МК_Справочник_том_2

251

стия для выпуска воды, которая может попадать на них во время монтажа. Целесообразны также сечения поясов из двух швеллеров (рис.12.4ê). Трубчатые и замкнутые квадратные и прямоугольные сварные сечения (рис.12.4è,ì,í,) имеют рациональную форму, но могут вызвать затруднение при решении конструкции узлов.

Для сравнительно легких ферм с меньшими пролетами могут использоваться одностенчатые тавровые и крестовые сечения поясов. Опорные раскосы обычно проектируют по типу сечений поясов ферм. Для двустенчатых элементов решетки наиболее характерны сечения типов, показанных на рис.12.4â,è,ê,î,ï. Сечения из двух ветвей прокатных профилей соединяются планками и листами. Сечения элементов второстепенных ферм и связи покрытий рационально проектировать из высокопрочных электросварных труб или замкнутых гнутосварных профилей.

Стыки поясов ферм следует делать преимущественно универсальными с расположением их в узлах ферм (или реже в панели) по типу, показанному на рис.12.5.

1-1

Рис.12.5. Стык пояса фермы на болтах

Âособом внимании проектировщика нуждается правильное решение опорных частей большепролетных балочных и рамных систем, поскольку необходимо обеспечить четкость передачи весьма значительных по величине вертикальных реакций

èодновременно учесть упругие горизонтальные перемещения и углы поворота опорных точек в результате прогиба под нагрузкой или от изменений температуры, становящихся особо заметными при больших пролетах.

Âсоответствии с этим устраивают неподвижную или подвижную систему опирания, обеспечивающую перемещения за счет качающихся шарнирно-закреплен- ных колонн или благодаря применению тангенциальных или катковых опорных устройств.

Расчет ферм осуществляется как стержневых систем. Влияние изгибающих мо-

ментов от жесткости узлов учитывается только при ширине поясов более 1/10 длины панели.

253

Для эффективного применения высокопрочных сталей расчетные гибкости элементов целесообразно иметь в пределах 40–60. Прогиб ферм определяется как для стержневой системы в соответствии с указаниями СНиП. Для предварительных расчетов прогиб стержневой системы может быть с приемлемой для этой стадии точностью определен как для сплошной балки с моментом инерции 0,75–0,80 момента инерции поясов фермы относительно оси, проходящей через центр тяжести обоих поясов.

При неразрезных балочных системах рационально воспользоваться эффектом регулирования напряжения некоторым смещением уровня опор.

На рис.12.6 приведена схема ангара мастерских, предназначенного для строительства в районе с сейсмичностью 9 баллов при снеговой нагрузке 0,7 кН/ì2. Пролет ворот 84 м, глубина ангара 60 м, высота до нижнего пояса ферм 19,5 м.

Покрытие выполнено из двухслойных утепленных алюминиевых плит. Такая легкая кровля весьма рациональна в условиях высокой сейсмичности, так как обеспечивает резкое снижение инерционных сил. Несущие конструкции покрытия состоят из трапециевидных односкатных ферм пролетом 60 м, которые с одной стороны опираются на надворотную ферму, а с другой на колонны каркаса торца здания. К перекрытию подвешены многопролетные кран-балки грузоподъемностью 5 т.

254

В основных элементах конструкций покрытия (надворотная ферма и растянутые элементы ферм пролетом 60 м) применена сталь С345 марки 15ХСНД, а в остальных элементах сталь марки Ст3. Высота надворотной фермы 9 м или 1/9,3l . Учитывая особые условия строительства в проекте реализована развитая система связей с дополнительными диагональными элементами в плоскости нижних поясов. Расход стали на покрытие составил 46 кг/м2, а на весь каркас 90 кг/м2.

12.2.ÐАМНЫЕ ПОКРЫТИЯ

12.2.1.Характеристика. Рамные покрытия применяют при пролетах здания 50–130 ì. Ïðè áóльших пролетах рамные системы становятся неэкономичными. Основные преимущества рамных покрытий по сравнению с балочными – меньший вес, большая жесткость и меньшая высота ригелей. К недостаткам следует отнести большую ширину колонн, что часто приводит к излишним габаритам здания, чувствительность системы к неравномерным осадкам опор и изменениям температуры.

Сечения ригелей большепролетных рам проектируют преимущественно сквоз-

ными, однако при пролетах до 60 м, особенно при ломаном очертании ригелей, они могут оказаться рациональными и со сплошной стенкой.

Рамные конструкции эффективны при погонных жесткостях колонн, близких к погонным жесткостям ригелей, что позволяет перераспределять усилия от вертикальных нагрузок и значительно облегчить ригели: в этих случаях высота решетча- тых ригелей может быть принята равной 1/12 – 1/20 пролета, а сплошных даже 1/20 – 1/30 пролета.

При значительно больших погонных жесткостях ригелей по сравнению с жесткостями колонн опорные моменты мало влияют на усилия в ригелях, поэтому последние незначительно отличаются от балочных схем. В этих случаях ригели проектируют такой же высоты, как ригели балочных конструкций.

По статической схеме рамы могут быть бесшарнирными и с шарнирами, преимущественно в уровне фундаментов. Бесшарнирные рамы более экономичны по расходу стали, однако требуют более мощных фундаментов. Шарнирные рамы обычно применяют при пролетах до 100 м. Некоторые основные схемы рам приведены на рис.12.7.

Ðèñ.12.7. Ðàìû à – сплошная; á – сквозная с гибкими стойками; â – с одной гибкой стойкой; ã – с жестки-

ми стойками; ä – двухшарнирная; å – с подкосами снаружи; æ – двухконсольная; ç – одноконсольная; è – консольная

255

Также как и балочные схемы, рамные схемы покрытий по типу основной конструкции могут быть плоскостными, состоящими из плоских рам и промежуточ- ной конструкции; блочными, состоящими из двух плоских рам с шагом обычно 6 м, соединенными между собой связями в пространственные блоки и, наконец, трехгранными.

Âблочных схемах достигается повышение поперечной жесткости ригелей, конструктивно легче решаются связи, вместо поэлементного монтажа обеспечивается крупноблочное возведение, правда, несколько возрастает количество связевых элементов по сравнению с плоскими схемами.

Шаг основных конструкций, промежуточные конструкции и допустимые прогибы ригелей в рамных схемах принимаются такими же как и в балочных.

Âрамах, как в статически неопределимых схемах, возможно регулирование расчетных усилий подъемом или опусканием опор (при двух и многопролетных схемах), смещением опор с оси колонн или поворотом опор, выгибом колонны во время монтажа, замыканием опорных узлов ригелей после укладки панелей покрытия, подвеской наружных стен или анкерных оттяжек на консолях, установкой

èнатяжением затяжек в уровне опор рам.

256

На рис.12.9 изображено решение большепролетного сборочного цеха, несущие конструкции которого выполнены в виде двухпролетных блочных рам пролетом 66 м. Промежуточная конструкция решена в виде подкосноконсольной системы, поддерживающей рамную трехшарнирную конструкцию поперечных фонарей. Блочные ригели рассчитаны также на усилия от крутящих моментов при возможной несимметричной снеговой нагрузке. Для уменьшения моментов в колоннах от постоянных нагрузок отверстия в опорных фасонках ригелей смещены и замыкание рамы на монтаже осуществлялось при свободном прогибе ригеля от собственной массы. Здание оборудовано козловыми кранами, перемещающимися в продольном направлении по напольным путям (на рис. не показаны) и подвесными поперечными кранами размещаемыми между ригелями. Конструкции рам сварные, монтажные соединения на высокопрочных болтах с пристрожкой торцов в сжатых стержнях.

0,000

1

Рис.12.9. Двухпролетное здание с пролетами 66 м

Блочная конструкция основных рам позволила вести монтаж крупными блоками с весом монтажных элементов до 160 т.

257

Уникальные конструкции крупнопролетного производственного здания представлены на рис.12.10. Здание пролетом 120 м оборудовано поперечными кранами грузоподъемностью 15 т. Ригели рам, установленные с шагом 36 м, решены в виде подкраново-подстропильных плоских ферм высотой 10 м (1/12l). Верхние пояса ферм и раскосы сварные Н-образного сечения из высокопрочной стали марки 16Г2АФ. Нижние пояса коробчатого сечения шириной 3 м и высотой 2 м; по ним уложены подкрановые рельсы для мостовых кранов. Коробчатые сечения нижних поясов из стали марки 10Г2С1 рассчитаны на работу в сложных условиях от продольных усилий в системе рамы, на кручение при несимметричных крановых нагрузках и на усилия от горизонтальных нагрузок из плоскости ферм.

Колонны сплошного сварного сечения шириной в плоскости рамы 3,6 м. Монтажные соединения основных конструкций – на высокопрочных болтах. Сечения поясов при толщине листового металла 50 –60 мм перекрываются двухслойными накладками со ступенчатым их расположением (рис.12.10â), чем обеспечивается хорошее стягивание накладок и экономия металла.

На верхние узлы рамных ферм опираются промежуточные стропильные фермы пролетом 36 м, запроектированные из высокопрочных стальных труб. Стропильные фермы преднапряжены высокопрочными канатами, пропущенными внутри труб- чатых сечений нижнего пояса. По фермам уложены кровельные щиты размером 12×6 м из профилированного стального настила. Утеплитель – минераловатные плиты марки 200, массой 10 кг/м2. Горизонтальные связи покрытия располагаются только в плоскости верхних поясов ферм. Отсутствие связей по нижним поясам основных ферм пролетом 120 м позволило разместить мостовые краны в межферменном пространстве и получить существенный экономический эффект от снижения высоты здания. Применение плоской бесфонарной кровли, обеспечивающей заметное уменьшение снеговой нагрузки особенно эффективно для большепролетных зданий.

258

Натурные испытания смонтированного здания подтвердили большую жесткость запроектированной конструктивной схемы. Расход стали на покрытие составил 220 кг/м2.

12.3.ÀРОЧНЫЕ ПОКРЫТИЯ

12.3.1.Характеристика. В качестве основных несущих элементов арки успешно применяют для зданий спортивно-зрелищного и общественного назначе- ния при больших пролетах и преобладании равномерно распределенных нагрузок. По затрате металла арочные покрытия, как правило, более экономичны, чем балочные или рамные системы. Распор арок рекомендуется передавать через фундамент и грунт. В случае особо неблагоприятных грунтовых условий распор может быть воспринят затяжкой, устанавливаемой ниже уровня пола. Затяжки устраивают также при опирании арок на колонны или высокие опоры небольшой жесткости.

По статической схеме арки подразделяются на трехшарнирные, двухшарнирные

èбесшарнирные. Наиболее распространенными являются двухшарнирные арки: они достаточно просты в изготовлении и монтаже, нечувствительны к неравномерным вертикальным смещениям опор, а напряжения от изменения температуры в них несущественны.

Трехшарнирные арки, как статически определимые системы, безразличны к осадкам опор и температурным воздействиям, однако, устройство шарнира в клю- че осложняет как конструкцию самих арок, так и решение кровельного покрытия.

Бесшарнирные арки обладают преимуществами большей жесткости и меньшего расхода металла, вместе с тем они связаны с устройством более мощных опор и требуют обязательного расчета на прогнозируемую разность осадок опор и температурные воздействия.

По совокупной стоимости стальных конструкций и фундаментов все три типа арок примерно равноценны. Арочные покрытия по типу компоновки основных конструкций могут быть плоскостными или блочными. Учитывая малую жесткость из своей плоскости рационально монтаж осуществлять в виде спаренных арочных элементов.

Наивыгоднейшая высота арки находится в пределах 1/4 – 1/6 пролета. Очерта-

ние арки должно возможно ближе соответствовать кривой давления. Кривая давления в арке от постоянной нагрузки - парабола, поэтому чаще всего форма арки принимается параболической. Однако, для удобства изготовления элементы арок принимаются иногда очерченными по дуге круга или даже прямолинейными, если это не нарушает архитектурных требований. В пологих арках дуга круга почти совпадает с параболой; в более высоких арках параболу целесообразно заменять соче- танием дуг окружностей различных радиусов.

Высота сечения арки зависит от пролета и соотношения между величинами постоянной и временной нагрузок и принимается для решетчатых арок в пределах 1/30 – 1/60 пролета, для сплошных сечений 1/50 – 1/80.

Сплошные сечения в арках следует принимать при условии возможности вальцовки прокатных профилей. Сечения сквозных арок рекомендуется назначать постоянной высоты, т.е. с параллельными поясами, что наиболее полно отвечает характеру изменения усилий по длине. Вместе с тем имеется немало случаев применения переменных по высоте сечений, например, серповидных в двух- и трехшарнирных арочных покрытиях.

Возможные типы сечений арок показаны на рис.12.11. Шарниры в пятах и ключе арок рекомендуется делать плиточными с центрирующей прокладкой. Для

259

восприятия поперечных сил служат ограничители, расположенные с двух сторон основной плиты шарнира (рис.12.12). Применявшиеся в прежней практике литые балансирные шарниры могут также использоваться. Однако, они значительно дороже и поэтому не могут быть рекомендованы.

12.3.2. Расчет арок. Арочные конструкции рассчитывают на вертикальные нагрузки от собственного веса конструкций покрытия и снега, а также на ветровые нагрузки, температурные воздействия и, в отдельных случаях, на ожидаемую разность смещения опор.

Конфигурация арки может быть принята по параболе, кругу, эллиптической кривой, цепной линии в соответствии с очертанием многоугольника действующих сил и одновременно принимая во внимание архитектурные требования.

Как известно, уравнение кривой арки, очерченной по параболе описывается уравнением

ãäå l – пролет; f – стрела подъема; x, y – текущие координаты.

При вертикальной равномерно распределенной нагрузке по всему пролету для

ãäå a – угол наклона касательной к оси арки;

tga = 4 f (l - 2x) . l2

Изгибающие моменты от сосредоточенной силы P в двухшарнирной арке определяются вычитанием из моментов M0 ( для балки на двух опорах ) моментов от распора

ãäå a è b расстояния силы P от левой и правой опор.

Для случая равномерно распределенной нагрузки на половине пролета двухшарнирной параболической арки:

260