоят из вертикального цилиндрического резервуара, наполненного водой, одного или нескольких
промежуточных звеньев (телескопов), колокола, представляющего собой открытую снизу цилиндрическую оболочку с пологой сферической кровлей, и направляющих (рис. 23.1). Через дно резервуара под колокол подводят газопроводы для подачи и расходования газа. Непроницаемость
соединения соседних звеньев газгольдера обеспечивается гидравлическими затворами в виде двух кольцевых желобов, входящих один в другой. При наполнении газгольдера газом колокол поднимается, зачерпывает воду из резервуара своим желобом, захватывает им верхний желоб телескопа и т. д., после чего колокол с телескопами поднимается до своего верхнего положения.
2. Сухие газгольдеры
Конструктивные особенности. Сухие газгольдеры применяют в случае, когда хранимые газы имеют высокую концентрацию (до 99,9 % и выше) и не допускают увлажнения (этилен, пропилен и т.д.). Объем газгольдеров колеблется от 10 до 600 тыс. м3. Конструкция их состоит из цилиндрической оболочки с плоским днищем, покоящимся на песчаной подушке, и сферической кровли из листов толщиной 3 мм, которые крепятся к каркасу из радиально расположенных гнутых швеллеров (рис. 23.2).
Внутри газгольдера размещается специальная конструкция в виде шайбы, перемещающейся под давлением газа наподобие поршня. Шайба имеет несущий каркас и наружную обшивку из листовой стали.
Башни (общая характеристика, основы конструирования и расчёта).
Первая в нашей стране радиобашня высотой 160 м, построенная в Москве в 1921 г. по проекту В. Г. Шухова, запроектирована в виде пяти сопряженных гиперболоидов вращения. Все ее элементы выполнены из швеллеров (других, более подходящих для этой цели профилей в то время не оказалось). Началом массового строительства радиобашен можно считать 30-е годы. Для изготовления конструкций тогда применялись уголки. Позднее на основе результатов широко поставленных научных исследований
была доказана целесообразность использования для высотных сооружений труб.
В массовом строительстве наиболее распространены решетчатые четырехгранные башни пирамидальной формы Трехгранные башни применяют, когда высота их и масса технологического оборудования невелики, мноюгранные, наоборот, — при большой нагрузке от оборудования и значительной высоте сооружения. В башнях с поясами из труб наиболее рациональной является крес-
крестовая решетка с предварительно напряженными раскосами из круглой стали При поясах из уголков и других прокатных профилей широко используются треугольная и ромбическая решетки со шпренгельным заполнением, необходимым для уменьшения расчетной длины
Усилия в башне определяются как в пространственной статически определимой системе Внутренне статически неопределимыми являются системы с крестовой решеткой, при расчете которых необходимо учиты-вать силы предварительного натяжения раскосов Для упрощения расчета башня расчленяется на участки по 10—20 м В основании каждого участка определяют усилия М, Q и Мкр как в консольной балке —от действия каждой из нагрузок Продольная сила сжатия Ncat в любом из поясов башни, имеющей в сечении форму правильного «-угольника (рис 26 7), определяется по формуле
Nсж=-2∑Mlcosφl/nrlcosαl-∑Pl/ncosαl
коэффициентом недогрузки.
Поперечная сила, действующая в плоскости любой грани башни, определяется по формуле
Qгр = BQl/n) sin (φ —п/n).
Мачты (общая характеристика, основы расчёта мачт, основы конструирования и расчёта элементов мачт).
Опоры воздушных линий электропередач (общая характеристика, основы конструирования и расчёта).