
- •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
10.4. Стальные каркасы сверхвысотных зданий
Для зданий с количеством этажей более 100 и высотой свыше 300 м системы каркасов разделить на 3 основных типа:
- каркасы, в которых колонны, соединенные между собой и вертикальными связями, размещены с наружной стороны стен здания. Образованные таким образом внешние вертикальные фермы хорошо воспринимают как горизонтальные, так и вертикальные нагрузки. Материал каркаса используется эффективнее, чем при расположении связей в центральном ядре. Недостатком является то, что раскосы решетки и узловые листы пересекают окна помещений и затемняют их. Основные колонны могут располагаться вертикально и наклонно.
- здание 2-ого типа представляет собой жесткую трубу - коробку, образованную наружными стенами и способную выдерживать значительные горизонтальные силы при минимальном горизонтальном прогибе. При этом центральное ядро работает только на осевые вертикальные нагрузки. Горизонтальная жесткость трубы - коробки достигается частым расположением колонн и устройством мощных ригелей и превращающих наружные стены в безраскосные фермы.
- в здании 3-ого типа каркасом может служить двухслойная пространственная стержневая оболочка (структура) из стальных труб большого диаметра (до 2-х м), охватывающая здание с внешней стороны. Здания, расположенные внутри оболочки, состоят из многоэтажных блоков, каждый из крепится к специальным решетчатым фермам - диафрагмам каркаса оболочки. По такому типу построено в Чикаго здание, имеющее 150 этажей и высоту 505 м.
На рис 10.5...10.6 представлены каркасы некоторых сверхвысотных зданий и сечения.
10.5. Основы компоновки, конструирования и расчета стальных каркасов
Выбор системы каркаса, размещение колонн и балок в плане, расположение связей зависят от архитектурно-планировочного решения здания. В зданиях высотой 20...40 этажей шаг колон рекомендуется принимать равным 4...6 м, строительная высота междуэтажных перекрытий рекомендуется не более 350...600 мм.
Ориентировочные затраты металла по элементам каркаса следующие: на колонны расходуется 40 ...60% стали, на ригеля и балки перекрытий - 30..40%, на все прочие элементы – 10…15%.
Чаще всего применяются следующие типы сечений колонн:
1) для зданий высотой 20...40 этажей коробчатого сечения, сваренные из 4 листов (рис. 10.6.a). Толщина листов составляет 40...60 мм, а размеры квадрата 400x400…500x500 мм.
В зданиях с количеством этажей более 60 могут применять колонны коробчатого с толщиной листов до 100 мм, а размеры сечений могут превышать 700x700 мм.
2) сварные двутавры с толстыми поясами и стенками (рис. 10.6.б). Недостаток – неравноустойчивость в 2-х взаимно перпендикулярных направлениях. Дня зданий средней высоты используют широкополочные двутавры, полки которых могут быть усилены приваркой листов (рис.10.6.в).
3) для верхних этажей применяют сечения из уголков и швеллеров (рис.10.6.г), а такие сечения могут быть усилены приваркой центрального листа (рис.10.6.д)
4) крестовое сечение и крестовое сечение, усиленное листом (рис.10.6.е) применяются реже, т.к. они сложны в изготовлении и требуют больших затрат металла.
5) используются и другие профили, например, трубчатые (рис.10.6.ж), .также сечения в пакета сваренных листов (рис.10.6.з) при больших осевых усилиях.
Ригели каркасов представляют собой прокатные или сварные балки двутаврового или фермы с пролетом на ширину здания. Связи каркасов представляют собой фермы, поясами которых являются колонны каркаса, а стойки - ригели. Между колоннами и ригелями устанавливаются раскосы из уголков. В зданиях большой этажности решетки внешних связевых каркасов и центральных стволов могут выполняться из двутавров.
Стальной каркас рассчитывается на прочность и жесткость. При расчете на прочность на прочность несущую способность каркаса проверяют на действие постоянных вертикальных нагрузок от веса конструкций, временных вертикальных нагрузок на перекрытиях и горизонтальных сил от ветра.
Ветровая нагрузка состоит из статической и динамической составляющих. Статическая составляющая учитывается всегда и представляет собой скоростной напор ветра. Динамическая составляющая, вызывается пульсациями скоростного напора, зачитывается при высоте здания более 40 м.
Расчет каркаса на жесткость сводится к определению отклонения верха каркаса от вертикали (горизонтальный прогиб каркаса) под влиянием горизонтальных сил от действия ветра. Такой прогиб каркаса не должен превышать 1/500 его высоты.