Тема11 Связи
Плоскостные конструкции (балки, арки, рамы, фермы и т. д.) предназначены для восприятия нагрузок, действующих в их плоскости. При взаимном соединении плоскостные конструкции в зданиях или сооружениях образуют пространственную конструкцию, которая должна обеспечить надежное восприятие внешних сил любого направления при любом возможном сочетании нагрузок в условиях эксплуатации. При этом передача усилий от одних частей сооружения на другие вплоть до его основания должна проходить без какого-либо нарушения пространственной неизменяемости, устойчивости, жесткости и прочности как всей пространственной конструкции в целом, так и ее отдельных частей.
Общая устойчивость остову деревянного здания может быть придана следующими способами.
Первый способ. Поперечную и продольную устойчивость здания создают пространственным защемлением каждой из стоек каркаса в грунте. Верхние концы стоек связывают через обвязку с элементами покрытия. Этот способ получил широкое распространение в строительстве временных зданий.
Второй способ. Поперечная устойчивость здания обеспечивается защемлением в фундаментах плоских деревянных стоек, решетчатых или клееных.
Третий способ. Поперечную устойчивость здания обеспечивают, применяя простейшие комбинированные и подкосные системы, рамные системы или арочные конструкции, передающие распор непосредственно на фундаменты. Продольная устойчивость здания в этом случае может быть создана постановкой связей по продольным линиям стоек. Стеновые щиты при этом располагают с наружной стороны стоек. Продольную устойчивость зданию с арочными конструкциями, опертыми непосредственно на фундаменты, придают связи, расположенные в конструкции кровельного покрытия, а пространственную устойчивость нижним поясам – поперечные связи, соединяющие арки попарно.
Четвертый способ. Устойчивость каркасного здания можно создать при шарнирном опирании стоек на фундаменты и шарнирном примыкании их к элементам покрытия. Это возможно лишь в том случае, если конструктивные элементы покрытия и стен не только будут достаточно прочными, жесткими и устойчивыми для восприятия всех действующих на них нагрузок, но и создадут неизменяемые, жесткие и устойчивые диафрагмы, образуя тем самим неизменяемую, жесткую и устойчивую пространственную коробку. Для этого в плоскости покрытия можно использовать применяемый в качестве основы под рулонную кровлю щитовой настил, связанный гвоздями с прогонами; в стенах могут быть использованы косые обшивки или специальные связи между стойками каркаса.
Таким образом, для большинства зданий пространственная неизменяемость и жесткость конструкций в зданиях и сооружениях достигается постановкой связей покрытия и связей между колоннами каркаса в продольном направлении.
Связи покрытия должны обеспечивать устойчивость несущих конструкций и их элементов, а также восприятие передающихся через фахверковые колонны горизонтальных нагрузок от ветрового напора на торцовые самонесущие стены. При наличии в здании подвесного подъемно-транспортного оборудования продольные инерционные силы торможения должны быть также восприняты связями покрытия.
Рисунок 11.1 – Схемы пространственного крепления плоских деревянных конструкций в зданиях и сооружениях:
а – каркасного типа; б – без каркаса; 1 – поперечные связи жесткости (связевые фермы); 2, 3 – продольные вертикальные связи жесткости; 4, 5 – продольные горизонтальные связи жесткости
Связевая система покрытия образуется из поперечных связевых ферм – горизонтальных связей в плоскости верхних граней стропильных конструкций, вертикальных связей между ними и продольных элементов, работающих на растяжение или сжатие (рисунок 11.1).
Поперечные связевые фермы располагаются по торцевым секциям здания или во второй от торца секции и по промежуточным секциям не реже чем через 30 м, в тех же секциях располагаются вертикальные связи между колоннами.
В качестве поясов поперечных связевых ферм следует использовать верхние пояса или все сечение стропильных конструкций. Высота поперечных связевых ферм равна, как правило, шагу стропильных конструкций.
В плоскости кровли роль продольных элементов связей, соединяющих элементы жесткости и стропильные конструкции, обычно должны выполнять прогоны или продольные ребра плит.
Включение клеефанерных плит в работу не только как продольных элементов связей, но и как составных частей элементов жесткости допустимо при условии обеспечения восприятия усилий, возникающих в сопряжениях плит со стропильными конструкциями. При использовании в качестве несущих конструкций шпренгельных систем вертикальные связи должны раскреплять их растянутый пояс.
Связи бывают:
горизонтальные (или наклонные для скатной кровли);
вертикальные в покрытии, а также по продольным и торцовым стенам.
Связи обеспечивают общую устойчивость здания, воспринимают ветровые и крановые тормозные нагрузки и передают их на фундамент.
В зданиях с деревянным каркасом применяют два основных вида связей:
а) связевые фермы, располагаемые вертикально, наклонно или горизонтально поперек здания по наружным поясам (или наружному контуру) несущих конструкций;
б) продольные связи (тоже фермы), плоскость которых располагается перпендикулярно плоскости несущих конструкций; эти связи закрепляют нижние пояса (или внутреннюю кромку) несущих конструкций.
Связевые фермы, расположенные по наружным поясам конструкций, соединяют ригели двух соседних рам и их стойки в пространственный блок жесткости, способный воспринимать нагрузки, направленные перпендикулярно плоскости основных несущих конструкций. Поясами являются верхние пояса ригелей (ферм, клеефанерных балок и т.п.) или все сечение несущих конструкций (дощатоклееных арок, рам, стоек). Решетка связевых ферм может быть деревянной раскосной или перекрестной из стальных тяжей. Эти связи воспринимают ветровые и технологические нагрузки, направленные вдоль здания (ветер, продольное торможение кранов), обеспечивают устойчивость каркаса в процессе его монтажа.
Роль стоек в решетке связевых ферм выполняют прогоны или панели. Связевые фермы устанавливают с интервалом не более 30 м (чаще 18-24 м), но не менее двух на здание.
Связевые фермы у торцов здания могут не устанавливаться, если торцевые стены в состоянии самостоятельно воспринимать горизонтальные нагрузки.
Связи закрепляют две крайние точки несущих конструкций и одну или несколько промежуточных точек.
Усилия в связевых фермах, обеспечивающих пространственную жесткость зданий и сооружений, определяются из расчета на действие горизонтальной нагрузки, направленной вдоль здания, и вертикальной нагрузки на покрытие с учетом начальных отклонений формы и положения плоскостных несущих конструкций от проектных. К таким отклонениям относятся погибь из плоскости наибольшей жесткости и отклонение поперечных сечений от вертикали. В процессе деформирования под нагрузкой величины этих отклонений изменяются. Их окончательные значения не должны превышать величин, регламентируемых нормами на производство и приемку работ.
Связевые фермы рассчитывают как обычные фермы.
Продольные связи соединяют несущие конструкции попарно и устанавливаются с интервалом, равным шагу несущих конструкций.
Шаг продольных связей определяют из условия обеспечения устойчивости раскрепляемых конструкций.
Рисунок 11.2 – Полураскосная система (В = 6м)
Рисунок 11.3 – Полураскосная система (В = 3м)
Для наглядности покажем связи в здании с каркасом, состоящем из стоек и шарнирно опертых на них балок (или ферм) [6].
Рисунок 11.4 – Связевая система с прогонами и деревянными полураскосными связями
Рисунок 11.5 – Связевая система с плитами и металлическими крестовыми связями