58

Министерство образования и науки

Российской федерации

Федеральное агентство по образованию

Хакасский государственный университет

им. Н. Ф. Катанова

Методические рекомендации

по расчету и конструированию металлических конструкций покрытия

каркасного здания

по курсу "Конструкции городских зданий и сооружений".

для студентов строительных специальностей

КОНСТРУКЦИИ ПОКРЫТИЯ

Абакан 2010

УДК 694.014

Печатается по рекомендации Методического совета и по решению Редакционно-издательского совета Хакасского государственного университета им. Н.Ф.Катанова.

Рецензенты: В.М.Селиванов, доктор технических наук, профессор кафедры промышленного и гражданского строительства Хакасского технического института – филиала Сибирского федерального университета.

А.В.Валинецкий, кандидат технических наук, директор ООО «Абаканпроект».

Конструкции покрытия: Методические рекомендации по расчету и конструированию металлических конструкций покрытия каркасного здания по курсу "Конструкции городских зданий и сооружений" для студентов строительных специальностей./Сост. Хегай О.Н.- Абакан: Издательство Хакасского государственного университета им. Н.Ф.Катанова, 2010. – 144 с.

Методические рекомендации содержат теоретические и практические предложения по проектированию конструкций прогонного покрытия и металлических ферм. Приведены конструирование и проектирование различных узлов металлических конструкций и их сопряжений. Приведен сортамент.

Методические рекомендации могут быть полезны студентам строительных специальностей, изучающих курс «Конструкции городских зданий и сооружений», а также инженерам проектных и строительных организаций.

УДК 694.014

© Хакасский государственный

университет им. Н.Ф.Катанова, 2010

© О.Н.Хегай, составление, 2010

Содержание:

Общие сведения………………………………………………. 7

1. Покрытие………………………………………………………7

2. Конструкция покрытия по прогонам……………………… 8

   1. Настилы…………………………………………………. 8

   2. Прогоны………………………………………………….. 12

   3. Связи покрытия………………………………………… 22

3. Фермы……………………………………………………….. 26

3.1. Выбор очертания фермы ………………………….. 29

3.2. Системы решеток ферм……………………………. 31

3.3. Генеральные размеры фермы……………… 35

3.4. Выбор расчётной схемы ……………………… 37

3.5. Сбор нагрузок на ферму. ….. 38

4. Статический расчет фермы…… 44

4.1. Аналитический способ определения усилий 44

4.2. Графический способ определения усилий. 47

5. Подбор сечений стержней ферм 61

5.1. Выбор типа сечения стержней легких ферм 61

5.2. Расчетная длина сжатых стержней и предельная гибкость 62

5.3. Выбор марки стали 63

5.4. Подбор сечений сжатых стержней 63

5.5. Подбор сечений растянутых стержней 64

6. Узлы фермы 65

6.1. Сварной швов 66

6.2. Конструирование узлов фермы 68

7. Фермы из одиночных уголков 71

8. Фермы из парных уголков 71

9. Фермы с поясами из широкополочных тавров 79

10. Трубчатые фермы 79

11. Фермы из гнутых профилей 81

12. Оформление рабочего чертежа легких ферм (КМД) 86

13 Пример расчета стропильной фермы. 90

Приложение 1 Варианты заданий 104

Приложение 2 Экзаменационные вопросы 106

Приложение 3 ГОСТы 107

3.1 УГОЛКИ СТАЛЬНЫЕ ГОРЯЧЕКАТАНЫЕ РАВНОПОЛОЧНЫЕ (выборка из ГОСТ 8509-93) 107

3.2. УГОЛКИ СТАЛЬНЫЕ ГОРЯЧЕКАТАНЫЕ НЕРАВНОПОЛОЧНЫЕ (выборка из ГОСТ 8510-86) 111

3.3. ПРОФИЛИ СТАЛЬНЫЕ ГНУТЫЕ С-ОБРАЗНЫЕ РАВНОПОЛОЧНЫЕ ГОСТ 8282-83 118

3.4. УГОЛКИ СТАЛЬНЫЕ ГНУТЫЕ РАВНОПОЛОЧНЫЕ ГОСТ 19771-93 120

3.5. УГОЛКИ СТАЛЬНЫЕ ГНУТЫЕ НЕРАВНОПОЛОЧНЫЕ ГОСТ 19772-93 123

3.6. ПРОФИЛИ СТАЛЬНЫЕ ГНУТЫЕ ЛИСТОВЫЕ С ТРАПЕЦИЕВИДНЫМ ГОФРОМ ГОСТ 9234—74* 126

Приложение 4 Узлы сопряжений ферм с другими конструкциями зданий 128

Литература 142

Общие сведения

Покрытия зданий предназначены для защиты от атмосферных воздействий (дождя, снега, ветра), для крепления путей подвесного транспорта (кранов, тельферов) и конвейеров, поддержания трубопроводов, вентиляционных шахт, крепления подвесных потолков и приборов освещения и т.п..

1. Покрытие.

Покрытия зданий подразделяются на:

• утепленные покрытия отапливаемых зданий;

• неутепленные покрытия неотапливаемых зданий и зданий с технологией, связанной с повышенным тепловыделением (доменные цеха).

Покрытия состоят из ограждающих и несущих конструкций.

Ограждающие конструкции:

• железобетонные плиты;

• металлические или асбестоцементные листы, панели;

• пароизоляция, теплоизоляция, гидроизоляция и т.п.

Несущие конструкции:

• прогоны;

• стропильные и подстропильные фермы, балки;

• фонари, связи;

• пространственные, висячие, предварительно напряженные конструкции и т.п.

Покрытие здания выполняется с применением прогонов или без них. В беспрогонном покрытии ограждающая конструкция (железобетонная плита) опирается на верхний пояс фермы при пролете ограждающей конструкции 6 или 12 м (до 18 м) (Рис.1а). При прогонной схеме покрытие состоит из прогонов, которые опираются на фермы. На прогоны укладывают мелкоразмерные кровельные плиты, листы, настилы, при этом пролет ограждающих конструкций (шаг прогонов) 1,5 – 3 м (Рис.1б).

Прогоны опираются на стропильные фермы или балки, которые опираются на колонны. Конструкция покрытия включает в себя системы связей, которые воспринимают горизонтальные усилия от ветровых и сейсмических нагрузок и обеспечивают устойчивость покрытия в целом.

Данная работа посвящена только плоскостным конструкциям покрытия по прогонам.

Рис.1 Схемы покрытий.

а – беспрогонное; б – по прогонам; 1 – стропильные фермы; 2 – прогоны; 3 – кровельный настил; 4 – крупнопанельные плиты.

2. Конструкция покрытия по прогонам.

Прогоны устанавливаются в узлы верхнего пояса стропильной фермы. В качестве прогонов применяются прокатные балки, гнутые профили /10/ либо сквозные конструкции (при шаге ферм более 6 м). На прогоны укладывают мелкоразмерные кровельные элементы (настил).

2.1 Настилы

Настил - это конструкция, которая покрывает пространство между прогонами.

На прогоны укладываются:

• стальной профилированный настил (Рис.2);

• стальной плоский настил /10/;

• мелкоразмерные керамзитобетонные плиты (см. курс железобетонные конструкции);

Рис.2 Кровля со стальным профилированным настилом.

а – профилированный настил; б – комбинированная заклепка; в – узел кровельного покрытия; 1 – стальной стержень; 2 – алюминиевая втулка; 3 – самонарезающий болт; 4 – комбинированная заклепка; 5 - уголок коротыш.

• мелкоразмерные армоцементные плиты (см. курс железобетонные конструкции);

• мелкоразмерные асбестоцементные плиты (см. курс конструкции из дерева и пластмасс);

• трехслойные панели типа сэндвич.

Профилированный настил (рис.2) изготавливают из оцинкованной рулонной стали толщиной t = 0.8; 0.9; 1 мм; высота профиля h = 40; 60; 80 мм; ширина В = 680; 711; 782 мм; длина до 12 м.

Профилированные листы укладывают на прогоны, расположенные через 3 – 4 м. при шаге стропильных ферм 4 м настил может опираться на фермы.

Настил крепится к прогонам самонарезающими болтами d = 6 мм (ТУ 34-5815-70). Между собой листы соединяются комбинированными заклепками. Масса настила 10 – 15 кГ/м².

Холодные кровли выполняют из:

• волнистых асбестоцементных листов;

• волнистых и плоских стальных листов;

• волнистых алюминиевых листов.

Листы укладываются на прогоны, расположенные с шагом 1,25 – 1,5 м. Масса асбестоцементных листов в среднем 20 кГ/ м². Стальные волнистые листы изготавливают из холоднокатаной стали толщиной 1 – 1,8 мм. Высота волны h =30; 35 мм. Масса листов 15 – 20 кГ/ м². Алюминиевые волнистые листы имеют толщину 0,6 – 1,2 мм, массу 5 – 7 кГ/ м². Волнистые листы крепятся к прогонам с помощью специальных упругих кляммеров или крюков из круглой стали (рис. 3)

При применении кровель из плоских стальных листов. Стыки между листами сваривают сплошными швами с использованием автоматической сварки. Уклон кровли из плоских листов 1/8 – 1/12. толщина листов 3 – 4 мм.

Для обеспечения водоотвода:

• нахлест листов друг на друга 150 -200 мм;

• уклон кровли для асбестоцементных листов более 25% (¼) - без уплотнения швов, более 16 % - при уплотнении швов, более 8% - для районов с сухим жарким климатом с уплотнением швов теплостойкими мастиками;

• уклон кровли для стальных и алюминиевых листов более 1/6;

Против электрохимической коррозии:

• используют специальные грунтовки;

• изолирующие прокладки;

• стальные метизы для крепления листов оцинковывают или кадмируют.

Рис.3 Узлы крепления волнистых (а) и плоских (б) стальных листов к прогонам.

1 – гнутый лист t = 8-10 мм; 2 – кляммеры; 3 – волнистые листы; 4 – стальной лист t = 3-4 мм; 5 – верхний пояс стропильной фермы.

Теплые кровли (рис. 4) выполняют из:

• профилированного стального настила;

• парогазоизоляционного слоя (один слой рубероида на битумной мастике);

• теплоизоляционный слой;

• защитный слой (асфальтовая стяжка или цементная стяжка 20 мм);

• водоизоляционный ковер (три слоя рубероида на кровельной мастике);

• защитный слой из гравия на битумной мастике.

Рис. 4. Теплая кровля.

В качестве утеплителя используют жесткие плиты толщиной 30 - 50 мм из полимерных материалов или плиты повышенной жесткости из минеральной ваты или стеклянного волокна на полимерной связке.