
- •Введение
- •1.1. Общие сведения об инженерных конструкциях
- •1.2. Историческая справка. Вклад отечественных инженеров и ученых в теорию и практику инженерных конструкций
- •2. Материалы, применяемые для изготовления инженерных конструкций
- •2.1. Строительные стали и алюминиевые сплавы, их классификация
- •2.2. Механические свойства металлов
- •2.3. Сортамент металла
- •Контрольные вопросы
- •3. Основные положения расчета инженерных конструкций
- •3.1. Суть метода расчета по предельным состояниям
- •3.2. Нагрузки и воздействия
- •Сочетания нагрузок
- •3.3. Нормативные и расчетные сопротивления материалов
- •Контрольные вопросы
- •4. Расчет элементов металлических конструкций
- •4.1. Основные положения расчета
- •4.2. Расчет центрально-растянутых элементов
- •4.3. Расчет центрально-сжатых элементов
- •4.4.Расчет изгибаемых элементов
- •4.5. Расчет внецентренно - сжатых элементов
- •Контрольные вопросы
- •5. Соединения в металлических конструкциях
- •5.1.Сварные соединения
- •5.1.1. Сварка в строительстве
- •5.1.2. Виды сварки
- •5.1.3. Виды сварных швов и соединений
- •5.1.4. Расчет стыковых и угловых швов
- •5.2. Заклепочные и болтовые соединения
- •5.2.1. Общие сведения о заклепочных и болтовых соединениях
- •5.2.2. Расчет и конструирование болтовых и заклепочных соединений
- •Контрольные вопросы
- •6. Основы проектирования балок и балочных клеток
- •6.1.Назначение балок, их типы и область применения
- •6.2. Основы проектирования балочных клеток
- •6.3. Основные положения расчета балок
- •6.4. Расчет балок
- •Расчет поясных соединений
- •7. Колонны и стойки
- •7.1. Типы колонн и стоек
- •7.2. Расчет колонн
- •7.3. Типы и конструкции оголовков и баз колонн
- •Контрольные вопросы.
- •8. Проектирование ферм гражданских и общественных зданий
- •8.1. Назначение и основные группы ферм
- •8.2. Стропильные фермы и их типы
- •8.3. Определение генеральных размеров ферм
- •8.4. Элементы кровельного покрытия по металлическим фермам
- •8.5. Основы расчета стропильных ферм
- •8.6. Общие принципы конструирования ферм
- •Контрольные вопросы
- •9. Стальные каркасы зданий средней и малой этажности
- •9.1. Область применения стальных каркасов
- •9.2. Каркасы производственных зданий
- •9.3. Легкие металлические конструкции зданий
- •Контрольные вопросы
- •10. Стальные каркасы высотных зданий
- •10.1. Назначение и системы стальных каркасов
- •10.2. Рамная, связевая и рамно-связевая системы
- •10.3. Каркасно - ствольная и коробчато-ствольная системы
- •10.4. Стальные каркасы сверхвысотных зданий
- •10.5. Основы компоновки, конструирования и расчета стальных каркасов
- •10.6. Противопожарная защита стальных каркасов
- •Контрольные вопросы
- •11. Конструкции большепролетных покрытий
- •11.1. Область применения и классификация большепролетных покрытий
- •11.2. Балочные конструкции покрытия
- •11.3. Рамные конструкции
- •11.4. Арочные покрытия
- •11.5. Купола
- •11.6. Структурные и перекрестно-балочные системы покрытий
- •Контрольные вопросы
- •12. Висячие покрытия
- •12.1. Общая характеристика висячих покрытий
- •12.2. Конструктивные элементы висячих покрытий
- •12.3. Основы расчета висячих покрытий и способы уменьшения их деформативности
- •12.4. Конструктивные решения висячих покрытий
- •12.4.1. Конструктивные решения однопоясных покрытий
- •12.4.2. Конструктивные решения двухпоясных покрытий
- •12.4.3. Конструктивные решения седловидных шатровых покрытий
- •12.4.4. Конструктивные решения вантовых и висячих комбинированных покрытий
- •Контрольные вопросы
- •Список литературы
9.2. Каркасы производственных зданий
Каркасы производственных зданий представляют собой комплекс конструкции, предназначенных для восприятия постоянных нагрузок от веса ограждающих и несущих конструкций, снеговой и ветровой нагрузок, а также нагрузок от технологического оборудования.
Основными конструктивными элементами каркаса являются: колонны, ригели перекрытий, стропильные конструкции покрытий (фермы или балки), связи и подкрановые конструкции. Для естественного освещения и вентиляции по покрытиям зданий могут устраиваться светоаэрационные или аэрационные фонари (рис.9.1).
В зависимости от схемы компоновки каркасы могут быть однопролетными и многопролетными. Наиболее распространены стальные каркасы одноэтажных однопролетных производственных зданий.
Каркасы одноэтажных производственных зданий можно разделить на плоскостные и пространственные. В каркасах плоскостной системы основными несущими конструкциями являются плоские поперечные рамы, которые соединяются между собой системой продольных связей. Поперечная
рама воспринимает только нагрузки, действующие в ее плоскости. Нагрузки, действующие вдоль здания, воспринимаются продольными кострукциями, в состав которых включаются вертикальные связи по колоннам, колонны, подкрановые балки. В каркасах пространственной системы при действии любых нагрузок в работу включаются все или большинство элементов и расчетный блок смещается целиком.
Сетка колонн одноэтажных зданий массового применения назначается размером 6х18, 6х24, 6x30, 6x36, 12x18, 12x24, 12x30 и по торцам часто устраиваются дополнительные фахверковые колонны с шагом 6 м для крепления ригелей под легкие стеновые панели или железобетонные стеновые панели длиной 6 м.
Конструкция ригеля сплошного или сквозного сечения зависит главным образом от пролета. При пролетах более 18 м ригели проектируются сквозными в виде ферм с целью экономии материалов.
Пространственная жесткость и устойчивость каркасов одноэтажных зданий в период монтажа и в период эксплуатации обеспечиваются структурной системой связей, поставленных в пределах блока покрытия и в пределах высоты колонны каркаса (рис.9.2).
Горизонтальные связи по верхним поясам устанавливают в поперечном направлении, и они обеспечивают устойчивость сжатых элементов верхнего пояса ферм от вертикальных нагрузок. В беспрогонной системе функцию связей по верхним поясам могут выполнять железобетонные плиты, которые крепят на сварке к верхнему поясу, а связи устанавливают только по краям температурного отсека на период монтажа. Горизонтальные связи по нижним поясам ферм устанавливают как в поперечном, так и в продольном направлениях. Поперечные связи по нижним поясам устанавливают, как правило, в торцах и температурного отсека, и они служат связевыми фермами для восприятия ветровых нагрузок.
Продольные связи по нижним поясам устраивают преимущественно в зданиях с кранами тяжелого режима работы.
Вертикальные связи по фермам устраивают между опорными стойками ферм и в середине пролета. Их основное назначение - создать жесткий пространственный связевой блок, состоящий из стропильных ферм и поперечных связей по верхним и нижним поясам. К этому блоку распорками или прогонами по верхним поясам присоединяются остальные фермы.
Наиболее легкими и в тоже время жесткими являются крестовые связи. Их рассчитывают только на растяжение. В запас прочности работу сжатого элемента связей не учитывают.
Связевые фермы с треугольной решеткой, работающей на растяжение и сжатие, по расходу металла уступают связевым фермам с крестовой решеткой, однако они проще в изготовлении и монтаже, поэтому в последнее время они получают широкое применение.
Кроме связей по шатру устраивают вертикальные связи между колоннами каркаса в продольном направлении (рис.9.2.ж-к), которые обеспечивают жесткость каркаса здания в продольном направлении от воздействия продольных нагрузок, продольных тормозных сил мостовых кранов и ветра. Простейшая конструкция - крестовые или раскосные системы связей (рис.9.2.ж,з). По средним рядам для обеспечения свободного прохода устраиваются портальные или полупортальные системы связей (рис9.2.н, к).
Для одноэтажных промзданий со стальным каркасом наибольшее применение получили рамы бесшарнирного типа (рис.9.3.а). Для одноэтажных промышленных и неких зданий с железобетонным и смешанным каркасом (колонны - железобетонные, ригели - металлические) используют рамы с шарнирным соединением ригеля с колонной и с жестким соединением колонны с фундаментами.
В стальных каркасах соотношение моментов инерции сечений ригеля и стоек рамы задают из конструктивных соображений:
для однопролетных рам
Iinf/Isnp = 7…10; Ib/Isnp = 20...40;
Для многопролетных рам
Iinf.i/Isnp.l = 1…4
где Iinf, Isnp - моменты инерции подкрановой и надкрановой частей сечения колонн в однопролетном здании;
Iinf.i/Isnp.l - то же, колонны наружного и среднего ряда;
Isnp - момент инерции надкрановой части сечения колонны;
Ib - момент инерции поперечного сечения ригеля.
На рис.9.3.б приведена расчетная схема однопролетной рамы.
Ригель каркаса с шарнирным сопряжением ригеля со стойками рассчитывают как обычную балку (ферму) или как неразрезную систему, опертую на ряд колонн. Стойки рамы рассчитывают как внецентренно - сжатые колонны, защемленные в фундаменте.