Вертикальные связи по колоннам. Связи в покрытиях с металлическими плоскостными несущими конструкциями Расстановка связей в металлическом каркасе

Связи между колоннами.

Система связей между колоннами обеспечивает во время эксплуатации и монтажа геометрическую неизменяемость каркаса и его несущую способность в продольном направлении, а также устойчивость колонн из плоскости поперечных рам.

Связи, образующие жесткий диск, располагают посередине здания или температурного отсека, учитывая возможность перемещения колонн при температурных деформациях продольных элементов.

Если поставить связи (жесткие диски) по торцам здания, то во всех продольных элементах (подкрановые конструкции, подстропильные фермы, распорки связей) возникают большие температурные усилия F t

При длине здания или температурного блока более 120м между колоннами обычно ставят две системы связевых блоков.

Предельные размеры между вертикальными связями в метрах

Размеры в скобках даны для зданий, эксплуатируемых при расчетных температурах наружного воздуха t= –40° ¸ –65 °С.

Наиболее простая схема связей крестовая, она применяется при шаге колонн до 12 м. Рациональный угол наклона связей , поэтому при небольшом шаге, но большой высоте колонн устанавливают две крестовые связи по высоте нижней части колонны.

В таких же случаях иногда проектируют дополнительную развязку колонн из плоскости рамы распорками.

Вертикальные связи ставят по всем рядам здания. При большом шаге колонн средних рядов, а также чтобы не мешать передаче продукции из пролета в пролет проектируют связи портальной и полупортальной схем.

Вертикальные связи между колоннами воспринимают усилия от ветра W 1 ,и W 2 действующего на торец здания и продольного торможения кранов Т пр.

Элементы крестовых и портальных связей работают на растяжение. Сжатые стержни вследствие большой гибкости выключаются из работы и в расчете их не учитывают. Гибкость растянутых элементов связей, расположенных ниже уровня подкрановых балок не должна превышать 300 для обычных зданий и 200 для зданий с «особым» режимом работы кранов; для связей выше подкрановых балок – соответственно 400 и 300.

Связи по покрытию.

Связи по конструкциям покрытия (шатра) или связи между фермами создают общую пространственную жесткость каркаса и обеспечивают: устойчивость сжатых поясов ферм из их плоскости, перераспределение местных крановых нагрузок, приложенных к одной из рам, на соседние рамы; удобство монтажа; заданную геометрию каркаса; восприятие и передачу на колонны некоторых нагрузок.

Связи по покрытию располагают:

1) в плоскости верхних поясов стропильных ферм – продольные элементы между ними;

2) в плоскости нижних поясов стропильных ферм – поперечные и продольные связевые фермы, а также иногда и продольные растяжки между поперечными связевыми фермами;

3) вертикальные связи между стропильными фермами;

4) связи по фонарям.

Связи в плоскости верхних поясов ферм.

Элементы верхнего пояса стропильных ферм сжаты, поэтому необходимо обеспечить их устойчивость из плоскости ферм.

Ж/б плиты покрытия и прогоны могут рассматриваться как опоры, препятствующие смещению верхних узлов из плоскости фермы при условии, что они закреплены от продольных перемещений связями, расположенными в плоскости кровли. Такие связи (поперечные связевые фермы) целесообразно располагать в торцах цеха, чтобы они вместе с поперечными связевыми фермами по нижним поясам и вертикальными связями между фермами создавали пространственный блок, обеспечивающий жесткость покрытия.

При большей длине здания или температурного блока устанавливают промежуточные поперечные связевые фермы, расстояние между которыми не должно превышать 60 м.

Для обеспечения устойчивости верхнего пояса фермы из ее плоскости в пределах фонаря, где нет кровельного настила, предусматриваются специальные распорки, в коньковом узле фермы обязательны. В процессе монтажа (до установки плит покрытия или прогонов) гибкость верхнего пояса из плоскости фермы должна быть не более 220. Поэтому, если коньковая распорка не обеспечивает этого условия, между ней и распоркой на опоре фермы (в плоскости колонн) ставят дополнительную распорку.

Связи в плоскости нижних поясов ферм

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 эксплуатация. Чрезмерные колебания каркаса создают неблагоприятные условия для работы кранов и сохранности ограждающих конструкций. Поэтому в однопролетных зданиях большой высоты (H>18 м), в зданиях с мостовыми кранами Q>100 кН, с кранами тяжелого и весьма тяжелого режимов работы при любой грузоподъемности обязательна система связей по нижним поясам ферм.

Горизонтальные силы F от мостовых кранов воздействуют в поперечном направлении на одну плоскую раму или две-три смежные.

Продольные связевые фермы обеспечивают совместную работу системы плоских рам, вследствие чего поперечные деформации каркаса от действия сосредоточенной силы значительно уменьшаются.

Стойки торцевого фахверка передают ветровую нагрузку F вт в узлы поперечной связевой фермы.

Чтобы избежать вибрации нижнего пояса фермы вследствие динамического воздействия мостовых кранов ограничивается гибкость растянутой части нижнего пояса из плоскости рамы: при кранах с числом циклов нагружения 2×10 6 и более – величиной 250, для прочих зданий – величиной 400. Для сокращения длины растянутой части нижнего пояса в некоторых случаях ставят растяжки, закрепляющие нижний пояс в боковом направлении.

Вертикальные связи между фермами.

Эти связи связывают между собой стропильные фермы и препятствуют их опрокидыванию. Они устанавливаются, как правило, в осях, где установлены связи по нижним и верхним поясам ферм образуя совместно с ними жесткий блок.

В зданиях с подвесным транспортом вертикальные связи способствуют перераспределению между фермами крановой нагрузки приложенной непосредственно к конструкциям покрытия. В этих случаях, а также к стропильным фермам крепят электрические кран – балки значительной грузоподъемности, вертикальные связи между фермами располагают в плоскостях подвески непрерывно по всей длине здания.

Конструктивная схема связей зависит главным образом от шага стропильных ферм.

Связи по верхним поясам стропильных ферм

Связи по нижним поясам стропильных ферм

Для горизонтальных связей при шаге ферм 6м может быть применена крестовая решетка, раскосы которой работают только на растяжение (рис а).

В последнее время в основном применяются связевые фермы с треугольной решеткой (рис б). Здесь раскосы работают как на растяжение, так и на сжатие, поэтому их целесообразно проектировать из труб или гнутых профилей, позволяющих снизить расход металла на 30-40 %.

При шаге стропильных ферм 12 м диагональные элементы связей даже работающие только на растяжение, получаются слишком тяжелыми. Поэтому систему связей проектируют так, чтобы наиболее длинный элемент был не более 12 м, и этим элементом поддерживают диагонали (рис в, г).

Обеспечить крепление продольных связей можно и без решетки связей по верхнему поясу ферм, которая не дает возможности использовать сквозные прогоны. В этом случае в жесткий блок входят элементы покрытия (прогоны, панели), стропильные фермы и часто расположенные вертикальные связи (рис д). Такое решение является в настоящее время типовым. Элементы связи шатра (покрытия) рассчитываются, как правило, по гибкости. Предельная гибкость для сжатых элементов этих связей – 200, для растянутых – 400, (при кранах с числом циклов 2×10 6 и более – 300).

Система конструктивных элементов, служащих для поддержания стенового ограждения и восприятия ветровой нагрузки называется фахверком.

Фахверк устраивается для нагруженных стен, а также для внутренних стен и перегородок.

При самонесущих стенах, а также при панельных стенах с длинами панелей, равными шагу колонн, необходимости в конструкциях фахверка нет.

При шаге наружных колонн 12 м и стеновых панелях длиной 6м устанавливаются промежуточные фахверковые стойки.

Фахверк, устанавливаемый в плоскости продольных стен здания, называется продольным фахверком. Фахверк, устанавливаемый в плоскости стен торца здания, называется торцевым фахверком.

Торцовый фахверк состоит из вертикальных стоек, которые устанавливаются через 6 или 12 м. Верхние концы стоек в горизонтальном направлении опирают на поперечную связевую ферму в уровне нижних поясов стропильных ферм.

Чтобы не препятствовать прогибу стропильных ферм от временных нагрузок, опирание стоек фахверка осуществляется с помощью листовых шарниров, представляющих собой тонкий лист t=(8 10мм) шириной 150 200мм, который в вертикальном направлении легко изгибается, не препятствуя прогибу фермы; в горизонтальном направлении он передает усилие. К стойкам фахверка крепят ригели для оконных проемов; при большой высоте стоек в плоскости торцевой стены ставят распорки, уменьшающие их свободную длину.

Стены из кирпича или бетонных блоков устраивают самонесущими, т.е. воспринимающими весь свой вес, и только боковая нагрузка от ветра передается стеной на колонну или стойку фахверка.

Стены из крупнопанельных ж/б плит устанавливаются (навешиваются) на столики колонн или фахверковых стоек (один столик через 3 – 5 плит по высоте). В этом случае фахверковая стойка работает на внецентренное сжатие.

Вертикальные размеры

Н о ≥ Н 1 + Н 2 ;

Н 2 ≥ Н к + f + d;

d = 100 мм;

Полная высота колонны

Размеры фонаря:

· H ф = 3150 мм.

Горизонтальные размеры

< 30 м, то назначаем привязку а = 250 мм.

< h в = 450 мм.

где В 1 =300 мм по прил. 1

·

< h н = 1000 мм.

-

- связей фонаря;

- связей фахверка.

3.

Сбор нагрузок на раму.

3.1.1.

Нагрузки на подкрановую балку.

Подкрановая балка пролетом 12 м под два крана грузоподъемностью Q = 32/5 т. Режим работы кранов – 5К. Пролет здания 30 м. Материал балки С255: R y = 250 МПа = 24 кН/см 2 (при толщине t≤ 20 мм); R s = 14 кН/см 2 .

Для крана Q = 32/5 т среднего режима работы по прил. 1 наибольшее вертикальное усилие на колесе F k n = 280кН; вес тележки G Т = 85кН; тип кранового рельса - КР-70.

Для кранов среднего режима работы поперечное горизонтальное усилие на колесе, для кранов с гибким подвесом кранов:

Т n = 0,05*(Q + G Т)/n о = 0,05(314+ 85)/2= 9,97 кН,

где Q – номинальная грузоподъемность крана, кН; G т – вес тележки, кН; n о – число колес с одной стороны крана.

Расчетные значения усилий на колесе крана:

F к = γ f * k 1* F k n =1,1*1*280= 308 кН;

Т к = γ f *k 2 *Т n = 1,1*1*9,97 = 10,97 кН,

где γ f = 1,1 - коэффициент надежности по крановой нагрузке;

k 1 , k 2 =1 - коэффициенты динамичности, учитывающий ударный характер нагрузки при движении крана по неровностям пути и на стыках рельсов, табл. 15.1 .

Таблица

Номер нагрузки	Нагрузки и комбинации усилий		Ψ 2	Сечения стойки
1 - 1	2 - 2	3 - 3	4 - 4
M	N	Q	M	N	M	N	M	N	Q
	Постоянная			-64,2	-53,5	-1,4	-56,55	-177	-6	-177	+28,9	-368	-1,4
	Снеговая			-67,7	-129,9	-3,7	-48,4	-129,6	-16	-129,6	+41,5	-129,6	-3,7
0,9	-60,9	-116,6	-3,3	-43,6	-116,6	-14,4	-116,6	+37,4	-116,6	-3,3
	D max	на левую стойку			+29,5		-34,1	+208,8		-464,2	-897	+75,2	-897	-33,4
0,9	+26,5		-30,7	+188		-417,8	-807,3	+67,7	-807,3	-30,1
3 *	на правую стойку			-99,8		-31,2	+63,8		-100,4	-219	+253,8	-219	-21,9
0,9	-90		-28,1	+57,4		-90,4	-197,1	+228,4	-197,1	-19,7
	Т	на левую стойку			±8,7		±16,2	±76,4		±76,4		±186		±16,2
0,9	±7,8		±14,6	±68,8		±68,8		±167,4		±14,6
4 *	на правую стойку			±60,5		±9,2	±12		±12		±133,3		±9
0,9	±54,5		±8,3	±10,8		±10,8		±120		±8,1
	Ветровая	слева			±94,2		+5,8	+43,5		+43,5		-344		+35,1
0,9	±84,8		+5,2	+39,1		+39,1		-309,6		+31,6
5 *	справа			-102,5		-5,5	-39		-39		+328		-34,8
0,9	-92,2		-5	-35,1		-35,1		+295,2		-31,3
	+M max N соот	Ψ 2 = 1	№ нагрузок	-	1,3,4	-	1, 5 *
усилия		-	-	-	+229	-177	-	-	+787	-1760
Ψ 2 = 0,9	№ нагрузок	-	1, 3, 4, 5	-	1, 2, 3 * , 4, 5 *
усилия		-	-	-	+239	-177	-	-	+757	-682
	-M ma N соот	Ψ 2 = 1	№ нагрузок	1, 2	1, 2	1, 3, 4	1, 5
усилия		-131,9	-183,1		-105	-306,6	-547	-1074	-315	-368
Ψ 2 = 0,9	№ нагрузок	1, 2, 3 * , 4, 5 *	1, 2, 5 *	1, 2, 3, 4, 5 *	1, 3, 4 (-), 5
усилия		-315,1	-170,1	-52,3	-135	-294	-542	-1101	-380	-1175
	N ma +M соот	Ψ 2 = 1	№ нагрузок	-	-	-	1, 3, 4
усилия		-	-	-	-	-	-	-	+264	-1265
Ψ 2 = 0,9	№ нагрузок	-	-	-	1, 2, 3, 4, 5 *
усилия		-	-	-	-	-	-	-	+597	-1292
	N mi -M соот	Ψ 2 = 1	№ нагрузок	1, 2	1, 2	1, 3, 4	-
усилия		-131,9	-183,1		-105	-306,6	-547	-1074	-	-
Ψ 2 = 0,9	№ нагрузок	1, 2, 3 * , 4, 5 *	1, 2, 5 *	1, 2, 3, 4, 5 *	-
усилия		-315,1	-170,1	-52,3	-135	-294	-472	-1101	-	-
	N mi -M соот	Ψ 2 = 1	№ нагрузок								1, 5 *
усилия	+324	-368
	N mi +M соот	Ψ 2 = 0,9	№ нагрузок	1, 5
усилия	-315	-368
	Q ma	Ψ 2 = 0,9	№ нагрузок								1, 2, 3, 4, 5 *
усилия			-89

3.4. Расчет ступенчатой колонны производственного здания.

3.4.1. Исходные данные:

Сопряжение ригеля и колонны – жесткое;

Расчетные усилия указаны в таблице,

Для верхней части колонны

в сечении 1-1 N = 170 кН, М = -315кНм, Q = 52 кН;

в сечении 2-2: М = -147 кНм.

Для нижней части колонны

N 1 = 1101 кН, М 1 = -542 кНм (изг. момент догружает подкрановую ветвь);

N 2 = 1292 кН, М 2 = +597 кНм (изг. момент догружает наружную ветвь);

Q max = 89кН.

Соотношение жесткостей верхней и нижней частей колонны I в /I н = 1/5;

материал колонны – сталь марки С235, бетон фундамента класса В10;

коэффициент надежности по нагрузке γ n =0,95.

База наружной ветви.

Требуемая площадь плиты:

А пл.тр = N в2 /R ф = 1205/0,54 = 2232 см 2 ;

R ф = γR б ≈ 1,2*0,45 = 0,54 кН/см 2 ; R б = 0,45 кН/см 2 (бетон В7,5) табл. 8.4..

По конструктивным соображениям свес плиты с 2 должен быть не менее 4 см.

Тогда В ≥ b к + 2с 2 = 45 + 2*4 = 53 см, принимаем В = 55 см;

L тр = А пл.тр /В = 2232/55 = 40,6 см, принимаем L = 45 см;

А пл. = 45*55 = 2475 см 2 > А пл.тр = 2232 см 2 .

Среднее напряжение в бетоне под плитой:

σ ф = N в2 /А пл. = 1205/2475 = 0,49 кН/см 2 .

Из условия симметричного расположения траверс относительно центра тяжести ветви, расстояние между траверсами в свету равно:

2(b f + t w – z o) = 2*(15 + 1,4 – 4,2) = 24,4 см; при толщине траверсы 12 мм с 1 = (45 – 24,4 – 2*1,2)/2 = 9,1 см.

· Определяем изгибающие моменты на отдельных участках плиты:

участок 1 (консольный свес с = с 1 = 9,1 см):

М 1 = σ ф с 1 2 /2 = 0,49*9,1 2 /2 = 20 кНсм;

участок 2 (консольный свес с = с 2 = 5 см):

М 2 = 0,82*5 2 /2 = 10,3 кНсм;

участок 3 (плита, опертая на четыре стороны): b/а = 52,3/18 = 2,9 > 2, α = 0,125):

М 3 = ασ ф а 2 = 0,125*0,49*15 2 = 13,8 кНсм;

участок 4 (плита, опертая на четыре стороны):

М 4 = ασ ф а 2 = 0,125*0,82*8,9 2 = 8,12 кНсм.

Принимаем для расчета М max = М 1 = 20 кНсм.

· Требуемая толщина плиты:

t пл = √6М max γ n /R y = √6*20*0,95/20,5 = 2,4 см,

где R y = 205 МПа = 20,5 кН/см 2 для стали Вст3кп2 толщиной 21 – 40 мм.

Принимаем t пл = 26 мм (2 мм – припуск на фрезеровку).

Высоту траверсы определяем из условия размещения шва крепления траверсы к ветви колонны. В запас прочности все усилие в ветви передаем на траверсы через четыре угловых шва. Сварка полуавтоматическая проволокой марки Св – 08Г2С, d = 2 мм, k f = 8 мм. Требуемая длина шва определяется:

l w .тр = N в2 γ n /4k f (βR w γ w) min γ = 1205*0,95/4*0,8*17 = 21 см;

l w < 85β f k f = 85*0,9*0,8 = 61 см.

Принимаем h тр = 30см.

Проверка прочности траверсы выполняется так же, как для центрально-сжатой колонны.

Расчет анкерных болтов крепления подкрановой ветви (N min =368 кН; М=324 кНм).

Усилие в анкерных болтах:F a =(М- N y 2)/ h о =(32400-368*56)/145,8=81кН.

Требуемая площадь сечения болтов из стали Вст3кп2: R ва =18,5 кН/см 2 ;

А в.тр = F a γ n / R ва =81*0,95/18,5=4,2 см 2 ;

Принимаем 2 болта d=20 мм, А в.а =2*3,14=6,28 см 2 . Усилие в анкерных болтах наружной ветви меньше. Из конструктивных соображений принимаем такие же болты.

3.5. Расчет и конструирование стропильной фермы.

Исходные данные.

Материал стержней ферм – сталь марки C245 R = 240 МПа = 24 кН/см 2 (t ≤ 20 мм), материал фасонок – C255 R = 240 МПа = 24 кН/см 2 (t ≤ 20 мм);

Элементы ферм выполняются из уголков.

Нагрузка от массы покрытия (за исключением веса фонаря):

g кр ’ = g кр – γ g g фон ′ = 1,76 – 1,05*10 = 1,6 кН/м 2 .

Массу фонаря, в отличие от расчета рамы, учитываем в местах фактического опирания фонаря на ферму.

Масса каркаса фонаря на единицу площади горизонтальной проекции фонаря g фон ’ = 0,1 кН/м 2 .

Масса бортовой стенки и остекления на единицу длины стенки g б.ст = 2 кН/м;

d-расчетная высота, принимается расстояние между осями поясов (2250-180=2,07м)

Узловые силы (а):

F 1 = F 2 = g кр ’ Вd = 1,6*6*2= 19,2 кН;

F 3 = g кр ’ Вd + (g фон ’ 0,5d + g б.ст)В = 1,6*6*2 + (0,1*0,5*2 + 2)*6 = 21,3 кН;

F 4 = g кр ’ В(0,5d + d) + g фон ’ В(0,5d + d) = 1,6*6*(0,5*2 + 2) + 0,1*6*(0,5*2 + 2) = 30,6 кН.

Опорные реакции: . F Ag = F 1 + F 2 +F 3 +F 4 /2=19,2+19,2+21,3+30,6/2=75 кН.

S = S g m= 1,8 m.

Узловые силы:

1–й вариант снеговой нагрузки (б)

F 1s = F 2s =1,8*6*2*1,13=24,4 кН;

F 3s = 1,8*6*2*(0,8+1,13)/2=20,8 кН;

F 4s = 1,8*6*(2*0,5+2)*0,8=25,9 кН.

Опорные реакции: . F As = F 1s + F 2s +F 3s +F 4s /2=2*24,2+20,8+25,9/2=82,5 кН.

2–й вариант снеговой нагрузки (в)

F 1 s ’ = 1,8*6*2=21,6 кН;

F 2 s ’ = 1,8*6*2*1,7=36,7 кН;

F 3 s ’ = 1,8*6*2/2*1,7=18,4 кН;

Опорные реакции: . F′ As = F 1 s ’ + F 2 s ’ + F 3 s ’ =21,6+36,7+18,4=76,7 кН.

Нагрузка от рамных моментов (см. таблицу)(г).

Первая комбинация

(сочет. 1, 2, 3* ,4, 5*): М 1 max =-315 кНм; сочет. (1, 2, 3, 4*, 5):

М 2соотв = -238 кНм.

Вторая комбинация (без учета снеговой нагрузки):

М 1 =-315-(-60,9)=-254 кНм; М 2соотв = -238-(-60,9)=-177 кНм.

Расчет швов.

№ стержня	Сечение	[N], кН	Шов по обушку	Шов по перу
N об, кН	K f , см	l w , см	N п, кН	k f , см	l w , см
1-2 2-3 3-4 4-5 5-6	125х80х8 50х5 50х5 50х5 50х5	282 198 56 129 56	0,75N = 211 0,7N = 139 39 90 39	0,6 0,6 0,6 0,6 0,6	11 8 3 6 9	0,25N = 71 0,3N = 60 17 39 17	0,4 0,4 0,4 0,4 0,4	6 6 3 4 3

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.

1. Металлические конструкции. под ред. Ю.И. Кудишина Москва, изд. ц. «Академия», 2008г.

2. Металлические конструкции. Учебник для вузов /Под ред. Е. И. Беленя. – 6-е изд. М.: Стройиздат, 1986. 560 с.

3. Примеры расчета металлических конструкций. Под редакцией А. П. Мандриков. – 2-е изд. М.: Стройиздат, 1991. 431 с.

4. СНиП II-23-81 * (1990). Стальные конструкции. – М.; ЦИТП Госстроя СССР, 1991. – 94 с.

5. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. – М.; ЦИТП Госстроя СССР, 1989. – 36 с.

6. СНиП 2.01.07-85 * . Дополнения, Раздел 10. Прогибы и перемещения. – М.; ЦИТП Госстроя СССР, 1989. – 7 с.

7. Металлические конструкции. Учебник для вузов/Под ред. В. К. Файбишенко. – М.: Стройиздат, 1984. 336 с.

8. ГОСТ 24379.0 – 80. Фундаментные болты.

9. Методические указания по курсовым проектам «Металлические конструкции» Морозова 2007г.

10. Проектирование металлических конструкций производственных зданий. Под ред. А.И. Актуганов 2005г.

Вертикальные размеры

Проектирование каркаса одноэтажного производственного здания начинаем с выбора конструктивной схемы и ее компоновки. Высота здания от уровня пола до низа строительной фермы Н о:

Н о ≥ Н 1 + Н 2 ;

где Н 1 – расстояние от уровня пола до головки кранового рельса по заданию Н 1 =16 м;

Н 2 – расстояние от головки кранового рельса до низа строительных конструкций покрытия, рассчитываемые по формуле:

Н 2 ≥ Н к + f + d;

где Н к – высота мостового крана; Н к =2750 мм по прил. 1

f – размер, учитывающий прогиб конструкции покрытия в зависимости от величины пролета, f = 300 мм;

d - зазор между верхней точкой тележки крана и строительной конструкцией,

d = 100 мм;

Н 2 = 2750 +300 +100 = 3150 мм, принято – 3200 мм (т.к. Н 2 принимается кратным 200мм)

H о ≥ Н 1 + Н 2 = 16000 + 3200= 19200 мм, принято – 19200 мм (т.к. Н 2 принимается кратным 600мм)

Высота верхней части колонны:

· Н в = (h б + h р) + Н 2 = 1500 + 120 + 3200 = 4820 мм., окончательно размер уточним после расчета подкрановой балки.

Высота нижней части колонны, при заглублении базы колонны на 1000 мм ниже пола

· Н н = H о - Н в + 1000 = 19200 - 4820 + 1000 = 15380 мм.

Полная высота колонны

· H = Н в + Н н = 4820+ 15380 = 20200 мм.

Размеры фонаря:

Принимаем фонарь шириной 12 м с остеклением в один ярус высотой 1250 мм, высотой борта 800 мм и карниза 450 мм.

Н фн. = 1750 +800 +450 =3000 мм.

· H ф = 3150 мм.

Конструктивная схема каркаса здания представлена на рисунке:

Горизонтальные размеры

Так как шаг колонн 12 м, грузоподъемность 32/5 т, высота здания < 30 м, то назначаем привязку а = 250 мм.

· h в = а + 200= 250 + 200 = 450мм

· h в min = Н в /12 = 4820/12 = 402мм < h в = 450 мм.

Определим значение величины l 1:

· l 1 ≥ В 1 + (h в - а) + 75 = 300 + (450-250) + 75 = 575 мм.

где В 1 =300 мм по прил. 1

Принимаем l 1 = 750 мм (кратный 250 мм).

Ширина сечения нижней части колонны:

· h н = l 1 +а = 750 + 250= 1000мм.

· h н min = Н н /20 = 15380/20 = 769мм< h н = 1000 мм.

Сечение верхней части колонны назначаем сплошностенчатым двутавровым, нижней – сплошной.

Связи стального каркаса производственного здания

Пространственная жесткость каркаса и устойчивость каркаса и отдельных его элементов обеспечивается путем постановки системы связей:

Связей между колоннами (ниже и выше подкрановой балки), необходимые для обеспечения устойчивости колонн из плоскостей рам, восприятия и передачи на фундаменты нагрузок, действующих вдоль здания (ветровых, температурных) и фиксацию колонн во время монтажа;

- связей между фермами: а) горизонтальные поперечные связи по нижним поясам ферм, воспринимающие нагрузку от ветра, действующую на торец здания; б) горизонтальные продольные связи по нижним поясам ферм; в) горизонтальные поперечные связи по верхним поясам ферм; г)вертикальные связи между фермами;

- связей фонаря;

- связей фахверка.

3. Расчетно-конструктивная часть.

Сбор нагрузок на раму.

3.1.1. Расчетная схема поперечной рамы.

За геометрические оси ступенчатых колонн принимаются линии, проходящие через центры тяжести верхней и нижней частей колонны. Несовпадение центров тяжестей дает эксцентриситет «е 0 », который вычисляем:

е 0 =0,5*(h н - h в)=0,5*(1000-450)=0,275м

Связи по покрытию включают вертикальные связи между фермами, горизонтальные связи по верхним и по нижним поясам ферм. Связи по верхним поясам устраиваем для того, чтобы воспринять часть ветровой нагрузки и предотвратить от выпучивания сжатые стержни верхних поясов. Поперечные связевые фермы устраиваем в торцах и в середине здания. Связи по нижним поясам устанавливаем для восприятия ветровых и крановых нагрузок продольного и поперечного направления. Связь ферм представляет собой пространственный блок с прикрепленными к нему смежными стропильными фермами. Смежные фермы по верхним и нижним поясам соединены горизонтальными связями ферм, а по стойкам решетки – вертикальными связями ферм.

Нижние пояса ферм соединяются поперечными и продольными горизонтальными связями: первые фиксируют вертикальные связи и растяжки, за счет чего уменьшается уровень вибрации поясов ферм; вторые служат опорами верхних концов стоек продольного фахверка и равномерно распределяют нагрузки на соседние рамы. Верхние пояса ферм соединяются горизонтальными поперечными связями в виде распорок или прогонов для сохранения запроектированного положения ферм.

Связи между колоннами производственных зданий

Связи колонн обеспечивают поперечную устойчивость металлической конструкции здания и его пространственную неизменяемость. Связи колонн и стоек являются вертикальными металлоконструкциями и конструктивно представляют собой распорки или диски, которые формируют систему продольных рам. Распорки соединяют колонны в горизонтальной плоскости. Распорки представляют собой продольные балочные элементы. Внутри связей колонн различают связи верхнего яруса и связи нижнего яруса колонн. Связи верхнего яруса располагают выше подкрановых балок, связи нижнего яруса, соответственно, ниже балок. Основными функциональными назначениями нагрузок двух ярусов являются способность передачи ветровой нагрузка на торец здания с верхнего яруса через поперечные связи нижнего яруса на подкрановые балки. Верхние и нижние связи также способствуют удерживанию конструкции от опрокидывания в процессе монтажа. Связи нижнего яруса к тому же передают нагрузки от продольного торможения кранов на подкрановые балки, что обеспечивает устойчивость подкрановой части колонн. В основном в процессе возведения металлоконструкций здания используются связи нижних ярусов.

Системы связи каркасов производственных зданий

Для соединения конструктивных элементов каркаса служат металлические связи. Они воспринимают основные продольные и поперечные нагрузки и передают их на фундамент. Металлические связи также равномерно распределяют нагрузки между фермами и рамами каркаса для сохранения общей устойчивости. Важным их назначением является противодействие горизонтальным нагрузкам, т.е. ветровым нагрузкам. Связи колонн обеспечивают поперечную устойчивость металлической конструкции здания и его пространственную неизменяемость. Внутри связей колонн различают связи верхнего яруса и связи нижнего яруса колонн. Связи верхнего яруса располагают выше подкрановых балок, связи нижнего яруса, соответственно, ниже балок. Основными функциональными назначениями нагрузок двух ярусов являются способность передачи ветровой нагрузка на торец здания с верхнего яруса через поперечные связи нижнего яруса на подкрановые балки. Верхние и нижние связи также способствуют удерживанию конструкции от опрокидывания в процессе монтажа. Связи нижнего яруса к тому же передают нагрузки от продольного торможения кранов на подкрановые балки, что обеспечивает устойчивость подкрановой части колонн. В основном в процессе возведения металлоконструкций здания используются связи нижних ярусов. Для придания пространственной жесткости конструкции здания или сооружения металлические фермы также соединяются связями. Смежные фермы по верхним и нижним поясам соединены горизонтальными связями ферм, а по стойкам решетки – вертикальными связями ферм. Нижние пояса ферм соединяются поперечными и продольными горизонтальными связями: первые фиксируют вертикальные связи и растяжки, за счет чего уменьшается уровень вибрации поясов ферм; вторые служат опорами верхних концов стоек продольного фахверка и равномерно распределяют нагрузки на соседние рамы. Поперечные связи объединяют верхние пояса фермы в единую систему и становятся «замыкающей гранью». Распорки как раз предотвращают смещение ферм, а поперечные горизонтальные фермы связи предотвращают от смещения распорки.

Прогоны сплошного сечения

Сплошные прогоны применяют при шаге ферм не более 6 м н в зависимости от назначения имеют различное расчетное сечение. Сплошные прогоны изготовляются по разрезной и неразрезной схемам. Чаще всего используют разрезные схемы из-за их свойства упрощать монтаж, однако неразрезная схема тоже обладает положительными отличительными свойствами, к примеру, при неразрезной схеме расходуется меньше стали на сами прогоны.

Прогоны, расположенные на скате, с учётом кровли с большим уклоном всегда работают на изгиб в двух плоскостях. Устойчивость прогонов достигается за счёт крепления кровельных плит или за счёт присоединения настила к прогонам, с учётом всех сил трения между ними. Прогоны принято крепить к поясам ферм, используя коротыши из уголков и гнутые элементы из листовой стали.

Решетчатые прогоны

В качестве прогонов применяют прокатные или холодногнутые швеллеры, при шаге ферм более 6 м - решетчатые прогоны. Простой и наиболее легкой конструкцией решетчатого прогона является прутково-шпренгельный прогон с решеткой и нижним поясом из круглой стали. Недостаток такого прогона в сложности контроля сварных швов в узлах сопряжения прутков решетки с нижним поясом, а также в необходимости аккуратной транспортировки и монтажа.

Верхний пояс решетчатых прогонов в случае его большой жесткости из плоскости прогона следует рассчитывать на совместное действие осевого усилия и изгиба только в плоскости прогона, а в случае малой жесткости верхнего пояса из плоскости прогона необходимо рассчитывать верхний пояс на совместное действие осевого усилия и изгиба как в плоскости прогона, так и в перпендикулярной к ней плоскости. Гибкость верхнего пояса решетчатых, прогонов не должна превышать 120, а элементов решетки-150. Верхний пояс этого прогона состоит из двух швеллеров, а элементы решётки – из одиночного гнутого швеллера. Обычно раскосы фиксируются к верхнему поясу с помощью дуговой или контактной сварки.

Решетчатые прогоны рассчитывают как фермы с неразрезным верхним поясом, который всегда работает на сжатие с изгибом в одной или в двух плоскостях, в то время как другие элементы испытывают продольные усилия.

Чтобы обеспечить пространственную устойчивость металлических сооружений, используются специальные стальные элементы - вертикальные связи между колоннами. Производственное объединение «Ремстроймаш» предлагает металлоконструкции собственного изготовления для различных производственных и строительных предприятий.

В ассортименте предприятия:

• Стержни.
• Балки.
• Фермы.
• Рамы и прочие системы связей.

Основное назначение связей металлоконструкций

При помощи легких конструктивных элементов образуются пространственные системы, обладающие уникальными свойствами:

• жесткость при изгибе и поперечном скручивании;
• устойчивость против ветровых нагрузок, инерционных воздействий.

При сборке связующие системы выполняют перечисленные функции, направленные на повышение устойчивости против внешних воздействий. Ветровые связи металлоконструкций придают готовым сооружениям дополнительную парусную устойчивость при эксплуатации. Пространственная жесткость и устойчивость зданий, колонн, мостов, ферм и пр. обеспечивается, благодаря связям, установленным в горизонтальных плоскостях в виде верхних и нижних поясов.

Одновременно на торцах и в промежутках между пролетами устанавливаются специальные связи металлоконструкций вертикального расположения - диафрагмы. Полученная система связей обеспечивает требуемую пространственную жесткость готового сооружения.


Поперечные связи пролетных строений
а - конструкция основных узлов связей; б - схема поперечных связей

Разновидности связей металлоконструкций

Изделия отличаются по методам изготовления и сборки:

• Сварные изделия.
• Сборные (болтовые, винтовые).
• Клепаные.
• Комбинированные.

Материалами изготовления связующих металлоконструкций служат черная и нержавеющая стали. Благодаря уникальным техническим характеристикам, изделия из нержавейки не требуют дополнительной обработки против коррозии.

Схемы вертикальных связен:
А крестовая; Б двухъярусная крестовая, В — раскосная наклонная, Г — многоярус¬ная раскосная наклонная

Примеры связей

1 марта 2012

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

Характеристика узла пересечения стержней решетки	При растяжении в поддерживающем стержне	При неработающем поддерживающем стержне	При сжатии в поддерживающем стержне
Оба стержня не прерываются	0,5 l	0,7 l	l
Поддерживающий стержень прерывается и перекрывается фасонкой	0,7 l	l	l

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…