1.4. Жесткость и устойчивость каркаса здания и конструкций покрытия. Решение связей

Каркас здания должен обладать пространственной жесткостью, которая условно оценивается величиной упругих смещений элементов каркаса, происходящих под влиянием различных си­ловых воздействий. В зданиях с каркасами из сборных железо­бетонных элементов с применением крупноразмерных плит же­сткость покрытия и каркаса здания в целом обеспечивается связями и диском покрытия, образуемым из плит. В покрытиях с прогонами жесткость обеспечивается только связями.

Несколько большие требования в отношении жесткости кар­касов предъявляются к зданиям, оборудованным во всех пролетах мостовыми кранами грузоподъемностью свыше 30 т либо в части пролетов кранами грузоподъемностью свыше 50 т, а также зданиям большой высоты. Для таких здании недостаточно обычных вертикальных связей, по колоннам и диска покрытия из крупноразмерных плит, поэтому приходится применять и горизонтальные стальные связи.

Вертикальные и горизонтальные связи обеспечивают жесткость и неизменяемость покрытия и здания в целом и являются ответственными элементами каркаса здания. Кроме того, эти связи воспринимают горизонтальные ветровые нагрузки, дейст­вующие на торцы здания, горизонтальные тормозные нагрузки от мостовых кранов и подвесных электрических кран-балок, а также создают устойчивость сжатых поясов несущих конструкций покрытий зданий стропильных балок и ферм.

К вертикальным относятся связи по колоннам и связи, рас­полагаемые вдоль продольных осей, на уровне опорных частей несущих конструкции покрытии, связи фонарей и ферм покры­тий,. а также связи подвесных путей. Связи по колоннам соз­дают жесткость, геометрическую неизменяемость продольной рамы здания, собирают все горизонтальные усилия с покрытия и продольных рам здания и передают их на фундаменты. Эти связи выполняются из стальных уголков, которые привариваются при монтаже к закладным деталям колонн. Связи па ко­лоннам устанавливают в каждом ряду в середине температурного блока; при этом следует иметь в виду, что при установке таких связей в двух смежных ячейках продольной рамы становятся затруднительными деформации от перепада температуры, что в свою очередь вызывает нежелательные дополнительные напряжения в элементах каркаса здания. Поэтому установка вертикальных связей в двух ячейках температурного блока не рекомендуется.

Вертикальные связи по элементам покрытия решаются в за­висимости от принятой схемы конструкции покрытия. Так, в зда­ниях со скатной кровлей с типовыми конструкциями стропильных балок и ферм, имеющими высоту на опоре 800 и 900 мм, вертикальные связи в уровне верха колонны и опорных частей балок и ферм обычно не ставят. В этом случае горизонтальные силы с диска покрытия передаются непосредственно через опорные части ферм и балок, имеющих определенную жесткость из своей плоскости. Поэтому изгибающий момент от горизонтальной силы, передаваемой с небольшим плечом, должен быть вос­принят креплением балки или фермы к колонне через закладной лист.

В зданиях с плоской кровлей, где высота типовых балок составляет 1200-1500 мм, а ферм - 2700 мм, а иногда и более, при принятых способах соединения сборных конструкций рассчитывать на передачу горизонтальных сил на колонны без связей нельзя. В крайних ячейках температурного блока здания по продольным осям, между опорными стойками ферм либо между опорными утолщениями балок устанавливают связи. Такого же типа связи следует применять и в зданиях со скатными кровлями при использовании балок и ферм с высотой на опорах более 1000 мм. Связи-распорки также следует предусматривать и в высоких зданиях павильонного типа со скатной кровлей. Необходимость связей-распорок в таких зданиях обуславливается тем, что связевая панель доходит до верха колонн и в этом случае при отсутствии распорок все ветровые нагрузки должны передаваться через сварные швы крепления плит в связевой панели. Этих швов недостаточно и поэтому необходимо вводить распорки в уровне оголовков колонн для передачи ветровых нагрузок по всем сварным швам.

Стальные связи покрытий зданий с плоской кровлей с шагом колонн 6 и 12 м без подстропильных конструкций состоят из вертикальных связей-ферм с номинальной длиной 6 или 12 м и высотой, соответствующей высоте балок и ферм, и связевых линейных элементов – распорок и растяжек – с номинальной длиной 6 и 12 м.

Вертикальные связи покрытий располагают по средним рядам колонн – по их оси, и по крайним рядам колонн со смещением связей на 150 мм от оси внутрь пролета. В нижних углах связи крепят к столикам, привариваемым к закладным деталям колонн (рис. 1.10а), а в верхних углах к закладным деталям на верхней плоскости концевых частей смежных стропильных ферм (рис. 1.10б) или балок.

Если в зданиях с плоской кровлей по крайним рядам колонн с шагом 12 м предусматриваются дополнительно колонны продольного фахверка с шагом 6 м, то вертикальные связи пролетом 6 м и распорки крепятся с одной стороны к основным колоннам с другой – к колоннам фахверка (рис. 1.11).

В зданиях с подстропильными конструкциями продольная жесткость покрытия и колонн на уровне их верхушек обеспечивается подстропильными балками или фермами, прикрепляемыми к колоннам. В этом случае необходимость в вертикальных связях и распорках на уровне опорных частей стропильных конструкций отпадает, т.к. продольная жесткость каркаса получается значительно большей, чем при стальных связях.

Рассмотрим несколько характерных схем покрытий и связей.

1. покрытие здания без мостовых кранов со скатной кровлей. В этом случае вертикальные связи между колоннами не предусмотрены; ветровая нагрузка, действующая на торец здания, распределяется по всем рядам колонн через швы приварки плит над осями крайних и средних колонн. Усилие от ветровой нагрузки воспринимается суммой расчетных швов (рис. 1.12а).

2. покрытие здания с мостовыми кранами и скатной кровлей с вертикальными связями между колоннами, которые установлены до отметки подкрановых балок (рис. 1.12б). Ветровая нагрузка воспринимается суммой всех расчетных швов, как и в предыдущей схеме покрытия.

3. покрытие здания без мостовых кранов с вертикальными связями между колоннами. Ветровая нагрузка, действующая на здание, передается через сварные швы над местами расположения связей между колоннами (рис. 1.13).

4. покрытие здания без мостовых кранов с вертикальными связями между фермами или балками с распорками по верху колонн. По колоннам предусмотрены вертикальные связи. Ветровая нагрузка, действующая на торец здания, передается через сварные швы в местах расположения вертикальных связей между фермами или балками (рис. 1.14а).

5. покрытие здания с мостовыми кранами, вертикальными связями между фермами или балками, с распорками по верху колонн и вертикальными связями между колоннами, установленными до отметки подкрановых балок (рис. 1.14б).

6. Покрытие здания с применением подстропильных балок или ферм. Ветровая нагрузка, действующая на торец здания, передается с плит покрытия на подстропильные конструкции и затем на колонны через сварные швы по аналогии с ранее описанными схемами.

Конструктивные схемы одноэтажных производственных зданий, проектируемых для сейсмических районов с каркасом из сборных железобетонных конструкций, в целом принимаются по обычным схемам – со стойками, защемленными внизу в фундаменты и шарнирно связанными поверху балками или фермами покрытия – при шаге колонн 6 и 12 м. При этом схема покрытия в зданиях с расчетной сейсмичностью 7 и 8 баллов принимается без подстропильных конструкций (с шагом колонн и стропильных конструкций 6 и 12м) либо с подстропильными конструкциями. Схема покрытия в зданиях с расчетной сейсмичностью 9 баллов принимается без подстропильных конструкций, со сборными железобетонными балками или фермами с шагом 6 м (по колоннам с шагом 6 м) и сборными или сборно-монолитными покрытиями из плит длиной 6м.