ПРОСТРАНСТВЕННАЯ НЕИЗМЕНЯЕМОСТЬ КАРКАСА Основные

ПРОСТРАНСТВЕННАЯ НЕИЗМЕНЯЕМОСТЬ КАРКАСА

Основные причины, требующие особого внимания к проблеме обеспечения устойчивости промышленных зданий 1. В промышленных зданиях имеется крановое оборудование, являющееся источником весьма значительных горизонтальных нагрузок и скручивающих моментов. 2. В большей части зданий из унифицированного железобетонного каркаса их элементы сопрягаются друг с другом шарнирно. 3. Краткие сроки строительства промышленных объектов. 4. Простота конструктивных решений, преимущественно применяемых при строительстве промышленных зданий. 5. Ограниченность форм, размеров изделий при одновременном требовании к их унификации. 6. Простые технические решения, требующие минимальных и предельно простых расчетов при проектировании или при ремонте.

Связи между колоннами Соединение шарнирное имеет наименьшее число связей, а, следовательно, вероятность пропуска связей минимальную. В плоскости рамы геометрическая неизменяемость обеспечивается: • жесткой заделки колонн в фундаменты; • жесткого сопряжения ригелей (преимущественно стальных ферм) с колоннами.

Из плоскости рамы (в продольном направлении) геометрическая неизменяемость обеспечивается: • хотя бы одним вертикальным жестким диском по длине температурного блока • системой продольных элементов, прикрепляющих колонны, не входящие в жесткий диск, к последнему.

В жесткие диски включают: • две колонны, • подкрановую балку, • горизонтальные распорки и решетку, обеспечивающую при шарнирном соединении всех элементов диска геометрическую неизменяемость Фермы Распорки Балки подкрановые Бетонный пол или балки фундаментные

Решетка проектируется: • крестовой (элементы работают на растяжение при любом направлении сил); • треугольной (элементы работают на растяжение или сжатие). Схема решетки выбирается так, чтобы ее элементы было удобно крепить к колоннам (углы между вертикалью и элементами решетки близки к 45°). При больших шагах колонн в нижней части колонны целесообразно устройство диска в виде двухшарнирной решетчатой рамы, а в верхней - использование подстропильной фермы. Распорки и решетка при малых высотах сечения колонн (например, в верхней части) 2 2 располагаются в одной плоскости, а при больших высотах (нижняя часть колонны) - 1 1 в двух плоскостях. На связевые диски передаются крутящие моменты, и поэтому при расположении 1 1 вертикальных связей в двух плоскостях они соединяются горизонтальными решетчатыми связями. 1 -1 2 -2

При размещении жестких дисков (связевых блоков) вдоль здания следует учитывать возможность перемещений колонн при температурных деформациях продольных элементов. Если поставить диски по торцам здания, то во всех продольных элементах (подкрановые конструкции, подстропильные фермы, распорки связей) возникают значительные температурные усилия Ft. 1. При небольшой длине температурного блока вертикальная связь ставится в одной панели. 2. При большой длине блока связи ставятся в 2 панелях, а расстояние от торца до диска ограничивается с целью закрепления колонн, расположённых близко к торцу, от потери устойчивости. 3. По торцам и у температурных швов здания крайние колонны соединяют между собой верхними связями в виде крестов. (Вследствие относительно малой жесткости надкрановой части колонны расположение верхних связей в торцовых панелях лишь незначительно сказывается на температурных напряжениях. ) 4. Вертикальные связи между колоннами ставят по всем рядам, колонн здания, между одними и теми же осями. 5. Связи в пределах высоты ригелей в связевом блоке и в торцовых шагах, проектируют в виде самостоятельных ферм (монтажного элемента), в остальных местах ставят распорки.

Расстояния между дисками зависят от возможных перепадов температур и установлены нормами. • Связи из плоскости поперечных рам, расчитывают на усилия от ветра, направленного на торец здания, и на продольные усилия от мостовых кранов. • Ветровая нагрузка на торец здания воспринимается стойками торцевого фахверка и частично передается на связи по нижнему поясу ферм. • При большой длине элементов связи, воспринимающие небольшие усилия, рассчитываются по предельной гибкости

СВЯЗИ ПО ПОКРЫТИЮ Связи между фермами обеспечивают: 1. устойчивость сжатых элементов ригеля из плоскости ферм; 2. перераспределение местных нагрузок (например, крановых), приложенных к одной из рам, на соседние рамы; 3. удобство монтажа; 4. заданную геометрию каркаса; 5. восприятие и передачу на колонны некоторых нагрузок. Система связей покрытия состоит из связей: • горизонтальных; • вертикальных. Горизонтальные связи располагаются в плоскостях нижнего, верхнего поясов ферм и верхнего пояса фонаря. Горизонтальные связи состоят из поперечных и продольных

Элементы верхнего пояса стропильных ферм сжаты, поэтому необходимо обеспечить их устойчивость из плоскости ферм. Ребра кровельных плит и прогоны могут рассматриваться как опоры, препятствующие смещению верхних узлов из плоскости фермы при условии, что они закреплены от продольных перемещений связями. • Для закрепления плит и прогонов от продольных смещений устраиваются поперечные связи по верхним поясам ферм в торцах температурного блока с тем, чтобы они (вместе с поперечными горизонтальными связями по нижним поясам ферм и вертикальными связями) обеспечивали пространственную жесткость покрытия. • При большой длине температурного блока (более 144 м) устанавливаются дополнительные поперечные связевые фермы.

1. В пределах фонаря, где нет кровельного настила узлы ферм связываются распорками. 2. Распорки в коньковом узле фермы обязательны. 3. Распорки прикрепляются к торцовым связям в плоскости верхних поясов ферм. В процессе монтажа (до установки плит покрытия или прогонов) гибкость верхнего пояса из плоскости фермы не должна быть более 220. Если коньковая распорка не обеспечивает этого условия, между ней и распоркой в плоскости колонн ставится дополнительная распорка. 4. Связи по верхнему поясу фонаря проектируются аналогично.

В зданиях с мостовыми кранами необходимо обеспечить горизонтальную жесткость каркаса как поперек, так и вдоль здания. При работе мостовых кранов возникают усилия, вызывающие поперечные и продольные деформации каркаса цеха. Если поперечная жесткость каркаса недостаточна, краны при движении могут заклиниваться, и нарушается нормальная их эксплуатация. Чрезмерные колебания каркаса создают неблагоприятные условия для работы кранов и сохранности ограждающих конструкций. Обязательна система связей по нижним поясам ферм: • в однопролетных зданиях большой высоты (H 0 > 18 м), • в зданиях с мостовыми кранами грузоподъемностью 10 т, • с кранами тяжелого и весьма тяжелого режимов работы при любой грузоподъемности.

Горизонтальные силы от мостовых кранов воздействуют в поперечном направлении на одну плоскую раму или две-три смежные. Связи обеспечивают совместную работу системы плоских рам, вследствие чего поперечные деформации каркаса от действия сосредоточенной силы значительно уменьшаются. Жесткость этих связей должна быть достаточной для того, чтобы вовлечь в работу соседние рамы, и их ширина обычно назначается равной длине первой панели нижнего пояса фермы. Прилегающие к опорам панели нижнего пояса ферм, особенно при жестком сопряжении ригеля с колонной, могут быть сжатыми, и в этом случае продольные связи обеспечивают устойчивость нижнего пояса из плоскости ферм.

Поперечные связи в торцах здания необходимы и для восприятия ветровой нагрузки, направленной на торец здания и закрепляют продольные. Стойки фахверка передают ветровую нагрузку в узлы поперечной горизонтальной торцовой фермы, поясами которой служат нижние пояса торцовой и смежной с ней стропильных ферм. Опорные реакции торцовой фермы воспринимаются связями между колоннами и передаются на фундамент. В плоскости нижних поясов также устраиваются промежуточные поперечные связи, расположенные в тех же панелях, что и поперечные связи по верхним поясам ферм.

Чтобы избежать вибрации нижнего пояса ферм вследствие динамического воздействия мостовых кранов, ограничивается гибкость растянутой части нижнего пояса из плоскости рамы: • при кранах с числом циклов загружения 2 х106 и более - величиной 250, • для прочих зданий - величиной 400. Для сокращения свободной длины растянутой части нижнего пояса приходится в некоторых случаях предусматривать растяжки, закрепляющие нижний пояс в боковом направлении.

В длинных зданиях, состоящих из нескольких температурных блоков, каждый температурный блок представляет собой законченный пространственный комплекс, и поперечные связевые фермы по верхним и нижним поясам ставят у каждого температурного шва (как у торцов). Стропильные фермы обладают незначительной боковой Жесткостью, а потому процесс монтажа без их предварительного взаимного раскрепления недопустим. Поэтому необходимо устраивать вертикальные связи между фермами, располагающиеся в плоскости вертикальных стоек стропильных ферм; для удобства крепления элементов связей эти стойки часто проектируют крестового сечения (из двух уголков). Обычно устраиваются одна-две вертикальные связи по ширине пролета (через 12 -15 м).

При опирании опорного нижнего узла стропильных ферм на оголовок колонны (железобетонной или стальной) сверху вертикальные связи необходимо располагать также по опорным стойкам ферм. Вертикальные связи вместе с поперечными связевыми фермами по верхним и нижним поясам обеспечивают создание жестких пространственных блоков у торцов здания. К этим блокам распорками и растяжками привязывают промежуточные фермы.

В зданиях с подвесным транспортом вертикальные связи способствуют перераспределению между фермами крановой нагрузки, приложенной непосредственно к конструкциям покрытия. В этих случаях, а также когда к стропильным фермам подвешены электрические кранбалки значительной грузоподъемности, целесообразно вертикальные связи между фермами располагать в плоскостях подвески непрерывно по всей длине здания. В многопролетных цехах Связи по верхним поясам ферм и вертикальные ставятся во всех пролетах, а горизонтальные по нижним поясам - по контуру здания и некоторым средним рядам колонн через 60 - 90 м по ширине здания. В зданиях, имеющих перепады по высоте, продольные связевые фермы ставят и вдоль этих перепадов.