СТЕРЖНЕВЫЕ СИСТЕМЫ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ И ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ПОКРЫТИЙ Большие пролеты, перекрываемые металлическими конструкциями, применяются в зданиях общественного и специального назначения и в производственных зданиях. Здания общественного назначения имеют большие пролеты, обусловленные эксплуатационными и архитектурными требованиями Здания специального назначения проектируют без внутренних колонн исходя из удобства размещения и эвакуации машин. В промышленном строительстве большие пролеты обусловлены или крупными габаритами собираемых машин, или требованиями технологического процесса.
Системы, перекрывающие большие пролеты, проектируют, как правило, однопролетными, что вытекает из основного эксплуатационного требования – отсутствия промежуточных опор Различия в назначении большепролетных сооружений, в условиях их эксплуатации и в предъявляемых к ним архитектурных требованиях определяют применение весьма разнообразных конструктивных решений – балочных, рамных, арочных, пространственных и висячихвантовых. Балочные и рамные системы чаще всего используются в большепролетных перекрытиях зданий с прямоугольным планом.
Сооружения с большими пролетами не являются объектами массового строительства; их архитектурные и конструктивные решения весьма индивидуальны, что ограничивает возможности типизации и унификации конструкций. Однако типовые решения для отдельных конструктивных элементов этих покрытий (прогонов, переплетов кровельных плит и т. п. ) следует применять в возможно большем объеме. Поэтому весьма целесообразно назначать основные компоновочные размеры сооружения (шаг рам, ферм, арок, расстояния между прогонами и т. п. ) с учетом Единой модульной системы.
Большепролетные конструкции работают в основном на нагрузку от собственной массы, поэтому уменьшение собственной массы конструкции является главной задачей инженера. С этой точки зрения рационально применять в большепролетных конструкциях стали повышенной прочности или легкие алюминиевые сплавы. Небольшая объемная масса алюминиевых сплавов при большой прочности делает их весьма перспективными материалами для несущих конструкций большепролетных зданий.
ПРЕДНАПРЯЖЕНИЕ. КРОВЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ. Большая собственная масса большепролетных конструкций стимулирует также применение предварительно напряженных несущих конструкций и вантовых систем, в которых весьма эффективно используются высокопрочная проволока, канаты и т. д. Особенно эффективно с точки зрения экономии стали применение в большепролетных покрытиях облегченных кровельных конструкций и материалов. В качестве несущего настила кровли следует применять стальной профилированный настил, армоцементные, армопенобетонные и армопеносиликатные, а также асбестоцементные полые плиты, а в качестве утеплителей – минеральную вату и другие эффективные материалы.
Весьма легкими, индустриальными в изготовлении и монтаже являются стальные и алюминиевые кровельные панели пролетом 6 и 12 м, в которых можно эффективно использовать предварительное напряжение. Широкое применение могут получить различные пластмассы. Легкими, долговечными и дешевыми в эксплуатации получаются кровельные настилы из алюминиевых сплавов. Кровли большепролетных производственных зданий часто устраивают теплыми. Это дает возможность принимать для них небольшие уклоны, что весьма упрощает несущую конструкцию.
По технологическим соображениям в зданиях с большими пролетами иногда нужно верхнее освещение. Наиболее удобным в конструктивном отношении является поперечное расположение фонарей, при котором несущие и фонарные конструкции могут быть объединены в единую несущую систему покрытия.
БАЛОЧНЫЕ КОНСТРУКЦИИ
Балочные большепролетные конструкции применяются в случаях, когда опоры не могут воспринять распорных усилий: при опирании на стены, каменные или ж/б колонны и т. п. Балочные системы при больших пролетах тяжелее рамных или арочных, но проще в изготовлении и монтаже. Балочные системы применяются преимущественно в общественных зданияхтеатрах, концертных залах, спортивных сооружениях. Основными несущими элементами балочных систем, при пролетах 50 -70 м и выше, как правило являются фермы.
Очертание большепролетных ферм и схема решетки определяются пролетом, типом кровли и конструкцией подвесного потолка, который обычно устраивают в общественных зданиях. Фермы (см. рис) больших пролетов (более 40 -50 м) при оптимальном по массе отношении между высотой фермы и пролетом (1/6 -1/8) получаются негабаритными по условиям транспортирования (h>3, 85 м); в то же время наличие кровли и подвесного потолка вызывают необходимость иметь небольшие панели (2 -3 м) по верхнему и по нижнему поясу ферм, что приводит к необходимости устройства сложной шпренгельной решетки, а также к применению сплошных или решетчатых арок с затяжкой.
Хорошую основу для устройства большепролетных балочных систем дают трехгранные фермы с предварительным напряжением, удобные в изготовлении, транспортировании и монтаже (см. рис). Включение в совместную работу на сжатие железобетонной плиты, уложенной по верхним поясам фермы, использование трубчатых стержней и предварительного напряжения делают такие фермы весьма экономичными по затрате металла.
При пролетах более 35 -40 м необходимо одну из опор балочной конструкции устраивать подвижной, чтобы исключить возможность передачи на стены распорных усилий, возникающих в результате упругих деформаций нижнего пояса ферм. Подвесной потолок обычно чуть опускают относительно нижнего пояса ферм, с тем чтобы фермы были полностью доступны для осмотра и окраски.
Рациональной системой для пролетов 40 -100 м является объемно-блочная предварительно- напряженная конструкция, в которой несущая конструкция совмещена с ограждающей. Конструкция состоит из объемных блоков, включающих две вертикальные фермы высотой 2, 5 м, расставленные на расстоянии в осях 3 м и соединенные по верхним и нижним поясам стальными листами толщиной 8 -16 мм (см. рис). Балки полного пролета собирают из отдельных отправочных блоков длиной 10 -12 м.
Стальные листы включаются в расчетные сечения верхнего и нижнего поясов ферм. Чтобы тонкий верхний лист мог работать на сжатие, в нем создается предварительное растягивающее напряжение по значению несколько больше сжимающего напряжения от нагрузки.
Предварительное напряжение создается при сборке плоского щита верхнего пояса блока, состоящего из верхних поясов ферм, соединенных распорками, связями и листом. Каркас щита при сборке выгибают в сторону листа на расчетное значение, затем к нему привают лист. При установке щита в пространственный блок щит с листом выпрямляют и лист получает растягивающее напряжение. Верхний стальной лист поддерживает кровлю, нижний- подвесной потолок. Нижние пояса и решетки вертикальных ферм блока запроектированы из одиночных уголков. Монтажный укрупненный блок, состоящий из четырех объемных блоков полного пролета (шириной 12 м), двумя кранами устанавливают на опоры (см. рис. а). Между опорами объемные блоки поддерживаются подстропильными фермами.
РАМНЫЕ КОНСТРУКЦИИ
СИСТЕМЫ И ТИПЫ РАМ При перекрытии больших пролетов применяют двухшарнирные и бесшарнирные рамы. Бесшарнирные рамы более жестки, экономичнее по расходу материала и удобнее в монтаже, однако они требуют мощных фундаментов с плотными основаниями для них и более чувствительны к температурным воздействиям. Высота ригеля рамы может быть принята меньше высоты стропильной фермы; в ряде случаев это может оказаться существенным при больших пролетах. Так, в гаражах и павильонах уменьшение высоты ригеля приводит к снижению высоты стен, сокращает объем помещения и, следовательно, удешевляет эксплуатацию здания.
Рамные системы в перекрытиях больших пролетов могут иметь разнообразные очертания. В гаражах и ангарах рамы имеют небольшую высоту по сравнению с пролетом, в павильонах и некоторых промышленных зданиях рамы обычно имеют значительную высоту.
В большепролетных перекрытиях применяются сплошные и сквозные рамы. Сплошные рамы применяют сравнительно редко и лишь при относительно небольших пролетах (50 -60 м); их преимущества: меньшая трудоемкость, транспортабельность и возможность уменьшения высоты помещения. Сплошные рамы часто проектируют двухшарнирными. Чтобы облегчить конструкцию опор, можно для восприятия распора рамы устраивать затяжку, расположенную на уровне опорных шарниров ниже уровня пола (см. рис). Натяжением затяжки можно дополнительно разгрузить ригель рамы. Высоту ригеля сплошной рамы принимают равной 1/30 -1/40 пролета. Такая небольшая высота возможна благодаря разгружающему влиянию опорных моментов рамы.
Сквозные рамы с мощным ригелем и стойками небольшой высоты (см. рис. ) распространены в ангаростроении, где они проектируются пролетами до 100 -120 м. Сквозные рамы могут быть двухшарнирными: с шарнирами на уровне фундаментов (рис. а) или в местах сопряжения ригеля со стойками (рис. б) и бесшарнирными (рис. в). При расположении шарниров в местах сопряжения ригеля со стойками значительно упрощается монтаж конструкций, но зато более мощными получаются фундаменты и отсутствуют разгружающие ригель опорные моменты. Бесшарнирные рамы (рис. в) применяют при пролетах 100 -150 м, когда уменьшение изгибающего момента в ригеле особенно необходимо.
Ширина стоек сквозной рамы принимается равной длине панели ригеля (5 -7 м). Погонная жесткость стоек при такой ширине и сравнительно небольшой высоте значительно больше погонной жесткости ригеля, благодаря чему разгружающее влияние опорных моментов оказывается весьма значительным.
Отношение высоты ригеля к пролету решетчатой рамы из условия наименьшей массы конструкции принимается в пределах 1/12 -1/20. Но и при такой высоте ригель все же получается негабаритным по условиям транспортирования и его приходиться перевозить россыпью. Уменьшить изгибающий момент в ригеле рамы, а следовательно, и высоту ригеля можно передачей веса стены или покрытия пристроек, примыкающим к главному пролету, на внешний узел стойки рамы (рис. а) или смещением в двухшарнирной раме опорных шарниров с оси стойки внутрь помещения (рис. б). В этом случае вертикальные опорные реакции создают дополнительные моменты, разгружающие ригель. Возможна также подтяжка ригеля тросами или предварительное напряжение ригеля затяжкой.
решетчатой рамы может иметь трапециевидное очертание или с параллельными поясами. Эту схему применяют, когда надворотная рама поддерживает стропильные фермы. Скат для отвода воды образуется уклоном стропильных ферм. При больших пролетах и нагрузках ригели решетчатых рам конструируют как тяжелые фермы; при сравнительно малых пролетах (40 -50 м) они могут иметь такие же сечения и узлы, как и легкие фермы. Ригель
В выставочных павильонах, крытых рынках и вокзалах при высоте рам 15 -20 м и пролетах 40 -50 м можно применять сквозные рамы с ломаным ригелем (см. сл. Рис. ). Рамы такого очертания обычно имеют одинаковую высоту сечений ригеля и стоек (1/15 -1/25 пролета). Усилия от вертикальных нагрузок в таких рамах невелики, но зато существенно значение бокового давления ветра. Конструируют такие рамы по типу легких ферм. Раму разбивают на габаритные отправочные элементы с минимальным числом сопряжений на монтаже.
ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА И КОНСТРУИРОВАНИЯ Чтобы упростить статический расчет, сквозные легкие рамы можно приводить к эквивалентным им сплошным рамам. Мощные сквозные рамы (типа тяжелых ферм) рассчитывают как решетчатые системы с учетом деформаций всех стержней решетки. Прогиб большепролетных рам определяют только от временной нагрузки, прогиб от постоянной нагрузки компенсируется соответствующим строительным подъемом. При пролетах более 50 м и невысоких жестких стойках (опорах) необходимо рассчитывать рамы на температурные воздействия.
Ригели и стойки сплошных рам проектируют сварными двутаврового сечения; их несущую способность проверяют по формулам для внецентренно сжатых стержней. В двухшарнирных рамах стойки можно делать переменного по высоте сечения, что увеличивает полезную площадь помещения, облегчает конструкцию и придает ей лучший внешний вид, хотя и несколько усложняет изготовление.
Опорные шарниры в рамах при реакциях больше 2500 -3000 к. Н проектируют балансирными (рис. в), при меньших реакциях они могут быть плиточными (рис. а).
В легких сквозных рамах узел сопряжения ригеля со стойкой (рис. а) является наиболее ответственным местом, поэтому целесообразно, чтобы он был полностью выполнен на заводе. Пояса обычно обрезают «на ус» и сваривают стыковыми швами (рис. б) с дополнительным усилением гнутыми листовыми накладками. Весьма часто в опорных узлах сквозной рамы из-за возникающих здесь больших усилий делают листовую вставку, которая должна быть укреплена ребрами жесткости, располагающимися по направлению сжимающих усилий (рис. в).
КОМПОНОВКА КОНСТРУКТИВНЫХ СХЕМ КАРКАСОВ ЗДАНИЙ
Каркасы большепролетных покрытий с балочными и рамными несущими системами имеют компоновочную схему, близкую к каркасам производственных зданий. Однако при больших пролетах и отсутствии подкрановых балок выгоднее увеличивать расстояния между основными несущими конструкциями (12 -18 м).
Системы вертикальных и горизонтальных связей имеют те же назначения, что и в производственных зданиях, и компонуются аналогично (см. рис. ).
Отличительной особенностью компоновки конструктивной схемы каркаса ангаров является размещение основных несущих элементов в направлении большего размера плана здания (поперек его продольной оси), вызванное необходимостью устройства по фасадной стене сплошного проема для ворот (см. рис. ).
При пролетах 80 -100 м шаг рам принимают 12 м и более. По ригелям рам укладывают решетчатые прогоны, а по ним - кровельный настил. Можно прямо по ригелям укладывать утепленные кровельные панели, что упрощает монтаж, систему горизонтальных связей и дает капитальное решение покрытия.
При больших пролетах ворот (100 -120 м) и небольшой глубине помещения (40 -50 м) рациональнее может быть продольная компоновка каркаса ангара. Над воротами устанавливают основную несущую конструкцию (ферму, раму или арку), на которую опирают стропильные фермы, расположенные в продольном направлении здания (см. рис. ). Другим концом фермы опирают на колонны. Высота продольных ферм получается меньше высоты надворотной рамы, благодаря чему между отметками верха ворот и низа продольных ферм остается свободное пространство, удобное для размещения подвесных подъемно-транспортных приспособлений.
В перекрытиях ангаров получили распространение консольные системы, удобные с точки зрения расположения ворот под консольным вылетом конструкции (см. рис. ). При возможности опирания консоли на существующие конструкции пристройки такие системы получаются весьма экономичными по расходу материала.
В ангарах помимо общей системы связей должна быть горизонтальная ветровая ферма на уровне верха ворот (см. пред. рис. ). Эта ферма воспринимает ветровую нагрузку, действующую на полотнища ворот и стеновое ограждение, закрывающее лобовую ферму. К ветровой ферме или к специальной «гребенке» , выпускаемой в виде козырька над воротами, крепят направляющие раздвижных ворот.
Скачать презентацию СТЕРЖНЕВЫЕ СИСТЕМЫ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ И
Большепролетные конструкции.ppt