Кирсанов Н.М. Текст лекций. Связи по покрытию производственных зданий Вертикальные и горизонтальные связи в металлическом каркасе

Связи каркаса обеспечивают геометрическую неизменяемость и устойчивость элементов в продольном направлении, совместную пространственную работу конструкций каркаса, жесткость здания и удобство монтажа и состоят из двух основных систем: связей между колоннами и связей покрытия.

Связи между колоннами. Связи между колоннами (рис. 6.4) обеспечивают во время эксплуатации и монтажа геометрическую неизменяемость каркаса и его несущую способность в продольном направлении, воспринимают и передают на фундамент ветровые нагрузки, действующие на торец здания, и воздействия от продольного торможения мостовых кранов, а также обеспечивают устойчивость колонн из плоскости поперечных рам.

Система связей по колоннам состоит из надкрановых одноплоскостных связей V-образной схемы, располагаемых в плоскости продольных осей здания, и подкрановых двухплоскостных крестовой схемы, располагаемых в плоскостях ветвей колонны.

Подкрановые связи в каждом ряду колонн располагаются ближе к середине блока здания, чтобы обеспечить свободу температурных деформаций в обе стороны и снизить температурные напряжения в элементах каркаса. Количество связей (одна или две по длине блока) определяется их несущей способностью, длиной температурного отсека и наибольшим расстоянием L с от торца здания (температурного шва) до оси ближайшей вертикальной связи (см. табл. 6.1). При наличии двух вертикальных связей расстояние между ними в осях не должно превышать 40 – 50 м.

Надкрановые связи устанавливаются в крайних шагах колонн у торца здания или температурного блока, а также в местах, где предусматриваются вертикальные связи в плоскости опорных стоек стропильных ферм.

Промежуточные колонны (вне блоков связей) в уровне стропильных ферм раскрепляются распорками.

При большой высоте подкрановой части колонны целесообразна установка дополнительных горизонтальных распорок между колоннами, уменьшающих их расчетную длину из плоскости рамы (на рис. 6.4 показаны пунктиром).

Вертикальные связи по колоннам рассчитываются на крановые и ветровые нагрузки W , исходя из предположения работы на растяжение одного из раскосов крестовых подкрановых связей. При большой длине элементов, воспринимающих небольшие усилия, связи принимаются по предельной гибкости λ u = 200.

Элементы связей выполняются из горячекатанных уголков, распорки – из гнутых прямоугольных профилей.

Связи покрытия. Система связей покрытия состоит из горизонтальных и вертикальных связей, образующих жесткие блоки в торцах здания или температурного блока и при необходимости промежуточные блоки по длине отсека (рис. 6.5).

Горизонтальные связи в плоскости нижних поясов стропильных ферм проектируются двух типов. Связи первого типа состоят из поперечных и продольных связевых ферм и растяжек (см. рис. 6.5, в г – при шаге 12 м). Связи второго типа состоят из поперечных связевых ферм и растяжек (см. рис. 6.5, д – при шаге ферм 6 м; см. рис. 6.5, е – при шаге ферм 12 м).

Рис. 6.4. Схема связей по колоннам

6.5. Связи покрытия

Рис. 6.5 (продолжение)

Поперечные связевые фермы по нижним поясам стропильных ферм предусматриваются в торцах здания или температурного (сейсмического) отсека (см. рис. 6.5, д , е ). Предусматривается также дополнительно одна связевая горизонтальная ферма в середине здания или отсека при их длине более 144 м в зданиях, возводимых в районах с расчетной температурой наружного воздуха –40 о С и выше, и при длине здания более 120 м в зданиях, возводимых в районах с расчетной температурой ниже –40 о С (см. рис. 6.5, в , г ). Тем самым уменьшаются поперечные перемещения пояса фермы, возникающие вследствие податливости связей. Поперечные горизонтальные связи в уровне нижних поясов ферм воспринимают ветровую нагрузку на торец здания, передаваемую верхними частями стоек фахверка, и вместе с поперечными горизонтальными связями по верхним поясам ферм и вертикальными связями между фермами обеспечивают пространственную жесткость покрытия.

Продольные горизонтальные связи в плоскости нижних поясов стропильных ферм предусматриваются вдоль крайних рядов колонн в зданиях:

– с мостовыми опорными кранами групп режимов работы 7К и 8К, требующими устройства галерей для прохода вдоль крановых путей;

– с подстропильными фермами;

– с расчетной сейсмичностью 7, 8 и 9 баллов;

– с отметкой низа стропильных ферм свыше 18 м независимо от грузоподъемности кранов;

– в зданиях с кровлей по железобетонным плитам, оборудованных мостовыми опорными кранами общего назначения грузоподъемностью свыше 50 т при шаге стропильных ферм 6 м и свыше 20 т при шаге ферм 12 м;

– в однопролетных зданиях с кровлей по стальному профилированному настилу, оборудованных кранами грузоподъемностью свыше 16 т;

– при шаге стропильных ферм 12 м с применением стоек продольного фахверка.

Поперечные горизонтальные связи в уровне верхних поясов стропильных ферм предусматриваются для обеспечения устойчивости поясов из плоскости ферм. Из-за решетки поперечных связей по верхним поясам ферм затрудняется использование решетчатых прогонов и поэтому поперечные связи, как правило, не применяются. В этом случае развязка ферм обеспечивается системой вертикальных связей между фермами.

В зданиях с кровлей по железобетонным плитам в уровне верхних поясов стропильных ферм предусматриваются распорки (см. рис. 6.5, а ). В зданиях с кровлей по стальному профилированному настилу распорки располагаются только в подфонарном пространстве, раскрепление ферм между собой осуществляется прогонами (см. рис. 6.5, б ); при расчетной сейсмичности 7, 8 и 9 баллов предусматриваются также поперечные связевые фермы или диафрагмы жесткости, устанавливаемые в торцах сейсмического отсека (см. рис. 6.5, ж – при шаге ферм 6 м; см. рис. 6.5, к – при шаге ферм 12 м), и дополнительно не менее одной при длине отсека более 96 м в зданиях с расчетной сейсмичностью 7 баллов и при длине отсека более 60 м в зданиях с расчетной сейсмичностью 8 и 9 баллов.

В диафрагмах жесткости профилированный настил, кроме основных функций ограждающих конструкций, выполняет функцию горизонтальных связей по верхним поясам стропильных ферм. Поперечные диафрагмы жесткости и горизонтальные связевые фермы воспринимают продольные расчетные горизонтальные нагрузки от покрытия.

В зданиях с фонарем в случае устройства промежуточной диафрагмы жесткости фонарь над диафрагмой должен быть прерван. Диафрагмы жесткости выполняются из профилированного настила марок H60-845-0,9 или H75-750-0,9 по ГОСТ 24045-94 с усиленным креплением его к прогонам.

Стропильные фермы, не примыкающие непосредственно к поперечным связям, раскрепляются в плоскости расположения этих связей распорками и растяжками. Распорки обеспечивают необходимую боковую жесткость ферм при монтаже (предельная гибкость верхнего пояса фермы из ее плоскости при монтаже λ u = 220). Растяжки предусматриваются для уменьшения гибкости нижнего пояса с целью предотвращения вибрации и случайных погнутостей при перевозке. Предельная гибкость нижнего пояса из плоскости фермы принимается: λ u = 400 – при статической нагрузке и λ u = 250 – при кранах режимов работы 7К и 8К или при воздействии динамических нагрузок, приложенных непосредственно к ферме.

Для горизонтальных связей обычно принимается связевая ферма с треугольной решеткой. При шаге стропильных ферм 12 м стойки-распорки связевых ферм проектируются с достаточно большой вертикальной жесткостью (как правило, из гнутых прямоугольных профилей) для опирания на них длинных диагональных раскосов, выполненных из уголков с незначительной вертикальной жесткостью.

Вертикальные связи между фермами предусматриваются по длине здания или температурного отсека в местах размещения поперечных связевых ферм по нижним поясам ферм. В зданиях с расчетной сейсмичностью 7, 8 и 9 баллов и кровлей по стальному профилированному настилу по рядам колонн вертикальные связи устанавливаются в местах размещения связевых ферм или диафрагм жесткости по верхним поясам стропильных ферм.

Основное назначение вертикальных связей – обеспечить проектное положение ферм при монтаже и увеличить их боковую жесткость. Обычно устраивается одна-две вертикальные связи по ширине пролета (через 12 – 15 м).

При опирании нижнего узла стропильных ферм на оголовок колонны сверху вертикальные связи располагаются также в плоскости опорных стоек ферм. При примыкании стропильных ферм сбоку к колонне эти связи располагаются в плоскости, совмещенной с плоскостью устройства вертикальных связей надкрановой части колонны.

В покрытиях зданий, эксплуатируемых в климатических районах с расчетной температурой ниже –40 о С, следует, как правило, предусматривать (дополнительно к обычно применяемым связям) вертикальные связи, расположенные по середине каждого пролета вдоль всего здания.

При наличии жесткого диска кровли в уровне верхних поясов ферм следует предусматривать инвентарные съемные связи для выверки проектного положения конструкций и обеспечения их устойчивости в процессе монтажа.

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.

СВЯЗЕВАЯ КОНСТРУКТИВНАЯ СХЕМА КАРКАСНЫХ ЗДАНИЙ

РАМНО-СВЯЗЕВАЯ КОНСТРУКТИВНАЯ СХЕМА КАРКАСНЫХ ЗДАНИЙ

РАМНАЯ КОНСТРУКТИВНАЯ СХЕМА КАРКАСНЫХ ЗДАНИЙ

Для строительства многоэтажных П. з. применяют главным образом железобетонные каркасы рамного типа, воспринимающие горизонтальные усилия жёсткими узлами рам либо решенные по рамно-связевой схеме с передачей горизонтальных усилий на диафрагмы, стены лестничных клеток и лифтовых шахт. Каркасы многоэтажных П. з., как правило, выполняют сборными или сборно-монолитными с балочными или безбалочными конструкциями междуэтажных перекрытий.

Рамная схема каркасного несущего остова зданий представляет собой систему колонн, ригелей и перекрытий, соединенных в конструктивных узлах в жесткую и устойчивую пространственную систему воспринимающую горизонтальные (ветровые и другие) усилия.Пространственный каркас несущего остова при рамной схеме должен обладать необходимой жесткостью не только в одной плоскости, но и в перпендикулярном направлении, что достигается жестким решением всех узловых стыков вертикальных и горизонтальных элементов конструкций как в продольном, так и в поперечном направлении.

Рамный каркас многоэтажного здания может быть выполнен в монолитном и сборном железобетоне или в стальных конструкциях, которые в целях противопожарной безопасности объекта должны быть обетонированы.

Жесткость и устойчивость каркасного здания обеспечиваются решением его несущего остова по рамной, связевой или рамно-связевой схеме.Рамно-связевая схема(см. рисунок справа) состоит из ряда плоских рам, расположенных в вертикальных плоскостях всех поперечных осей. Рамы обеспечивают поперечную жесткость и устойчивость здания, но ограничивают свободу планировки этажей. Продольная жесткость достигается введением на некоторых участках вертикальных стенок жесткости. Стенки жесткости выполняют из железобетонных панелей. Вставляемых в просветы, ограниченные с двух сторон колоннами, а сверху и снизу ригелями перекрытий. Стенки жесткости устанавливают одну над другой на всю высоту здания. Что в сочетании с жесткими дисками перекрытий образует устойчивый каркасный остов. В ж-б стенках жесткости можно устанавливать проемы для дверей или окон при условии соответствующего усиления отверстия обрамляющим бортом с дополнительным армированием по расчету. Вертикальность поперечных поэтажных рам каркаса обеспечивают продольными стенами жесткости. Жесткие диски междуэтажных перекрытий и покрытий, монтируемых из крупных панелей, фиксируют прямолинейность ригелей по всей их длине и их параллельность друг другу. Жесткость перекрытий обеспечивается соединением связевых и рядовых панелей между собой и ригелями путем сварки закладных деталей и заполнением раствором швов в цельный жесткий диск так же, как в крупнопанельных зданиях. В несущем остове каркасного многоэтажного здания, в котором поперечные стены жесткости размещаются по каждому поперечному ряду колонн, все поперечные рамы не имеют ригелей, а панели перекрытий опираются непосредственно на стены жесткости так же, как в крупнопанельных домах, что частично разгружает колонны от вертикальных нагрузок.

Рамно-связевая схема применяется главным образом при строительстве жилых многоэтажных зданий (гостиничного типа), административных и т.п.

Связевая схема отличается от рамной тем, что в ней конструктивные узлы могут иметь не только неподвижное – жесткое, но и подвижное – шарнирное решение, причем все горизонтальные усилия полностью передаются на систему дополнительных связей жесткости.

Существует три варианта связей жесткости: в виде наклонных(чаще всего диагональных) растяжек с натяжными устройствами (4), жестких косых стержней которые после установки и замоноличивания образуют стенку жесткости (5), сборных стенок или панелей жесткости, монтируемых из ж-б плит, вставляемых между стойками и ригелями каркаса (5) с жестким креплением к ним (на сварке или на болтах) не менее чем в восьми местах – по два крепления на каждой стороне контура панели. В зданиях со связевым каркасом стенки жесткости распологают с интервалами в несколько конструктивных шагов(второй рисунок). Это позволяет при необходимости в каждом этаже выделять большие помещения (с редко стоящими стойками) для научных, проектных организации и др., а также торговых залов универмагов и т. п. Каркасный остов связевого типа имеет широкое применение при строительстве многоэтажных, повышенной этажности, а также высотных жилых и общественных зданий.

Вертикальные связи между стальными колоннами а - связи-распорки; б - крестовые; в - портальные; 1 - ось температурного шва; 2 - связевой блок; 3 - подкрановые балки; 4 - распорки

Связевая схема отличается от рамной тем, что в ней конструктивные узлы могут иметь не только неподвижное – жесткое, но и подвижное – шарнирное решение, причем все горизонтальные усилия полностью передаются на систему дополнительных связей жесткости. Существует три варианта связей жесткости: в виде наклонных(чаще всего диагональных) растяжек с натяжными устройствами (4), жестких косых стержней которые после установки и замоноличивания образуют стенку жесткости (5), сборных стенок или панелей жесткости, монтируемых из ж-б плит, вставляемых между стойками и ригелями каркаса (5) с жестким креплением к ним (на сварке или на болтах) не менее чем в восьми местах – по два крепления на каждой стороне контура панели. В зданиях со связевым каркасом стенки жесткости распологают с интервалами в несколько конструктивных шагов(второй рисунок). Это позволяет при необходимости в каждом этаже выделять большие помещения (с редко стоящими стойками) для научных, проектных организации и др., а также торговых залов универмагов и т. п. Каркасный остов связевого типа имеет широкое применение при строительстве многоэтажных, повышенной этажности, а также высотных жилых и общественных зданий.

В связевом каркасе соединение колонн и ригелей шарнирное, поэтому необходимы вертикальные связи жесткости (крестообразные, портальные и т. п.) или диафрагмы жесткости (специальные железобетонные перегородки). Соединенные между собой плиты перекрытия образуют жесткий горизонтальный элемент здания.

Устойчивость стальных колонн в продольном направлении обеспечивается вертикальными связями между колоннами. Связи располагают по середине здания или температурного отсека. При длине здания или температурного отсека более 120 м между колоннами ставят две системы вертикальных связей.

Вертикальные связи между стальными колоннами а - связи-распорки; б - крестовые; в - портальные; 1 - ось температурного шва; 2 - связевой блок; 3 - подкрановые балки; 4 - распорки

Наиболее простая схема вертикальных связей крестовая. При небольшом шаге, но большой высоте колонн устанавливают две крестовые связи по высоте нижней части колонны. Вертикальные связи ставят по всем рядам здания. При большом шаге колонн средних рядов, а также, чтобы не мешать передаче продукции из пролета в пролет, конструируют портальные связи. Связи между колоннами на уровне опорных частей стропильных ферм в связевом блоке и торцовых шагах проектируют в виде фермы, а осталь-ных местах ставят распорки.

Связи по конструкции покрытия здания для обеспечения пространственной жесткости каркаса располагают:

В плоскости верхних поясов стропильных ферм - поперечные связевые фермы и продольные распорки между ними;

В плоскости нижних поясов стропильных ферм - поперечные и продольные связевые фермы;

Между стропильными фермами в плоскости конька - вертикальные связи;

По фонарям - горизонтальные связи в уровне верхних поясов фонарей и вертикальные связи между фонарями (также как связи между стропильными фермами).

Связи по покрытию: а - по верхним поясам ферм; б - по нижним поясам ферм; в - вертикальные связи между фермами

Выполняют связи из уголков или швеллеров. Крепление связей осуществляется болтами, а иногда заклепками.

8. ОБЪЁМНО-БЛОЧНАЯ КОНСТРУКТИВНАЯ СИСТЕМА ЗДАНИЙ(16)

Связи – это важные элементы стального каркаса, которые необходимы для:

1.обеспечения неизменяемости пространственной системы каркаса и устойчивость его сжатых элементов.

2.восприятия и передачи на фундаменты некоторых нагрузок (ветровых, горизонтальных от кранов).

3.обеспечения совместной работы поперечных рам при местных нагрузках (например, крановых).

4.создания жесткости каркаса, необходимой для обеспечения нормальных условий эксплуатации.

Связи подразделяют на связи между колоннами и связи между фермами (связи шатра).

Система связей между колоннами обеспечивает о время эксплуатации и монтажа геометрическую неизменяемость каркаса и его несущую способность в продольном направлении, а также 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 включены две колонны, подкрановая балка, горизонтальные распорки и решетка, обеспечивающая при шарнирном соединении всех элементов диска геометрическую неизменяемость. Решетка чаще всего проектируется крестовой, элементы которой работают на растяжение при любом направлении сил, передаваемых на диск, и треугольной, элементы которой работают на растяжение и сжатие. Схема решетки выбирается так, чтобы её элементы было удобно крепить к колоннам (углы между вертикалью и элементов решетки близки к 45°). При больших шагах колонн в нижней части колонны целесообразно устройство диска в виде двухшарнирной решетчатой рамы, а в верхней – использования подстропильной фермы. Распорки и решетка при малых высотах сечения колонн располагаются в одной плоскости, а при больших высотах – в двух плоскостях. На связевые диски передаются крутящие моменты, и поэтому при расположении вертикальных связей в двух плоскостях они соединяются горизонтальными решетчатыми связями.

При размещении жестких дисков вдоль здания нужно учитывать возможность перемещения колонн при температурных деформациях продольных элементов (рис.11.6, а). Если поставить диски по торцам здания (рис 11.6, б), то во всех продольных элементах (подкрановые конструкции, подстропильные фермы, распорки связей) возникают чрезмерные температурные усилия .

Поэтому при небольшой длине здания (температурного блока) ставится вертикальная связь в одной панели (рис 11.7, а). При большой длине здания (или блока) для колонн в торцах возрастают неупругие перемещения за счет податливости креплений продольных элементов к колоннам. Расстояние от торца до диска ограничивается с целью закрепления колонн, расположенных близко к торцу, от потери устойчивости. В этих условиях вертикальные связи ставят в двух панелях (рис 11.7, б), причем расстояние между осями должны быть такими, чтобы усилие не были очень велики.

По торцам здания крайние колонны иногда соединяются между собой гибкими верхними связями (рис 11.7, а). Верхние торцевые связи также делают в виде крестов (рис 11.7, б).

Верхние вертикальные связи следует размещать не только в торцевых панелях здания, но и в панелях, примыкающих к температурным швам, так как это повышает продольную жесткость верхней части каркаса; кроме того, в процессе возведения цеха каждый температурный блок может в течение некоторого времени представлять собой самостоятельный конструктивный комплекс.

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

Связи, устанавливаемые в пределах высоты ригелей в связевом блоке и торцевых шагах, проектируют в виде самостоятельных ферм, в остальных местах ставят распорки.

Продольные элементы связей в точках крепления к колоннам обеспечивают несмещаемость этих точек из плоскости поперечной рамы (рис 11.8, а). Эти точки в расчетной схеме колонны (рис 11.8, б) могут приняты шарнирными опорами. При большой высоте нижней части колонны бывает целесообразна установка дополнительной распорки (рис 11.8, в, которая закрепляет нижнюю часть колонны посередине ее высоты и сокращает расчетную длину колонны (рис 11.8, г).

При большой длине элементов связи, воспринимающие небольшие усилия, рассчитываются по предельной гибкости.

Связи по покрытию.

Связи между фермами, создавая общую пространственную жесткость каркаса обеспечивают: устойчивость сжатых элементов ригеля из плоскости ферм; перераспределение местных нагрузок, приложенных к одной из рам; удобство монтажа: заданную геометрию каркаса; восприятие и передачу на колонны некоторых нагрузок.

Система связей покрытия состоит из горизонтальных и вертикальных связей. Горизонтальные связи располагаются в плоскостях нижнего, верхнего поясов ферм и верхнего пояса фонаря. Горизонтальные связи состоят из поперечных и продольных (рис.11.10, 11.11)

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

Для закрепления плит и прогонов от продольных смещений устраиваются поперечные связи по верхним поясам ферм, которые целесообразно располагать в торцах цеха с тем, чтобы они обеспечивали пространственную жесткость покрытия. При большой длине здания или температурного блока (более 144м) устанавливаются дополнительные поперечные связевые фермы. Это уменьшает поперечные перемещения поясов ферм, возникающие вследствие податливости связей.

Особое внимание обращают 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. Распорки прикрепляются к торцовым связям в плоскости верхних 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. Поэтому в однопролетных зданиях большой высоты (), в зданиях с мостовыми кранами и весьма тяжелого режима работы при любой грузоподъемности обязательна система связей по нижним поясам ферм.

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.

В длинных зданиях, состоящих из нескольких температурных блоков, поперечные связевые фермы по верхним и нижним поясам ставят у каждого температурного шва, имея ввиду что каждый температурный блок представляет собой законченный пространственный каркас. Стропильные фермы обладают незначительной боковой жесткостью, поэтому необходимо устраивать вертикальные связи между фермами, располагающиеся в плоскости вертикальных стоек стропильных ферм(рис 11.10, в).

При опирании опорного нижнего узла стропильных на оголовок колонны сверху вертикальные связи необходимо располагать также по опорным стойкам ферм.

В многопролетных цехах связи по верхним поясам ферм и вертикальные ставятся во всех пролетах, а горизонтальные по нижним поясам – по контуру здания и некоторым средним рядам колонн через 60-90м по ширине здания(рис 11.13). В зданиях имеющих перепады по высоте, продольные связевые фермы ставят и вдоль этих перепадов.

Конструктивная схема связей зависит главным образом от шага стропильных ферм. Для горизонтальных связей пи шаге ферм 6м обычно применяют крестовую решетку, раскосы которой работают только на растяжение(рис 11.14, а), а также могут применяться фермы с треугольной решеткой(рис 11.14, б) – здесь раскосы работаю как на сжатие, так и на растяжение. При шаге 12м диагональные элементы связей, даже работающие только на растяжение, получаются слишком тяжелыми, поэтому систему связей проектируют так, чтобы наиболее длинный элемент был не более 12м, и эти элементы поддерживают диагонали.

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. Для выполнения этих функций необходимы 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 включены две колонны, подкрановая балка, горизонтальные распорки и решетка, обеспечивающая при шарнирном соединении всех элементов диска геометрическую неизменяемость. Решетка часто проектируется крестовой (элементы ее работают на растяжение при любом направлении сил) и треугольной (элементы работают на растяжение, сжатие). При больших шагах колонн в нижней части колонны целесообразно устройство диска в виде двухшарнирной решетчатой рамы, а в верхней – подстропильной фермы. Распорки и решетки при малых высотах сечения колонн располагаются в одной плоскости, а при больших высотах – в двух плоскостях. На связевые диски передаются крутящие моменты, и поэтому при расположении вертикальных связей в двух плоскостях они соединяются горизонтальными решетчатыми связями. При размещении жестких дисков (связевых блоков) вдоль здания нужно учитывать возможность перемещения колонн при температурных деформациях продольных эл-ов. Если поставить диски по торцам здания, о во всех продольных эл-х (подкрановые констр., подстропильные ферм распорки связей) возникают значительные температурные усилия. Поэтому при небольшой длине здания ставится вертикальная связь в одной панели. При большой длине здания для колонн в торцах возрастают неупругие перемещения за счет податливости креплений продольных эл-ов к колоннам. Расстояние от торца до диска ограничивается с целью закрепления колонн, расположенных близко к торцу, от потери устойчивости. В этих случаях связи ставятся в двух панелях, причем расстояние между их осями должно быть таким, чтобы усилия не были очень велики. Предельные расстояния м/у дисками ставятся от возможных перепадов t и установлены нормами. По торцам здания крайние колонны иногда соединяют м/у собой гибкими верхними связями. Делают их в виде крестов, что целесообразно с точки зрения монтажных условий и однотипности решений. Верхние вертикальные связи следует размещать не только в торцевых панелях здания, но и в панелях, примыкающих к температурным швам, т.к. это повышает продольную жесткость верхней части каркаса. Вертикальные связи устанавливают по всем рядам колонн здания, располагают м/у одними и теми же осями. При проектировании связей по средним рядам колон в подкрановой части следует иметь в виду, что иногда нужно иметь свободное пространство между колонными, тогда конструируют портальные связи. В горячих цехах с неразрезными подкрановыми балками или тяжелыми подкраново-подстропильными фермами целесообразно предусматривать специальные конструктивные мероприятия: уменьшение длины температурных блоков. Связи, кроме условных поперечных сил, воспринимают ветровую нагрузку, направленную на торец здания и от продольных воздействий мостовых кранов. Ветровая нагрузка на торец здания воспринимается стойками торцевого фахверка и частично передается на связи по нижнему поясу ферм. Связи шатра передают эту силу в ряды колонн.

Связи по фермам предназначены для:

– создания (совестно со связями по колоннам) общей пространственной жесткости и геометрической неизменяемости каркаса ОПЗ;

– обеспечения устойчивости сжатых элементов ферм из плоскости ригеля путём сокращения их расчетной длины;

– восприятия горизонтальных нагрузок на отдельные рамы (поперечного торможения крановых тележек) и перераспределения их на всю систему плоских рам каркаса;

– восприятия и (совестно со связями по колоннам) передачи на фундаменты некоторых продольных горизонтальных нагрузок на конструкции машзала (ветровых действующих на торец здания и крановых);

– обеспечения удобства монтажа ферм.

Связи по фермам подразделяют на:

─ горизонтальные;

─ вертикальные.

Горизонтальные связи располагают в плоскости верхних и нижних поясов ферм.

Горизонтальные связи, расположенные поперёк здания называют поперечными, а вдоль – продольными.

Связи по верхним поясам ферм

Связи по нижним поясам ферм

Вертикальные связи по фермам

Поперечные горизонтальные связи в плоскости верхних и нижних поясов ферм совместно с вертикальными связями между фермами устанавливают по торцам здания и в средней его части, там, где размещены вертикальные связи по колоннам.

Они создают жесткие пространственные брусья у торцов здания и в средней его части.

Пространственные брусья у торцов здания служат для восприятия ветровой нагрузки, действующей на торцевой фахверк и передачи ее на связи по колоннам, подкрановые балки и далее на фундамент.

Иначе их называют ветровыми связями.

2. Элементы верхнего пояса стропильных ферм сжаты и могут потерять устойчивость из плоскости ферм.

Поперечные связи по верхним поясам ферм вместе с распорками закрепляют узлы ферм от перемещения в направлении продольной оси здания и обеспечивают устойчивость верхнего пояса из плоскости ферм.

Продольные связевые элементы (распорки) снижают расчетную длину верхнего пояса ферм, если они сами закреплены от смещения жестким пространственным связевым брусом.

В беспрогонных покрытиях ребра панелей закрепляют узлы ферм от смещения. В покрытиях по прогонам узлы ферм от смещения закрепляют сами прогоны, если они закреплены в горизонтальной связевой ферме.

Во время монтажа верхние пояса ферм закрепляют распорками в трёх или более точках. Это зависит от гибкости фермы в процессе монтажа. Если гибкость элементов верхнего пояса фермы не превышает 220 , распорки ставят по краям и в середине пролёта. Если 220 , то распорки ставят чаще.

В беспрогонном покрытии это закрепление производят с помощью дополнительных распорок, а в покрытиях с прогонами распорками являются сами прогоны.

В нижнем поясе также ставят распорки для уменьшения расчетной длины элементов нижнего пояса.

Продольные горизонтальные связи по нижним поясам ферм предназначены для перераспределения горизонтальной поперечной крановой нагрузки от торможения тележки на мосту крана. Эта нагрузка действует на отдельную раму и при отсутствии связей вызывает значительные поперечные перемещения.

Поперечное смещение рамы от действия крановой нагрузки:

а) при отсутствии продольных связей по нижним поясам ферм;

б) при наличии продольных связей по нижним поясам ферм

Продольные горизонтальные связи вовлекают в пространственную работу соседние рамы, вследствие чего поперечное смещение каркаса значительно уменьшается.

Поперечное смещение каркаса зависит также от конструкции кровли. Кровля из железобетонных панелей считается жесткой. Кровля из профилированного настила по прогонам то она не может в значительной мере воспринимать горизонтальные нагрузки. Такая кровля считается не жесткой.

Продольные связи по нижним поясам ферм размещают в крайних панелях ферм вдоль всего здания. В машинных залах электростанций продольные связи размещают только в первых панелях нижних поясов ферм, прилегающих к колоннам ряда А. С противоположной стороны ферм продольные связи не ставят, т.к. силу поперечного торможения крана воспринимает жесткая деаэраторная этажерка.

В зданиях пролётом 30 м для закрепления нижнего пояса от продольных перемещений устанавливают распорки в средней части пролета. Эти распорки уменьшают расчетную длину, а, следовательно, и гибкость нижнего пояса ферм.

Вертикальные связи по фермам располагают между фермами. Их выполняют в виде самостоятельных монтажных элементов (ферм) и устанавливают совместно с поперечными связями по верхним и нижним поясам ферм.

По ширине пролета вертикальные связевые фермы располагают по опорным узлам ферм и в плоскости вертикальных стоек ферм. Расстояние между вертикальными связями по фермам от 6 до 15 м.

Вертикальные связи между фермами служат для устранения деформаций сдвига элементов покрытия в продольном направлении.