Яку функцію виконують зв'язки у сталевому каркасі. Значення зв'язків у металевому каркасі. Поперечні зв'язки у площині нижніх поясів ригелів

Металевий каркас промислової будівлі складається з ряду "плоських" елементів жорстких і добре сприймаючих навантаження у своїй площині, але гнучких у перпендикулярному напрямку (рами, підкроквяні та проміжні кроквяні ферми та ін.). Основне призначення зв'язків - об'єднувати плоскі елементи у просторову систему, здатну сприймати навантаження діючі будинок у будь-якому напрямі.

По-друге, зв'язки служать, щоб забезпечувати стійкість стислих і стисло-вигнутих стрижнів верхніх поясів ферм, колон та ін. Небезпека втрати стійкості таких елементів пояснюється тим, що стрижні металевого каркаса мають великі довжини і невеликі компактні поперечні розміри. Зв'язки розкріплюють стислі елементи у проміжних точках, зменшуючи розрахункові довжини елементів у бік цих розкріплень.

Розрізняють такі основні види зв'язків, що застосовуються у металевому каркасі промислової будівлі

1) поперечні зв'язки між верхніми поясами ферм (наскрізні ригелі рам надалі будуть називатися "фермами") (рис. 1); 2) вертикальні зв'язки між фермами (рис.9); 3) поздовжні та поперечні зв'язки, розташовані у площині нижніх поясів ферм (рис.II); 4) вертикальні зв'язки між колонами (рис. 22). Розглянемо компонування, призначення та конструктивні рішення вузлів зв'язків на прикладах будівель з різними покриттями.

I. ПОПЕРЕЧНІ ЗВ'ЯЗКИ МІЖ ВЕРХНІМИ ПОЯСАМИ ФЕРМ

1.1. Верхній пояс ферми, як будь-який стиснутий стрижень, може втратити стійкість, якщо зусилля у ньому досягне критичного значення. Втрата стійкості в такому випадку відбудеться в одній із двох площин:

Рис.1. Поперечні зв'язки між верхніми поясами ферм, 2-2 - вертикальні зв'язки a) у площині ферми - стрижень, що втратив стійкість, залишиться у площині ферми. Це означає, що з погляду ферму зверху втрати стійкості нічого очікувати помітна. Як очевидно з рис.2, розрахункова довжина під час перевірки стійкості верхнього пояса " і площині " ферми відповідає відстані - між вузлами, тобто довжині однієї панелі;

Рис.2. Розрахункова довжина верхнього пояса в площині ферми (пунктир)

б) втрати стійкості верхнього пояса з виходом його із площини ферми показати лише у плані. Припустимо, що зв'язків не поставлено. Тоді втрата стійкості відбудеться за схемою, наведеною на рис. Прогони, які зазвичай кріпляться до верхнього, поясу ферми шарнірно (за допомогою болтів), самі по собі, без зв'язків, не перешкоджатимуть втрати стійкості ферм, тому що після втрати стійкості верхні пояси ферм витріщаться, а прогони вільно перемістяться в нове положення. У цьому відстань між фермами (проліт прогонів) збережеться.

Інша картина стійкості спостерігатиметься, якщо поставити зв'язки. Зв'язки можуть бути хрестові – з двома діагоналями (рис. 3,6) та полегшені, трикутні (рис. 3, в), тобто. з однією діагоналлю. Стислі діагоналі, очевидно, вимикаються з роботи, втративши стійкість, а розтягнуті перешкоджатимуть спотворенню прямокутників, не дадуть їм перетворитися на паралелограми. Отже, у точках кріплення діагоналей пояс ферми збереже своє початкове положення і розрахункова довжиною його "з площини" дорівнюватиме ділянці "Л-В" (рис,3, в), тобто. двом панелям. Верхні пояси всіх ферм, що з цими точками з допомогою прогонів (чи розпірок по ліхтарям), матимуть такі самі розрахункові довжини, як і пояси двох ферм, безпосередньо закріплених зв'язками, тобто. ділянки А"-В", A""-B"" мають розрахункові довжини, рівні двом панелям.

Рис.3. Втрата стійкості верхніх поясів ферм; а) у покритті без зв'язків; б) схема натягу та виключення розкосів зв'язків; в) забезпечення стійкості віряння поясів за допомогою стрижневих зв'язків

Звернемо увагу на помилку, яка може бути допущена щодо розрахункової довжини верхнього пояса з площини ферми. На рис.3в прогін перетинає діагональ зв'язків у точці "f". Складається враження, що прогін прикріплений до діагоналі зв'язків, і розрахункову довжину верхнього пояса з площини ферми, здавалося б, можна брати рівною панелі. Однак це неправильно: прогони та зв'язки розташовані в різних рівнях, між ними "f" є зазор (рис. 7)

1.2. У будинках з ліхтарем (рис.4) верхній пояс не розкріплений із площини ферма великому ділянці, т.к. під ліхтарем немає прогонів. Якщо вважати, що конструкцій стінового огородження ліхтаря разом із прогоном фіксують точку "Б", то розрахункова довжина верхнього пояса з площини "Б~Б". Введення розпірки в середині прольоту ліхтаря зменшує розрахункову довжину із площини ферми (рис.4б) до трьох панелей.


Рис.4. Розрахункові довжини верхнього пояса під ліхтарем:
а) без розпірок – 6 панелей;
б) з однією розпіркою – 3 панелі;
в) при кроці ферм 12 м вводиться проміжний зв'язковий пояс ПП

Як розпірка використовується верхній пояс вертикальних зв'язків (розділ 2), але можуть бути застосовані спеціально призначені для цієї, цілі парні куточки або інші профілі,

1.3. Останнім часом з метою економії металу прийнято функції зв'язків верхніх поясів покладати на покрівельний настил, який при його надійному прикріпленні до ферм може забезпечувати стійкість верхніх поясів із площини ферм.

Так у безпрогінних покриттях із залізобетонним настилом стійкість верхніх поясів із площини ферм забезпечується приварюванням закладних частин настилу до верхніх поясів. У такому випадку розрахункова довжина верхнього пояса. площині ферми може бути прийнята рівною довжиною однієї панелі ферми. 0 приварки настилу до поясів ферм повинні бути зроблені вказівки, у примітці на кресленні.

Під час зведення будівлі ці прикріплення плит до поясів мають контролюватись. При цьому потрібно складати акт на приховані роботи. Профільований настил також може виконувати роль зв'язків по верхніх поясах, якщо його прикріпити за допомогою дюбелів до прогонів.

Кращим конструктивним рішенням при використанні профільованого настилу як зв'язки буде таке, при якому прогони кріпляться до ферми так, що верхня полиця прогону знаходиться в одному рівні з верхньою полицею пояса ферми. У цьому випадку настил пристрілюється дюбелями по чотирьох своїх сторонах - до прогонів та верхніх поясів ферм. Для зручності кріплення прогонів до ферм у цьому випадку можна використовувати ферми покриття не з трикутними гратами, а з низхідними розкосами (рис.5).


Рис.5. Використання профільованого настилу як зв'язки по верхньому поясу:
а) ферма покриття з низхідними розкосами;
б) варіант вирішення вузла спирання прогону в одному рівні з верхнім поясом ферми

При економічних перевагах заміни зв'язків настилом, прикріпленим до поясів, покриття виявляються позбавленими однієї важливої ​​функції, що виконується зв'язками. Зв'язки верхніх поясів крім того, що забезпечують стійкість ферм, є також фіксаторами правильного взаємного положення ферм під час монтажу. Тому під час монтажу покриття без зв'язків рекомендується передбачати використання тимчасових (знімних) інвентарних зв'язків, тобто. монтажні кондуктори.

За наявності ліхтарів у покриттях, де настил служить як зв'язки по верхньому поясу, під ліхтарем для забезпечення стійкості пояса влаштовуються зв'язки у вигляді діагоналей при кроці ферм 6 м або у вигляді неповних діагоналей при кроці ферм 12 м (рис.6). При цьому розрахункова довжина верхнього пояса ферм при перевірці стійкості із площини приймається рівною двом панелям.


Рис.6. Забезпечення стійкості верхніх поясів ферм під ліхтарями в покриттях, де виконує функції зв'язків; настил t а) крок ферм б м б) крок ферм 12 м

1.4. У покриттях з кроком ферм 12 м і з прогонами прольотом 12 м зв'язкова ферма приймається шириною 6 м. У цьому випадку вводиться додатковий проміжний пояс з відповідних профілів (рис.4, в) і конструюються зв'язки так само, як, якби крок ферм був 6 м.

1.5. Відстань до довжини будівлі між стрижневими зв'язками по верхньому поясу ферм не повинна перевищувати 144 м. Тому в довгих будівлях зв'язку ставляться не тільки в крайніх панелях блоку каркасу, але й у середині або третинах довжини блоку (рис. I).

Ці вимоги пояснюються тим, що стійкість ферм, рай-положенних далеко, зв'язків, не завжди може бути надійно забезпечена, т.к, прогони або розпірки, що прикріплюють ферми до зв'язкових блоків, допускають у вузлах відому зміщення внаслідок різниці діаметрів болтів і отворів . Зі збільшенням числа вузлів, тобто. з видаленням зв'язків, ця змішуваність підсумовується та збільшується, що зменшує надійність забезпечення стійкості ферм, розташованих далеко від зв'язків.

Конструкції деяких вузлів зв'язків, виконаних з кутових та гнутозварних профілів, та їх прикріплення до ферм показано на рис, 7, 8.

Отже, зв'язки, розташовані в площині верхніх поясів ферм, мають наступне основне призначення: при завантаженні покриття запобігають втраті стійкості цих поясів із площини ферм, тобто зменшують розрахункову довжину верхніх поясів при перевірці стійкості їх із площини ферм.

2. ВЕРТИКАЛЬНІ ЗВ'ЯЗКИ МІЖ ФЕРМАМИ

Ці зв'язку називають також монтажними, тому що їх головне призначення - утримувати в проектному положенні поставлені на опори ферми, не дати одиночним фермам перекинутися під час монтажу від вітрових та випадкових впливів, т.к. центр тяжкості ферми знаходиться вище за рівень, опор (рис. 9, а).

Вертикальні зв'язки у вигляді ланцюжка розпірок та ферм ставлять по довжині будівлі між стійками кроквяних ферм. Зв'язкові ферми для економії металу з'єднують між собою верхніми та нижніми розпірками (рис.10). Таким чином, ферми вертикальних зв'язків є дисками, а прикріплені до них стрижні-розпірки забезпечують проміжні кроквяні ферми або ригелі рам від перекидання (рис.9б). Решітка зв'язкових ферм, як правило, може бути довільною (рис.9в) і виконується з одиночних куточків або прямокутних гнуто-зварних труб. У покриттях з кроком ферм 12 м, зі шпренгельними прогонами або настилом, посиленим шпренгелями, верхній пояс ферми вертикальних зв'язків може мати вигляд, показаний на рис.9г.

Вертикальні зв'язки по ширині прольоту розташовуються на опорах (між колонами) і прольоті між стойками.ферм не рідше, ніж через 15 м, тобто. при прольоті будівлі 36 м вони будуть розташовані у площинах двох стояків.

Рис.7. Прикріплення зв'язків до верхніх поясів ферм

Рис.8. Вузли покриття та зв'язків при кроці ферм 12 м (див. рис. 6);
а) Прикріплення зв'язків, виконаних із замкнутих профілів до ферм з поясами з широкополочних двотаврів
б) Вузол Б


Рис.9. Вертикальні зв'язки між фермами:
а) становище центру тяжкості,
б) ферми-диски та розпірки,
в) схеми грат ферм,
г) зв'язки в покриттях з кроком ферм 12 м та зі шпренгельими прогонами

Ферми – диски вертикальних зв'язків ставляться з кроком 30-36 м за довжиною будівлі. Стійки кутових ферм, до яких кріпляться зв'язки у верхньому та нижньому вузлах, приймаються хрестового перерізу (рис.10).

Зв'язки можуть прикріплюватися також до спеціально передбачених для цієї мети вертикальних фасонок. У складі блоку при великоблочному монтажі вертикальні зв'язки є необхідними елементами, що забезпечують незмінність блоку.

Рис.10. Вузол прикріплення верхнього пояса ферми вертикальних зв'язків до стійки кроквяної ферми. Аналогічно виконується нижній вузол

ПОДОЛЬНІ ГОРИЗОНТАЛЬНІ ЗВ'ЯЗКИ ЗА НИЖНИМИ ПОЯСАМИ РІГЕЛІВ

Контур зв'язків, розташованих у площині нижніх наскрізних ригелів, можна розчленувати на поздовжні та поперечні зв'язки (рис.11). Призначення поздовжніх зв'язків зводиться до наступного:

3.1. Поздовжні зв'язки сприймають поперечні горизонтальні кранові впливи, тобто сприймають позацентрове застосування вертикального тиску крана на колону, що викликає горизонтальне зміщення рами, а також поперечне гальмування крана, прикладене до однієї рами (рис.12а) і передає ці впливи на сусідні рами, менш навантажені (Рис.12б). Таким чином, забезпечується просторовість каркаса при роботі його на місцеві навантаження, що викликають горизонтальні зміщення ригеля рами.

Рис.11. Зв'язки по нижнім поясам ригелів рам


Рис.12. Схема сприйнята поперечних горизонтальних навантажень поздовжніми зв'язками по нижнім поясам:
а) змішання рам від вертикального позацентрового застосування кранового навантаження та від гальмування;
б) передача поперечних навантажень на зв'язку

3.2. Зазначимо, що бічне навантаження від вітру передається однаково на всі рами, викликаючи однакове їх змішування. Поперечних сил між рамами в цьому випадку не виникає і тому в каркасах з кроком рам 6 м поздовжні зв'язки не сприймають вітрове навантаження,

При кроці колон 12 м і більше в каркасах, що мають стійки фахверка (стінного каркасу), поздовжні зв'язки працюють на це навантаження; Вони є верхніми горизонтальними опорами стійок фахверку. Таким чином, у цьому випадку поздовжні зв'язки передають зусилля від вітрових навантажень зі стійок фахверка на сусідні рами (рис.13) та зв'язки навантажені зусиллями від вітрового навантаження по довжині кроку рам.

Рис.13. Передача вітрового навантаження зі стійок фахверку на поздовжні зв'язки

3.3. У крайніх панелях ригеля внаслідок того, що жорстко защемлений ригель на опорі відчуває згинальні моменти протилежного знака по відношенню до знака моменту в прольоті, дається стиснення нижнього пояса (рис.14).

Рис.14. Стиснення в нижньому поясі ригеля поблизу опор

Закріпити нижній пояс від втрати стійкості із площини ригеля можна лише з допомогою поздовжніх зв'язків (точка "f" рис.14). Стійкість нижнього пояса в площині ригеля забезпечується або розвитком моменту інерції перерізу пояса (у цій панелі він може бути прийнятий із двох нерівнобоких куточків, складених великими полицями), або введенням додаткової підвіски.

3.4. У багатопрогонових будинках з кранами важкого режиму роботи (7К, 8К) поздовжні зв'язки у вигляді горизонтальних ферм ставляться один від одного на відстань не більше двох прольотів (рис.15)


Рис.15. Зв'язки по нижнім поясам ригелів у багатопрогоновому каркасі з кранами важкого режиму роботи (7К, 8К)

У багатопрогонових будинках з кранами середнього режиму роботи при вантажопідйомності до 50 т, при прольотах не більше 36 м і з висотою до 25 м, а також з кроком рам 6 м допускається не робити поздовжніх зв'язків по нижньому поясу. Однак розпірки та тяжи, що забезпечують стійкість нижніх поясів із площини ферм, мають бути поставлені у кожному прольоті (рис.16).

Рис.16. Зв'язки по нижнім поясам Б каркасі з кранами середнього режиму роботи (4К - 6К)

4. ПОПЕРЕЧНІ ЗВ'ЯЗКИ У ПЛОЩИНІ НИЖНИХ ПОЯСІВ РИГЕЛІВ

4.1. Ці зв'язки служать передачі зусиль від вітрових навантажень, вкладених у торець будівлі, зі стійок торцевого фахверка на вертикальні зв'язок між колонами (рис.17) (передача тиску показана стрілками).

Рис.17. Схема передачі вітрових навантажень із торця будівлі на зв'язку

4.2. Разом із поздовжніми зв'язками вони утворюють замкнутий контур, що збільшує загальну жорсткість каркасу будівлі.

Поперечні зв'язки, як правило, ставляться під зв'язками верхніх поясів, створюючи з ними просторові поперечні блоки, до яких за допомогою прогонів, розпірок вертикальних зв'язків і поздовжніх зв'язків кріпляться проміжні ферми (ригелі).

На рис.18, 19 показані вузли кріплення горизонтальних зв'язків, виконаних із куточків та прямокутних гнуто-зварних труб до поясів ферм. Слід зазначити, що в каркасах з важким режимом роботи кранів 7К, 8К і при великих кранових навантаженнях зв'язку прикріплюються до ферм за допомогою зварювання (тобто болтові вузли повинні бути обварені) або високоміцних болтів.


Рис.18. Конструкції кутових зв'язків по нижньому поясі

5. ВЕРТИКАЛЬНІ ЗВ'ЯЗКИ МІЖ КОЛОНАМИ

Розрізняють верхній ярус вертикальних зв'язків між колонами (зв'язки, розташовані вище підкранових балок) і нижній нижче балок (рис.20).

Рис.19. Вузол зв'язків по нижньому поясу із прямокутних гнуто-зварних профілів

Рис.20. Схема вертикальних зв'язків між колонами

5.1. Зв'язки верхнього ярусу мають таке призначення:
а) зусилля від вітру, спрямованого в торець будівлі, передаються на зв'язку верхнього ярусу з торцевих поперечних зв'язків, розташованих у площині нижніх поясів, а потім, за розтягнутими підкосами, ці зусилля передаються на балки підкранові",
б) зв'язки верхнього ярусу забезпечують -стійкість колон "з площини" рам. Таким чином, розрахункова довжина надкранової частини колони (рис.20, пунктир) з площини рами дорівнює висоті цієї частини колони;
в) разом про нижній ярус зв'язків при монтажі утримують кріплені анкерами колони від перекидання.

5.2. Вертикальні зв'язки нижнього ярусу
На зв'язку нижнього ярусу покладається функція:
а) передавати вітрові зусилля від зв'язків верхнього ярусу та поздовжнього гальмування кранів (рис.20);
б) забезпечувати стійкість підкранової частини колонії із площини рами;

в) служити як монтажні зв'язки при встановленні колон. У будинках великої висоти зв'язку нижнього ярусу мають додаткову розпірку між колонами - (рис.21,

a). Її призначення - зменшити розрахункову довжину підкранової частини колони із площини рами. До цього компоновочного прийому вдаються у тому випадку, коли при розрахунку перевірю стійкості колони "з площини" не дає задовільних результатів внаслідок великої гнучкості колони (з площини рами.).

Схеми вертикальних зв'язків можуть бути різними залежно від кроку колон, необхідності використання отвору між колонами і т.п. (Рис.21б).


Рис.21. Схеми вертикальних зв'язків нижнього ярусу:
а) додаткова розпірка зменшення розрахункової довжини колони з площини рами;
б) варіанти зв'язків між колонами

Прикріплювати зв'язки нижнього ярусу до підкранових балок у прольоті не слід, оскільки під час руху крана може виникнути стиск розкосів зв'язків, а отже, їх вимкнення. Зв'язки верхнього ярусу можуть прикріплюватися до гальмівних балок болтами з овальними отворами у вертикальному напрямку.

Рис.22. Конструкції вертикальних зв'язків між колонами при кроці колон 6 м

Мал. 23. Вертикальні зв'язки між колонами при кроці колон 12 м: С- овальні отвори у вузлі, що допускають прогини підкранової балки без навантаження зв'язків верхнього ярусу; t - гальмівна балка

У вертикальній площині верхній ярус зв'язків зазвичай розташовується по осі надкранової частини колони, а нижні зв'язки повинні бути подвійними і їх слід розташовувати в площинах як зовнішньої, так і внутрішньої гілок підкранової частини колони (рис.22). Якщо є фахверк, то зв'язки встановлюються у площині фахверка та стикуються зі стійкою фахверку в середньому вузлі. По довжині будівлі зв'язку нижнього ярусу розміщуються в середині температурного блоку (рис.22), але ні в кремі випадку не по кінцях. .).

Рис.24. Середній вузол вертикальних зв'язків (рис.23):
Г-кріплення зв'язків і стійці фахверка f на монтажному зварюванні, Д-на високоміцних болтах, Q-ребра жорсткості, 4-4 - розрахунковий переріз фасонки. Болти розраховується на осьове зусилля в діагоналі зв'язків та момент від ексцентриситету "а"

6. РОЗРАХУНОК ЗВ'ЯЗКІВ

У більшості видів зв'язків важко точно визначити величини зусиль, які вони сприйматимуть. Тому перерізи елементів зв'язків, як правило, підбираються за граничною гнучкістю. Для елементів, про які заздалегідь відомо, що вони будуть стискати, рекомендується приймати граничну гнучкість 200.

За відомими зусиллями розраховується вертикальні зв'язки між колонами, а також поперечні зв'язки по нижньому поясу ригеля і поздовжні горизонтальні зв'язки (у разі обліку просторової роботи каркасу).

1. СНіП II-23-81 *.Сталеві конструкції, - М., Будвидав, 1988, - 96 с.
2. Беленя Є.І.та ін. Металеві конструкції. - М., Будвидав, 1989. - С.272-279.
3. СНіП 2.01.07.-85.Навантаження і впливу. - М., Будвидав, 1989.
4. ЦНДІПроектстальконструкція ім. Мельникова, Типові будівельні конструкції, вироби та вузли. Серія 2.440-2, Вузли конструкцій виробничих будівель промислових підприємств: Випуск 4. Вузли гальмівних конструкцій та вертикальних зв'язків. Креслення КМ. Москва, 1989. 49 з.
5. Допомогаз проектування сталевих конструцій (до СНиП 23-81 *) - М., Центральний інститут типового проектування, 1989-148с.

Зв'язки з ферм призначені для:

- Створення (сумлінно зі зв'язками по колонах) загальної просторової жорсткості та геометричної незмінності каркасу ОПЗ;

– забезпечення стійкості стислих елементів ферм із площини ригеля шляхом скорочення їхньої розрахункової довжини;

- Сприйняття горизонтальних навантажень на окремі рами ( поперечногогальмування кранових візків) та перерозподілу їх на всю систему плоских рам каркаса;

– сприйняття та (совісно зі зв'язками по колонах) передачі на фундаменти деяких поздовжніхгоризонтальних навантажень на конструкції машзала (вітрових діючих на торець будівлі та кранових);

- Забезпечення зручності монтажу ферм.

Зв'язки з ферм поділяють на:

─ горизонтальні;

─ вертикальні.

Горизонтальні зв'язки розташовують у площині верхніх та нижніх поясів ферм.

Горизонтальні зв'язки, розташовані поперек будівлі називають поперечними, а вздовж – поздовжніми.

Зв'язки по верхнім поясам ферм

Зв'язки по нижнім поясам ферм

Вертикальні зв'язки з ферм

Поперечні горизонтальні зв'язки у площині верхніх і нижніх поясів ферм спільно з вертикальними зв'язками між фермами встановлюють по торцях будівлі та в середній частині, там, де розміщені вертикальні зв'язки по колонах.

Вони створюють жорсткі просторові бруси біля торців будівлі та в середній частині.

Просторові бруси у торців будівлі служать для сприйняття вітрового навантаження, що діє на торцевий фахверк і передачі її на зв'язку по колонах, балки підкранові і далі на фундамент.

Інакше їх називають вітровими зв'язками.

2. Елементи верхнього пояса кроквяних ферм стиснуті і можуть втратити стійкість із площини ферм.

Поперечні зв'язки верхніх поясів ферм разом з розпірками закріплюють вузли ферм від переміщення в напрямку поздовжньої осі будівлі та забезпечують стійкість верхнього пояса з площини ферм.

Поздовжні зв'язкові елементи (розпірки) знижують розрахункову довжину верхнього пояса ферм, якщо вони самі закріплені від усунення жорстким просторовим зв'язковим брусом.

У безпрогінних покриттях ребра панелей закріплюють вузли ферм від усунення. У покриттях прогонами вузли ферм від зміщення закріплюють самі прогони, якщо вони закріплені в горизонтальній зв'язковій фермі.

Під час монтажу верхні пояси ферм закріплюють розпірками у трьох або більше точках. Це залежить від гнучкості ферми у процесі монтажу. Якщо гнучкість елементів верхнього поясу ферми не перевищує 220 , Розпірки ставлять по краях і в середині прольоту. Якщо 220 , то розпірки ставлять частіше.

У безпрогінному покритті це закріплення виробляють за допомогою додаткових розпірок, а в покриттях з розпірними прогонами є самі прогони.

У нижньому поясі також ставлять розпірки зменшення розрахункової довжини елементів нижнього пояса.

Поздовжні горизонтальні зв'язки по нижнім поясам ферми призначені для перерозподілу горизонтального поперечного кранового навантаження від гальмування візка на мосту крана. Це навантаження діє окрему раму і за відсутності зв'язків викликає значні поперечні переміщення.

Поперечне зміщення рами від дії кранового навантаження:

а) за відсутності поздовжніх зв'язків по нижнім поясам ферм;

б) за наявності поздовжніх зв'язків по нижнім поясам ферм

Поздовжні горизонтальні зв'язки залучають до просторової роботи сусідні рами, внаслідок чого поперечне зміщення каркаса значно зменшується.

Поперечне зміщення каркасу залежить також від конструкції покрівлі. Покрівля із залізобетонних панелей вважається жорсткою. Покрівля з профільованого настилу по прогонах вона не може значною мірою сприймати горизонтальні навантаження. Така покрівля вважається не жорсткою.

Поздовжні зв'язки по нижнім поясам ферм розміщують у крайніх панелях ферм уздовж усієї будівлі. У машинних залах електростанцій поздовжні зв'язки розміщують лише перших панелях нижніх поясів ферм, прилеглих до колонам ряду А. З протилежного боку ферм поздовжні зв'язку не ставлять, т.к. силу поперечного гальмування крана приймає жорстка деаераторна етажерка.

У будинках прольотом 30 мдля закріплення нижнього пояса поздовжніх переміщень встановлюють розпірки в середній частині прольоту. Ці розпірки зменшують розрахункову довжину, отже, і гнучкість нижнього пояса ферм.

Вертикальні зв'язки з ферм розташовують між фермами. Їх виконують як самостійних монтажних елементів (ферм) і встановлюють разом із поперечними зв'язками по верхнім і нижнім поясам ферм.

По ширині прольоту вертикальні зв'язкові ферми розташовують по опорним вузлам ферм та площині вертикальних стійок ферм. Відстань між вертикальними зв'язками по ферм від 6 до 15м.

Вертикальні зв'язки між фермами служать усунення деформацій зсуву елементів покриття в поздовжньому напрямі.

Зусилля від вітрового навантаження, що діє на зовнішні стіни, збираються в площинах перекриттів та покриття і далі передаються до вертикальних елементів каркаса, що несе. У більшості випадків несучі конструкції перекриттів та покриття утворюють жорсткі диски, здатні передавати вітрові навантаження із зовнішніх стін на каркас будівлі. В іншому випадку потрібно влаштувати спеціальні горизонтальні зв'язки. У багатоповерхових будинках горизонтальні зв'язки достатньо мати у площині кожного другого чи третього перекриття. Несуча здатність колон у більшості випадків достатня для сприйняття вітрового навантаження з вантажної площі заввишки два-три поверхи.

Плити перекриттів можуть виконувати функції горизонтальних вітрових зв'язків тільки після того, як вони набудуть необхідної міцності після бетонування, тому на період монтажу каркаса необхідні тимчасові зв'язки, які пізніше можуть бути зняті.

Вітрові зв'язки необхідні не по всій площі покриття або міжповерхового перекриття, а розміщення їх має бути таким, щоб забезпечити передачу горизонтальних зусиль на вертикальні зв'язки.

1. Вертикальні зв'язки розташовані навколо сходової клітки у трьох площинах. Горизонтальна зв'язкова ферма у поздовжньому напрямку будівлі утворена постановкою розкосів між рандбалками та поясом паралельно до зовнішньої стіни. Поперечна горизонтальна зв'язкова ферма утворена між двома балками перекриття, що є її поясами.

2. Вертикальні зв'язки у площинах торцевих стін та між двома внутрішніми колонами. Горизонтальна зв'язкова ферма у поздовжньому напрямку будівлі утворена між рандбалками та прогонами, що йдуть у площині вертикальних зв'язків. Поясами поперечної зв'язкової ферми є дві балки перекриття.

3. Вертикальні зв'язки у площинах торцевих стін та між двома внутрішніми колонами. Горизонтальна зв'язкова ферма у поздовжньому напрямку будівлі утворена між двома рядами внутрішніх колон (вдале рішення при плануванні центрально розташованого коридору).

Поперечна горизонтальна зв'язкова ферма утворена між двома середніми рядами балок перекриття.

4. Горизонтальні зв'язки у площині верхніх поясів балок перекриття та рандбалки Розкоси з куточків. Фасонка та головки болтів можуть заважати укладання гофрованих листів настилу.

5. Зв'язки встановлені у площині нижнього пояса балки перекриття.

6. Кріплення розкосів із куточків у вузлі примикання рандбалки та балки перекриття до колони.

7. За відсутності поздовжньої балки, яка є одночасно поясом зв'язкової ферми, необхідний додатковий елемент (тут один швелер).

8. Кріплення зв'язкових стрижнів, що перетинаються, до балки перекриття.

9. Якщо балки перекриття лежать на прогонах, найкращим рішенням буде розміщення зв'язків у площині нижніх поясів балок.

Поперечні елементи - рами сприймають навантаження від стін, покриттів, перекриттів (у багатоповерхових будинках), снігу, кранів, вітру, що діє зовнішні стіни і ліхтарі, і навіть навантаження від навісних стін. Поздовжні елементи каркасу - це підкранові конструкції, підкроквяні ферми, зв'язки між колонами та фермами, покрівельні прогони (або ребра сталевих покрівельних панелей).

Основні елементи каркасу – рами. Вони складаються з колон і несучих конструкцій покриттів - балок або ферм, довгомірних настилів та ін. Ці елементи з'єднують у вузлах шарнірно за допомогою металевих закладних деталей, анкерних болтів та зварювання. Рами збирають із типових елементів заводського виготовлення. Інші елементи каркасу - фундаментні, обв'язувальні та підкранові балки та підкроквяні конструкції. Вони забезпечують стійкість рам та сприймають навантаження від вітру, що діє на стіни будівлі та ліхтарі, а також навантаження від кранів.

Складові елементи каркасу одноповерхових промислових будівель

Як приклад однопрогоновий будинок, обладнаний мостовим краном (рис.1).

До складу каркасу входять такі основні елементи:

1. Колони, розташовані з кроком Ш вздовж будівлі; основне призначення колон підтримувати підкранові балки та покриття.
2. Несучі конструкції покриття (кроквяні балки або ферми), які спираються безпосередньо на колони (якщо їх крок збігається з кроком колон) і утворюють разом з ними поперечні рами каркаса.
3. Якщо крок несучих конструкцій покриття не збігається з кроком колон (наприклад, 6 і 12 м), до складу каркасу вводять розташовані в поздовжніх площинах підкроквяні конструкції (також у вигляді балок або ферм), що підтримують проміжні конструкції, що несуть покриття, розташовані між колонами (мал. 1, б).
4. У деяких (рідкісних) випадках до складу каркаса вводяться прогони, що спираються на несучі конструкції покриття і розташовані на відстані 1,5 або 3 м.
5. Підкранові балки, що спираються на колони та несуть шляхи мостових кранів. У будинках з підвісними або підлоговими кранами підкранові балки не потрібні.
6. Фундаментні балки, що спираються на фундаменти колон та підтримують зовнішні стіни будівлі.
7. Обв'язувальні балки, що спираються на колони та підтримують окремі яруси зовнішньої стіни (якщо вона не по всій своїй висоті спирається на фундаментні балки).
8. При відстані між основними колонами каркасу, у площинах зовнішніх стін 12 м і більше, а також у торцях будівлі встановлюють допоміжні колони (фахверк), що полегшують конструкцію стін.

Мал. 1. Каркас одноповерхової однопрогонової будівлі (схема):

а - при однаковому кроці колон та несучих конструкцій покриття; б - при неоднаковому етапі колон і несучих конструкцій покриття; 1 – колони; 2 - несучі конструкції покриття; 3 - підкроквяні конструкції; 4 - прогони; 5 – підкранові балки; 6 – фундаментні балки; 7 – обв'язувальні балки; в - поздовжні зв'язки колон; 9 - поздовжні вертикальні зв'язки покриття; 10 - поперечні горизонтальні зв'язки покриття; 11 - поздовжні горизонтальні зв'язки покриття.

У сталевих каркасах обв'язувальні балки також відносять до фахверку (рис. 2, а). Каркас загалом має надійно та стійко працювати під дією кранових, вітрових та інших навантажень.

Мал. 2 Схеми фахверку

а - фахверк поздовжньої стіни, б - торцевий фахверк, 1 - основні колони, 2 - колони фахверка, 3 - ригель фахверка, 4 - ферма покриття

Вертикальні навантаження Р від мостового крана (рис.3), що передаються через підкранові балки на колони з великим ексцентриситетом, викликають позацентрове стиск тих колон, проти яких розташований мост крана.

Мал. 3. Схема мостового крана

1 - габарит крана; 2 - візок; 3 - міст крана; 4 - гак; 5 - колесо крана; 6 - кранова рейка; 7 - підкранова балка; 8 - колона

Гальмування візка мостового крана при його русі вздовж кранового моста (поперек прольоту) створює горизонтальні поперечні гальмівні сили Т1, що діють на ті ж колони.

Гальмування мостового крана в цілому при його русі вздовж прольоту створює поздовжні гальмівні сили Т2, що діють уздовж рядів колон. При вантажопідйомності мостових кранів, що досягає 650 т і вище, навантаження, що передаються ними на каркас, бувають дуже великі. Підвісні крани рухаються дорогами, підвішеним до конструкцій покриття, що несуть, і через них передають свої навантаження на колони.

Вітрові навантаження за різних напрямків вітру можуть діяти на каркас як у поперечному, так і в поздовжньому напрямках.

Для забезпечення стійкості окремих елементів каркаса в процесі його монтажу та спільної їх просторової роботи при впливі на каркас різних навантажень до складу каркасу вводять зв'язки.

Основні види зв'язків каркасу одноповерхових будівель

1. Поздовжні зв'язкиколон, що забезпечують їх стійкість та спільну роботу в поздовжньому напрямку при поздовжньому гальмуванні крана та поздовжньому дії вітру, встановлюються в кінці або посередині довжини каркасу.

Стійкість решти колон у поздовжній площині досягається кріпленням їх до зв'язкових колон горизонтальними поздовжніми елементами каркасу (підкрановими балками, обв'язувальними балками або спеціальними розпірками).

Зв'язки цього виду можуть мати різну схему в залежності від вимог, що пред'являються до будівлі, що проектується. Найпростішими є хрестові зв'язки (рис. 4, а). У тих випадках, коли вони заважають установці обладнання або врізаються в габарит проїзду (рис. 4, б) їх замінюють портальними зв'язками.

У безкранових будинках невеликої висоти такі зв'язки не потрібні. Робота колон у поперечному напрямку у всіх випадках забезпечується великими у цьому напрямку розмірами їх поперечного перерізу та жорстким кріпленням їх до фундаментів.

Рис.4. Схема вертикальних зв'язків колонами. 1 - колони, 2 - покриття, 3 - зв'язки, 4 - проїзд

2. Поздовжні вертикальні зв'язки покриття, Що забезпечують стійкість вертикального положення несучих конструкцій (ферм) покриття на колонах, оскільки кріплення їх до колон вважається шарнірним, розташовуються по кінцях каркасу. Стійкість інших ферм досягається кріпленням їх до зв'язкових ферм горизонтальними розпірками.

3. Поперечні горизонтальні зв'язки, Що забезпечують стійкість верхнього стисненого пояса ферм проти поздовжнього вигину, розташовуються по кінцях каркаса і утворюються шляхом об'єднання верхніх поясів двох сусідніх ферм в єдину конструкцію, жорстку горизонтальній площині. Стійкість верхніх поясів інших ферм досягається кріпленням їх до зв'язкових ферм у площині верхнього пояса за допомогою розпірок (або огороджувальних елементів покриття).

4. Поздовжні горизонтальні зв'язки покриття, розташовані вздовж зовнішніх стін на рівні нижнього пояса ферм.

Всі три види зв'язків покриття мають на меті об'єднати окремі плоскі несучі елементи покриття, жорсткі тільки у вертикальній площині, в єдину незмінну просторову конструкцію, яка сприймає місцеві горизонтальні навантаження від кранів, навантаження від вітру і розподіляє їх між колонами каркасу.

Каркаси одноповерхових промислових будівель зводять найчастіше із збірного залізобетону, сталеві конструкції допускаються лише за наявності особливо великих навантажень, прольотів чи інших умов, які роблять недоцільним застосування залізобетону. Витрата сталі в залізобетонних конструкціях менша, ніж у сталевих: у колонах - у 2,5-3 рази; у фермах покриття-в 2-2,5 рази. Види будинків в один поверх.

Однак вартість сталевих і залізобетонних конструкцій однакового призначення відрізняється незначною мірою і в даний час каркаси роблять в основному сталеві.

Описаний вище комплекс зв'язків у найбільш повній та чіткій формі зустрічається у сталевих каркасах, окремі елементи яких мають особливо малу жорсткість. Найбільш потужні елементи залізобетонних каркасів мають і більшу жорсткість. Тому в залізобетонних каркасах окремих видів зв'язків можуть бути відсутні. Наприклад, у будівлі без ліхтарів, з конструкціями, що несуть покриття у вигляді балок і настилом з великопанельних плит зв'язку в покритті не роблять.

У монолітних залізобетонних каркасах (які у вітчизняній практиці зустрічаються дуже рідко) жорстке з'єднання елементів каркасу у вузлах і велика масивність елементів роблять усі види зв'язків непотрібними.

Зв'язки найчастіше роблять металеві – із прокатних профілів. У залізобетонних каркасах зустрічаються і залізобетонні зв'язки, переважно у вигляді розпірок.

Каркас багатопрогонової будівлі відрізняється від каркаса однопрогонової будівлі в першу чергу наявністю внутрішніх середніх колон, що підтримують покриття та підкранові балки. Фундаментні балки по внутрішніх рядах колон встановлюють тільки для спирання внутрішніх стін, а обв'язувальні - при великій їх висоті. Зв'язки проектуються за тими самими принципами, що й у однопрогонових будинках.

При сезонних коливаннях температури конструкції каркаса зазнають температурних деформацій, які при великій довжині каркасу та значному температурному перепаді можуть бути дуже суттєвими. Наприклад, при довжині каркаса 100 м, коефіцієнт лінійного розширення α = 0,00001 і температурному перепаді 50 ° (від +20 ° влітку до -30 ° взимку), тобто для конструкцій, що знаходяться на відкритому повітрі, деформація дорівнює 100 0 ,00001 50 = 0,05 м – 5 см.

Вільним деформаціям горизонтальних елементів каркаса перешкоджають колони жорстко закріплені до фундаментів.

Щоб уникнути появи в конструкціях значної напруги від цієї причини, каркас ділять у надземній частині температурними швами на окремі самостійні блоки.

Відстань між температурними швами каркасу по довжині і ширині будівлі вибирають так, щоб можна було не зважати на зусилля, що виникають в елементах каркасу від кліматичних коливань температури.
Граничні відстані між температурними швами для каркасів з різних матеріалів встановлені СНиПом в межах від 30 м (відкриті монолітні залізобетонні конструкції) до 150 м (сталевий каркас опалювальних будівель).

Температурний шов, площина якого розташована перпендикулярно до прольотів будівлі, називається поперечним, шов, що розділяє два суміжні прольоти - поздовжнім.

Конструктивне виконання температурних швів буває різним. Поперечні шви завжди здійснюються шляхом встановлення парних колон, поздовжні шви виконуються як шляхом встановлення парних колон (рис. 5, а), так і шляхом влаштування рухомих опор (рис. 5 б), що забезпечують незалежну деформацію, конструкцій покриття сусідніх, температурних блоків. У каркасах, розділених температурними швами деякі блоки, зв'язку встановлюють у кожному блоці, як і самостійному каркасі.

Рис.5. Варіанти поздовжнього температурного шва

а – з двома колонами, б – з рухомою опорою, 1 – балки, 2 – столик, 3 – колона, 4 – ковзанка

До каркаса відносять також несучі конструкції робочих майданчиків, які бувають необхідні всередині основного обсягу будівлі (якщо вони пов'язані з основними конструкціями будівлі).

Конструкції робочих майданчиків складаються з колон і перекриттів, що спираються на них. Залежно від технологічних вимог робочі майданчики можуть розташовуватися одному чи кількох рівнях (рис. 6).

Мал. 6. Багатоярусний робочий майданчик.

Таким чином, при будівництві одноповерхових і багатоповерхових промислових будівель як несуча приймається, як правило, каркасна система. Каркас дозволяє найкращим чином організувати раціональне планування виробничої будівлі (отримати більш прогонові простори, вільні від опор) і найбільш прийнятний для сприйняття значних динамічних і статичних навантажень, яким схильна промислова будівля в процесі експлуатації.

Відео - поетапне складання металоконструкцій

Для забезпечення просторової жорсткості та геометричної незмінності всієї будівлі в цілому, а також для забезпечення стійкості колон з площини поперечних рам, встановлюють вертикальні зв'язки між колонами.

Вертикальні зв'язки між колонами мають найбільше значення для створення просторової жорсткості каркаса машзала. Вони призначені для:

- створення поздовжньої жорсткості каркаса, необхідної для нормальної експлуатації та монтажу;

- Забезпечення стійкості колон з площини поперечних рам;

- Сприйняття вітрового навантаження, що діє на торець будівлі, і сил поздовжнього гальмування мостових кранів та передачі їх на фундаменти.

Зв'язки по колонах розміщують у підкрановій частині колон (зв'язки по нижнім частинам колон) і надкрановій частині колон (зв'язку по верхнім частинам колон) (рис. 2.4,а).

в

б

б

а

в

Мал. 2.5. Розміщення вертикальних зв'язків по колонах:

а) зв'язків немає; б) правильне розташування зв'язків;

в); г) неправильне розміщення зв'язків

Задля більшої свободи розвитку температурних деформацій поздовжніх елементів каркаса (підкранових балок, прогонів, розпірок) жорсткий просторовий брус ставлять у середині будівлі чи температурного блоку (рис. 2.5,б). Якщо жорсткі зв'язкові бруси будуть поставлені по краях блоку (рис. 2.5, в), то при перепаді температур (літо-зима) відбуватиметься стислий розвиток температурних деформацій поздовжніх елементів каркасу. Стиснені температурні деформації викличуть додаткову напругу в поздовжніх елементах каркаса, які мають бути враховані в розрахунках.

Якщо просторовий брус встановити тільки з одного краю будівлі або температурного блоку (рис. 2.5, г), горизонтальне переміщення торцевої колони на протилежному кінці будівлі буде дуже велике і може призвести до пошкоджень вузлів сполучення елементів. Відстань від торця будівлі до осі найближчого вертикального зв'язку (жорсткого диска), а також між осями вертикальних зв'язків в одному температурному відсіку не повинна перевищувати величин, зазначених у табл. 42 БНіП.

Машинні зали електростанцій мають значну довжину. І тут жорсткий просторовий брус ставлять по довжині машзала у двох панелях. При прийнятих у курсовому проекті довжинах машзалів жорсткий просторовий брус можна розташувати в одній панелі всередині будівлі. Відстань від нього до торця будівлі не повинна перевищувати 60м.

Вертикальні зв'язки у верхніх частинах колон мають невелику жорсткість і незначно перешкоджають температурним деформаціям каркаса. Тому вертикальні зв'язки у верхніх частинах колон розміщують біля торців будівлі, біля температурних швів і в середній частині будівлі або температурного відсіку, там, де мають зв'язки по нижніх частинах колон (рис. 2.4).

Вертикальні зв'язки у верхніх частинах колон призначені:

– для забезпечення зручності монтажу споруди, яка зазвичай починається з країв. Перша та друга рами та зв'язки між ними утворюють стійкий елемент, до якого хіба що прикріплюють інші рами;

– для сприйняття вітрового навантаження, що діє на торець будівлі. Завдяки цим зв'язкам навантаження передається на балки підкранові, потім на нижні зв'язки між колонами і далі на фундамент;

- Для створення разом зі зв'язками по нижнім частинам колон жорсткого просторового бруса.

Зв'язки з ферм

Зв'язки з ферм призначені для:

– створення (сумлінно зі зв'язками по колонах) загальної просторової жорсткості та геометричної незмінності каркасу;

– забезпечення стійкості стислих елементів ферм із площини ригеля шляхом скорочення їхньої розрахункової довжини;

– сприйняття горизонтальних навантажень на окремі рами (поперечного гальмування кранових візків) та перерозподілу їх на всю систему плоских рам каркасу;

– сприйняття та (совісно зі зв'язками по колонах) передачі на фундаменти деяких горизонтальних навантажень на конструкції машзалу (вітрових, що діють на торець будівлі);

- Забезпечення зручності монтажу ферм.

Зв'язки по фермах поділяють на горизонтальні та вертикальні. Горизонтальні зв'язки розташовують у площині верхніх та нижніх поясів ферм (рис. 2.4, б, в). Горизонтальні зв'язки, розташовані поперек будівлі, називають поперечними, а вздовж – поздовжніми.

Вертикальні зв'язки мають між фермами (рис. 2.4,а). Їх виконують як самостійних монтажних елементів (ферм) і встановлюють разом із поперечними зв'язками по верхнім і нижнім поясам ферм. По ширині прольоту ставлять три і більше вертикальні зв'язкові ферми. Дві, з яких розташовують по опорним вузлам ферм, інші в площині вертикальних стійок ферм. Відстань між вертикальними зв'язками по ферм від 6 до 15м.Вертикальні зв'язки між фермами служать усунення деформацій зсуву елементів покриття в поздовжньому напрямі. Поперечні горизонтальні зв'язки в площині верхніх і нижніх поясів ферм (рис. 2.4,б, в) спільно з вертикальними зв'язками між фермами встановлюють по торцях будівлі та в середній частині, де розміщені вертикальні зв'язки по колонах. Вони створюють жорсткі просторові бруси біля торців будівлі та в середній частині. Просторові бруси у торців будівлі служать для сприйняття вітрового навантаження, що діє на торцевий фахверк і передачі її на зв'язку по колонах, балки підкранові і далі на фундамент.

Елементи верхнього поясу кроквяних ферм стиснуті і можуть втратити стійкість із площини ферм. Поперечні зв'язки верхніх поясів ферм разом з розпірками закріплюють вузли ферм від переміщення в напрямку поздовжньої осі будівлі та забезпечують стійкість верхнього пояса з площини ферм. Поздовжні зв'язкові елементи (розпірки) знижують розрахункову довжину верхнього пояса ферм, якщо вони самі закріплені від усунення жорстким просторовим зв'язковим брусом. У безпрогінних покриттях ребра панелей закріплюють вузли ферм від усунення. У покриттях прогонами вузли ферм від зміщення закріплюють самі прогони, якщо вони закріплені в горизонтальній зв'язковій фермі.

Під час монтажу верхні пояси ферм закріплюють розпірками у трьох або більше точках. Це залежить від гнучкості ферми у процесі монтажу. Якщо гнучкість елементів верхнього поясу ферми не перевищує 220 , Розпірки ставлять по краях і в середині прольоту (рис. 2.4, б). Якщо 220 , то розпірки ставлять частіше. У безпрогінному покритті це закріплення виробляють за допомогою додаткових розпірок, а в покриттях з розпірними прогонами є самі прогони.

б

а

Мал. 2.6. Поперечне зміщення рами від дії

кранового навантаження:

а) за відсутності поздовжніх зв'язків по нижнім поясам ферм;

б) за наявності поздовжніх зв'язків по нижнім поясам ферм

Поздовжні горизонтальні зв'язки по нижнім поясам ферм (рис. 2.4,в і мал.2.6) призначені для перерозподілу горизонтального поперечного кранового навантаження від гальмування візка крана. Це навантаження діє окрему раму і за відсутності зв'язків викликає її значні переміщення (рис. 2.6,а).

Поздовжні горизонтальні зв'язки залучають до просторової роботи сусідні рами, унаслідок чого поперечне зміщення каркаса значно зменшується (рис. 2.6,6).

Поздовжні зв'язки по нижнім поясам ферм розміщують у крайніх панелях ферм уздовж усієї будівлі. У машинних залах електростанцій поздовжні зв'язки розміщують лише перших панелях нижніх поясів ферм, прилеглих до колон крайнього ряду. З протилежного боку ферми поздовжні зв'язки ставлять, т.к. силу поперечного гальмування крана приймає жорстка деаераторна етажерка.

У будинках прольотом 30 мдля закріплення нижнього пояса поздовжніх переміщень встановлюють розпірки в середній частині прольоту. Ці розпірки зменшують розрахункову довжину, отже, і гнучкість нижнього пояса ферм.