Связи стального каркаса производственного здания. Компоновка связей каркаса Связи по верхнему поясу ферм схема назначения

1.1. Со статической точки зрения они являются защемленными в земле изгибаемыми консольными балками.

1.2. В узких вертикальных связях возникают значительные усилия, а сами стержни претерпевают большие деформации по длине, что способствует большим деформациям фасада при малом шаге колонн.

1.4. Жесткость узких ветровых связей может быть повышена объединением их с наружными колоннами.

1.5. Такое же действие оказывает высокая горизонтальная балка (например, в техническом этаже высотного здания). Она уменьшает перекос верхнего ригеля фахверка и отклонение здания от вертикали.

Расположение вертинальных связей в плане

2.1. Вертикальные связи окружают лестничную клетку.

2.2. Здание с тремя поперечными связями и одной продольной связью. При узком ядре жесткости в высоких зданиях обеспечение жесткости целесообразно по схемам 1 .4 или 1.5.

2.3. Поперечные связи в безоконных торцовых стенах экономны и эффективны; продольная связь в одном пролете между двумя внутренними колоннами.

2.4. Вертикальные связи расположены в наружных стенах. Таким образом, вид здания находится в прямой зависимости от конструкций.

2.5. Высотное здание с квадратным планом и вертикальными связями между четырьмя внутренними колоннами. Необходимая жесткость в обоих направлениях обеспечивается применением схем 1.4 или 1.5.

2.6. В высотных домах с квадратным или близким к квадратному планом расположение связей в наружных стенах позволяет получить особенно рентабельные строительные конструкции.

Расположение связей в каркасе

3.2. Вертикальные связи отдельных этажей не лежат друг над другом, а взаимно смещены. Междуэтажные перекрытия передают горизонтальные усилия от одной вертикальной связи к другой. Жесткость каждого этажа должна быть обеспечена в соответствии с расчетом.

3.3. Решетчатые связи вдоль наружных стен, участвующие в передаче вертикальных и горизонтальных нагрузок.

Влияние вертикальных связей на основание

4.1. Угловые колонны воспринимают незначительные вертикальные нагрузки, однако при большом шаге связей усилия, возникающие в этих колоннах от ветра, также незначительны, а потому искусственной пригрузки угловых фундаментов обычно не требуется.

4.2. Внутренние колонны воспринимают большие вертикальные нагрузки, а из-за незначительной ширины ветровых связей и большие усилия от ветра.

4.3. Ветровые усилия такие же, как на схеме 4.2, но уравновешиваются небольшими вертикальными нагрузками благодаря наружным колоннам. Пригрузка фундаментов в этом случае необходима.

4.4. Пригрузка фундаментов необязательна, если наружные колонны стоят на высокой подвальной стене, которая в состоянии уравновесить силы растяжения от действия ветра.

5. Жесткость зданий в поперечном направлении обеспечивается с помощью решетчатых связей в безоконных торцовых стенах. Связи скрыты между наружной стеной и внутренней огнестойкой облицовкой. В продольном направлении здание имеет вертикальные связи в коридорной стене, но расположены они не друг над другом, а смещаются в разных этажах. - Ветеринарно-медицинский факультет в Западном Берлине. Архитекторы: д-р Люкхардт и Вандельт.

6. Жесткость каркаса обеспечивается в поперечном направлении решетчатыми дисками, которые проходят через оба корпуса здания, выходя наружу в промежутках между зданиями. Жесткость здания в продольном направлении обеспечена связями между внутренними рядами колонн. - Высотный дом «Феникс-Рейнрор» в Дюссельдорфе. Архитекторы: Хентрих и Петчниг.

7. Трехпролетное здание с шагом колонн в поперечном направлении 7; 3,5; 7 м. Между четырьмя расположенными попарно внутренними колоннами узкие поперечные связи, между двумя внутренними колоннами одного ряда - продольная связь. Вследствие незначительной ширины поперечных связей расчетные горизонтальные деформации от действия ветра очень велики. Поэтому во втором и пятом этажах в четырех связевых плоскостях установлены напрягаемые раскосы к наружным колоннам.

Напрягаемые стержни выполнены в виде поставленных на ребро стальных полос. Они предварительно напрягаются (напряжение контролируется тензометрами) настолько, что при действии ветра напряжение растянутого раскоса одного направления удваивается, а в другом направлении обращается почти в нуль. - Здание главной администрации фирмы «Беваг» в Западном Берлине. Архитектор проф. Баумгартен.

8. Здание имеет только наружные колонны. Балки перекрывают пролет 12,5 м, шаг наружных колонн 7,5 м. В высокой части ветровые связи расположены на всю ширину здания между наружными колоннами. Наружные колонны воспринимают большие нагрузки, что компенсирует растягивающие усилия от ветра. Фронтон высокой части здания выдается перед колоннами на 2,5 м. Расположенные в торцовых стенах связи продолжаются в пределах первого скрытого этажа между колоннами с передачей горизонтальных усилий от верхней связи к нижней по горизонтальной связи в нижнем междуэтажном перекрытии. Для передачи суммарных опорных усилий служит сплошная балка из стальных листов на высоту этажа, расположенная в техническом этаже между предпоследней и последней колоннами. Эта балка образует консоль до фронтонной стены. - Высотное здание телецентра в Западном Берлине. Архитектор Тепец. Конструктор дипл. инж. Трептов.

9. Обеспечение жесткости здания с помощью наружных связей, передающих часть вертикальных нагрузок промежуточным колоннам. Детали - Административное здание фирмы «Алкоа» в Сан-Франциско. Архитекторы: Скидмор, Оуингс, Меррил.

10. Обеспечение жесткости здания в поперечном направлении: в нижней части благодаря тяжелой железобетонной стене, в верхней части с помощью расположенных перед фасадом связей, которые смещаются в шахматном порядке. В каждом этаже по шесть связей. Стержни связей изготовлены из трубчатых профилей. Жесткость в продольном направлении обеспечена установкой фахверковых связей в средних рядах колонн. Детали - Жилой высотный дом на улице Крулебарб в Париже. Архитекторы: Альбер-Буало и Лябурдет.

1. горизонтальные поперечные связи по нижним поясам ферм размещаются в торцах температурного блока при шаге колонн крайнего и среднего ряда 12 м. При длине блока более 144 м. дополнительно устраивают в середине блока. Образуются путем объединения нижних поясов 2-х соседних стропильных ферм с помощью решетки. В результате они выполняют совместно функции: воспринимают от стоек торцового фахверка ветровую нагрузку и передают ее на связи между колоннами и далее на фундамент, а также предотвращают перемещения вертикальных связей и растяжки между нижними поясами ферм. Распорки между нижними поясами ферм- закрепляют эти пояса от смещения, тем самым сокращая расчетную длину из плоскости фермы, уменьшает вибрации нижних поясов ферм.

2. горизонтальные продольные связи по нижним поясам ферм служат опорами для верхних концов стоек продольного фахверка; при действии крановых нагрузок вовлекают в работу соседние рамы, уменьшая поперечные деформации и избегая заклинивания мостовых кранов. Эти связи обязательны в однопролетных зданиях большой высоты, с тяжелыми мостовыми кранами, при наличии продольного фахверка. Распорки обеспечивают проектное положение ферм в процессе монтажа, ограничивают гибкость ферм из их плоскости. Роль распорок выполняют прогоны, которые закреплены от смещения.

3. горизонтальные поперечные связи по верхним поясам ферм по конструкциям и схемам размещения аналогичны связям по нижним поясам. Служат от смещения распорок по верхним поясам ферм. От них можно отказаться, если между соседними стропильными фермами блока установить вертикальные связи и через них обеспечит крепление распорок к поперечным связям по нижним поясам ферм.

4. 4. вертикальные связи между опорами ферм или балок ставят только в зданиях с плоской кровлей, причем в зданиях без подстропильных конструкций размещаются в каждом ряду колонн, а с подстропильными конструкциями – только в крайних рядах колонн при шаге 6 м. Ставят не чаще, чем через один шаг. При длине температурного блока 60-72 м на каждый ряд колонн их должно быть не более 5 при шаге 6 м и не более 3 при шаге 12 м. при наличии этих связей по верху колонн ставят распорки.

Единая модульная система в строительстве

Типизация в строительстве осуществляется на основе Единой Модульной Системы. Это правила по которым назначаются и согласуются между собой размеры зданий и конструкций.

Размеры по правилам ЕМС назначают по базе модуля. Основной модуль (М) равен 100 мм. При выборе размеров для зданий, конструкций пользуются укрупненным модулем: 6000 мм = 60М; 7200 мм = 72М. Дробный модуль применяют для назначения сечений конструкций: 50 мм = ½М.

ЕМС - единая модульная система, представляющая собой свод правил, которые координируют размеры объемно-планировочных и конструктивных частей строительных объектов и размеры сборных модулей и оборудования.

МКРС - модульная координация размеров в строительстве. Стандарт, применение которого при проектировании зданий позволяет унифицировать размеров строительных конструкций и объемно-планировочные размеры зданий. Данный стандарт предполагает унификацию следующих параметров: высоты этажей (Н0), шагов (В0) и пролетов (L0).

ЕМС основана на принципе кратности размеров. Размер любого из элементов здания должен быть кратен величине, называемой модулем. В системе ЕМС принят модуль в 100 миллиметров, который в технической документации обозначается буквой М. Соответственно, размеры крупных элементов конструкций будут обозначаться как производные от модуля. Например, 6000 мм - 60 М, 3000 мм - 30 М и так далее. Мелкие элемент обозначаются как дробные о т модуля: 50 мм - ½ М, 20 мм - 1/5 М.

15 основа планировки промзданий

Промышленные здания подразделяются по двум видам планировки:

раздельные (отдельно стоящие) здания , планировка которых хотя и дает конструктивную простоту и высокий уровень индустриальности в производстве зданий, однако отличается такими недостатками, как большая площадь застройки, большая протяженность инженерных и транспортных сетей, невозможность организации поточного производства, значительные энергозатраты на отопление помещений;

сплошные (сблокированные) здания , которые представляют собой

многопролетные корпуса большой площади (до 30...35 тыс. кв.м).Сплошная планировка обеспечивает многовариантную расстановку технологического оборудования, уменьшение площади завода на 30…40 %, снижение стоимости строительства на 10…15 %, сокращение длины инженерных и транспортных коммуникаций, сокращение периметра наружных стен на 50 % со снижением расходов на эксплуатацию. Однако недостатками сплошных зданий являются удорожание естественного освещения, затрудненный водоотвод с покрытий, усложнение путей передвижения транспорта и персонала. Блокировать цеха целесообразно в тех случаях, когда смежные производства не требуется разделять капитальными стенами и при этом не ухудшаются условия технологии производства и труда рабочих.

Планировка промышленных зданий сопровождается зонированием в пределах объема производственных зданий, помещений, участков и зон, выделяемых по признакам однотипности технологии, уровню производственной вредности, уровню пожаро- и взрывоопасности, направленности транспортных и людских потоков, по перспективам расширения и переоснащения.

На выбор этажности промышленного здания влияют:

технология производства;

климатические условия района;

требования к застройке (городская, периферийная);

характер отведенного участка (свободный, стесненный рельеф);

достоинства и недостатки.

Одноэтажные здания имеют следующие достоинства :

простое объемно-планировочное решение;

склонность к унификации и блокированию;

снижение стоимости 1 кв. м на 10 % по сравнению со стоимостью многоэтажных зданий;

облегчение установки технологического оборудования;

упрощение путей грузовых потоков и использование горизонтального транспорта;

равномерное освещение рабочих мест естественным светом через фонари;

обеспечение естественного воздухообмена.

Недостатками одноэтажных зданий являются:

большая площадь застройки;

большая протяженность инженерных и транспортных сетей;

повышенные расходы на благоустройство территории;

большая площадь наружных ограждающих конструкций и в результате значительные расходы на отопление.

Многоэтажные здания лишеныбольшинства недостатков одноэтажных зданий и рациональны по применению, особенно при нагрузках до 10 кН/кв. м.

К основным недостаткам многоэтажных зданий относятся:

потребность в вертикальном транспорте;

повышенная стоимость;

ограничение по ширине при необходимости естественного освещения (ширина не более 24 м);

высокий удельный вес подсобных помещений.

Температурный блок.

Для ограничения усилий, возникающих в конструкциях от перепада температур, здание разрезается температурно-деформационными швами на отсеки (температурные блоки), размеры которых зависят от материала каркаса, теплового режима здания и климатических условий района строительства. Эти размеры определяются расчетом.

Продольные и поперечные температурно-деформационные швы указаны синим и красным цветами соответственно.

Для железобетонного и смешанного каркаса длина температурного блока А ≤ 72 м – если в здании по длине присутствуют неразрезные элементы (например, подкрановые балки). Для бескрановых зданий нормами разрешено увеличивать А до 144 м. Однако, если в здании есть подвесное оборудование (монорельс и т.п.) длина температурного блока не должна превышать 72 м. Допускается А увеличивать до 280 м, но при этом высота строения не должна превышать 8,4 м.

Ширина температурного блока Б не должна быть больше 90-96 м.

В особых климатических районах и для неотапливаемых помещениях длину температурного блока А назначают по инструкциям, привязанным к местным климатическим условиям.

В стальных каркасах зданий с мостовыми кранами А ≤ 120 м, в бескрановых зданиях А ≤ 240 м, а Б ≤ 210 м. В зданиях с кранами большой грузоподъемности (Q до 4500 кН) или при тяжелом или особо тяжелом режиме их работы А не должна превышать 96 м.

Температурный шов

Прежде всего, необходимо разобраться с понятием температурного шва и выполняемой им функции. Тактемпературный шов представляет собой сквозную прорезь в стене здания или его кровельной плите. Для каждого здания выполняется несколько таких прорезей, в результате чего оно разделяется на несколько независимых блоков. В результате каждый из этих блоков может свободно деформироваться, что не приводит к образованию трещин в плитах. Дело в том, что деформационные швы и представляют собой своего рода искусственные трещины, которые оформлены таким образом, чтобы не создавать каких-либо проблем при эксплуатации здания. Ширина деформационного шва определяет величину, в пределах которой возможно изменение линейных размеров каждого из блоков. Точнее будет сказать наоборот, ширина температурного шва должна выбираться, исходя из возможной величины деформаций.

Проектирование температурных швов является одной из важнейших стадий строительства здания. При этом необходимо, в первую очередь, определить длину каждого из блоков, на которые стены разбиваются деформационными швами, а также ширину швов. Любые деформационные швы, в том числе и температурные, устраиваются в тех зонах, где концентрируются напряжения, вызываемые соответствующими деформациями. При этом длина блоков должна быть такой, чтобы каждый из них мог подвергаться температурным деформациям без потери конструктивной жесткости и без разрушения. Поэтому для определения данного параметра учитывается целый ряд факторов, к числу которых относятся тип стенового материала, конструктивные особенности, средние температуры в летний и зимний период, характерные для региона строительства.

Важной особенностью температурных швов является то, что они устраиваются только на высоту надземной части строения, в то время как некоторые другие деформационные швы, например осадочные, устраиваются на всю высоту здания до подошвы фундамента. Это связано с тем, что фундамент здания в значительно меньшей степени подвержен перепадам температуры и не нуждается в специальной защите

Конструкция связей, устанавливаемых в покрытии, зависит от схемы и материала каркаса, типа покрытия, высоты здания, вида крана, его грузоподъемности и режима работы.
Вертикальные связи между опорами железобетонных ферм или балок покрытия ставят только в зданиях с плоской кровлей, причем в зданиях без подстропильных конструкций связи располагают в каждом ряду колонн, а с такими конструкциями — только в крайних рядах колонн при шаге 6 м.

Вертикальные связи между опорами ферм или балок ставят не чаще, чем через один шаг. Их количество при длине температурного блока 60—72 At на каждый ряд колонн может быть не более 5 при шаге 6 м и не более 3 при шаге 12 м. На рис. 69, а показаны четыре такие связи.

При наличии вертикальных связей между опорами ферм или балок покрытия или связей между колоннами (в зданиях без кранов) по верху колонн ст."шяг распорки (рис. 69, а, в).

В зданиях с шагом колонн в средних и крайних рядах 12 м предусматривают горизонатальные фермы в торцах - по две в каждом пролёте на температурный блок. Эти фермы ставят на уровне нижнего пояса стропильных ферм (рис. 69, в). В зданиях с подстропильными конструкциями в средних рядах колонн устраивают горизонтальные распорки в количестве 2—4 на один ряд колонн температурного блока (рис. 69, б).

Рис. 69. Связи в покрытиях при железобетонных фермах

В зданиях с мостовыми кранами тяжелого режима работы или при наличии оборудования, вызывающего колебания конструкций, по нижнему поясу стропильных ферм или балок в середине каждого пролета устанавливают распорки (тяжи) и вертикальные связи в двух крайних шагах температурного блока. Роль горизонтальных связей по верхнему поясу ферм или балок выполняют крупнопанельные плиты покрытия.

В пролетах с фонарями для обеспечения устойчивости верхнего пояса стропильных ферм устанавливают распорки (тяжи) по коньку ферм и горизонтальные связи по их верхнему поясу в пределах ширины фонаря в крайних (или вторых) шагах температурного блока.

В покрытиях с прогонами в крайних шагах температурных блоков по всей их ширине под прогонами устраивают горизонтальные связи крестовой схемы.
Вертикальные и горизонтальные связи делают в большинстве случаев из уголков и крепят к железобетонным конструкциям с помощью косынок (рис. 69, г, д). Тяжи изготовляют из круглой стали, а распорки, работающие на сжатие,— из железобетона.

Система связей покрытия в зданиях со стальным каркасом состоит из горизонтальных связей в плоскости нижних и верхних поясов стропильных ферм и вертикальных связей между фермами.

Горизонтальные связи по нижним поясам стропильных ферм располагают как поперек здания (поперечные горизонтальные), так и вдоль его (продольные горизонтальные). Поперечные горизонтальные связи по нижним поясам устанавливают у торцов и у температурных швов здания. При температурных блоках длиной 120—150 м и при кранах большой грузоподъемности предусматривают также промежуточные связе-вые фермы через каждые 60 м.
Продольные горизонтальные связи располагают по крайним панелям нижних поясов стропильных ферм и устраивают в зданиях с кранами Q>10T и в зданиях с подстропильными фермами.

В однопролетных зданиях такие связи располагают вдоль обоих рядов колонн, а в многопролетных — вдоль крайних рядов колонн и через ряд вдоль средних рядов (при кранах грузоподъемностью до 50 7) или более часто (при грузоподъемности кранов более 50 Т).
Вдоль средних рядов колонн при одинаковой высоте смежных пролетов продольные связи рекомендуется располагать с одной стороны колонн, а в мечтах ш"ропала высот — с обеих сторон ряда колонн.

Боковую жёсткость нижних поясов ферм, расположенных в промежутке между двумя поперечными связевыми фермами почивают специальными растяжками из уголков, закрепленными за узлы связевых ферм. Схема разбивки поперечных и продольных связей по нижним поясам ферм показана на рис. 70, а.

Горизонтальные поперечные связи по верхним поясам ферм обеспечивают устойчивость верхних поясов ферм из их плоскости, и ставят их в покрытиях с прогонами. В панельных покрытиях указанные связи предусматривают только в торцах здания и у температурных швов. В промежутках между поперечными связевыми фермами боковая устойчивость верхних поясов ферм обеспечивается прогонами, а на участках под фонарями — растяжками из уголков. Поперечные связи по верхним и нижним поясам ферм рекомендуется совмещать в плане.

Рис. 70. Связи в покрытиях при стальных фермах

При наличии подстропильных ферм в однопролетных покрытиях без прогонов и в многопролетных покрытиях, расположенных в одном уровне, предусматривают продольные горизонтальные связи в плоскости верхних поясов в одной из крайних панелей ферм. В случае перепада высот смежных пролетов предусматривают по одной продольной системе в каждом уровне.

Вертикальные связи покрытия располагают в плоскостях опорных стоек стропильных ферм, в плоскости коньковых стоек, для ферм пролетом до 30 м, а также в плоскости стоек, находящихся под узлом крепления наружных ног фонаря для ферм пролетом более 30 м. Вертикальные связи делают в виде ферм с параллельными поясами, имеющими высоту, равную высоте стоек, к которым связи крепят.

Связи по прогонам в виде ферм жесткости, распорок и тяжей обеспечивают проектное положение прогонов, повышают устойчивость и облегчают работу прогонов на скатную составляющую вертикальных нагрузок и воспринимают ветровые усилия.

Все типы связевых ферм выполняют из уголков с перекрестной решеткой, распорки также из уголков, а тяжи — из круглой стали. Крепят связи на черных болтах, в зданиях же с кранами большой грузоподъемности и тяжелого режима работы, а также в случае значительных усилий в элементах связей — на монтажной сварке и реже — на заклепках или чистых болтах. Некоторые детали крепления связей приведены на рис. 70, б — г.

Для придания цеху пространственной жесткости, а также для обеспечения устойчивости элементов рам устраиваются связи, располагаемые между рамами.

Различают связи: горизонтальные — в плоскости верхних и нижних поясов ферм — и вертикальные — как между , так и между колоннами.

Назначение горизонтальных связей по верхним поясам ферм было рассмотрено в разделе . Эти связи обеспечивают устойчивость верхнего пояса ферм из их плоскости. На фигуре показан пример расположения связей по верхним поясам ферм в покрытии с прогонами.

В беспрогонных покрытиях, в которых крупнопанельные железобетонные плиты привариваются к верхним поясам ферм, жесткость кровли настолько велика, что, казалось бы, нет необходимости в постановке связей.

Учитывая, однако, необходимость обеспечения надлежащей жесткости конструкций на время монтажа плит, а также и то обстоятельство, что нагрузка от плит не приложена строго вертикально по оси ферм и потому может вызвать кручение, считают необходимым ставить связи по верхним поясам ферм по краям температурных отсеков. Столь же необходимы распорки у конька ферм, у опор и под фонарными стойками.

Эти распорки служат для завязки верхних поясов всех промежуточных ферм. Гибкость верхнего пояса между раскрепленными на время монтажа плит точками не должна превышать 200 — 220. Связи по верхним поясам стропильных ферм крепятся к поясам черными болтами.

При изготовлении связей важно точно приварить фасонку к уголку, обеспечив соответствующий угол наклона, так как при помощи связей частично контролируется правильность геометрической схемы смонтированного сооружения.

Поэтому приварку фасонок к элементам связей рекомендуется производить в кондукторах. На фигуре показан простейший тип кондуктора в виде швеллера, на котором точно пробиты отверстия под необходимым углом.

Горизонтальные связи по нижним поясам ферм располагаются как поперек цеха (поперечные связи), так и вдоль цеха (продольные связи). Поперечные связи, расположенные у торцов цеха, используются в качестве ветровых ферм.

На них опираются стойки каркаса торцовой стены цеха, воспринимающего давление ветра. Поясами ветровой фермы служат нижние пояса стропильных ферм. Такие же поперечные связи по нижним поясам ферм устраивают у температурных швов (в целях образования жесткого диска).

При большой длине температурного блока поперечные связи ставятся также в средней части блока с тем, чтобы расстояние между поперечными связями не превышало 50 — 60 м. Это приходится делать потому, что соединение связей часто производится на черных болтах, допускающих большие сдвиги, вследствие чего влияние связей ре распространяется на большие расстояния.

Поперечная деформация каркаса от местной (крановой) нагрузки: а — при
отсутствии продольных связей; б — при наличии продольных связей.

Горизонтальные продольные связи по нижним поясам ферм имеют своим главным назначением вовлечение в пространственную работу соседних рам при действии местных, например крановых, нагрузок; тем самым уменьшаются деформации рамы и увеличивается поперечная жесткость цеха.

Особо важное значение приобретают продольные связи при тяжелых кранах и в цехах с тяжелым режимом работы, а также при легких и нежестких кровлях (из волнистой стали, асбестоцементных листов и т. п.). В зданиях с тяжелым режимом работы связи следует приваривать к нижнему поясу.

Для связевых ферм, как правило, принимают крестовую решетку, считая, что при воздействии нагрузок с какой-либо одной стороны работает только система вытянутых раскосов, а другая часть раскосов (сжатых) выключается из работы. Такое предположение справедливо, если раскосы гибкие (λ > 200).

Поэтому элементы крестовых связей, как правило, проектируют из одиночных уголков. При проверке гибкости перекрестных растянутых раскосов связей из одиночных уголков радиус инерции уголка принимается относительно оси, параллельной полке.

При треугольной решетке связевых ферм во всех раскосах могут возникнуть сжимающие усилия, а потому их необходимо проектировать с гибкостью λ < 200, что менее экономично.

В пролетах более 18 м из-за ограничения боковой гибкости нижних поясов ферм во многих случаях приходится ставить дополнительные распорки по середине пролета. Этим устраняется дрожание ферм при работе кранов.

Вертикальные связи между фермами обычно устанавливают у опор ферм (между колоннами) и в середине пролета (либо под стойками фонаря), располагая их по длине цеха в жестких панелях, т. е. там, где расположены поперечные связи по поясам ферм.

Основное назначение вертикальных связей заключается в приведении в жесткое неизменяемое состояние пространственной конструкции, состоящей из двух стропильных ферм и поперечных связей по верхнему и нижнему поясам ферм.

В цехах с кранами легкого, а иногда и среднего, режима работы при наличии жесткой кровли из крупнопанельных железобетонных плит, приваренных к стропильным фермам, система вертикальных связей может заменить систему поперечных связей по поясам ферм (кроме торцовых ветровых ферм).

При этом промежуточные фермы должны быть связаны распорками.

Конструкция вертикальных связей принимается в виде креста из одиночных уголков с обязательным горизонтальным замыкающим элементом или в виде фермочки с треугольной решеткой. Крепление вертикальной связи к стропильной ферме осуществляется на черных болтах.

Вследствие незначительности усилий, действующих в элементах связей покрытия, при конструировании их креплений может быть допущено незначительное отступление от центрирования.

Вертикальные связи между колоннами устанавливают вдоль цеха для обеспечения устойчивости цеха в продольном направлении, а также для восприятия сил продольного торможения и давления ветра на торец здания.

Если в поперечном направлении рамы, защемленные в фундаментах, являются неизменяемой конструкцией, то в продольном направлении ряд установленных рам, шарнирно связанных подкрановыми балками, представляет собой изменяемую систему, которая при отсутствии вертикальных связей между колоннами может сложиться (опоры колонн в продольном направлении надо считать шарнирными).

Поэтому сжатые элементы связей между колоннами (ниже подкрановых балок), а в зданиях с тяжелым режимом работы и растянутые элементы этих связей, имеющих существенное значение для устойчивости всего сооружения в целом, делают достаточно жесткими, чтобы избежать их дрожания. С этой целью ограничивают предельную гибкость таких элементов значением λ = 150.

Для прочих растянутых элементов связей между колоннами гибкость не должна превышать λ = 300, а сжатых λ = 200. Элементы крестовых связей между колоннами обычно делают из уголков. Особо мощные крестовые связи делают из парных швеллеров, соединенных решеткой или планками.

При определении гибкости пересекающихся стержней (в крестовой решетке) расчетная длина их в плоскости решетки принимается от центра узла до точки их пересечения. Расчетная длина стержней из плоскости фермы принимается по таблице.

Расчетная длина из плоскости фермы стержней перекрестной решетки

Расчет крестовых связей обычно производится в предположении, что работают только растянутые элементы (на полную нагрузку). В случае, если учитывается работа элементов крестовой решетки также и на сжатие, нагрузка распределяется между раскосами поровну.

Для обеспечения свободы температурных продольных деформаций каркаса вертикальные связи между колоннами лучше всего располагать в середине температурного блока или вблизи от нее.

Но так как монтаж сооружения обычно начинается с краев, то желательно первые две колонны связать в раму так, чтобы они были устойчивы. Это заставляет конструировать связи так, как показано на фигуре Связи по нижним поясам ферм и между колоннами б, т. е. в крайних панелях устанавливать связи только в пределах верхней части колонн.

Такие связи допускают деформацию изгиба нижних частей колонн при изменениях температуры. В то же время один из раскосов, работая от ветровой нагрузки на растяжение, передает эти усилия на подкрановую балку.

Дальнейший путь ветровых усилий показан на фигуре Связи по нижним поясам ферм и между колоннами б; они передаются по жестким подкрановым балкам до средних связей и по ним спускаются в землю. Желательно выбирать такую схему связей, чтобы они примыкали к колоннам под углом, близким к 4 — 5°. В противном случае получаются слишком вытянутые тяжелые фасонки.

Рамные вертикальные связи: а — при шаге колонн 6 м;
б — при шаге колонн не меньше 12 м.

В случае, если по технологическим условиям нельзя полностью занять под связи ни одного пролета, а также при больших шагах колонн устраивают рамные связи; при этом считают, что от односторонней нагрузки работают на растяжение связи одного угла, а элементы другого угла из-за большой гибкости (λ = 200 / 250) выключаются из работы. При такой схеме работы конструкции мы получаем «трехшарнирную арку».

Вертикальные связи устанавливаются ниже подкрановой балки в плоскости подкрановой ветви колонны, а выше подкрановой балки — по оси сечения колонны. В цехах с тяжелым режимом работы связи ниже подкрановых балок прикрепляются к колоннам на заклепках (преимущественно) или на сварке.

«Проектирование стальных конструкций»,
К.К.Муханов

Выбор поперечного профиля многопролетных цехов зависит не только от заданного полезного габарита цеха и габарита мостовых кранов, но и от ряда общестроительных требований, в первую очередь от организации отвода воды с крыши и от устройства освещения средних пролетов. Отвод воды может быть как наружным, так и внутренним. Наружные водостоки устраиваются в нешироких цехах, а также…

Связи между колоннами.

Система связей между колоннами (9.8) обеспечивает во время эксплуатации и монтажа:

– геометрическую неизменяемость каркаса;

– несущую способность каркаса и его жесткость в продольном направлении;

– восприятие продольных нагрузок от ветра в торец здания и торможения моста крана;

– устойчивость колонн из плоскости поперечных рам.

Для выполнения этих функций необходим хотя бы один вертикальный жесткий диск по длине температурного блока и система продольных элементов, прикрепляющих колонны, не входящие в жесткий диск, к последнему. В жесткие диски (рис. 11.5) включены две колонны, подкрановая балка, горизонтальные распорки и решетка, обеспечивающая при шарнирном соединении всех элементов диска геометрическую неизменяемость.

Решетка проектируется крестовой (рис. 9.13, а), элементы которой принимаются гибкими [] = 220 и работают на растяжение при любом направлении сил, передаваемых на диск (сжатый раскос теряет устойчивость) и треугольной (рис. 9.13, б), элементы которой работают на растяжение и 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 (рис. 9.13, в). Распорки и решетка при малых высотах сечения колонн (например, в верхней части) располагаются в одной плоскости, а при больших высотах (нижняя часть колонны) - в двух плоскостях.

Рис. 9.13. Схемы конструкций жестких дисков связей между колоннами:

а - при обеспечении устойчивости нижней части колонн из плоскости рамы; б - при необходимости установки промежуточных распорок; в - при необходимости использования подкранового габарита.

Рис. 9.14. Схемы температурных перемещений и усилий:

а - при расположении вертикальных связей

посередине каркаса; б - то же, в торцах каркаса

При размещении жестких дисков (связевых блоков) вдоль здания нужно учитывать возможность перемещений колонн при температурных деформациях продольных элементов (рис. 9.14, а). Если поставить диски по торцам здания (рис. 9.14, б), то во всех продольных элементах (подкрановые конструкции, подстропильные фермы, распорки связей) и в связях возникают значительные температурные усилия.

Поэтому при небольшой длине здания (температурного блока) ставится вертикальная связь в одной панели (рис. 9.15, а). При большой длине здания вертикальные связи ставятся в двух панелях (рис. 9.15, б), причем расстояние между их осями должно быть таким, чтобы усилия F t были невелики. Предельные расстояния между дисками зависят от возможных перепадов температур и установлены нормами (табл. 9.3).

По торцам здания крайние колонны соединяют между собой гибкими верхними связями (см. рис. 9.15, а). Вследствие относительно малой жесткости надкрановой части колонны расположение верхних связей в торцевых панелях незначительно сказывается на температурных напряжениях.

Вертикальные связи между колоннами ставят по всем рядам колонн здания; располагать их следует между одними и теми же осями.

Рис. 9.15. Расположение связей между колоннами в зданиях:

а - коротких (или температурных отсеках); б - длинных; 1 - колонны; 2 - распорки; 3 - ось температурного шва; 4- подкрановые балки; 5 - связевый блок; 6- температурный блок; 7 -низ ферм; 8 - низ башмака

Таблица9.3. Предельные размеры между вертикальными связями, м

При проектировании связей по средним рядам колонн в подкрановой части следует иметь в виду, что довольно часто по условиям технологии необходимо иметь свободное пространство между колоннами. В этих случаях конструируют портальные связи (см. рис. 11.5, в).

Связи, устанавливаемые в пределах высоты ригелей в связевом и торцевом блоках, проектируют в виде самостоятельных ферм (монтажного элемента), в остальных местах ставят распорки.

Продольные элементы связей в точках крепления к колоннам обеспечивают несмещаемость этих точек из плоскости поперечной рамы. Эти точки в расчетной схеме колонны могут быть приняты шарнирными опорами. При большой высоте нижней части колонны бывает целесообразна установка дополнительной распорки, которая закрепляет нижнюю часть колонны посередине ее высоты и сокращает расчетную длину колонны.

Рис. 9.16. Работа связей между колоннами при воздействии: а - ветровой нагрузки на торец здания; б - мостовых кранов.

Передача нагрузок . В точке А (рис. 9.16, а) гибкий элемент связей 1 не может воспринимать сжимающую силу, поэтомуF w передается более короткой и достаточно жесткой распоркой 2 вточку Б. Здесь сила по элементу 3 передается в точку В. В этой точке усилие воспринимается подкрановыми балками 4, передающими силуF w на связевый блок в точку Г. Аналогично работают связи и на силы продольных воздействий крановF(рис. 9.16, б).

Элементы связей выполняются из уголков, швеллеров, прямоугольных и круглых труб. При большой длине элементов связи, воспринимающие небольшие усилия, рассчитываются по предельной гибкости, которая для сжатых элементов связей ниже подкрановой балки равна 210 - 60(-отношение фактического усилия в элементе связей к его несущей способности),выше - 200; для растянутых эти значения составляют соответственно 200 и 300.

Связи по покрытию (9.9).

Горизонтальные связи располагаются в плоскостях нижнего и верхнего поясов ферм и верхнего пояса фонаря. Горизонтальные связи состоят из поперечных и продольных (рис. 9.17 и 9.18).

Рис. 9.17. Связи между фермами: а - по верхним поясам ферм; б - по нижним поясам ферм; в - вертикальные; / - распорка в коньке; 2 - поперечные связевые фермы

Рис. 9.18. Связи между фонарями

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.

Необходимо обращать особое внимание на завязку узлов ферм в пределах фонаря, где нет кровельного настила. Здесь для раскрепления узлов верхнего пояса ферм из их плоскости предусматриваются распорки, причем такие распорки в коньковом узле фермы обязательны (рис. 9.19, б). Распорки прикрепляются к торцевым связям в плоскости верхних поясов ферм.

В процессе монтажа (до установки плит покрытия или прогонов) гибкость верхнего пояса из плоскости фермы не должка быть более 220. Если коньковая распорка не обеспечивает этого условия, между ней и распоркой в плоскости колонн ставится дополнительная распорка.

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, при этом нарушается нормальная их эксплуатация. Чрезмерные колебания каркаса создают неблагоприятные условия для работы кранов и сохранности ограждающих конструкций. Поэтому в однопролетных зданиях большой высоты (Н 0 > 18 м), в зданиях с мостовыми кранами грузоподъемностью (Q ≥ 10 т, с кранами тяжелого и весьма тяжелого режимов работы при любой грузоподъемности обязательна система продольных связей по нижним поясам ферм.

Рис. 9.19. Работа связей покрытия:

а - схема работы горизонтальных связей при действии внешних нагрузок; б и в"- то же, при условных силах от потери устойчивости поясов ферм; / - связи по нижним поясам ферм; 2 - то же, по верхним; 3 - распорка связей; 4 - растяжка связей; 5 - форма потери устойчивости или колебаний при отсутствии распорки (растяжки); 6 - то же, при наличии распорки.

Горизонтальные силы от мостовых кранов воздействуют в поперечном направлении на одну плоскую раму и две-три смежные. Продольные связи обеспечивают совместную работу системы плоских рам, вследствие чего поперечные деформации каркаса от действия сосредоточенной силы значительно уменьшаются (рис. 9.19, а).

Жесткость этих связей должна быть достаточной для того, чтобы вовлечь в работу соседние рамы, и их ширина назначается равной длине первой панели нижнего пояса фермы. Связи обычно устанавливают на болтах. Приварка связей увеличивает их жесткость в несколько раз.

Прилегающие к опорам панели нижнего пояса ферм, особенно при жестком сопряжении ригеля с колонной, могут быть сжатыми, в этом случае продольные связи обеспечивают устойчивость нижнего пояса из плоскости ферм. Поперечные связи закрепляют продольные, а в торцах здания они необходимы и для восприятия ветровой нагрузки, направленной на торец здания.

Стойки фахверка передают ветровую нагрузку F w в узлы поперечной горизонтальной торцевой фермы, поясами которой служат нижние пояса торцевой и смежной с ней стропильных ферм (см. рис. 9.19, а). Опорные реакции торцевой фермы воспринимаются вертикальными связями между колоннами и передаются на фундамент (см. рис. 9.19). 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, нужно ограничить гибкость растянутой части нижнего пояса из плоскости рамы. Для сокращения свободной длины растянутой части нижнего пояса приходится в некоторых случаях предусматривать растяжки, закрепляющие нижний пояс в боковом направлении. Эти растяжки воспринимают условную поперечную силу Q fic (рис. 9.19, в).

В длинных зданиях, состоящих из нескольких температурных блоков, поперечные связевые фермы по верхним и нижним поясам ставят у каждого температурного шва (как у торцов), имея в виду, что каждый температурный блок представляет собой законченный пространственный комплекс.

Вертикальные связи между фермами устанавливают в тех же осях, в которых размещают горизонтальные поперечные связи (см. рис. 9.20, в). Вертикальные связи располагают в плоскости стоек стропильных ферм в пролете и на опорах (при опирании стропильных ферм в уровне нижнего пояса). В пролете устанавливают одну-две вертикальные связи по ширине пролета (через 12- 15 м). Вертикальные связи придают неизменяемость пространственному блоку, состоящему из двух стропильных ферм и горизонтальных поперечных связей по верхнему и нижнему поясам ферм. Стропильные фермы обладают незначительной боковой жесткостью, поэтому на монтаже их закрепляют к жесткому пространственному блоку распорками.

При отсутствии горизонтальных поперечных связей по верхним поясам для обеспечения жесткости пространственного блока и закрепления верхних поясов из плоскости вертикальные связи устанавливают через 6 м (рис. 9.20, д).

Рис. 9.20. Схемы систем связей по покрытию:

а - крестовые связи при 6-метровом шаге рам; б - связи с треугольной решеткой; в и г - то же, при 12-метровом шаге рамы; д - комбинация горизонтальных связей по нижним поясам ферм с вертикальными связями; I,II- связи соответственно по верхним и нижним поясам ферм

Сечения элементов связей зависят от их конструктивной схемы и шага стропильных ферм. Для горизонтальных связей при шаге ферм 6 м применяют крестовую или треугольную решетку (рис. 9.20, а, б). Раскосы крестовой решетки работают только на растяжение, а стойки - на сжатие. Поэтому стойки обычно проектируют из двух уголков крестового сечения, а раскосы - из одиночных уголков. Элементы треугольной решетки могут быть как сжаты, так и растянуты, поэтому их проектируют обычно из гнутых профилей. Треугольные связи несколько тяжелее крестовых, но монтаж их проще.

При шаге стропильных ферм 12 м диагональные элементы связей, даже в крестовой решетке, получаются весьма тяжелыми. Поэтому систему связей проектируют так, чтобы наиболее длинный элемент был не более 12 м, этими элементами поддерживают диагонали (рис. 9.20, в). На рис. 9.20, г показана схема связей, где диагональные элементы вписываются в квадрат размером 6 м и опираются на продольные элементы длиной 12 м, служащие поясами связевых ферм. Эти элементы приходится делать составного сечения или из гнутых профилей.

Вертикальные связи между фермами и фонарями лучше всего выполнять в виде отдельных транспортабельных ферм, что возможно, если их высота будет менее 3900 мм. Различные схемы вертикальных связей показаны на рис. 9.20, е.

На рис. 9.19 показаны знаки усилий, возникающих в элементах связей покрытия при определенном направлении ветровой нагрузки, местных горизонтальных усилий и условных поперечных сил. Многие элементы связей могут быть сжаты или растянуты. В этом случае их сечение подбирается по худшему случаю - по гибкости для сжатых элементов связей.

Распорки в коньке верхнего пояса ферм (элемент 3 на рис. 9.19, б) обеспечивают устойчивость верхнего пояса из плоскости ферм как во время эксплуатации, так и при монтаже. В последнем случае они прикреплены только к одной поперечной связи, сечение их подбирается исходя из сжатия.