Билет № 1

1.Общая характеристика металлических каркасов производственных зданий (по числу пролетов, этажности, по виду внутрицехового транспорта).

Современные производства размещаются в многоэтажных и одноэтажных зданиях, схемы и конструкции которых достаточно многообразны. По числу пролетов одноэтажные здания подразделяются на однопролетные и многопролетные (с пролетами одинаковой и разной высоты). В настоящее время строится больше многопролетных (с числом пролетов два и более) зданий.

Ограждающие конструкции, защищающие помещение от влияния внешней среды, пути внутрицехового транспорта, различные площадки, лестницы, трубопроводы и другое технологическое оборудование крепятся к каркасу здания.

Каркас, т.е. комплекс несущих конструкций, воспринимающий и передающий на фундаменты нагрузки от веса ограждающих конструкций, технологического оборудования, атмосферные нагрузки и воздействия, нагрузки от внутрицехового транспорта (мостовые, подвесные, консольные краны), температурные технологические воздействия и т.п., может выполняться из железобетона, смешанным (т.е. часть конструкций — железобетонные, часть — стальные) и стальным. Выбор материала каркаса является важной технико-экономической задачей.

Многие современные производственные здания характеризуются большими пролетами, большой высотой помещений, большими нагрузками от мостовых кранов.

Конструкция здания должна полностью удовлетворять назначению сооружения, быть надежной, долговечной и наиболее экономичной.

Соответственно к металлическим конструкциям каркасов предъявляются различные требования, а именно: - эксплуатационные; - надежности и безопасности; - долговечности и устойчивость к агрессивным средам; - экономические; - архитектурные.

Однако некоторые требования являются общими для всех производств зданий из металлоконструкций:

- удобство обслуживания и ремонта производственного оборудования, что требует соответствующего расположения колонн, подкрановых путей, связей и других элементов каркаса;

- нормальная эксплуатация кранового оборудования и других подъёмных механизмов, включая доступность его осмотра и ремонта;

- необходимые условия аэрации и освещения зданий;

- долговечность конструкций, которая зависит в основном от степени агрессивности внутрицеховой среды;

- относительная безопасность при пожарах и взрывах.

2.Конструкция, подбор и проверка сечения сквозной внецентренно-сжатой колонны, устойчивость ветвей и стержня колонны в целом.

Стержень решетчатой колонны состоит из двух ветвей, связанных между собой соединительной решеткой. Решетку обычно устанавливают в двух плоскостях (по граням ветвей), хотя для легких колонн иногда применяют решетку, расположенную по оси сечения. Для лучшего включения обоих ветвей колонны в работу на вертикальную нагрузку от кранов в колоннах крайних рядов верхний конец первого (сверху) раскоса целесообразно крепить к подкрановой ветви.

Распространенные сечения сквозных колонн:

Для колонн крайних рядов чаще применяют несимметричные сечения с наружной ветвью швеллерной формы(для удобства примыкания стены). Наиболее проста эта ветвь из прокатного швеллера, применяется она только в легких колоннах; в более мощных колоннах ветвь проектируется либо из гнутого листа толщиной до 16 мм, либо составного сечения.

Колонны средних рядов проектируются обычно симметричного сечения с ветвями из прокатных профилей либо составного сечения. Сквозная колонна работает как ферма с параллельными поясами; от действующих в колонне расчетных усилий М и N в ее ветвях возникают только продольные усилия. Поперечную силу Q воспринимает решетка. Несущая способность колонны может быть исчерпана в результате потери устойчивости какой-либо ветви (в плоскости или из плоскости рамы) или в результате потери устойчивости колонны в целом (в предположении, что она работает как единый сквозной стержень).

Продольные усилия в ветвях колонны несимметричного сечения определяются по формулам:

В ветви 1: Nв1=N1*y2/h0 + M1/h0

В ветви 2: Nв2=N2*y1/h0 + M2/h0

Здесь N, Ь – расчетная продольная сила и изгибающий момент;

у1, у2 – расстояние от центра тяжести сечения колонны до центра тяжести соответствующих ветвей;

h0=y1+y2 – расстояние между центрами тяжести ветвей колонны. N и М принимают в комбинациях, дающих наибольшие значения Nв1 и Nв2.

После определения расчетных усилий в ветвях каждую из них проверяют на устойчивость в обоих плоскостях как работающую на центральное сжатие.

Устойчивость ветви l в плоскости колонны (рамы) Nв1/(φ1*Ав1)<= Rγ

Из плоскости колонны Nв1/(φу*Ав1)<= Rγ

Где φ1 – коэффициент продольного изгиба, определяемый по гибкости ветви λ в1=lв1/i1 (lв1 – расчетная длина ветви в плоскости колонны, равная расстоянию между узлами крепления решетки; i1 – радиус инерции сечения ветви относительно оси 1-1); - коэффициент продольного изгиба, определяемый по гибкости λу= lу/iу ( -расчетная длина ветви из плоскости колонны, равная обычно высоте нижней части колонны; - радиус инерции сечения ветви относительно оси у-у); Ав1- площадь сечения ветви.

Проверяют устойчивость колонны в плоскости действия момента, как единого стержня.

Определяют геометрические характеристики всего сечения нижней части колонны:

- площадь сечения , см2, ;

- момент инерции , см4, относительно оси х-х

;

- радиус инерции , см, ;

- гибкость

Составные сжатые стержни, ветви которых соединены решетками, проверяют на устойчивость относительно свободной оси по приведенной гибкости , которую определяют по формуле

,

где - коэффициент, зависящий от угла наклона раскоса, при

=45°…60° принять = 27;

- площадь сечения раскосов по двум граням сечения

колонны, .

Определяют условную приведенную гибкость

.

Для комбинации усилий, догружающих наружную ветвь М2 = + Mmax

(кН·м) , N2 = Nсоотв (кН), находим относительный эксцентриситет по

формуле

,

далее, по полученным значениям и определяют коэффициент и проверяют устойчивость колонны по формуле

,

где - коэффициент условий работы, =1.

То же, выполняем для комбинации усилий, догружающих подкрановую ветвь М1 = - Mmax (кН·м) , N1 = Nсоотв (кН). Находим относительный эксцентриситет по формуле

,

далее, по полученным значениям и определяют коэффициент и проверяют устойчивость колонны по формуле

.

Устойчивость сквозной колонны как единого стержня из плоскости действия момента проверять не нужно, так как она обеспечена проверкой устойчивости отдельных ветвей.

3.Многоэтажные промышленные здания: основные положения расчета (железобетонный каркас).

(теория без расчета) Многоэтажные производственные здания, как правило, проектируются с полным сборным железобетонным каркасом.

Иногда многоэтажные производственные здания проектируют с неполным каркасом (студенту – зарисовать разрез 4-х этажного здания с 4-мя пролетами, с неполным каркасом).

Основные элементы каркаса – колонны (они могут быть на один этаж, на два и даже три этажа; цельные или составные); ригели; плиты перекрытий и связи.

Междуэтажные перекрытия (из сборного железобетона) бывают двух типов: балочные и безбалочные.

Колонны и ригели, соединенные между собой жестко, в узлах, образуютрамы каркаса. В различных случаях эти рамы могут в плане зданиярасполагаться по-разному.Здесь следует обратить внимание на наличие в многоэтажных зданияхгоризонтальных и вертикальных связей. Сначала поясним – что же такое «горизонтальные связи». В многоэтажных производственных зданиях, как правило, несколько междуэтажных перекрытий. Они и являются жесткими горизонтальными связями, распределяющими ветровую нагрузку между элементами каркаса. Обеспечивают они совместную пространственную работу всех элементов каркаса здания.

А где же вертикальные связи? Эти функции выполняют:

· а) поперечные или продольные железобетонные стены;

· б) крестообразные стальные элементы, устанавливаемые между колоннами;

· в) жесткое ядро, которое образуется пересечением поперечных и продольных железобетонных (сильно армированных) стен, сопутствующих лестничным клеткам, лифтовым шахтам и др.

Рамная система.Пространственная жесткость здания обеспечивается работой самого каркаса, рамы которого воспринимают и горизонтальные, и вертикальные нагрузки (иными словами «рамы все берут на себя»).

Рамно-связевая система. Вертикальные нагрузки воспринимаются рамами, а горизонтальные и рамами, и вертикальными диафрагмами (связями) (другими словами рамы берут на себя все; при горизонтальных нагрузках работают вертикальные диафрагмы).

Связевая система. Вертикальные нагрузки воспринимаются колоннами каркаса, а горизонтальные – вертикальными связями.

Опыт строительства показывает, что рамно-связевые системы имеютпреимущества по сравнению с рамными системами:

- упрощаются узловые сопряжения (элементов каркаса); - они проще унифицируются (что немаловажно при заводском изготовлении); - достигается некоторое сокращение расхода стали (за счет облегчения закладных деталей в стыках и уменьшения арматуры в колоннах).

Однако, рамно-связевая система, имеющая такие плюсы, применима не во всех случаях. А именно, в случаях, когда поперечные стены или лестничные клетки отсутствуют или расстояние между ними очень велико, а также когда перекрытия ослаблены отверстиями, обеспечить удовлетворительную работу железобетонного каркаса рамно-связевой системы не удается.