билет № 38

1

Билет № 38

1. Обеспечение пространственной жёсткости многоэтажных промышленных и гражданских зданий. Дайте пояснение о системах рамных, связевых и рамно-связевых

Основные несущие конструкции многоэтажного каркасного здания- ж/б рамы и связывающие их междуэтажные перекрытия.

Рис. XV.i. Конструктивный план многоэтажного каркасного промышленного здания 1—поперечные рамы; 2—продольные вертикальные связи; 3—панели перекрытий

Пространственная жёсткость здания обеспечивается в поперечном направлении работой многоэтажных рам с жёсткими узламипо рамной системе, а в продольномработой вертикальных стальных связей или же вертикальных ж/б диафрагм, располагаемых по рядам колонн и в плоскости наружных стен, - по связевой системе. Если в продольном направлении связи или диафрагмы по технологическим условиям не могут быть поставлены, их заменяют продольными ригелями. В этом случае пространственная жёсткость и в продольном направлении обеспечивается по рамной системе.

При относительно небольшой временной нагрузке на перекрытия пространственная жёсткость и в поперечном направлении обеспечивается по связевой системе; при этом во всех этажах устанавливаются поперечные вертикальные диафрагмы.

Кроме промышленных зданий каркасные конструкции применяют для различных административных и общественных зданий с большими помещениями, редко расположенными перегородками, а в некоторых случаях и для жилых домов высотой более 25 этажей. Основными несущими конструкциями многоэтажного каркасного здания явл ж/б рамы, вертикальные связевые диафрагмы и связывающие их междуэтажные перекрытия.

При действии горизонтальных нагрузок обеспечение совместной работы разнотипных вертикальных кон-ций в многоэтажном здании достигается благодаря высокой жёсткости при изгибе в своей плоскости междуэтажных перекрытий, работающих как горизонтальные диафрагмы. При поперечных многоэтажных рамах и поперечных вертикальных связевых диафрагмах горизонтальные нагрузки воспринимаются вертикальными конструкциями совместно и каркасное зд в поперечном направлении работает по рамносвязевой системе, при этом в продольном направлении при наличии только вертикальных связевых диафрагм зд работает по связевой системе.

2

Рис. XV.14. Конструктивные планы каркасных многоэтажных гражданских зданий о — с поперечными рамами; б—с продольными рамами;

1 — связевые диафрагмы; 2 — панели перекрытий; 3—ригели рам

При поперечном расположении вертикальных связевых диафрагм и продольном расположении многоэтажных рам здание в поперечном направлении работает по связевой системе, а в продольном – по рамной.

Конструктивная схема каркаса при шарнирном соединении ригелей с колоннами будет связевой в обоих направлениях.

Бескаркасные (панельные) конст-ии применяют для жилых домов, гостиниц и др с часто расположенными перегородками и стенами. В панельных зданиях основными несущими конст-ями служат вертикальные диафрагмы, образованные панелями внутренних несущих стен, расположенными в поперечном, иногда в продольном направлении, и связывающие их междуэтажные перекрытия. Как в поперечном, так и в продольном направлении воспринимает горизонтальную нагрузку по связевой системе.

Рис. XV.15. Конструктивный план панельного здания

1 — поперечные несущие панели стен; 2—продольные несущие панели стен; 3—плиты перекрытия; 4— навесные панели ограждающих стен

Возможны другие конструктивные схемы многоэтажных зданий. К ним относятся, например, каркасное зд с центральным ядром жёсткости, в котором в качестве вертикальных связевых диафрагм используются внутренние стены лифтовых и вент шахт, лестничных площадок, зд-ие с 2-мя ядрами

3

жёсткости открытого профиля- в виде двутавров; зд-ие с 2-мя ядрами жёсткости и сложной конфигурацией в плане, позволяющей индивидуализировать архитектурное решение.

Рис. XV.17. Конструктивные планы многоэтажных каркасных зданий

в—с двумя ядрами жесткости; б—с двумя ядрами жесткости, сложной конфигурации, возводимые методом подъема перекрытий; 1—плиты перекрытия; 2—ригели рам; 3— ядро жесткости двутаврового профиля; 4 — связевые диафрагмы; 5 — замкнутое ядро жесткости; 6 — монолитное безбалочное перекрытие

Рис. XV.16. Конструктивный план многоэтажного каркасного здания с центральным ядром жесткости 1—ригели рам; 2—плиты перекрытия; 3 — ядро жесткости

В описанных конструктивных схемах зд-ий горизонтальные воздействия воспринимаются по рамносвязевой или связевой системе

2. Приведите основные типы решетки стропильных металлических ферм. Опишите методику проверки центрально-растянутых и центрально-сжатых элементов ферм

Типы решетки ферм. От системы решетки зависит вес фермы, трудоемкость ее изготовления, внешний вид. Решетка должна соответствовать схеме приложения нагрузок, поскольку нагрузки во избежание местного изгиба пояса передаются, как правило, на ферму в узлах.

4

1.треугольная решетка. Дающая наименьшую суммарную длину решетки и наименьшее число узлов при кратчайшем пути усилия от места приложения нагрузки до опоры (а). В фермах, поддерживающих прогоны кровли или балки настила, к треугольной решетке часто добавляются дополнительные стойки (б), а иногда и подвески (в), позволяющие уменьшать, когда это необходимо, расстояния между узлами фермы. Недостаток: наличие сжатых длинных раскосов, восходящих в треугольных фермах.

2.раскосная решетка. При ее проектировании нужно стремится, чтобы наиболее длинные элементы

–раскосы – было растянутыми, а стойки – сжатыми. Эти требования удовлетворяется при нисходящих раскосах в фермах с параллельными поясами (а) и восходящих (в)– в треугольных фермах. Более приемлемы в треугольных фермах нисходящие раскосы (б), хотя они получаются сжатыми, но зато их длина меньше и узлы фермы более компактны. Применять раскосные решетки целесообразно при малой высоте ферм, а также тогда, когда по стойкам предаются большие усилия (при большой узловой нагрузке).

3.Шпренгельная решетка (а,в). Дает возможности получить рациональное расстояние между элементами поперечной конструкции при рационально угле наклона раскосов, а также уменьшить расчетную длину сжатых стержней.

4.крестовая решетка(г). Применяется в фермах работающих на двустороннюю нагрузку. Проектируют часто из гибких стержней. В этом случае под действием нагрузки работают только растянутые раскосы, сжатые же раскосы вследствие своей большой гибкости выключаются из работы и в расчетную схему не входят.

3. Подпорные стены. Характерные варианты конструктивного решения. Основы расчета активного и пассивного давления 4.6. Понятия о взаимодействии грунтов с ограждающими конструкциями (давление покоя, активное и пассивное давление).

Ограждающие конструкции предназначены для удерживания от обрушения находящихся за ними грунтовых массивов. К таким конструкциям относится подпорная стенка, а также стены подвалов и заглубленных частей здания, стены подземных сооружений и т.п. Различают массивные (или гравитационные) и тонкостенные подпорные стенки (рис. 4.6). По характеру работы подразделяются на жесткие и гибкие (шпунтовые стенки).

5

Рис.4.6. Примеры конструкций подпорных стенок:

а – массивной; б – тонкостенной; в – то же, заделанной в основание

Устойчивость массивных стенок на сдвиг и опрокидывание обеспечивается прежде всего их собственным весом. Устойчивость тонкостенных конструкций – собственным весом стенки и грунта, вовлеченного в совместную работу, либо защемлением нижней части стенки в основание.

Равнодействующая давления грунта на стенку Е зависит от направления, величины и характера её смещения.

Давление, реализуемое в условиях отсутствия горизонтального смещения при u=0 (рис. 4.7, б) называют

давлением покоя Е0.

Е0 h2 ,

2

При смещении стенки под действием давления в сторону от засыпки на величину ua (рис.4.7, а) в грунте засыпки формируется область обрушения грунта, граница которой называется поверхностью скольжения, а сама область – призмой обрушения. Давление, передаваемое призмой обрушения на грань стенки, называют активным давлением, а его результирующую обозначают Еа.

При смещении стенки в сторону грунта под действием каких-либо сил в засыпке также образуются поверхности скольжения, при величине смещения +uп формируется призма выпирания грунта (рис.4.7, в). При этом реакция грунта достигает максимального значения и соответствует пассивному давлению (отпору) грунта, результирующую которого обозначают Еп.

6

4.6.1. Определение активного давления на вертикальную грань стенки для сыпучего грунта и связного грунта, учёт пригрузки на поверхности засыпки.

Рис.4.8. Схема для определения активного давления сыпучего грунта на гладкую стенку

Трение грунта о стенку отсутствует (τzx=0). Максимальное главное напряжение, действующее на горизонтальную площадку в точке контакта грунта со стенкой на глубине z от поверхности засыпки

1 z , γ – удельный вес грунта.

Грунт в пределах призмы обрушения ОАВ (рис. 4.8) находится в состоянии предельного равновесия. Минимальное главное напряжение σ3, равное активному давлению σа, связано с максимальным главным напряжением условием предельного равновесия:

a 3 ztg2 (45 2) .

Эпюра активного давления имеет вид треугольника. Максимальная ордината эпюры активного давления:

аmax htg2 (45 2) .

Равнодействующая активного давления Еа определяется как площадь эпюры a

И будет приложена к стенке на расстоянии 1/3h от её подошвы.

Плоскость скольжения АВ будет наклонена к вертикали под углом π/4-φ/2. Ширина призмы обрушения по поверхности засыпки l=htg(45°- φ/2).

4.6.2. Учёт пригрузки на поверхности засыпки.

При наличии на поверхности сплошной равномерно распределенной нагрузки интенсивностью q:

1 z q .

a 3 ( z q)tg2 (45 2) ; Еа h( 2h q)tg 2 (45 2) .

Эпюра активного давления при наличии пригрузки на поверхности имеет вид трапеции. Точка приложения равнодействующей Ea будет находиться в центре тяжести площади трапеции.

4.6.3. Учёт сцепления грунта.

Для связного грунта, обладающего внутренним трением и сцеплением:

3 1tg2 (45 2) 2с tg(45 2).

7

a ztg2 (45 2) 2с tg(45 2).

Связный грунт обладает способностью держать вертикальный откос высотой h0

В пределах глубины h0 от свободной поверхности засыпки связный грунт не будет оказывать давления на стенку. Максимальная ордината эпюры активного давления связного грунта:

аmax htg2 (45 2) 2с tg(45 2).

Учет сцепления грунта приводит к уменьшению активного давления.

4.6.4. Определение пассивного давления

Рис.4.9. Схема действия активного и пассивного давления на стенку

Пассивное давление возникает при перемещении стенки в сторону грунта засыпки (рис. 4.9). При движении вертикальной гладкой стенки на грунт главные напряжения меняются. Теперь уже σx=σ1= σп является максимальным, а σz=σ3=γz при отсутствии пригрузки на поверхности засыпки слева – минимальным главным напряжением (рис. 4.9, б). Условие предельного равновесия имеет вид:

-для сыпучих грунтов

1 3tg2 (45 2);

-для связных грунтов:

1 3tg2 (45 2) 2с tg(45 2).

Значения ординаты пассивного давления на глубине z от поверхности засыпки при начале координат в точке 0’:

-для сыпучих грунтов

п ztg2 (45 2);

-для связных грунтов:

п ztg2 (45 2) 2с tg(45 2).

8

При одной и той же глубине от поверхности засыпки ордината эпюры пассивного давления существенно больше, чем ордината эпюры активного давления. Ширина призмы выпирания l’=htg(45°+ φ/2).

4. Крупноблочный монтаж конструкций и оборудования. На примере сооружения главных корпусов металлургических предприятий

3.7. Монтаж прокатных цехов

Балки, листы, трубы и сортовой металл являются продукцией прокатного производства, выпускаемой на специализированном прокатном оборудовании - станах. Прокатные цехи располагаются в многопролетных зданиях, в составе которых имеются машинные залы, становые пролеты, отделочные и дополнительные пролеты, определяемые назначением и спецификой производства. Строительство прокатных цехов осуществляется очередями и продолжается в течение нескольких лет. Отдельные прокатные станы (пусковые комплексы) имеют нормативную продолжительность монтажа

1...2 года.

Большое количество и глубокое заложение отдельных фундаментов существенно осложняют размещение и передвижение монтажных механизмов, а также транспортирование и подачу к ним конструкций, поэтому необходимы детальная проработка и строгое соблюдение технологии монтажных работ в увязке со строительными работами.

При строительстве прокатных цехов применяют открытый и закрытый методы выполнения строительно-монтажных работ. При открытом способе сначала выполняют все строительные работы по сооружению подземной части здания, а затем монтируют конструкции надземной части. При закрытом способе сначала возводят всю надземную часть здания, а потом внутри здания выполняют земляные и бетонные работы для фундаментов под технологическое оборудование, электрокабельные тоннели, отстойники окалины, электромашинные и другие сооружения. Технологическое оборудование всегда монтируют после возведения каркаса здания с использованием технологических мостовых кранов, которыми оборудованы здания. Иногда применяют смешанный способ выполнения работ: открытый - для пролетов, большая часть которых занята подземными сооружениями, закрытый - для пролетов, где располагают монтажные краны и пути подачи конструкций.

Разрабатывая проектные решения по организации монтажных работ, руководствуются следующими рекомендациями: монтажные механизмы - гусеничные и башенные краны - необходимо располагать в пролетах с наименьшим числом фундаментов под технологическое оборудование; применение башенных кранов с большим радиусом действия оправдано наличием фундаментов, затрудняющих подъезд гусеничных кранов; направление монтажных работ следует назначать в соответствии с направлением технологического процесса прокатки; способ возведения (закрытый или открытый) выбирают не для всего здания, а для пролета в отдельности.

9

При этом следует членить здание по длине на участки с одновременным выполнением строительномонтажных работ; отметку расположения монтажных кранов можно назначить ниже уровня обратной засыпки (в открытом котловане) для возможности максимального совмещения работ.

Пример расположения монтажных кранов на здании стана холодной прокатки «2500» приведен на рис 3.6. Учитывая большую площадь и длину зданий, а также сжатые сроки строительства прокатных цехов, следует проектировать крупноблочный монтаж конструкций покрытия со сборкой блоков на конвейерной линии.

3.8. Крупноблочный монтаж конструкций и оборудования

Цех холодного проката металлургического завода представляет собой многопролетное здание с металлическим несущим каркасом: пять пролетов по 36 м, три - по 42 м; шаг колонн - 12, 24 и 36 м; шаг стропильных ферм из круглых труб - 12 м. Общая площадь цеха - 142 992 м2. Объем работ по монтажу

10

металлоконструкций составляет 20 350 т, в том числе по монтажу колон связей и подкрановых конструкций - 832 т, по монтажу покрытия - 8977 т. Колонны и подкрановые балки монтируют гусеничными кранами раздельным способом, раскрепляют связями, создают фронт работы для монтажа блоков покрытия.

Покрытие цеха запроектировано под конвейерную сборку и разбито на 149 блоков размерами в плане 12x36, 24x36, 12x42, 24x42 м. Основными являются блоки размерами 24x36 и 24x42 остальные блоки - доборные. Каждый основной блок состоит из двух половин, одна половина - из двух стропильных ферм, типовых решетчатых прогонов длиной 12 м, элементов фонаря, вертикальных связей, горизонтальных связей по нижним поясам; ферм и по верхним поясам под фонарем. Другую половину блока монтируют из щитов, выполненных из прогонов и профилированного настила. Прогоны одним концом опирают на стропильную ферму блока, другим - на монтажную «ложную» ферму.

Рис7. План здания и схемы сборки блоков покрытия цеха холодной прокатки металлургического завода:

а-план здания и конвейерной линии; б-схема погрузки блока; в-схема транспортирования блока; 1…9-стояки по сборке блоков покрытия; 10-блок покрытия; 11-мачта подъемника; 12-пути

транспортного портала; 13-транспортный портал; 14-козловой кран на складировании и укрупнении конструкций; 15—площадка укрупнительной сборки и складирования; 16-кран МСК-5-30 на обслуживании стоянок конвейерной линии; 17-пути крана МСК-5-30; 18-пути крана СКР-1500; 19-кран СКР-1500; 20-низкий установщик

При монтаже блока в проектное положение свободный конец прогонов укладывают на стропильную ферму предыдущего блока и крепят к ней на сварке или болтах. После закрепления блока монтажную «ложную» ферму опускают и вместе с установщиком выводят из-под блока. Блоки комплектуют арматурой и оборудованием межпериферийного пространства, вентиляционными, санитарно - техническими и технологическими трубопроводами, окрашивают и оклеивают мягкой кровлей. Масса