МК_Справочник_том_2

Для выбора марки колонны по типовой серии достаточно назначить размеры поперечной рамы и произвести ее статический расчет. По полученным усилиям подбирают колонну или раздельно ее верхнюю и нижнюю части (для ступенчатых колонн). В альбомах приведены конструкции узлов и деталей колонны с указанием размеров, которые легко определяются по таблицам в зависимости от принятой марки колонны. Серии типовых конструкций стальных колонн промышленных зданий распространяются Центром проектной продукции массового применения (ГП ЦПП).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Металлические конструкции. –М.: Стройиздат, 1985.

2.Соболев Ю.В. Прямой метод расчета стальных сжато-изгибаемых элементов. – Строительная механика и расчет сооружений. – 1988. – ¹ 6.

3.ÑÍèÏ 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия. –Ì., 1996.

4.Корноухов Н.В. Избранные труды по строительной механике. – Ê.: Èçä. ÀÍ ÓÑÑÐ, 1963.

5.Раевский А.Н. Основы расчета сооружений на устойчивость. – М.: Высшая школа, 1962.

6.ÑÍèÏ II-23-81*. Нормы проектирования. Стальные конструкции. – Ì., 1995.

7.Горев В.В. Проектирование и расчет сжатых сквозных элементов металлических конструкций. – Липецк – Воронеж: Изд. ВПИ, 1983.

8.Муханов К.К. Металлические конструкции. – М.: Стройиздат, 1978.

9.Кутухтин Е.Г. и др. Легкие конструкции одноэтажных производственных зданий: Справочник проектировщика. – М.: Стройиздат, 1988.

10.Горев В.В., Б.Ю. Уваров, В. В. Филиппов и др. Металлические конструкции. Элементы стальных конструкций. I том. – М.: Высшая школа, 1997.

81

ГЛАВА 5

КОЛОННЫ МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ

5.1. ÊОНСТРУИРОВАНИЕ СТЕРЖНЯ КОЛОННЫ

Различные возможные сечения колонн многоэтажных производственных зданий и этажерок приведены на рис.5.1. В рамно-связевых каркасах рационально двутавровое сечение колонн (рис.5.1á), расположенное своей стенкой в плоскости рамы. Коробчатые сечения колонн (рис.5.1â,ã,ä) используются наряду с двутавровыми сечениями в рамных каркасах при работе колонн на изгиб в двух направлениях. Целесообразно также использование горячекатаных широкополочных двутавров. В связевых каркасах наряду с использованием колонн двутаврового сече- ния применяют колонны из двух прокатных уголков замкнутого или крестового сечения (рис.5.1å,ç), а также замкнутого сечения из прокатных уголков типа «капуста» (ðèñ.5.1æ).

Рис.5.1. Сечения колонн многоэтажных производственных зданий

èпромышленных этажерок

Âсварных двутавровых колоннах рекомендуются односторонние поясные швы за исключением зон рамных узлов и мест приложения сосредоточенных нагрузок.

Âсоставных сварных сечениях колонн минимальные размеры сварных швов принимают в соответствии с рекомендациями табл.38* СНиП П-23-81*, а также гл.3 первого тома настоящего справочника. В зонах рамных узлов крепления ригелей, а также в местах крепления распорок и раскосов связей швы рассчитывают на соответствующие усилия, действующие в узлах.

При определении длины отправочных элементов колонн принимают во внимание особенности транспортировки и монтажа конструкций конкретного объекта строительства. Общие рекомендации изложены в гл.7 и 8 тома 1 настоящего справочника. Обычно длину отправочных элементов принимают равной высоте двух ярусов каркаса. Монтажные стыки колонн следует выполнять через фрезерованные торцы. Возможные растягивающие усилия в колонне воспринимаются болтами или сварными швами (рис.5.2). Стыки колонн рекомендуется располагать несколько выше узлов крепления ригелей к колоннам.

Рис.5.2. Стыки колонн

82

5.2. ÐАМНЫЕ УЗЛЫ КРЕПЛЕНИЯ БАЛОК К КОЛОННАМ

На рис.5.3, 5.4 показаны рамные узлы крепления балок к колоннам на фланцах с использованием высокопрочных болтов. Принципы конструирования их и методика расчета изложены в [1]. Фланцевые соединения на высокопрочных болтах - наиболее прогрессивное решение рамных узлов и их следует применять во всех случаях при обеспечении строительства высокопрочными болтами и при условии возможности выполнения фланцевых соединений на заводе-изготовителе.

83

1-1

1

1

Рис.5.4. Рамный узел крепления балок к колоннам двутаврового сечения на фланцах

На рис.5.5, 5.6 и 5.7 изображены сварные рамные жесткие узлы крепления балок к колоннам различных типов, применяемые в каркасах многоэтажных зданий. Наибольшее распространение получили рамные сварные узлы балок на горизонтальных и вертикальных накладках. Эти узлы имеют множество модификаций, обусловленных различием сечений колонн и главных балок, а также различием архитектурно-строительных требований. Работа каждого из этих узлов имеет свои особенности. Методика их расчета приведена в [2].

Рис.5.5. Рамные (жесткие) узлы крепления балок к колоннам двутаврового сечения на сварке

84

4-4

Рис.5.6. Рамные (жесткие) узлы крепления балок к колоннам замкнутого сечения

В зоне крепления растянутого пояса балки к фланцу или полке колонны растягивающее усилие направлено поперек толщины листа и поэтому во избежание появления ламелярных трещин и возможного разрушения надлежит обеспечить необходимые механические свойства листа в направлении толщины выбором марки стали или соответствующим контролем этих свойств. Требования к листовой стали, работающей на растяжение в направлении толщины, приведены в [1].

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Рекомендации по расчету, проектированию, изготовлению и монтажу фланцевых соединений стальных конструкций. - ВНИПИПСК, ЦНИИПСК: 1989.

2.Троицкий П. Н., Левитанский И. В. Исследование действительной работы сварного рамного узла крепления и рекомендации по его расчету // Материалы по металлическим конструкциям, выпуск 19, 1977.

85

ГЛАВА 6

ПОДКРАНОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ

6.1.ÎБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Âчисле конструктивных элементов, определяющих надежность, эксплуатационную пригодность и долговечность промышленных зданий и сооружений, особое место принадлежит подкрановым конструкциям. В преобладающем большинстве производств эксплуатируются подкрановые конструкции в виде сварных или прокатных балок, осуществленных по разрезной или неразрезной схемам.

Для зданий с легкими кранами при больших шагах колонн применяют подкрановые конструкции типа решетчатых ферм с жестким верхним поясом. Технологи- ческая необходимость использования мощных кранов тяжелого и весьма тяжелого режимов работы в ряде случаев успешно реализуется за счет применения комбинированных систем, объединяющих подкрановую балку и подстропильную ферму.

Подкрановые конструкции должны воспринимать весь комплекс нагрузок и воздействий: собственный вес конструкций, вертикальные, горизонтальные и крутящие воздействия катков крана, нагрузки от веса толпы и ремонтных материалов на тормозных конструкциях и площадках, снеговые, ветровые и сейсми- ческие нагрузки, температурные воздействия, а также воздействия от осадки фундаментов.

Вертикальная и горизонтальная нагрузки от катков мостовых кранов прикладываются к рельсу, а затем передаются на верхний узел в виде перемещающихся сосредоточенных сил. Одновременно с этим из-за торможения тележки с грузом, перекосов крана в целом или отдельных его катков, непараллельности крановых путей и иных причин возникают горизонтальные воздействия, для восприятия которых предназначены тормозные балки или фермы.

Особого внимания заслуживает динамический характер всех упомянутых воздействий вертикальных и горизонтальных сил, сопровождающихся рывками и ударами катков на стыках подкрановых балок и рельсов. В особо тяжелых условиях функционируют подкрановые системы зданий, в которых применяются краны весьма тяжелого режима работы с жестким подвесом груза при круглосуточном интенсивном использовании проектной грузоподъемности.

86

Как показывают обследования зданий и сооружений, независимо от конструктивной формы, марки стали, вида соединений элементов подкрановых конструкций в них часто фиксируются усталостные трещины, расстройство соединений, расшатывание узлов, приводящих к нарушению нормальной эксплуатации или даже к остановке производственного процесса.

Трещины и повреждения возникают наиболее часто в верхней части подкрановых балок, реже дефекты замечаются в местах крепления подкрановых балок и тормозных конструкций к колоннам. Еще реже наблюдаются трещины в нижней части подкрановых балок и относятся они в основном к неразрезным системам. Распределение дефектов, установленных в результате обследования зданий мартеновских и прокатных цехов, представлено на рис.6.2.

87

пары колес (перекос крана) в режиме пуска или торможения моста крана; эксцентриситетом давления колеса, определяемым смещением рельса; «пятнистостью» опирания рельса, обусловленной искажениями поверхности контакта листа верхнего пояса и подошвы рельса; ударными нагрузками, возникающими в результате износа стыков рельсов.

При определении напряженного состояния подкрановой балки от общего изгиба ее рассматривают как пространственный брус, состоящий из собственно подкрановой балки, тормозной системы с включением в работу рельса, имеющего на опоре непрерывность, учитывается и частичное защемление балки на опоре. Вместе с тем внецентренная передача вертикального давления из-за эксцентриситета оси рельса, который всегда имеет место в реальных условиях, и боковые воздействия при движении крана и тележки создают весьма сложное напряженно-деформированное состояние верхней области подкрановой балки, обусловленное деформациями смятия, кручением пояса и изгибом стенки.

Точное определение этих локальных напряжений представляет значительную сложность. Однако, необходимо иметь в виду, что часто суммарные местные напряжения могут превосходить предел текучести, а иногда даже и предел прочности и, отличаясь цикличностью, предопределяют зарождение микротрещин или их ускоренное развитие.

Недостаточное внимание, уделяемое изучению динамики первичных разрушений в подкрановых балках, объясняет множественное трещинообразование. Одной из причин разрушения сварного шва, соединяющего верхний пояс со стенкой, может служить обкатка образовавшейся в сварном шве микротрещины. Анализируя эпюру касательных напряжений, логично предположить, что любая сколь угодно малая трещина в момент прохождения над ней крана испытывает переменное напряжение сжатия и растяжения. Многократное растяжение ослабленного места способствует зарождению и развитию трещины. Этот процесс ускоряется при наличии дефектов сварных швов, являющихся острыми концентраторами, и остаточных сварочных напряжений от термического воздействия сварки, которые изменяют в худшую сторону свойства материала околошовной зоны.

Не застрахованы от локальных разрушений и клепаные подкрановые балки (рис.6.2). Наблюдение за поведением этой разновидности подкрановых конструкций выявило также наличие продольных трещин, возникших у выкружек уголков и поперечных трещин в поясных уголках, идущих от заклепочных отверстий. При этом замеренные напряжения оказались существенно ниже расчетных, что дало основание полагать, что поперечные трещины у отверстий развились из микротрещин, возникших в процессе изготовления элементов балок.

Таким образом, из рассмотрения причин преждевременного выхода из эксплуатации подкрановых конструкций можно отметить:

∙неудачные проектные решения из-за несовершенства методов расчета, неполного учета действующих нагрузок и их вероятного изменения при эксплуатации;

∙дефекты изготовления (заклепки со смещенными головками, неплотное сжатие пакета, непровары, подрезы и другие дефекты сварных соединений, игнорирование специальных технологий выполнения и обработки поясных сварных швов и др.);

∙дефекты монтажа (некачественные монтажные болтовые и сварные соединения, смещения подкрановых рельсов относительно стенки балки, отсутствие контроля за надежностью рельсовых креплений перед сдачей в эксплуатацию и др.);

∙недостатки эксплуатации: отсутствие контроля за состоянием ходовой части мостового крана и степенью износа катков тележки и крана, а также несоблюдение сроков профилактического осмотра и ремонта рельсов и подкрановых конструкций.

89

Конструктивные формы подкрановых балок, встречающиеся в практике проектирования и эксплуатации, отличаются общей тенденцией в разработке, направленной на снижение местных напряжений.

Часть известных предложений относится к увеличению крутильной жесткости верхней зоны подкрановых балок за счет усложнения конструктивного решения (рис.6.4 типы 2 –5, 9 Š12). При этом создание подкрановых балок с коробчатым сечением верхнего пояса, вызванное необходимостью избежать передачи давления рельса непосредственно на сварной шов, соединяющий полку со стенкой, приводит к определенному перерасходу металла, увеличению трудоемкости и усложнению технологии изготовления.

Вариант исполнения нижнего пояса балок типов 14-19

Рис.6.4. Развитие конструктивной формы подкрановых балок

Опыт показывает, что применение такого сечения может быть целесообразно для подкраново-подстропильных ферм при пролете 24 м и больше. В балках типов 1 Š5 (рис.6.4) существенного увеличения выносливости не происходит. Долговеч-

90