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, верхнего поясов ферм и верхнего пояса фонаря. Горизонтальные свя­зи состоят из поперечных и продольных.

Рис. Связи между колоннами и расчетные схемы колонн из плоскости рам

Рис. Работа связей между колоннами при воздействии

а - ветровой нагрузки на торец здания; б - мостовых кранов

Рис. Связи между фермами

а - по верхним поясам ферм; б - по нижним поясам ферм; в - вертикальные; 1 - распорка в коньке; 2 - поперечные связевые фермы; 3 - про­дольная связевая ферма; 4 - растяжка по ниж­нему поясу; 5 - вертикальные связи

Рис. Связи между фонарями

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.

Необходимо обращать особое внимание 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 процессе монтажа (до установки плит покрытия или прогонов) гибкость верхнего пояса из плоскости фермы не должна быть более 220. Если коньковая распорка не обеспечивает этого условия, между ней и распоркой в плоскости колонн ставится дополнительная распорка. Свя­зи по верхнему поясу фонаря проектируются анало­гично.

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, и наруша­ется нормальная их эксплуатация. Чрезмерные колебания каркаса соз­дают неблагоприятные условия для работы кранов и сохранности ог­раждающих конструкций. Поэтому в однопролетных зданиях большой высоты (Н₀ >18 м), в зданиях с мостовыми кранами грузоподъемно­стью  10 т, с кранами тяжелого и весьма тяжелого режимов работы при любой грузоподъемности обязательна система связей по нижним поясам ферм.

Горизонтальные силы от мостовых кранов воздействуют в попереч­ном направлении на одну плоскую раму или две-три смежные. Связи обеспечивают совместную работу системы плоских рам, вследствие че­го поперечные деформации каркаса от действия сосредоточенной силы значительно уменьшаются. Жесткость этих связей долж­на быть достаточной для того, чтобы вовлечь в работу соседние рамы, и их ширина обычно назначается равной длине первой панели нижнего пояса фермы.

Прилегающие к опорам панели нижнего пояса ферм, особенно при жестком сопряжении ригеля с колонной, могут быть сжатыми, и в этом случае продольные связи обеспечивают устойчивость нижнего пояса из плоскости ферм.

Поперечные связи закрепляют продольные, а в торцах здания они необходимы и для восприятия ветровой нагрузки, направленной на то­рец здания.

Рис. Схемы систем связей по покрытию

Вертикальные связи вместе с поперечными связевыми фермами по верхним и нижним поясам обеспечивают создание жестких простран­ственных блоков у торцов здания. К этим блокам распорками и растяж­ками привязывают промежуточные фермы.

Определение нагрузок, действующих на раму

На поперечную раму цеха действуют постоянные нагрузки - от ве­са ограждающих и несущих конструкций здания, временные - техноло­гические (от мостовых кранов, подвесного транспорта, рабочих площа­док и т.п.), а также атмосферные (воздействие снега, ветра). В неко­торых случаях приходится учитывать особые нагрузки, вызываемые сейсмическими воздействиями, просадкой опор, аварийными нарушени­ями технологического процесса и др.

Постоянные нагрузки

Постоянные нагрузки на ригель рамы обычно принимают равномер­но распределенными по длине ригеля.

Величину расчетной постоянной нагрузки на 1 м² покрытия g_кр удоб­но определять в табличной форме.

В распределенную поверхностную нагрузку включаются нагрузки от всех слоев кровли, конструкций фермы, фонаря, связей с соответствую­щими коэффициентами перегрузки. Линейная распределенная нагруз­ка на ригель собирается с площади A₁ (рис. 12.5).

Рис. Расчетные схемы рам при расчете на постоянные нагрузки

1—подстропильная ферма; 2—стропильные фермы; 3—колонны

При подсчете линейной нагрузки на ригель q_n (рис. а, б) нужно спроектировать g_кр на горизонтальную поверхность (рис. в) и собрать с ширины, равной шагу стропильных ферм b_f. Таким образом,

. (1)

При шарнирном сопряжении ригеля с колонной нужно учесть вне-центренность опирания фермы на колонну, из-за которой возникает сосредоточенный момент, равный произведению опорной ре­акции фермы на эксцентриситет e_f. При наличии подстропильных ферм на колонны передаются еще сосредоточенные силы F_пф, равные опор­ным реакциям подстропильных ферм. Сила F_пф равна весу покрытия на площади А₂ .

Остальные постоянные нагрузки собирают в сосредоточенные силы, условно приложенные к низу подкрановой и надкрановой части колон­ны по оси сечения. Сила F₁ включает в себя собственный вес нижней части колонны и нагрузку от стен на участке от низа рамы до уступа колонны (если стена не самонесущая); аналогично сила F₂ включает в себя вес верхней части колонны и вес подвесных стен выше уступа; си­лы F_1c и F_2c равны весу нижней и верхней частей средней колонны. При этом моменты, возникающие от веса стен, в расчете не учитываются.

Собственная масса конструктивных элементов стальных каркасов производственных зданий может быть ориентировочно определена по табл., составленной на основе анализа запроектированных зданий.

Таблица. Расход стали на производственные здания общего назначения

Грузоподъемность мостовых кранов, т	Расход стали, кг/м2 здания
	шатер	колонны	подкрановые балки	всего
До 100	30—45	25—60	20—60	80—150
125—250	30—45	55—90	40—100	140—250
Двухъярусное располо­жение кранов	30—45	80—100	70—160	220—300

Собственный вес подкрановых балок (и полезная нагрузка на тор­мозных площадках) обычно условно учитываются при подсчете времен­ных нагрузок от мостовых кранов.