Металлические конструкции в транспортном строительстве

а

б

Рис. 7.5. Схемы связей в пределах температурного отсека:

а – схема горизонтальных связей; б – схема вертикальных связей; а, б – элементы поперечных связей; а1, б1 – элементы продольных связей; в, з – распорки; д – стойки торцевого фахверка; е, ж – нижний и верхний

пояса стропильных ферм; ВС – вертикальные связи между фермами; ВС1 – вертикальные связи между колоннами выше подкрановых балок; ВС2 – то же ниже подкрановых балок; Р – распорки между колоннами

130

Элементы связей изготавливают, как правило, из уголков или труб, а размер профиля назначается по предельной гибкости. Для сжатых элементов связей предельная гибкость равна 200, для растянутых при динамической нагрузке с количеством циклов нагружения за весь период эксплуатации здания более 2·106 равна 300, при других нагрузках – 400.

При треугольной решетке связевых ферм (изображена на рис. 7.5, а) все элементы считаются сжатыми. При крестообразной решетке все раскосы считаются растянутыми (здесь допускается считать, что сжатые раскосы выключаются из работы), а стойки – сжатыми.

Взданиях с пролетом более 30 м и высотой более 15 м следует определять усилия в связевых фермах от ветровой нагрузки расчетом и подбирать сечения согласно этим усилиям.

При этом усилия, возникающие в нижних поясах стропильных ферм, при расчете самих стропильных ферм не учитываются. Узловые соединения связевых элементов, если нет фактического усилия, рассчитываются на силу, равную 60 кН.

Продольные горизонтальные связи обеспечивают совместную работу поперечных рам здания при действии горизонтальной поперечной нагрузки, распределенной неравномерно по длине здания.

Ктаким нагрузкам относится, прежде всего, нагрузка, возникающая при торможении тележки грузоподъемного крана.

Продольные связи располагаются вдоль крайних рядов колонн (на рис. 7.5, а элементы продольных связей обозначены череза1 и б1).

Взданиях с числом пролетов более трех продольные горизонтальные связи следует размещать также вдоль средних рядов колонн и не реже, чем через пролет в зданиях с тяжелым и весьма тяжелым режимом работы и через два пролета в прочих зданиях. В зданиях без мостовых кранов продольные горизонтальные связи не применяются. Также можно обходиться без этих связей в зданиях, оборудованных кранами, грузоподъемностью до 10 т легкого или среднего режима работы. При этом покрытие должно быть без подстропильных ферм, а высота здания не должна превышать 18 м. Конструктивные решения и подбор сечений элементов горизонтальных продольных связей аналогичны поперечным связям.

Вертикальные связи между фермами предназначены для фиксации вертикального положения стропильных ферм, для уменьшения

131

расчетной длины стержней поясов ферм в горизонтальной плоскости и для передачи горизонтальных нагрузок, действующих вдоль здания, на диск покрытия. Вертикальные связи устанавливаются в тех же осях, что и поперечные горизонтальные связи (см. рис. 7.5, б). Шаг вертикальных связей должен совпадать с расположением узлов по нижнему и верхнему поясу стропильных ферм. Как правило, шаг вертикальных связей принимается кратным 6 м. В местах расположения вертикальных связей в стропильных фермах следует предусматривать вертикальные стойки.

Расчетная длина в горизонтальной плоскости (ly) верхнего пояса ферм, между которыми расположены вертикальные связи, равна шагу этих связей (на рис. 7.5, б деформированная ось верхнего пояса показана штриховой линией). Расчетная длина верхнего пояса других ферм уменьшается с присоединением их к вертикальным связям распорками, прогонами или элементами, их заменяющими.

Вертикальные связи проектируются в виде фермочек заводского изготовления, сечения элементов которых подбираются по предельной гибкости (см. выше). В местах установки вертикальных связей элементы «б» горизонтальных связей не ставятся.

Для покрытий зданий с применением панелей-оболочек на пролет поперечные и продольные горизонтальные связи, а также вертикальные связи в пределах покрытия не требуются.

Вертикальные связи между колоннами обеспечивают продольную устойчивость колонн, воспринимают продольные усилия от ветра (W) и крана (Tпр), уменьшают расчетную длину колонн в продольном направлении (из плоскости поперечной рамы). Вертикальные связи между колоннами располагают в средней части температурного отсека (см. рис. 7.5, б, разрез 2–2) с тем, чтобы не препятствовать температурным деформациям. Рекомендуется, чтобы расстояние от торца температурного отсека до вертикальных связей между колоннами не превышало 90 м для отапливаемых зданий и 75 м для неотапливаемых.

Для уменьшения расчетной длины (ly) из плоскости поперечной рамы колонн, расположенных вне связевой панели, используются распорки. Связи, расположенные выше подкрановых балок, делаются одинарными и располагаются по оси надкрановой части колонн. Связи, расположенные ниже подкрановых балок, делаются двойными (на рис. 7.5, б, разрез 2–2) они показаны сплошной и штри-

132

ховой линией) и располагаются в плоскости каждой ветви подкрановой части колонн. Сечение вертикальных связей подбирается в большинстве случаев по предельной гибкости. В зданиях с тяжелым и весьма тяжелым режимом работы связи между колоннами рассчитывается по жесткости: горизонтальные отклонения колонн на уровне подкранового рельса при действии продольной крановой нагрузки не должны превышать h1 / 4000, где h1 – отметка уровня головки подкранового рельса.

7.6. Определение нагрузок на ПРЗ

На промышленное здание действуют следующие нагрузки: постоянные (собственный вес ограждающих и несущих конструкций); временные (снег, ветер, технологические нагрузки от оборудования, прежде всего от грузоподъемных кранов) и особые нагрузки, вызванные сейсмическими воздействиями, неравномерной осадкой опор, авариями технологического оборудования.

Нагрузка от собственного веса покрытия (g) считается равномерно распределенной вдоль ригеля рамы, а нагрузка от веса стенового заполнения и собственного веса колонн – сосредоточенной (P), приложенной в уровне низа. Снеговая нагрузка также считается равномерно распределенной по ригелю рамы. Ее значение определяется по формуле:

нагрузка от собственного веса покрытия на 1 м2);– коэффициент перехода от веса снегового покрова к нагруз-

ке на покрытие (зависит от формы покрытия); b – шаг ригелей (ферм).

Ветровая нагрузка представляется в виде положительного давления (направлена на стеновое заполнение) и отрицательного давле-

133

ния (направлена от стенового заполнения), значения которых определяются по формуле:

где w0 – скоростной напор ветра (зависит от района строительства);f – коэффициент надежности по нагрузке ( f = 1,4);

k – коэффициент, учитывающий тип местности и изменение скоростного напора ветра по высоте;

c – аэродинамический коэффициент, зависящий от формы и размеров здания. Для положительного давления c = 0,8, а для отрицательного – с = 0,4–0,6 – зависит от отношений длины здания к ширине и высоты к ширине.

Ветровая нагрузка на покрытие, как правило, не учитывается, т. к. при традиционных уклонах кровли на покрытии возникает только отрицательное давление, улучшающее работу элементов ПРЗ.

При расчете ПРЗ фактическая ветровая нагрузка заменяется равномерно распределенной (qb, qb') и сосредоточенной (w, w') нагрузками. Переход от фактической к равномерно распределенной нагрузке осуществляется из условия равенства опрокидывающих моментов относительно фундамента колонн. Опрокидывающий момент, создаваемый равномерно распределенной нагрузкой (qb или qb') относительно верха фундамента, должен быть таким же, как и от фактической нагрузки (q или q').

При этом фактическая нагрузка учитывается только до низа стропильных конструкций. Сосредоточенные силы (w и w') являются равнодействующими ветрового давления, действующего в пределах высоты покрытии.

134

8. МК ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

8.1. МК большепролетных покрытий

8.1.1.Область применения, особенности большепролетных покрытий

Большие пролеты, перекрываемые МК, применяются в зданиях общественного и специального назначения и производственных зданиях. Здания общественного назначения: театры, выставочные павильоны, концертные и спортивные залы, крытые стадионы, рынки, вокзалы и т. п. – имеют большие пролеты, обусловленные как эксплуатационными, так и архитектурными требованиями. Здания специального назначения: ангары, гаражи, троллейбусные парки и т. п. – проектируют без внутренних колонн, исходя из удобства размещения и эвакуации машин либо иных эксплуатационных требований. В промышленном строительстве большие пролеты устраиваются в сборных цехах авиастроительных, судостроительных и машиностроительных заводов, в экспериментальных цехах различных производств, где они обусловлены или крупными габаритами собираемых машин (самолетов, судов), или требованиями технологического процесса. Несущие конструкции покрытий больших пролетов (≥ 40 м) по статической схеме подразделяются на:

а) балочные; б) рамные; в) арочные;

г) структурные; д) купольные; е) складчатые; ж) висячие;

и) комбинированные; к) сетчатые оболочки.

Выбор схемы несущих конструкций (рис. 8.1) зависит от размера пролета, архитектурно-планировочного решения, формы здания в плане, высоты сооружения, наличия и типа подвесного транспорта, требований, предъявляемых к жесткости покрытия, характера

135

освещения и аэрации, типа кровли, величины и распределения нагрузок и иных факторов.

Рис. 8.1. Большепролетная конструкция покрытия:

а – поперечный разрез; б, в – варианты продольных разрезов; 1 – трехгранная ферма; 2 – затяжки; 3 – железобетонные кровельные плиты

Большепролетные конструкции работают в основном на нагрузку от собственного веса, поэтому снижение влияния этого фактора является главной задачей инженера. С этой точки зрения рационально применять для основных несущих конструкций стали повышенной или высокой прочности (С345–С590) либо легкие алюминиевые сплавы. Рационально также применение легких кровель, а также выбор профиля кровли, позволяющего снизить снеговую нагрузку (плоские бесфонарные кровли, кровли с зенитными фонарями вместо высоких П-образных). Снижению нагрузок способствует также размещение инженерных коммуникаций и технологического оборудования в зоне опор.

Балочные покрытия больших пролетов применяются в случаях, когда опоры не могут воспринимать распорных условий, т. е. при опирании на стены, каменные или ж/б колонны и т. п. Также покрытия состоят обычно из главных поперечных конструкций в виде плоских или пространсвенных ферм и промежуточных конструкций. Применяются при пролетах 40–100 м. При увеличении пролета их использование нерационально.

Преимущества балочных покрытий:

а) отсутствие распора от вертикальных нагрузок, наименьшие размеры колонн и фундаментов;

б) простота статической схемы, простота проектирования, изготовления, монтажа;

в) нечувствительность к осадкам опор (при разрезной схеме). Недостаток – сравнительно большой расход стали и высота ферм.

136

По статической схеме главные фермы могут быть разрезными

инеразрезными, с подстропильными фермами или без них. По очертанию фермы бывают с параллельными поясами, трапециевидными, полигональными, сегментными, треугольными. Системы решеток также аналогичны обычным фермам. Для уменьшения высоты ферм могут применяться сложные составные решетки либо затяжки.

Пример № 1. Трехгранные фермы с преднапряжением. Рациональны в изготовлении, транспортировании и монтаже.

Пример № 2. Основные несущие фермы покрытия пролетом 107 м. Шаг ферм – 16 м. Высота в коньке – 8530 мм или 1/125 пролета. На основные фермы с шагом 9000 мм в качестве прогонов опираются вспомогательные фермы l = 16 м.

Сечения элементов ферм следует проектировать из минимального числа составных профилей, удобных для соединений, стыкования и окраски, а также минимальным числом соединительных швов. При назначении сечений поясов рекомендуется:

1)принимать высоту сечения не более (1/8–1/12)l панели для исключения дополнительных напряжений от моментов вследствие жесткости узла;

2)изменять сечения по длине фермы в соответствии с изменением усилий в местах монтажных стыков и не чаще, чем через 12 м;

3)эксцентриситет ц. т. при переходе от одного сечения к другому не должен превышать 1,5 % высоты сечения в Н-образных, крестовых и тавровых сечениях и 4 % – в двутавровых и замкнутых сечениях. При превышении это должно учитываться в расчетах;

4)при пролетах до 50–60 м и легких нагрузках сечения элементов ферм проектируют одностенчатыми, а при больших пролетах

инагрузках – двустенчатыми.

Из двустенчатых сечений наиболее целесообразны Н-образные симметричные широкополочные прокатные и сварные сечения (рис. 8.2, б, в), они удобны в сборке, легко центрируются и соединяются, в элементах таких сечений легко менять размеры. Недостаток – возможность накопления пыли, а иногда и воды. Рациональны сечения из двух швеллеров (рис. 8.2 к, л). Трубчатые и замкнутые квадратные и прямоугольные рациональны по расходу стали, но усложняют решения узлов. Из ступенчатых наиболее рациональны тавровые (рис. 8.2, е) и крестовые (рис. 8.2, ж). Для легких ферм небольших пролетов возможно использование решетки. Опорные

137

раскосы проектируют по типу поясов. Двустенчатые элементы поясов принимают по рис. 8.2, б, в, и, л, н, о.

Рис. 8.2. Типы сечений поясов ферм:

а – из парных уголков; б – из балочных двутавров; в – из широкополочных двутавров; г – из вертикально расположенных двутавров; д – из двух швеллеров;

е– из тавров; ж – из листов; и – из круглых труб; к – из швеллеров с планками;

л– из швеллеров без планок; м – коробчатое сечение из листов; н – коробчатое сечение из двух уголков; о – сквозное сечение из уголков

Расчет ферм производится как для обычных стержневых систем, учет моментов от жестких узлов учитывают только при ширине поясов более (1 / 10)l панели. Для эффективного применения высокопрокатной стали расчетную гибкость элементов рационально иметь в пределах 40–60.

Рамные покрытия применяют для пролетов 40–150 м (рис. 8.3).

Рис. 8.3. Типы стальных рам:

а – двухшарнирная рама из балок; б – двухшарнирная рама из решетчатых элементов; в – рама с жестко защемленными стойками; г – бесшарнирная рама

При бóльших пролетах рамы становятся неэкономичными. Преимущества по сравнению с балочными: меньший вес, бóльшая жесткость и возможная меньшая высота ригелей, а следовательно и меньшая высота стен, и объем помещения, что снижает эксплуатационные расходы. Недостатки – большая ширина колонн, чувствительность к неравномерным осадкам опор и изменениям температуры.

138

Сплошные рамы применяют сравнительно редко и при относительно небольших пролетах (до 60 м) (рис. 8.3, а). Их преимущества – меньшая трудоемкость изготовления, транпортабельность, меньшая высота ригеля (1/20–1/40) пролета. На рис. 8.3, а показана двухшарнирная рама, распор в которой воспринимается затяжкой, расположенной на уровне опорных шарниров ниже отметки пола. Сквозные рамы могут быть двухшарнирными (с шарнирами в уровне фундаментов (рис. 8.4, б) или в местах сопряжения ригеля со стойками (рис. 8.4, в)), а также бесшарнирными (рис. 8.3, г). При таком решении значительно упрощается монтаж конструкций, но более мощными получаются фундаменты и отсутствуют разгружающие ригель моменты в его опорах. Бесшарнирные рамы применяют при пролетах 120–150 м, когда уменьшение изгибающего момента при жестких верхних узлах назначается (1/12–1/20)l.

Снизить изгибающий момент в ригеле рамы, а следовательно и его высоту, можно смещением в двухшарнирной раме опорных шарниров с оси стойки внутрь помещения на величину е (рис. 8.4).

Рис. 8.4. Смещение опорных щарниров

Ригели и стойки сплошных рам проектируют сварными двутаврового сечения, и несущую способность проверяют, как для вне-

139