20. Связи в каркасе производственных зданий, их назначение и конструктивные решения.

Связи — важные элементы стального каркаса, которые необходимы для выполнения следующих требований:

1. обеспечение неизменяемости пространственной системы каркаса и устой­чивости его сжатых элементов;

2. восприятие и передача на фундаменты некоторых нагрузок (ветровых, горизонтальных от кранов);

3. обеспечение совместной работы поперечных рам при местных нагрузках (например, крановых);

4. создание жесткости каркаса, необходимой для обеспечения нормальных условий эксплуатации;

5. обеспечение условий высококачественного и удобного монтажа.

Связи подразделяются на связи между колоннами и связи между фермами (связи шатра).

Связи между колоннами. Система связей между колоннами обеспечивает во время эксплуатации и монтажа геометрическую неизменяемость каркаса, его несущую способность и жесткость в продольном направлении (воспринимая при этом некоторые нагрузки), 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 (рис. 11.5) включены две колонны, подкрановая балка, горизонтальные распорки и решетка, обеспечивающая при шарнирном соединении всех элементов диска геометрическую неизменяемость.

рис. 11.5 Схемы конструкций жестких дисков связей между колоннами

Решетка проектируется крестовой (рис. 11.5,а), элементы которой рабо­тают на растяжение при любом направлении сил, передаваемых на диск, и треугольной (рис. 11.5,6), 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. 11.5,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. На связевые диски передаются крутящие моменты, поэтому при расположении вертикальных связей в двух плоскостях они соединяются горизонтальными решетчатыми связями.

По торцам здания крайние колонны соединяют между собой гибкими верхними связями (рис. 11.7,а). Вследствие относи­тельно малой жесткости надкрановой части колонны расположе­ние верхних связей в торцевых панелях незначительно сказыва­ется на температурных напряже­ниях.

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 (монтажного элемента); в остальных местах ставят распорки.

Связи по покрытию. Связи между фермами, создавая общую пространственную жесткость каркаса, обеспечивают устойчивость сжатых элементов ригеля из плоскости ферм, перераспределение местных нагрузок (например, крановых), приложенных к одной из рам, на соседние рамы, 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 и вер­хнего поясов ферм и верхнего пояса фонаря. Горизонтальные связи состоят из поперечных и продольных (рис. 11.10 и 11.11).

Рис. 11.10. Связи между фермами

а — по верхним поясам ферм; 6 — по нижним поясам ферм; в — вертикальные; I — распор­ка в коньке; 2 — поперечные связевые фермы; 3 — продольная связевая ферма; 4 — растяжка па нижнему поясу; 5 — вертикальные связи

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.

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 (вместе с поперечными горизонтальными связями по нижним поясам ферм и вертикальными связями) обеспечивали пространственную жесткость покрытия. При большой длине здания или температурного блока (более 144 м) устанавливаются дополнительные поперечные связевые фермы. Это уменьшает поперечные перемещения поясов ферм, возникающие вследствие податливости связей.

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 (H₀ >18 м), в зданиях с мостовыми кранами грузоподъемностью Q>=10 т, с кранами тяжелого и весьма тяжелого режимов работы при любой грузоподъемности обязательна система связей по нижним поясам ферм.

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.

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. 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.