24. Типы настилов покрытий. Расчет прогонов кровли.
Настилы решетчатые металлические трех видов: прессованные настилы, сварные настилы, просечно профилированные настилы, выпускаются с различными размерами ячеек. Настилы используются в различных отраслях химической и пищевой промышленности, в системе водоотведения, на водоподъемных станциях,, а также в интерьере с высокими эстетическими требованиями. Металлический прессованный решётчатый настил производится методом холодной запрессовки связывающих и несущих полос на специальном оборудовании при давлении 100 т. Прессованный настил производится из черной, оцинкованной и нержавеющей полосовой стали. Металлический сварной решетчатый настил изготавливается методом кузнечно-прессовой сварки из малоуглеродистой стали (аналог марки Ст3 ГОСТ 380-94 РФ) без покрытия или с покрытием горячим цинком.
Просечно-профилированные металлические настилочные решетки – современные защитные элементы для ступеней лестниц, площадок, мостов. Профилированные настилы обладают противоскользящей поверхностью.
Расчет прогонов кровли. Прогоны — горизонтальные конструктивные элементы покрытия здания (сооружения). Металлические прогоны швеллерного сечения, опирающиеся на узлы структурных плит, предназначены для устройства легких покрытий различных типов — из профилированного настила, двухслойных металлических панелей, экструзионных трехслойных асбестоцементных панелей и др. Расчет сплошных прогонов производят на нагрузку от веса кровли и снега (для прогонов кровли) и на нагрузку от веса подвесного потолка и полезной нагрузки на него (для прогонов подвесного потолка). Расчетная схема сплошного прогона аналогична расчетной схеме однопролетной разрезной балки. Случай косого изгиба имеет место при угле наклона верхнего пояса стропильной фермы к горизонтали более 20°. При больших уклонах верхнего пояса фермы скатная составляющая стремится опрокинуть прогоны. Чтобы избежать этого, все прогоны вдоль скатной образующей связывают между собой тяжами из арматурной проволоки диаметром 16—18 мм, которые в коньке прикрепляются к поясам несущих конструкций. Решетчатые прогоны целесообразно применять при шаге стропильных ферм более 6 м, так как применение сплошного прогона в этом случае требует большого расхода металла. Простой и наиболее легкой конструкцией решетчатого прогона является прутково-шпренгельный прогон с решеткой и нижним поясом из круглой стали. Недостаток такого прогона в сложности контроля сварных швов в узлах сопряжения прутков решетки с нижним поясом, а также в необходимости аккуратной транспортировки и монтажа.
25. Конструирование подкрановых балок. Особенности расчета.
Подкрановые балки служат для перемещения мостовых кранов, обслуживающих производственное здание. Подкрановые балки, как правило, опираются на стойки поперечных рам каркаса при помощи специальных устройств.
В отличие от обычных балок подкрановые воспринимают не только вертикальную, но и горизонтальную нагрузки (силы от поперечного торможения кранов), находятся под воздействием подвижной динамической нагрузки и воспринимают большие сосредоточенные силы (давление колес кранов). В зависимости от назначения кранов, пролетов поперечных рам каркаса подкрановые балки могут быть из прокатных профилей или составные со сплошной или сквозной стенкой. Как правило, их проектируют разрезными с ездой по рельсу, уложенному по верхней полке балки.
Сечения сплошных подкрановых балок могут быть симметричными или несимметричными относительно горизонтальной оси. Несимметричное сечение применяют, когда хотят создать балки с развитым в горизонтальном направлении верхним поясом, с тем чтобы не ставить специально тормозных балок. Такое решение применяют для кранов грузоподъемностью 5—15 т.
Расчет подкрановых балок мало отличается от расчета обычных балок. Однако воздействие подвижной нагрузки, вызывающей большие местные напряжения под катками крана, наличие, кроме вертикальных нагрузок, горизонтальных сил торможения, динамичность и многократность приложения нагрузок создают характерные особенности расчета подкрановых балок. Расчетные усилия (наибольшие изгибающие моменты и поперечные силы) определяют от действия двух сближенных кранов наибольшей грузоподъемности.
Так как нагрузка подвижная, то находят такое положение ее, при котором расчетные усилия в балке будут наибольшими. Если равнодействующая всех сил и ближайшая к ней сила равноудалены от середины пролета балки, то максимальный изгибающий момент Мmах в разрезной балке от заданной системы сил будет находиться под силой, ближайшей к середине пролета балки.
Максимальная поперечная сила Qmax в разрезной балке будет при таком положении нагрузки, когда одна из сил находится непосредственно над опорой, а остальные расположены как можно ближе к этой же опоре.
Компоновка сечения подкрановых балок производится так же, как и обычных. Сначала определяют минимальную высоту балки из условий жесткости, при этом величину предельного относительного прогиба принимают в соответствии с нормами проектирования. Далее вычисляют оптимальную высоту балки по формулам, приведенным в разделе расчета балок. Если проектируется балка симметричного сечения, то требуемый момент сопротивления балки определяют исходя из расчетного сопротивления стали, уменьшенного на 15—25 МПа (150—250 кг/см2). Это делается потому, что в верхнем поясе возникают дополнительные напряжения от горизонтальных боковых сил, которые потом суммируют с напряжениями от вертикальной нагрузки.
№ 26 Тормозные балки. Расчет их.
Тормозные балки обеспечивают устойчивость подкрановых балок и воспринимают тормозные усилия мостовых кранов. Закрепляются к поясам подкрановых балок и в верху приваривается стальной лист для прохода вдоль подкрановых путей. При шаге колонн 6 м верхние пояса подкрановых балок связывают тормозными балками только в связевых шагах колонн. При тяжёлом режиме работы кранов к подкрановым балкам средних колонн приваривают крестовые связи. При ширине тормозных конструкций (расстоянии от оси балки до наружной грани тормозной конструкции на крайних рядах или до оси смежной балки на средних рядах) до 1,25 м обычно применяются тормозные балки со стенкой из рифленого листа толщиной 6-8 мм. Применяются также тормозные балки, выполненные из гнутого листа. Для крайних рядов поясами тормозной балки являются верхний пояс подкрановой балки и окаймляющий швеллер или пояс вспомогательной фермы. При пролете балок 12 м наружный пояс крепится к стойке фахверка. Для того чтобы горизонтальные смещения балок не передавались на стену здания, это крепление выполняется с помощью листового шарнира. По средним рядам поясами тормозной балки являются верхние пояса балок смежных пролетов.
Листы тормозных балок приваривают к поясам сплошным швом с подваркой с нижней стороны. Для обеспечения местной устойчивости и предотвращения случайных прогибов тормозные листы снизу укрепляют ребрами жесткости сечением не менее 65x6; шаг ребер 1,5-2 м.
В зданиях с кранами особого режима работы независимо от ширины тормозных конструкций обычно применяют тормозные балки, используемые как площадки для прохода и обслуживания путей и кранов. Чтобы избежать чрезмерных колебаний нижних поясов подкрановых балок, их свободная длина не должна превышать 12 м. Для этого между нижними поясами балки и вспомогательной фермы устанавливают легкие связевые фермы, все элементы которых подбирают по предельной гибкости. При кранах особого режима работы гибкость поясов должна быть не более 150.
При блочном методе монтажа между балками предусматривают вертикальные связи, обеспечивающие жесткость блока при кручении.
№ 27 Каркасы многоэтажных зданий. Методика расчета. Типы колонн и ригелей.
Каркас — несущая основа конструкции здания, сооружения или строительной детали, состоящая из сочетания линейных элементов. Каркасы зданий состоит, в основном, из колонн и опирающихся на них ригелей, прогонов, ферм, на которые укладываются элементы, образующие перекрытия и покрытия. Соответственно типам зданий, в которых они применяются, каркасы бывают одно-и многоярусные, одно-, двух- и многопролетные с расположением основных несущих конструкций каркасов в поперечном, продольном или в обоих направлениях в плане. Кроме полных каркасов, воспринимающих все действующие нагрузки и собственный вес конструкций здания, встречаются также здания с неполным (внутренним) каркасом, без колонн у наружных стен, которые в этом случае совместно с каркасом являются несущими конструкциями. Каркас рассчитываются на нагрузки от собственного веса конструкций здания, на полезные нагрузки, нагрузки от снега, от ветра и в необходимых случаях на силы, возникающие при сейсмических воздействиях и неравномерных осадках фундаментов. По способу обеспечения общей жесткости и устойчивости здания, а также по системе восприятия горизонтальных нагрузок каркасы разделяются на рамные, в которых узлы конструируются жесткими или с частичным защемлением, способными воспринять изгибающие моменты, и связевые — с вертикальными диафрагмами, образуемыми жесткими дисками (участками панельных или др. малодеформируемых и устойчивых стен) или стержневыми решетками, составляющими совместно с колоннами и ригелями каркасов вертикальные фермы. Передача горизонтальных нагрузок с узлов на диафрагмы связевых каркасов производится конструкциями перекрытий, представляющих собой в этом случае горизонтальные диафрагмы, работающие в своей плоскости как балки-стенки, опирающиеся на вертикальные диафрагмы. Каркасы зданий выполняются из железобетона, стали, алюминиевых сплавов, дерева и частично каменной кладки. Наиболее прогрессивны в массовом строительстве по своей экономичности, долговечности, огнестойкости, расходу металла и условиям изготовления и возведения сборные железобетонные каркасы. В промышленных зданиях широко используются конструкции сборных каркасов из колонн, подкрановых балок и ферм для одноэтажных зданий и полные каркасы для многоэтажных зданий различного назначения. В жилых зданиях находят применение каркасные решения двухэтажных домов для сельского и поселкового строительства и неполные каркасы в многоэтажных домах с кирпичными и крупнопанельными наружными несущими стенами. Осуществляются мероприятия по широкому применению каркасов в общественных зданиях массового строительства и многоэтажных домах. Расположение колонн каркасов определяется конструктивным решением всех элементов здания, соображениями унификации (ограничения числа типоразмеров) элементов (см. Сетка колонн). Сборные железобетонные каркасы различают по способу опирания горизонтальных элементов на колонны, который бывает: консольный (ригели опираются на консоли, выпускаемые из колонн, или уступы и гнезда, оставляемые в колоннах) или платформенный (ригели опираются на торцы одноэтажных колонн). При платформенном опирании стыки колонн совмещаются с узлами опирания, при консольном — стыки колонн могут быть и в пределах этажа, а колонны возможны многоярусные. Применяются также каркасы, ригели которых входят в состав крупнопанельных элементов перекрытий на комнату (безригельные каркасы). Жесткость узлов соединения сборных рамных каркасов достигается сваркой стальных закладных частей пли замоноличиванием выпусков арматуры, сваренных между собой. Применение каркасов в сочетании с легкими ограждающими конструкциями стен и перегородок из эффективных материалов способствует снижению веса зданий по сравнению со зданиями, имеющими массивные степы. Здания с каркасов требуют меньшего расхода железобетона, чем крупнопанельные, но при этом увеличивается расход стали. Монолитные железобетонные и стальные каркасы находят применение в промышленных и уникальных общественных зданиях — больших цехах, выставочных павильонах, трибунах стадионов и др.; деревянные каркасы используются в малоэтажных жилых домах и временных сооружениях. Каркасы в зданиях начинает также внедряться в форме конструктивной основы больших застекленных стеновых ограждений.
№ 28 Пространственные покрытия. Их виды. Пространственные покрытия представляют собой системы, состоящие из тонкостенных оболочек и контурных конструкций. Тонкие плиты и элементы конструкции соединены между собой и работают как единое целое. Пространственные покрытия промышленных зданий обладают рядом преимуществ. Их использование снижают расход материала и массу покрытия, дает возможность перекрывать большие площади без промежуточных опор и снижает затраты на производство. Хотя при этом пространственные покрытия довольно сложные по конструкции и трудоемкие в монтаже. Пространственные покрытия состоят из следующих составляющих:
прямолинейные элементы четырехстороннего пространственного опорного контура;
гибкие нити, ориентированные параллельно одной из диагоналей опорного контура и прикрепленные к нему своими концами с возможностью натяжения;
прямоугольные прогоны-распорки, ориентированные в плане параллельно двум из противолежащих элементов контура и прикрепленные своими концами к двум основным элементам;
тонколистовой и кровельный настил.
Типы пространственных покрытий: своды, купола, цилиндрические оболочки, складчатые конструкции, оболочки двоякой кривизны, покрытия с составными оболочками и подвесные покрытия. Выбор типа пространственных покрытий зависит от назначения здания, его размеров, способов строительства и ряда других факторов. В основном применяются тонкостенные пространственные покрытия промышленных зданий, в которых промежуточные опоры невозможны или нежелательны. В отличие от плоскостных тонкостенные пространственные покрытия промышленных зданий более экономичные по расходу материала. Так бетона требуется в среднем на 30% меньше, металла – на 20%.
29. Структурные конструкции, или просто структуры, — это плоские сетчатые системы регулярного строения. Выполняют их из большого числа однотипных относительно небольших металлических элементов, унифицированных по форме и размерам. Структуры образуют из различных систем перекрестных металлических ферм.
Фермы в структуре могут быть расположены вертикально и наклонно, причем каждая продольная ферма поддерживается поперечными. Однотипные по форме стержни имеют разные усилия и их сечения могут быть различными. Структурные конструкции по сравнению с традиционными конструкциями имеют ряд преимуществ: занимают небольшой объем в сооружении — 1/15—1/20 пролета по высоте (в традиционных конструкциях — 1/8—1/10 пролета); имеют небольшую массу; обеспечивают блочный и крупноблочный монтаж покрытий с применением укрупнительной сборки на конвейере; могут изготавливаться на поточных автоматизированных линиях (часто состоят из одного типа стержня и одного узла); сборка не требует высокой квалификации; имеют компактную упаковку; обладают эстетическими качествами.
Основной недостаток структур — большой объем ручного труда при их укрупнительной сборке.