Raschet_i_proektirovanie_karkasa_odnoetazhnogo_proizv._zd

2.5 Компоновка связей каркаса

Связи каркаса обеспечивают геометрическую неизменяемость и устойчивость элементов в продольном направлении, совместную пространственную работу конструкций каркаса, жесткость здания и удобство монтажа и состоят из двух основных систем: связи между колоннами и связи покрытия.

2.5.1 Связи между колоннами

Связи между колоннами (рис.4) обеспечивают во время эксплуатации и монтажа геометрическую неизменяемость каркаса и его несущую способность в продольном направлении, воспринимают и передают на фундамент ветровые нагрузки, действующие на торец здания, и воздействия от продольного торможения мостовых кранов, а также обеспечивают устойчивость колонн из плоскости поперечных рам.

Система связей по колоннам состоит из надкрановых одноплоскостных связей. V-образной схемы, располагаемых в плоскостях продольных осей здания и подкрановых двухплоскостных крестовой схеме, располагаемых в плоскостях ветвей колонны.

Подкрановые связи в каждом ряду колонн располагаются ближе к середине блока здания, чтобы обеспечить свободу температурных деформаций в обе стороны и снизить температурные напряжения в элементах каркаса. Количество связей (одна или две по длине блока) определяется их несущей способностью, длиной температурного отсека и наибольшим расстоянием Lс от торца здания (температурного шва) до оси ближайшей вертикальной связи. При наличии двух вертикальных связей расстояние между ними в осях на должно превышать

40…50 м.

Надкрановые связи устанавливаются в крайних шагах колонн у торца здания или температурного блока, а также в местах, где предусматриваются вертикальные связи по опорам стропильных ферм.

Промежуточные колонны (вне блоков связей) в уровне стропильных ферм раскрепляются распорками.

При большой высоте подкрановой части колонны целесообразна установка дополнительных горизонтальных распорок между колоннами ( на рис.4 показаны пунктиром), уменьшающих и расчетную длину из плоскости рамы.

Вертикальные связи по колоннам рассчитываются на крановые и ветровые нагрузки W, исходя из предположения работы на растяжение одного из каркасов крестовых подкрановых связей.

31

При большой длине элементов, воспринимающих небольшие усилия, связи принимаются по предельной гибкости λи=200.

Рис.8. Схема связей по колоннам

2.5.2. Связи по шатру

Схема связей покрытия состоит из горизонтальных и вертикальных связей, образующих жесткие блоки в торцах здания или температурного блока и при необходимости промежуточные блоки по длине отсека (рис.9).

Горизонтальные связи в плоскости нижних поясов стропильных ферм проектируются двух типов. Связи первого типа состоят из поперечных и продольных связевых ферм и растяжек (рис.9, в – при шаге ферм 6 м; рис.5, г – при шаге 12 м). связи второго типа состоят из поперечных связевых ферм и

растяжек (рис.5, д – при шаге ферм 6 м; рис.9, е – при шаге 12 м).

Поперечные связевые фермы по нижним поясам стропильных ферм предусматриваются в торцах здания или температурного (сейсмического) отсека (рис.9д,е). предусматривается также дополнительно одна связевая горизонтальная ферма - в середине здания или отсека при их длине более 144 м в зданиях, возводимых в районах с расчетной температурой наружного воздуха минус 40°С и выше, и при длине более 120 м с расчетной температурой наружного воздуха ни-

32

же минус 40°С, тем самым уменьшаются поперечные перемещения пояса фермы, возникающие вследствие податливости связей. Поперечные горизонтальные связи в уровне нижних поясов ферм воспринимают ветровую нагрузку на торец здания, передаваемую верхним частям стоек фахверка, и вместе и вместе с поперечными горизонтальными связями по верхним поясам ферм и вертикальными связями между фермами обеспечивают пространственную жесткость покрытия.

Продольные горизонтальные связи в плоскости нижних поясов стропильных ферм предусматриваются вдоль крайних рядов колонн в зданиях:

а) с мостовыми опорными кранами групп режимов работы 7К и 8К, требующими устройства галерей для прохода вдоль крановых путей;

б) с подстропильными фермами; в) с расчетной сейсмичностью 7,8 и 9 баллов;

г) с отметкой низа стропильных конструкций свыше 18 м независимо от грузоподъемности кранов;

д) в зданиях с кровлей по железобетонным плитам, оборудованных мостовыми опорными кранами общего назначения грузоподъемностью свыше 50 т при шаге стропильных ферм 6 м и свыше 20 т при шаге ферм 12 м;

е) в однопролетных зданиях с кровлей по стальному профилированному настилу, оборудованных мостовыми кранами;

ж) при шаге стропильных ферм 12 м с применением стоек продольного фахверка.

Рис. 9. Связи покрытия (продолжение на следующей стр.)

33

Из-за решетки поперечных связей по верхним поясам ферм затрудняется использование решетчатых прогонов и поэтому поперечные связи, как правило, не применяются. В этом случае развязка ферм обеспечивается системой вертикальных связей между фермами.

Взданиях с кровлей по железобетонным плитам в уровне верхних поясов стропильных ферм предусматриваются распорки (рис.9,а). В зданиях с кровлей по стальному профилированному настилу распорки располагаются только в подфонарном пространстве, раскрепление ферм между собой осуществляется прогонами (рис.9,б); при расчетной сейсмичности 7,8 и 9 баллов предусматриваются также поперечные связевые фермы или диафрагмы жесткости, устанавливаемые в торцах сейсмического отсека (рис.9, ж – при шаге ферм 6 м; рис.9, к – при шаге ферм 12 м), и дополнительно не менее одной при длине отсека более 96 м в зданиях с расчетной сейсмичностью 7 баллов и при длине более 60 м в зданиях с расчетной сейсмичностью 8 и 9 баллов.

Вдиафрагмах жесткости профилированный настил, кроме основных функций ограждающих конструкций, выполняет функцию горизонтальных связей по верхним поясам стропильных ферм. Поперечные диафрагмы жесткости и горизонтальные связевые фермы воспринимают продольные расчетные горизонтальные сейсмические нагрузки от покрытия.

34

Взданиях с фонарем в случае устройства промежуточной диафрагмы жесткости фонарь над диафрагмой должен быть прерван. Диафрагмы жесткости выполняются из профилированного настила маркой Н60-845-0,9 или Н75-750-0,9 по ГОСТ 24045-86* усиленным креплением его к прогонам.

Стропильные фермы, не примыкающие непосредственно к поперечным связям, распределяются в плоскости расположение этих связей распорками и растяжками. Распорки обеспечивают необходимую боковую жесткость ферм при монтаже (предельная гибкость верхнего пояса фермы из ее плоскости λи=220). Растяжки предусматриваются для уменьшения гибкости нижнего пояса с целью предотвращения вибрации. Предельная гибкость нижнего пояса из плоскости фермы принимается: λи=400 – при статической нагрузки и λи=250 – при кранах групп режимов работы 7К и 8К или при воздействии динамических нагрузок, приложенных непосредственно к ферме.

Для горизонтальных связей обычно принимается связевая ферма с треугольной решеткой. При шаге стропильных ферм 12 м стойки-распорки связевых ферм проектируются с достаточно большой вертикальной жесткостью (как правило, из гнутых прямоугольных профилей) для опирания на них длинных диагональных раскосов, выполненных из уголков с незначительной вертикальной жесткостью.

Вертикальные связи между фермами предусматриваются по длине здания или температурного отсека в местах размещения поперечных связевых ферм по нижним поясам ферм. В зданиях с расчетной сейсмичностью 7,8 и 9 баллов и кровлей по стальному профилированному настилу по рядам колонн вертикальные связи устанавливаются в местах размещения связевых ферм или диафрагм жесткости по верхним поясам стропильных ферм.

Основное назначение вертикальных связей – обеспечить проектное положение ферм при монтаже и увеличить их боковую жесткость. Обычно устраивается одна-две вертикальные связи по ширине пролета (через 12…15 м).

При опирании нижнего узла стропильных ферм на оголовок колонны сверху вертикальные связи располагаются также по опорным стойкам ферм. При примыкании стропильной фермы сбоку к колонне эти связи располагаются в плоскости, совмещенной с плоскостью устройства вертикальных связей надкрановой части колонны.

Впокрытиях здания, эксплуатируемых в климатических районах с расчетной температурой ниже -40°С, следует, как правило, предусматривать ( дополнительно к обычно применяемым) вертикальные связи, расположенные посередине каждого пролета вдоль всего здания.

35

При наличии жесткого диска кровли в уровне верхних поясов ферм следует предусматривать инвентарные съемные связи для выверки конструкций и обеспечения их устойчивости в процессе монтажа.

2.6. Выбор материала несущих элементов каркаса

Класс и марка стали для конструкций принимаются по [2, табл.50] в зависимости от группы конструкций и климатического района строительства, для которого нормами определены расчетные температуры наружного воздуха (прил. 9)

В составных сечениях возможно применение двух классов стали: более высокой прочности для сильно нагруженных элементов (пояса, опорные раскосы ферм) и углеродистой стали обыкновенного качества для других элементов (решетка ферм). Расчетная характеристика материалов Ry, Rs, Rр определяются согласно прил. 9 в соответствии с [2, п.3.1, табл.51 и 52].

При изготовлении стальных конструкций в заводских условиях применяется наиболее распространенная полуавтоматическая сварка в защитной среде углекислого газа. Ручная сварка в основном используется при монтаже в труднодоступных местах. Швы большой протяженности выполняются, как правило, автоматической сваркой. Материалы для сварки, соответствующие по прочности стали соединяемых элементов конструкций, применяются по [2, табл.55]. расчетные сопротивления металла швов сварных соединений определяются согласно [2, п.3.4, табл. 56].

2.7. Общие требования при проектировании конструкций

При проектировании конструкций промышленного здания следует строго соблюдать требования строительных норм и правил, обеспечивающих необходимую надежность, капитальность, долговечность и заданные условия эксплуатации здания в целом, а также отдельных элементов и соединений конструкций.

Элементы конструкций должны иметь минимальные сечения, удовлетворяющие требованиям норм с учетом сортамента на прокат. При компоновке сечений следует широко использовать экономичные прокатные или гнутые профили.

36

3.РАСЧЕТ ВНЕЦЕНТРЕННО СЖАТОЙ СТУПЕНЧАТОЙ КОЛОННЫ

3.1Расчет и конструирование стержня колонны

3.1.1 Определение расчетных длин участков ступенчатой колонны

Колонна работает на внецентренное сжатие. Определяющим предельным со-

стоянием является потеря устойчивости, зависящая от гибкости стержня. Сечения ступенчатой колонны подбирается раздельно для подкрановой (нижней) и над-

крановой (верхней) частей. Соответственно определяются расчетные длины для

этих частей в плоскости и из плоскости рам.

В плоскости рамы lx1= 1 l1 и lx2= 2 l2.

длина нижнего участка колонны, момент инерции сечения и действующая на этом участке продольная сила; l2; I2; N2 - то же верхнего участка колонны. При других условиях 1 определяется по [2, п. 6.II, прил. 6].

Расчетные длины подкрановой части ly1 и надкрановой части ly2 из плоскости рамы (относительно оси у-у) принимаются равными расстоянию между точками закрепления колонны от смешения вдоль здания.

Такими точками являются низ базы колонны, нижний пояс и тормозная кон-

струкция подкрановой балки, распорки по колоннам в уровне поясов стропиль-

ных ферм и промежуточные:

ly1=0,8l1; ly2=l2 - hб

37

Несущая способность подкрановой части колонны определяется допускае-

мой продольной силой в ветвях, для которых расчетные длины принимаются рав-

ными:

в плоскостях рамы (относительно осей х1-х1 и х2-х2) - расстояние между уз-

лами решетки;

из плоскости рамы (относительно оси у-у) - геометрической длине ветви,

умноженной на коэффициент 0,8, учитывающий защемление ветвей колонны в фундаменте в уровне его верха, при этом геометрическая длина наружной ветви принимается равной расстоянию от низа базы до тормозной конструкции в уров-

При постановке распорок между наружными ветвями в уровне низа подкра-

новых балок (при грузоподъемности кранов 80 т и более) геометрическая длина наружной ветви принимается равной расстоянию от низа до распорки (низа под-

крановой балки).

Рис. 11. Схема колонны и сечения верхней и нижней частей

38

При наличии промежуточных распорок между колоннами расчетные длины из ветвей из плоскости рамы соответственно уменьшаются.

3.1.2. Подбор сечения надкрановой части колонны

Для надкрановой части колонны рекомендуется применять симметричное сечение из прокатного широполочного двутавра или двутавра сварного из трех листов (см.рис.6). Из таблицы расчетных комбинаций усилий, составленной по результатам статического расчета рамы, выбирается самая невыгодная комбина-

ция N и M из действующих в трех расчетных сечениях подкрановой части колон-

ны. Для анализа конкурентоспособных комбинаций можно воспользоваться ус-

ловной продольной силой Nусл, полученной из формулы Ясинского для подбора сплошных сечений внецентренно-сжатых элементов:

Nусл = N (1,25 + 2,2e/hв),

где e'=M/N - эксцентриситет продольной силы.

По наибольшей условной силе определяется ориентировочно требуемая площадь сечения колонны

Атр = Nусл/Rу ,

Площадь Атр распределяется наивыгоднейшим образом между стенкой и полками с учетом обеспечения их местной устойчивости.

Толщина стенки tпринимается минимального размера (но не менее 8 мм) в

пределах 1/60...1/120 от высоты h , при этом большая величина при относительно больших продольных силах и малых моментах, меньшая - в обратных случаях.

Требуемая площадь полки

Аf = в1t1 = (Aтр - h t )/2.

Толщиной полки tf задаются в пределах 12... 30 мм. Ширина полки обычно принимается вf=(1/20...1/30)l2, что необходимо для обеспечения общей устойчи-

вости колонны из плоскости действия момента. Из условия свариваемости долж-

но соблюдаться соотношение толщин tf / t 3.

39

3.1.3. Проверка надкрановой части колонны

После компоновки сечения вычисляются его геометрические характеристики

и гибкости стержня колонны относительно осей х-х и у-у. Затем производится проверка подобранного сечения.

Площадь всего сечения А = h t + 2вf tf.

Момент инерции сечения Ix = t h3 /12 + 2Аt [(hв - tf)/2]2; Iy = 2 tf в3f/12.

Момент сопротивления сечения для наиболее сжатого волокна Wc=2Ix/hв. Радиусы инерции сечения ix I x / A ; i y I y / A .

Гибкости стержня х = lх2 / ix;

Условная гибкость относительно оси х-х

40