otvety_po_metallicheskim_konstrukciyam

n Центрально сжатые колонны. Общая характеристика.

В центрально-сжатых колоннах равнодействующая сила приложена по оси колонны и вызывает центральное сжатие расчетного поперечного сечения.
Центрально-сжатые колонны (рис) применяются для поддержания междуэтажных перекрытий и покрытий зданий, в рабочих площадках, путепроводах, эстакадах и т. п.

Центрально-сжатые стержни работают в составе конструктивных элементов и комплексов тяжелых решетчатых ферм и рам (рис. 8.1), сжатых элементов вантовых систем и т. п. Колонны передают нагрузку от вышележащей конструкции на фундаменты и состоят из трех частей, определяемых их назначением :
оголовок, на который опирается вышележащая конструкция нагружающая колонну;
стержень основной конструктивный элемент, передающий нагрузку от оголовка к базе;
база, передающая нагрузку от стержня на фундамент.
По конструкции сечения колонны делятся:
- сплошные;
- сквозные.
Сплошные колонны по типу сечения:
- открытого сечения;
- замкнутого сечения.
Колонны и сжатые стержни проектируют почти исключительно стальными. Применять алюминиевые сплавы в сжатых стержнях, как правило, нерационально из-за плохой работы сплавов на продольный изгиб вследствие низкого модуля упругости. Однако в общем конструктивном комплексе, выполняемом из алюминиевого сплава, могут быть запроектированы и сжатые стержни из сплава.
Хорошо работают на центральное сжатие и экономны по затрате металла трубобетонные колонны, стержень которых состоит из стальной трубы, заполненной бетоном.
По статической схеме и характеру нагружения колонны могут быть одноярусные и многоярусные. Колонны и сжатые стержни бывают сплошными или сквозными



Сплошные центрально-сжатые колонны. Подбор сечения.

Стержень сплошной колонны проектируют из прокатных профилей или листов, образующих открытое или замкнутое сечение (рисунок).


Рис. 23. Открытые сечения сплошных стержней



Рис. 24. Замкнутые сечения сплошных стержней

Чтобы колонна была равноустойчивой, гибкость ее в плоскости оси х должна быть равна гибкости в плоскости оси у, т. е.
·x =
·y. Однако в двутавровых сечениях при одинаковых расчетных длинах это условие не соблюдается, поскольку у них радиусы инерции получаются разными по величине. В двутавровом сечении радиус инерции относительно оси х: ix(0.43h, а радиус инерции относительно оси у: iy(0.24b, следовательно, для получения равноустойчивого сечения нужно, чтобы 0,43h=0,24b или b<=2h, что приводит к весьма неудобным в конструктивном отношении сечениям, практически неприменяемым.
Обычный прокатный двутавр вследствие незначительной ширины его полок меньше всего отвечает требованию равноустойчивости и поэтому применяется редко.
Сварной двутавр является основным типом сечения сжатых колонн.
Автоматическая сварка обеспечивает дешевый, индустриальный способ изготовления таких колонн.
Равноустойчивыми в двух направлениях и также простыми в изготовлении являются колонны крестового сечения.
Весьма рациональны колонны трубчатого сечения (рис. 24, a) с радиусом инерции i=0,35dср, где dср - диаметр окружности по оси листа, образующего колонну.
Сварка дает возможность получить колонны замкнутого сечения и других типов, например из двух швеллеров которое при больших нагрузках могут быть усилены.
Подбор сечения сплошной колонны.
1) Задавшись типом сечения колонны, определяем требуемую площадь сечения по формуле Aтр= N / (
·*R*
·);
2) Чтобы предварительно определить коэффициент ФИ, задаемся гибкостью колонны

·=l0/i;
3)Определяем в первом приближении требуемую площадь и требуемый радиус инерции, соответствующей заданной гибкости: iтр=l0/
·;
4) Зависимость радиуса инерции от типа сечения приближенно выражается формулами: rx=a1h; ry=a2h;
5) Отсюда определяются требуемые генеральные размеры сечения колоны:
hтр=iтр/a1; bтр=iтр/a2;
6) Откорректировав значения A, b и h, производят проверку сечения
ix=a1h; iy=a2b;
и напряжения

·= N / (
·min*A)
· R*
·;

Преимуществами колонн замкнутого сечения являются равноустойчивость, компактность и хороший внешний вид; к недостаткам относится недоступность внутренней полости для окраски. Чтобы избежать коррозии, такие колонны должны быть защищены от проникания внутрь влаги.
При заполнении стальной трубы бетоном получается эффективная комплексная конструкция (трубобетонная), в которой труба является оболочкой, стесняющей поперечные деформации заключенного внутри бетонного цилиндра. В этих условиях работы прочность бетона на сжатие значительно увеличивается, исключаются потери местной устойчивости трубы и коррозии внутренней ее поверхности.
В трубобетонном стержне бетон работает в основном на сжатие, а труба - на поперечное растяжение. Трубы могут быть как из малоуглеродистой, так и из низколегированной стали, бетон применяют высоких марок - от 250 до 500 и выше.


Сквозные центрально-сжатые колонны. Подбор сечения.

Стержень сквозной центрально-сжатой колонны обычно состоит ив двух ветвей (швеллеров или двутавров), связанных между собой peшетками. Ось, пересекающая ветви, называется материальной; ось, параллельная ветвям, называется свободной. Расстояние между ветвями устанавливается из условия равноустойчивости стержня.

Швеллеры в сварных колоннах выгоднее ставить полками внутрь, так как в этом случае решетки получаются меньшей ширины и лучше используется габарит колонны.
Более мощные колонны могут иметь ветви из прокатных или сварных двутавров.
В сквозных колоннах из двух ветвей необходима обеспечивать зазор между полками ветвей (100 - 150 мм) для возможности окраски внутренних поверхностей.
Стержни большой длины, несущие небольшие нагрузки, должны иметь для обеспечения необходимой жесткости развитое сечение, поэтому их рационально проектировать из четырех уголков, соединенных решетками в четырех плоскостях. Такие стержни при небольшой площади сечения обладают значительной жесткостью, однако трудоемкость их изготовления больше трудоемкости изготовления двухветвевых стержней.
При трубчатом сечении ветвей возможны трехгранные стержни, достаточно жесткие и экономичные по затрате металла.
Решетки обеспечивают совместную работу ветвей стержня колонны и существенно влияют на устойчивость колонны в целом и ее ветвей. Применяются решетки разнообразных систем: из раскосов, из раскосов и распорок и безраскосного типа в виде планок.


В колоннах, нагруженных центральной силой, возможен изгиб от случайных эксцентриситетов. От изгиба возникают поперечные силы, воспринимаемые решетками, которые препятствуют сдвигам ветвей колонны относительно ее продольной оси.
Треугольные решетки, состоящие из одних раскосов, или треугольные с дополнительными распорками являются более жесткими, чем безраскосные, так как образуют в плоскости грани колонны ферму, все элементы которой при изгибе работают на осевые усилия, однако они более трудоемки в изготовлении.
Планки создают в плоскости грани колонны безраскосную систему с жесткими узлами и элементами, работающими на изгиб, вследствие чего безраскосная решетка оказывается менее жесткой. Если расстояние между ветвями значительно (0,8 - 1 м и более), то элементы безраскосной решетки получаются тяжелыми; в этом случае следует отдавать предпочтение раскоской решетке.
Безраскосная решетка хорошо выглядит и является более простой, ее часто применяют в колоннах и стойках сравнительно небольшой мощности (с расчетной нагрузкой до 2000 - 2500 кН).
Чтобы сохранить неизменяемость контура поперечного сечения сквозной колонны, ветви колонн соединяют поперечными диафрагмами, которые ставят через 3 - 4 м по высоте колонны.



Определение сечения ветвей.
1) Задаются гибкостью стержня
·=7090 (при N<1500 кН),
·=4060 (при N>1500 кН);
2) По гибкости
· определяют коэффициент продольно изгиба
·;
3) Вычисляют требуемую площадь сечения A1=N1/(
·Ry
·);
4) Определив требуемую площадь и требуемый радиус инерции (ixтр=l0/
·) по сортамента;
5) подбирают соответствующий профиль;
6) Проверяют устойчивость по формуле
· = N / (
·xA)
· R
·;
7) Определяют расстояние между ветвями из условия равноустойчивости
·пр =
·x.


База колонны. Типы. Конструктивные особенности.
Базой называют опорную часть колонны, передающую усилия с колонны на фундамент. По конструктивному решению базы могут быть с траверсой (рис А), с фрезерованным торцом(рис Б) и с шарнирным устройством в виде центрирующей плиты(рис В).

Базы с шарнирным устройством четко отвечают расчетной схеме, но из-за большей сложности монтажа в колоннах применяются редко.
При сравнительно небольших расчетных усилиях в колоннах (до 4000-5000 кН) чаще применяются базы с траверсами. Траверса воспринимает нагрузку от стержня колонны и передает ее на опорную плиту. Чтобы увеличить равномерную передачу давления с плиты на фундамент, жесткость плиты увеличивают дополнительными ребрами между ветвями траверсы(рис Д). В легких колоннах роль траверсы могут выполнять консольные ребра, приваренные к стержню колонны и опорной плите(рис Е). В колоннах с большими расчетными усилиями (6000 - 10000 кН и более) целесообразно фрезеровать торец базы. В этом случае траверса и ребра отсутствуют и плита, чтобы равномерно передать нагрузку на фундамент, должна иметь значительную толщину. Конструкция базы с фрезерованным торцом значительно проще и в этом случае позволяет вести монтаж более простым, безвыверочным способом.
При шарнирном сопряжении колонны с фундаментом анкерные болты ставятся лишь для фиксации проектного положения колонны и закрепления ее в процессе монтажа. Анкеры в этом случае прикрепляются непосредственно к опорной плите базы; благодаря гибкости плиты обеспечивается необходимая податливость сопряжения при действии случайных моментов (рис Д, Е). При жестком сопряжении анкеры прикрепляются к стержню колонны через выносные консоли и затягиваются с напряжением, близким к расчетному сопротивлению, что устраняет возможность поворота колонны(рис Ё).

Диаметр анкерных болтов при шарнирном сопряжении принимают равным d=20-30 мм, а при жестком d=24-36 мм. Для возможности некоторой передвижки колонны в процессе ее установки диаметр отверстия для анкерных болтов принимается в 1,5-2 раза больше диаметра анкеров. На анкерные болты надевают шайбы с отверстием, которое на 3 мм больше диаметра болта, и после натяжения болта гайкой шайбу приваривают к базе.

Конструирование и расчет оголовка колонны.

Оголовок колонны предназначен для восприятия сосредоточенного давления вышележащих конструкций (балок, ферм и т.п.) и равномерного распределения по сечению стержня. При свободном сопряжении балки обычно ставят на колонну сверху, что обеспечивает простоту монтажа.В этом случае оголовок колонны состоит из плиты и ребер, поддерживающих плиту и передающих нагрузку на стержень колонны.

Если нагрузка передается на колонну через фрезерованные торцы опорных ребер балок, расположенных близко к центру колонны, то плита оголовка поддерживается снизу ребрами, идущими под опорными ребрами балок (рис. А, Б).
Ребра оголовка приваривают к опорной плите и к ветвям колонны при сквозном стержне или к стене колонны при сплошном стержне. Швы, прикрепляющие ребро оголовка к плите, должны выдерживать полное давление на оголовок. Проверяют их по формуле:

·= N / ( kш
·lш )
· (
·
·свy * Rсвy)min
·.
Высоту ребра оголовка определяют требуемой длиной швов, передающих нагрузку на стержень колонны (длина швов нe должна быть больше 85
·шkш ):
hр= N / ( 4kш (
·
·свy Rсвy)min
·).
Толщину ребра оголовка определяют из условия сопротивления на смятие под полным опорным давлением:
tp=N/lсмRсм, где lсм– длина сминаемой поверхности, равная ширине опорного ребра балки плюс две толщины плиты оголовка колонны.
Назначив толщину ребра, следует проверить его на срез:

·=0.5N/2hptp
· Rcp.
При малых толщинах стенок швеллеров сквозной колонны и стенки сплошной колонны их надо также проверить на срез в месте прикрепления к ним ребер. Можно в пределах высоты оголовка сделать стенку более толстой.
Чтобы придать жесткость ребрам, поддерживающим опорную плиту, и укрепить от потери устойчивости стенки стержня колонны в местах передачи больших сосредоточенных нагрузок, вертикальные ребра воспринимающие нагрузку, обрамляют снизу горизонтальными ребрами.Опорная плита оголовка передает давление от вышележащей конструкции на ребра оголовка и служит для скрепления балок с колоннами монтажными болтами, фиксирующими проектное положение балок.
Толщина опорной плиты принимается конструктивно в пределах 20-25 мм.
При фрезерованном торце колонны давление от балок передается через опорную плиту непосредственно на ребра оголовка. В этом случае толщина швов, соединяющих плиту с ребрами, так же как и с ветвями колонны, назначается конструктивно.
Большие опорные давления балок лучше передавать на колонну через ребра, расположенные над полками колонн.
Если балка, крепится к колонне сбоку, вертикальная реакция передается через опорное ребро балки на столик, приваренный к полкам колонны. Торец опорного ребра балки и верхняя кромка столика пристраиваются. Толщину столика принимают на 20-40 мм больше толщины опорного ребра балки.
Столик целесообразно приваривать к колонне по трем сторонам.

Сварные швы, приваривающие столик к колонне, рассчитывают по формуле:

·= 1,3N / ( kш
·lш )
·
· (
·
·свy * Rсвy)min.
Коэффициент 1,3 учитывает возможную непараллельность торцов опорного ребра балки и столика из-за неточности изготовления, что приводит к неравномерному распределению реакции между вертикальными швами.
Чтобы балка не зависла на болтах и плотно стала на опорный столик, опорные ребра балки прикрепляют к стержню колонны болтами, диаметр которых должен быть на 3-4 мм меньше диаметра отверстий.

Фермы. Типы и область применения.


Фермой называется стержневая конструкция, у которой концы стержней соединены в узлах и образуют статически неизменяемую систему
Стальные фермы широко применяются в покрытиях промышленных и гражданских зданий, ангаров, вокзалов и т. п. Большепролетные мосты, радиобашни и мачты, опоры линий электропередачи и многие другие конструкции выполняются в виде стальных ферм.
Фермы по сравнению со сплошными балками экономичны по затрате металла, им легко придают любые очертания, требуемые условиями технологии, работы под нагрузкой или архитектуры, они относительно просты в изготовлении.
Классификация ферм:
По статической схеме фермы бывают: балочные (разрезные, неразрезные, консольные), арочные, рамные и вантовые.
В зависимости от очертания поясов фермы подразделяют на сегментные, полигональные, трапецеидальные, с параллельными поясами и треугольные.
Системы решетки: Треугольная, Раскосная, Полураскосная, Шпренгельная, Ромбическая.
По способу соединения элементов в узлах фермы подразделяют на сварные и болтовые.
По величине максимальных усилий условно различают легкие фермы с сечениями элементов из простых прокатных или гнутых профилей (при усилиях в стержнях N<3000кН) и тяжелые фермы с элементами составного сечения (N >3000кН).

Фермы применяют при самых разнообразных нагрузках; в зависимости от назначения им придают самую разнообразную конструктивную форму - от легких прутковых конструкций до тяжелых ферм, стержни которых могут компоноваться из нескольких элементов крупных профилей или листов. Наибольшее распространение имеют разрезные балочные фермы как самые простые в изготовлении и монтаже(рис А). Неразрезные(рис Б) и консольные(рис В) системы ферм рациональны при большой собственной массе конструкции, так как в этом случае они могут дать значительную экономию металла. Кроме того, нёразрезные фермы можно применять исходя из требований эксплуатации, так как они обладают большей жесткостью и могут иметь меньшую высоту.

Башни и мачты(рис Е) представляют собой вертикальные консольные системы ферм. Соответствующие эксплуатационные или архитектурные требования могут обусловить применение арочных(рис Г) или рамных ферм(рис Д.

Промежуточными между фермой и сплошной балкой являются комбинированные системы, состоящие из балки, усиленной либо снизу подвешенной цепью (шпренгельная балка) или сквозной фермой, либо сверху аркой или фермой(рис Ж). Распор цепи или арки, а также поддерживающее воздействие элементов фермы уменьшают изгибающий момент в балке. Комбинированные системы просты в изготовлении и рациональны в тяжелых конструкциях, а также в конструкциях с подвижной нагрузкой. Возможность использования в комбинированных системах дешевых прокатных балок благоприятно сказывается на стоимости и трудоемкости изготовления этих систем.
Эффективность ферм и комбинированных систем можно значительно повысить, создав в них предварительное напряжение.
В фермах подвижных крановых конструкций и покрытий больших пролетов, где уменьшение веса конструкций дает большой экономический эффект, возможно применение алюминиевых сплавов. В дальнейшем подробно рассматриваются в основном стропильные фермы, наиболее широко применяемые в промышленном и гражданском строительстве.ad

Компоновка конструкций ферм.
Компоновка конструкции фермы сводится к следующим этапам:
Выбор очертания фермы;
Назначение генеральных размеров ферм;
Выбор системы решеток ферм и их характеристика;
Назначение размеров панели ферм.
Выбор очертания ферм является первым этапом их проектирования. Очертание ферм в первую очередь зависит от назначения сооружения.
Фермы треугольного очертания. Треугольное очертание придается стропильным фермам(рис А, Г), консольным навесам(рис Б), а также мачтам и башням(рис В).
Стропильные фермы треугольного очертания применяют, как правило, при значительном уклоне кровли, вызываемом или условиями эксплуатации здания, или типом кровельного материала.
Фермы трапецеидального очертания со слабо вспарушенным верхним поясом (рис А) пришли на смену треугольным фермам благодаря появлению кровельных материалов, не требующих больших уклонов кровли.
Фермы полигонального очертания (рис Б, В) наиболее приемлемы для конструирования тяжелых ферм больших пролетов, так как очертания фермы соответствуют эпюре изгибающих моментов, что дает значительную экономию стали.
Фермы с параллельными поясами имеют существенные конструктивные преимущества. Равные длины стержней поясов и решетки, одинаковая схема узлов и минимальное количество стыков поясов обеспечивают в таких фермах наибольшую повторяемость деталей и возможность унификации конструктивных схем, что способствует индустриализации их изготовления. Эти фермы благодаря распространению кровель с рулонным покрытием стали основным типом в покрытиях зданий.


Назначение генеральных размеров ферм;
Пролет или длина ферм в большинстве случаев определяются эксплуатационными требованиями и общекомпоновочным решением сооружения и не могут быть рекомендованы по усмотрению конструктора.
Так, при свободном опирании ферм покрытий на опоры (колонны) сверху расчетный пролет фермы l0 (расстояние между осями опорных частей) в качестве первого приближения может быть принят равным для разрезных ферм - расстоянию между внутренними четвертями ширины опор, т. е:
L0=l+a/2, где l – расстояние между опорами, a- ширина опоры.
При примыкании ферм к металлическим колоннам сбоку расчетный пролет фермы принимается равным расстоянию между колоннами в свету на отметке примыкания ферм.
В случаях, когда пролет конструкции не диктуется технологическими требованиями (например, эстакады, поддерживающие трубопроводы и т. п.), он должен назначаться на основе экономических соображений с тем, чтобы суммарная стоимость ферм и опор была наименьшей.
Определение высоты ферм из условий жесткости. Наименьшая возможная высота фермы определяется допустимым прогибом. В обычных кровельных покрытиях жесткость ферм значительно превосходит требования, предъявляемые условиями эксплуатации. В конструкциях, работающих на подвижную нагрузку (стропильные фермы при подвесном транспорте, фермы подкрановых эстакад, мостовых кранов и т. д.), требования жесткости часто являются настолько высокими (f/l=1/750-1/1000), что они определяют высоту ферм. Иногда бывает необходимо установить высоту ферм из условия жесткости при изготовлении их из высокопрочной стали или алюминиевых сплавов.
От системы решетки зависят вес фермы, трудоемкость ее изготовления, внешний вид. Решетка должна соответствовать схеме приложения нагрузок, поскольку нагрузки во избежание местного изгиба пояса передаются, как правило, на ферму в узлах.
Системы решеток:
Треугольная система решетки. В фермах трапецеидального очертания или с параллельными поясами весьма эффективной является треугольная система решетки (рис 9.4 A), дающая наименьшую суммарную длину решетки и наименьшее число узлов при кратчайшем пути усилия от места приложения нагрузки до опоры.
Раскосная система решетки. При ее проектировании нужно стремиться, чтобы наиболее длинные элементы - раскосы - были растянутыми, а стойки - сжатыми. Это требование удовлетворяется при нисходящих раскосах в фермах с параллельными поясами (рис 9.5 A) и восходящих - в треугольных фермах. Однако в треугольных фермах восходящие раскосы образуют неудобные для конструирования узлы и имеют большую длину, так как идут по большей диагонали (рис 9.4 В). Поэтому в. треугольных фермах более приемлемы нисходящие раскосы (рис 9.4 Б); хотя они получаются сжатыми, но зато их длина меньше и узлы фермы более компактны. Применять раскосные решетки целесообразно при малой высоте ферм, а также тогда, когда по стойкам передаются большие усилия (при большой узловой нагрузке).
Специальные системы решеток. При большой высоте ферм (примерно 4-5 м) и рациональном угле наклона раскосов (примерно 35-45°) панели могут получаться чрезмерно большими, неудобными для расположения кровельных прогонов и других элементов. Если давления прогонов небольшие, то можно допустить местный изгиб пояса, расположив прогоны на поясе между узлами.
Однако при больших давлениях такое решение нерационально. Чтобы уменьшить размер панели, сохранив нормальный угол наклона раскосов, применяют шпренгельную решетку (рис 9.6 A).
В фермах, работающих на двустороннюю нагрузку, как правило, устраивают крестовую решетку (рис 9.6 Г). К таким фермам относятся горизонтальные связевые фермы покрытий производственных зданий, мостов и других конструкций, вертикальные фермы башен, мачт и высоких зданий.
Ромбическая и полураскосная решетки (рис 9.5 Д,Е)благодаря двум системам раскосов также обладают большой жесткостью; эти системы применяются в мостах, башнях, мачтах, связях для уменьшения расчетной длины стержней и особенно рациональны при работе конструкций на большие поперечные силы.



Обеспечение устойчивости ферм.

Сквозная плоская система (ферма) легко теряет свою устойчивость из плоскости. Чтобы придать ферме устойчивость, ее необходимо присоединить к какой-либо жесткой конструкции или соединить связями с другой фермой, в результате чего образуется пространственный устойчивый брус (рис 9.7 А).
Для обеспечения устойчивости такого бруса (блока) необходимо, чтобы все грани его были геометрически неизменяемы в своей плоскости.
Грани блока (рис 9.7 А)образуются двумя вертикальными плоскостями спаренных ферм (abb'a' и dcc'd'), двумя перпендикулярными им горизонтальными плоскостями связей, расположенными по обоим поясам ферм (ebb'с' и daa'd'), и не менее чем двумя вертикальными плоскостями поперечных связей (обычно в торцах ферм - abed и a'b'c'd'). Поскольку этот пространственный брус в поперечном сечении замкнут и обычно достаточно широк, он обладает очень большой жесткостью при кручении и изгибе, поэтому потеря его общей устойчивости в изгибаемых системах невозможна. Конструкции мостов, кранов, башен, мачт, шпилей, укосин и др. представляют собой аналогичные пространственные брусья, состоящие из сквозных ферм(рис 9.7 Б).
В покрытиях зданий решение усложняется вследствие большого количества поставленных рядом плоских стропильных ферм. Такие фермы, связанные между собой только одними прогонами, не образуют неизменяемой устойчивой системы, так как они имеют свободную длину из своей плоскости, равную пролету, и легко могут потерять устойчивость. (рис 9.8 А). В этом случае устойчивость как в целом, так и отдельных элементов плоских ферм обеспечивается тем, что в конструкции покрытия создается несколько пространственных устойчивых блоков из двух соседних ферм, скрепленных как связями в плоскости верхнего, а иногда и нижнего пояса, так и вертикальными поперечными связями между стойками ферм, которые могут заменить связи по нижнему или верхнему поясу(рис 9.8 Б.). К этим жестким блокам прочие фермы прикрепляются горизонтальными элементами, препятствующими горизонтальному перемещению поясов ферм и обеспечивающими их устойчивость (обычно прогонами, расположенными в узлах ферм). Чтобы прогон мог закрепить узел фермы в горизонтальном направлении, он сам должен быть прикреплен к неподвижной точке - узлу горизонтальных связей.
Если прогон не прикреплен к диагоналям связей в месте их пересечения, расстояние между закрепленными в горизонтальном направлении точками верхнего пояса фермы равно двум панелям(рис 9,8 Б). Это должно учитываться при подборе сечения верхнего пояса ферм.
В беспрогонных покрытиях верхние пояса ферм закрепляют с помощью кровельного настила и специальных элементов (тяжей), прикрепляющих пояса к поперечным горизонтальным связям.


Определение расчетных нагрузок и усилий в стрежнях фермы.

Вся нагрузка, действующая на ферму, обычно бывает приложенной к узлам фермы, к которым прикрепляются элементы поперечной конструкции (например, прогоны кровли или подвесного потолка), передающие нагрузку на ферму. Если нагрузка приложена непосредственно в панели, то в основной расчетной схеме она также распределяется между ближайшими узлами, но при этом дополнительно учитывается местный изгиб пояса от расположенной на нем нагрузки: на опоре (в узле) - как на опоре неразрезной балки; в пролете - как в пролете неразрезной балки с умножением величин моментов на коэффициент 1,2.
Для удобства расчета рекомендуется определять усилия в стержнях ферм отдельно для каждого вида нагрузки. Так, в стропильных фермах следует составлять расчетные схемы отдельно для следующих нагрузок:
постоянной, в которую входит собственный вес фермы и вес всей поддерживаемой конструкции (кровли с утеплением, фонарей и т. п.);
временной - нагрузки от подвесного подъемно-транспортного оборудования, нагрузки полезной, действующей на подвешенное к ферме чердачное перекрытие, и т. п.;
кратковременной, атмосферной - снег, ветер.


Постоянная, временная и снеговая нагрузки относятся к основному сочетанию нагрузок, и расчет на них ведется с учетом установленных значений коэффициентов перегрузки; ветер при расчете обычных стропильных ферм относится к особому сочетанию нагрузок.
Расчетная постоянная нагрузка, действующая на любой узел стропильной фермы, определяется по формуле:
F=(gф+ gкр/cos
·) * b * (d1+d2) * n /2, где gф- собственный вес фермы на 1 кН/м2 горизонтальной проекции кровли; gкр – вес кровли, альфа – угол наклона верхнего пояса к горизонту; b – расстояние между фермами; d1 и d2 – длины примыкающих к узлу панелей; n – коэффициент перегрузки для постоянных нагрузок.
В отдельных узлах к нагрузке, получаемой по формуле, прибавляется нагрузка от веса фонаря.
Снег - нагрузка временная, которая загружает ферму лишь частично загружение снегом одной половины фермы может оказаться невыгодным для средних раскосов.
Расчетную узловую нагрузку от снега определяют по формуле:
Fc = Pc * b * (d1+d2) * nc /2, Pc – вес снегового покрова, n – коэффициент перегрузки для снеговой нагрузки.
Значение Рс должно определяться с учетом возможного неравномерного распределения снегового покрова около фонарей или перепадах высоты здания.
Давление ветра учитывается только на вертикальные поверхности, а также на поверхности с углом наклона к горизонту более 30°, что бывает в башнях, мачтах, эстакадах, а также в крутых треугольных стропильных фермах и фонарях. Ветровая нагрузка, как и другие виды нагрузок, приводится к узловой. Горизонтальная нагрузка от ветра на фонарь при расчете стропильной фермы, как правило, не учитывается, так как ее влияние на работу фермы незначительно.
Определение усилий в стержнях ферм

При расчете ферм со стержнями из уголков или тавров предполагается, что в узлах системы - идеальные шарниры, оси всех стержней прямолинейны, расположены в одной плоскости и пересекаются в узле в одной точке (в центре узла). Стержни такой идеальной системы работают только на осевые усилия. Напряжения, найденные по этим усилиям, являются основными. В связи с фактической жесткостью узловых соединений в стержнях фермы возникают дополнительные напряжения, которые при отношении высоты сечения стержня к его длине, равном 1/15, расчетом не учитываются, так как они не влияют на несущую способность конструкции. В фермах со стержнями, имеющими повышенную жесткость и эксплуатирующимися при низкой температуре, влияние жесткости соединений в узлах более значительно. Поэтому для двутавровых, трубчатых и Н-образных сечений стержней расчет ферм по шарнирной схеме допускается при отношении высоты сечения к длине не более 1/10 для конструкций, эксплуатируемых при расчетной температуре -40 °С и выше, и не более 1/15 при расчетной температуре ниже -40 °С. При превышении этих отношений надлежит учитывать дополнительные изгибающие моменты в стержнях от жесткости узлов. При этом осевые усилия можно определять по шарнирной схеме, а дополнительные моменты определять приближенно. В верхних поясах стропильных ферм при беспрогонной кровле (равномерное распределение нагрузки на поясе фермы) моменты допускается определять по формулам:
пролетный момент в крайней панели
Мкп=g * lп2 / 10
пролетный момент промежуточных панелей
Мкп=g * lп2 / 12
момент в узле (опорный)
Мкп=g * lп2 / 18, где g – величина распределенной нагрузки ; lп – длина панели.


Кроме того, в стержнях фермы возникают напряжения от моментов в результате неполного центрирования стержней в узлах. Эти напряжения, не являющиеся основными, как правило, расчетом не учитываются, так как по малости допускаемых в фермах эксцентриситетов они лишь незначительно влияют на несущую способность ферм.

Смещение оси поясов ферм при изменении сечений не учитывается, если оно не превышает 1,5 % высоты пояса.
Расчет ферм следует выполнять на ЭВМ с использованием вычислительных комплексов (например SCAD, ЛИРА, ANSYS или Robot), что позволяет рассчитать любую схему фермы на статические и динамические нагрузки с учетом моментов жесткости узлов и смещения осей стержней.
ЭВМ автоматически выдает расчетные усилия в стержнях с учетом требуемых сочетаний нагрузок и может выполнить подбор сечений стержней из наиболее распространенных сварных и прокатных профилей.
При отсутствии ЭВМ усилия в стержнях ферм удобнее всего определять графическим методом, т. е. построением диаграмм Максвелла - Кремоны.

Легкие фермы, типы сечений стержней. Их область применения.

Фермой называется стержневая конструкция, у которой концы стержней соединены в узлах и образуют статически неизменяемую систему.
По конструктивному признаку фермы делятся на легкие и тяжелые.
До последнего времени легкие фермы проектировались в основном из стержней с сечениями, составленными из двух уголков (рис 9.13 Б). Такие сечения имеют большой диапазон площадей, удобны для конструирования узлов на фасонках и прикрепления примыкающих к фермам конструкций (прогонов, кровельных панелей, связей и т. п.). Существенными недостатками такой конструктивной формы являлись: большое количество заготавливаемых элементов с различными типоразмерами, значительный расход металла на фасонки и прокладки, высокая трудоемкость изготовления и наличие щели между уголками, затрудняющей окраску. Кроме того, стержни с сечением из двух уголков, составленных тавром, неэффективно работают на сжатие.
Развитие сортамента - пуск прокатного стана широкополочных двутавров, производство электросварных труб и замкнутых гнутосварных профилей, а также возможность получения из широкополочных двутавров путем разрезки тавров с широкой полкой создали условия для проектирования ферм со стержнями из одиночного профиля вместо сечения, составленного из двух уголков. Новая конструктивная форма экономичнее по расходу металла и значительно менее трудоемка, так как более чем вдвое уменьшает количество используемых деталей; сечения стержней стали более эффективно работать на сжатие. Фермы со стержнями из одиночного профиля легко доступны для осмотра и окраски, что повышает их долговечность при эксплуатации. Фермы с меньшим количеством деталей более приспособлены для их изготовления (сборки и сварки) на поточных линиях.
Однако новая конструктивная форма ферм из-за ограниченности новых профилей и других конъюнктурных условий не может сразу вытеснить старую, и фермы различного назначения еще проектируют со стержнями из прокатных уголковых профилей, а конструктивная форма их продолжает совершенствоваться.
В фермах пространственной формы (башнях, мачтах, стрелах кранов и т. п.), где пояс является общим для двух перпендикулярных ферм, простейшим типом сечения пояса является одиночный уголок(рис 9.13 A). Крестовое сечение из двух уголков(рис 9.13 E) применяется в поясах решетчатых башен и мачт, когда площади одного уголка оказывается недостаточно. Сечения из одиночных уголков применяются также для слабонагруженных стержней решетки ферм. Разработанные типовые решения стропильных ферм из одиночных уголков позволяют экономить металл и снижать трудоемкость. Нужно учитывать, что стропильные фермы со стержнями из одиночных уголков в своей плоскости не имеют оси симметрии. Для уменьшения асимметрии решетка прикрепляется к поясным уголкам с внутренней стороны. Все же такое решение сопряжения поясов с решеткой создает условия для закручивания пояса, которое должно погашаться надежным закреплением пояса связями.
Сжатые стержни из двух уголков как при равных, так и при различных расчетных длинах легко скомпоновать равноустойчивыми в двух взаимно перпендикулярных направлениях.
Жесткость сечения, характеризуется его радиусами инерции, которые прямо пропорциональны генеральным размёрам сечения и могут быть приближенно выражены для таврового сечения из двух уголков соотношениями ix(0.3h и iy(0.2b(рис 9.13 Б-Г) .
Если расчетная длина стержня фермы одинакова в плоскостях x-x и y-y (опорные раскосы, пояса стропильных ферм, закрепленные в каждом узле кровельными плитами), то из условия равноустойчивости при работе стержня на продольный изгиб
·x=
·y необходимо, чтобы радиусы инерции относительно обеих осей были равны, т. е. ix= iy. Для этого нужно расположить неравнополочные уголки большими полками вместе.
Тавровое сечение из двух уголков, составленных вместе меньшими полками(рис 9.13 В), употребляется в случаях, когда расчетная длина стержня вне плоскости фермы в 2 раза больше, чем в плоскости. В таком сечении b (3h и, следовательно, iy=0,2 b=0.6 h=2ix т. е. жесткость стержня вне плоскости также в 2 раза больше, чем в плоскости ферм.
Тавровое сечение из двух равнополочных уголков(рис 9.13 Б), является наиболее распространенным для стержней решетки. Это сечение обеспечивает равноустойчивость сжатых стержней решетки так как имеет большую жесткость вне плоскости фермы ( относительно оси У-У), что отвечает большей расчетной длине сжатого раскоса вне плоскости фермы ly=1.25ix. Действительно, в таком случае iy=0,2 b=0.4 h=1.33ix, что соответствует указанному соотношению расчетных длин.
Современные типовые решения стропильных ферм имеют несколько видов. Остаются типовые решения со стержнями из двух прокатных уголков, имеются трубчатые фермы, у которых пояса и решетка выполняются из электросварных труб. Толщину стенки труб поясов рекомендуется принимать не менее 1/45-1/50 диаметра и, как правило, на 1-2 мм больше минимальной толщины, принимаемой для трубчатых стержней решетки. Трубчатые фермы используются при строительстве башен, мачт, кранов открытых эстакад и т. п.
Большим преимуществом трубчатых стержней является их хорошая обтекаемость. Благодаря обтекаемости ветровые давления на них меньше, на них мало задерживаются грязь и влага, поэтому они более стойки против коррозии, их легко очищать и окрашивать, что также повышает долговечность.

.

11. Тяжелые фермы, типы сечений стержней. Их область применения.
Беленя 225 стр.
Стержни тяжелых стальных ферм отличаются от легких более мощными сечениями, составленными из нескольких элементов, что обусловлено их большими расчетными длинами и действующими в них значительными усилиями. Сечения их обычно проектируют двухстенчатыми (рис. 9.14), а узловые сопряжения их между собой осуществляются в двух плоскостях. Стержни тяжелых ферм (как раскосы и стойки, так и пояса) в разных панелях имеют разные по размерам, но одного вида сечения.
Тяжелые фермы, воспринимающие динамические нагрузки (железнодорожные мосты, краны и т. п.), иногда проектируются клепаными. Современные тяжелые фермы, как правило, конструируются из сварных стержней с узлами на высокопрочных болтах.
Применяются следующие типы сечений стержней тяжелых стальных ферм:
Н-образные сечения из двух вертикальных листов (вертикалов)', связанных горизонтальным листом (горизонталом) (рис. 9. 14, а), из четырех неравнобоких уголков, также связанных горизонтальным листом (рис. 9.14,6). Развитие этих сечений в смежных панелях происходит в сварных сечениях посредством добавления вертикальных листов (рис. 9.14, в). Сечения эти удобно прикреплять к фасонкам, так как они имеют гладкую наружную поверхность и симметричны. В простейшей своей форме они малотрудоемки и в этом отношении существенно превосходят все остальные сечения. Если конструкция не защищена от падания атмосферных осадков, в расположенных горизонтально элементах необходимо оставлять отверстия для стока воды. Н-образное сечение применяется как для поясов, так и для раскосов ферм;
швеллерное сечение из двух швеллеров, поставленных полками внутрь (рис. 9.14, г). При этом используются как прокатные швеллеры (рис. 9.14, г), так и составленные из листов и уголков. Подобного типа сечения чаще всего применяются в клепаных конструкциях. Сечения в смежных стержнях изменяют наклёпкой или приваркой к швеллерам листов (рис. 9.1, де). Стержни швеллерного сечения имеют хорошую устойчивость в обеих плоскостях, и поэтому такое сечение целесообразно применять для сжатых элементов, особенно при большой их длине. Недостатком швеллерного сечения является наличие двух ветвей, которые приходится соединять планками или решетками (аналогично центрально сжатым колоннам);
коробчатое сечение из двух вертикальных элементов, соединенных горизонтальным листом сверху (рис. 9.14, ж, з,и), применяется главным образом для верхних поясов тяжелых мостовых ферм. Жесткость сечения значительно повышается, если снизу вертикальные ветви соединить решеткой (рис. 9.14, з);
одностенчатое двутавровое сечение из широкополочного сварного или прокатного двутавра, поставленного вертикально (рис. 9. 14,к). Сжатые пояса двутаврового сечения требуют более частого закрепления из плоскости фермы, так как у них IУ значительно меньше, чем Iх;
трубчатые стержни, применяемые в сварных тяжелых фермах, имеют тс же преимущества, что и в легких фермах (см. стр. 240).



12. Порядок подбора сечений стержней.
Беленя 227 стр.
Подбор сечений сжатых стержней
начинается с определения требу» мой площади по формуле
Атр=N/(
·R
·)

· коэффициент условия работы принимается по прил. 13.

· находится по продольной гибкости
·=l0/i
l0 – расчетная длина стержня, i =
·(I/A).
Эти параметры обычно задаются гибкостью стержня, учи типам ее пень загруження и характер его работы. По заданной гибкости находят соответствующую величину
· и площадь А.
При предварительном подборе для поясов легких ферм можно принять
· =80-60 и для решетки
· =120-100.
Задавшись гибкостью
·, можно также найти требуемые радиус инерции сечения по формулам.
ixтр=lox/
·, iyтр=loy/
·,
В соответствии с требуемыми радиусами инерции и площадью сеч пня но сортаменту подбирается подходящий калибр профиля. Принимая после этого профиль с промежуточным значением площади и соответствующим радиусом инерции определяют во втором приближении гибкость, коэффициент
· и напряжение
Подбор сечений растянутых стержней
Требуемую площадь нетто сечения растянутого стержня фермы из стали с отношением RB/
·HAП = N/R
·
где
· коэффициент условий работы;
·н=1,3 коэффициент надежности.
Скомпоновав по требуемой площади сечение (с учетом установленного ассортимента профилей и общих конструктивных требований), производят проверку принятого сечения, причем подсчитывают действительное его ослабление отверстиями.
Подбор сечений стержней при действии продольной силы и момента (внецентренное сжатие)
Изгибающий момент принимается равным наибольшему моменту в пределах средней трети длины панели пояса, определяемому из расчета пояса как упругой неразрезной балки (см. § 3).
Расчетные значения продольной силы N и изгибающего момента Мх в стержнях следует принимать для одного и того же сочетания нагрузок из расчета системы по недеформированной схеме в предположении упругих деформаций стали.
Расчет на устойчивость внецентренно сжатого верхнего пояса фермы следует выполнять как в плоскости действия момента, так и из плоскости действия момента.
Подбор сечения можно начать с определения требуемой площади сечения стержня, используя формулу проверки устойчивости в плоскости изгиба
AТР = N/(
·ВНR
·)
приведенный эксцентриситет будет иметь следующий вид:
mпр=
·m=
·e0/
·x=
·MxAz/NIx
где
·x расстояние от горизонтальной оси до края ядра сечения; zрасстояние от центра тяжести сечения до сжатого от момента края сечения; Мх момент относительно горизонтальной оси.
Предварительный подбор сечения производят как для центрально-сжатого стержня.
Для принятого типа сечения по прил. 10 находим
·.
Зная
·x и
·, определяют по формуле приведенный эксцентриситет mпр, а по нему и по приведенной гибкости
·х--коэффициент
·вн (см. прил. 9) и, наконец, по формуле AТР = N/(
·ВНR
·) находят требуемую площадь. Зная площадь и высоту h, компонуют сечение. Если сечение компонуется плохо, изменяют значение гибкости и определяют новое значение площади.
Получив геометрические характеристики намеченного сечения, производят проверку стержня в плоскости действия момента по формуле

·=N/
·внА<=R
·
Коэффициент
·вн принимается по точно вычисленным характеристикам
·х-- и mnp для принятого сечения.
Расчет на устойчивость при m<20 не требуется.
Проверка устойчивости стержня из плоскости действия момента производится (при 1Х>1У) по формуле

·=N/c
·yА<=R
·
Коэффициент продольного изгиба центрально-сжатого стержня щ относительно оси у принимают по гибкости стержня
·=l0/i
При наличии в стержне отверстий для болтов прочность внецентренно сжатых стержней проверяется по формуле
(N/AНТ±Mxy/IxНТ)y<=R
·
где AНТ и IxНТ площадь и момент инерции нетто; y расстояние от нейтральной оси до края сечения.

13. Общая характеристика каркасов производственных зданий.
Современные производства размещаются в многоэтажных и одноэтажных зданиях, схемы и конструкции которых достаточно многообразны.
По числу пролетов одноэтажные здания подразделяются на однопролетные и многопролетные (с пролетами одинаковой и разной высоты). В настоящее время строится больше многопролетных (с числом пролетов два и более) зданий.
Ограждающие конструкции, защищающие помещение от влияния внешней среды, пути внутрицехового транспорта, различные площадки, лестницы, трубопроводы и другое технологическое оборудование крепятся к каркасу здания.
Каркас, т. е. комплекс несущих конструкций, воспринимающий и передающий на фундаменты нагрузки от веса ограждающих конструкций, технологического оборудования, атмосферные нагрузки и воздействия, нагрузки от внутрицехового транспорта (мостовые, подвесные, консольные краны), температурные технологические воздействия и т.п., может выполняться из железобетона, смешанным (т. е. часть конструкций железобетонные, часть стальные) и стальным. Выбор материала каркаса является важной технико-экономической задачей.
Пример конструктивной схемы стального каркаса двухпролетного производственного здания показан на рис. 10.1.
По виду внутрицехового транспорта здания подразделяются на бескрановые, с мостовыми кранами, с подвесными кранами, с подвесными конвейерами. Выбор вида транспорта определяется массой грузов, траекториями их перемещения. При стабильных, многократно повторяющихся траекториях наиболее удобны наземные и подвесные конвейеры, и значительное число современных зданий оборудуется именно таким транспортом. Для перемещения грузов с большой массой по разнообразным траекториям оказываются более целесообразными мостовые и подвесные краны, с помощью которых груз может быть доставлен в любую точку цеха. Такие же перемещения могут обеспечивать козловые и полукозловые краны, но их использование требует исключения части площади цеха из технологического процесса в целях безопасной эксплуатации.
Многие современные производственные здания характеризуются большими пролетами, большой высотой помещений, большими нагрузками от мостовых кранов.
Например, конверторный цех (с тремя конверторами объемом 400 м3) занимает площадь около 3 га и представляет собой многопролетное многоэтажное здание с пролетами шириной 1530 м и высотой до 80 м. Здание оборудовано мостовыми кранами грузоподъемностью до 450 т. В машиностроительной промышленности есть здания высотой 4060 м и мостовыми кранами грузоподъемностью до 1200 т.
Конструкция здания должна полностью удовлетворять назначению сооружения, быть надежной, долговечной и наиболее экономичной.

14. Область рационального применения стальных конструкций в каркасах
производственных зданий.
Область применения стальных каркасов с учетом дефицита стали регламентируется ТП 101-81 «Технические правила по экономному расходованию основных строительных материалов». По этим правилам в одноэтажных промышленных зданиях допускается применение стального каркаса при:
высоте здания от пола до низа стропильной фермы, равной или большей 18 м;
кранах грузоподъемностью 50 т и более, а при кранах весьма тяжелого режима работы при любой грузоподъемности; двухъярусном расположении кранов; шаге колонн-более 12 м;
строительстве в труднодоступных районах (горы, пустыни и т. п.) и в районах, где нет базы по изготовлению железобетонных конструкций.
Кроме того, допускается применять сквозные типовые легкие конструкции комплектной (включая ограждающие конструкции) поставки при пролетах не менее 24 м и сплошные рамные коробчатые сечения при пролетах не менее 18 м для строительства зданий площадью не менее 5 тыс. м2, а при обосновании экономического эффекта в виде прибыли от реализации досрочно выпущенной продукции и при меньших площадях.
Смешанные каркасы, т. е. состоящие из железобетонных колонн и стальных стропильных и подстропильных ферм, допускается применять при:
пролете не менее 30 м;
подвесном транспорте грузоподъемностью 5 т и более, а также при развитой сети конвейерного транспорта;
тяжелых условиях эксплуатации (динамические нагрузки или нагрев конструкций до температур свыше 100 °С);
расчетной сейсмичности 9 баллов и пролете не менее 18 м, сейсмичности 8 баллов и пролете не менее 24 м;
легких кровлях неотапливаемых зданий при пролете не менее 24 м, а при наличии подвесного транспорта грузоподъемностью не менее 2 т и при меньших пролетах;
пролетах многопролетных неотапливаемых зданий с рулонной кровлей при пролете 18 м и более.
В железобетонных каркасах часть элементов (фонари, связи, ригели фахверка) допускается выполнять из стали, а подкрановые балки почти во всех случаях (за исключением балок пролетами 6 и 12 м под краны легкого и среднего режимов работы грузоподъемностью не более 32 т) проектируются стальными.

15. Основные требования к конструкциям производственных зданий.
В промышленных зданиях по сравнению с другими наиболее существенно влияние технологии производства на конструктивную схему каркаса, и поэтому часто конструктивная форма полностью определяется габаритами и расположением оборудования, внутрицеховым транспортом, путями перемещения деталей и готовой продукции. Технологии производства различной продукции весьма разнообразны, а эксплуатационные требования почти всегда конкретны, специфичны именно для данного производства. Однако некоторые требования являются общими для всех производств:
удобство обслуживания и ремонта производственного оборудования, что требует соответствующего расположения колонн, подкрановых путей, связей и других элементов каркаса;
нормальная эксплуатация кранового оборудования и других подъ-емых механизмов, включая доступность его осмотра и ремонта;
необходимые условия аэрации и освещения зданий;
долговечность конструкций, которая зависит в основном от степени агрессивности внутрицеховой среды;
относительная безопасность при пожарах и взрывах.
Чрезвычайно большое влияние на работу каркаса здания оказывают краны. Являясь динамическими, многократно повторяющимися и большими по величине, крановые воздействия часто приводят к раннему износу и повреждению конструкций каркаса, особенно подкрановых балок. Поэтому при проектировании каркаса здания необходимо особо учитывать режим работы мостовых кранов, который зависит от назначения здания и производственного процесса в нем.
Мостовые краны могут быть с ручным приводом (при малой грузоподъемности) и электрические. Режим работы кранов с электрическим приводом определяется интенсивностью их работы, которая численно оценивается коэффициентами использования по грузоподъемности (отношение средней массы груза за смену к грузоподъемности), годовым (отношение числа дней работы за год к 360) и суточным (отношение числа часов работы в сутки к 24), относительной продолжительностью включения двигателя крана (отношение времени работы механизма в течение цикла к продолжительности цикла), количеством включений механизма в час. Учитываются и некоторые специфические условия эксплуатации (например, взрывоопасность помещений, повышенные температуры и т. п.).
Краны с электрическим приводом могут работать в четырех режимах (независимо от грузоподъемности):
легком (Л)работают с большими перерывами, редко поднимая грузы, масса которых близка к грузоподъемности. Это обычно краны, не связанные с технологией производства, а предназначенные для кратковременных монтажных и ремонтных работ.
среднем (С) -обеспечивают технологический процесс в механических и сборочных – цехах со среднесерийным производством;
тяжелом (Т) работают в.цехах с крупносерийной продукцией (механосборочные, кузнечнопрессовые и т.п.), а также в некоторых цехах металлургического производства;
весьма тяжелом (ВТ) все численные характеристики режима работы близки к единице. Это обычно краны цехов металлургического производства, в том числе и краны с жестким подвесом груза .
Краны легкого, среднего, тяжелого режимов работы имеют гибкий подвес груза.
Режим работы кранов и тип подвеса груза учитываются при проектировании каркасов.
В связи с этим перед началом проектирования каркаса должны быть получены исчерпывающие данные о транспортном оборудовании и подсчитано число циклов нагружения конструкций за нормативный срок их эксплуатации (цикл нагружения изменение напряжения от нуля через максимум до нуля). За количество циклов для подкрановых конструкций можно принимать число подъемов груза за срок службы.
На работу и долговечность строительных конструкций здания большое влияние оказывает внутрицеховая среда. Степень агрессивного воздействия внутрицеховой среды на стальные конструкции определяется скоростью коррозионного поражения незащищенной поверхности металла, мм/год. В зависимости от концентрации агрессивных газов и относительной влажности установлены четыре степени агрессивности среды для стальных конструкций: неагрессивная (скорость коррозии незащищенного металла до 0,01 мм/год), слабая (до 0,05 мм/год), средняя (до 0,1 мм/год) и сильная (свыше 0,1 мм/год).
При проектировании зданий с сильной степенью агрессивности среды особое внимание обращается на выбор марки стали, достаточно стойкой против коррозии при определенном составе агрессивной среды, конструктивную форму элементов каркаса, эффективные защитные покрытия.
В некоторых зданиях стальные конструкции подвергаются высоким тепловым воздействиям (нагрев до температуры 150 °С и рчше), случайным воздействиям расплавленного металла или огня. При нагреве стальных конструкций до температуры свыше 100150 °С разрушается их защитное лакокрасочное покрытие, при нагреве свыше 200300 °С происходят искривление и коробление элементов (особенно при неравномерном нагреве), а при нагреве свыше 400500°С происходит падение прочностных свойств стали. При проектировании металлических конструкций таких зданий нужно предусматривать специальную защиту конструкций от чрезмерного нагрева. При длительном воздействии лучистой или конвекционной теплоты или при кратковременном непосредственном воздействии огня применяют подвесные металлические экраны, футеровки из кирпича или жаропрочного бетона; от брызг расплавленного металла и при опасности его прорыва конструкции защищают облицовками из огнеупорного кирпича или жароупорного бетона.
При проектировании зданий, эксплуатируемых в условиях низких температур (климатический пояс с расчетными температурами от минус 40 до минус 65 °С), учитывая возможность хрупкого разрушения стали, выбирают соответствующие марки стали, проверяют конструкции.


16. Состав каркаса промышленного здания. Его конструктивные схемы.
Каркасы производственных зданий в большинстве случаев проектируются так, что несущая способность (включая жесткость) поперек здания обеспечивается поперечными рамами, а вдоль продольными элементами каркаса, кровельными и стеновыми панелями.
Поперечные рамы (см. рис. 10.1) каркаса состоят из колонн (стоек рамы) и ригелей (в виде ферм или сплошностенчатых сечений).
Продольные элементы каркаса это подкрановые конструкции, подстропильные фермы, связи между колоннами и фермами, кровельные прогоны (или ребра стальных кровельных панелей).
Кроме перечисленных элементов в составе каркаса обязательно имеются конструкции торцевого фахверка (а иногда и продольного), площадок, лестниц и других элементов здания.

Конструктивные схемы каркасов достаточно многообразны. В каркасах с одинаковыми шагами колонн по всем рядам наиболее простая конструктивная схема это поперечные рамы, на которые опираются подкрановые конструкции, а также панели покрытия или прогоны (рис. 10.2,а, б). Такое конструктивное решение обеспечивает выполнение эксплуатационных требований в большинстве машиностроительных цехов, в которых оборудование удобно размещается при относительно небольших шагах колонн по внутренним рядам (612 м). Технологии производств, размещенных во многих цехах металлургического производства (прокатные цехи, цехи раздевания слитков и т.д.), также позволяют использовать эту схему. Такая схема удобна для бесфонарных зданий и для зданий с продольными фонарями.
При необходимости освещения с помощью поперечных фонарей их конструкции также могут быть использованы для опирания панелей покрытия (рис. 10.2, а, в). При необходимости больших шагов колонн по всем рядам можно использовать схему с продольным фонарем, несущим часть нагрузки от покрытия (рис. 10.2,г). На конструкции фонаря опираются прогоны, расположенные параллельно фермам. Для опирания другого конца прогонов между колоннами устраивается подстропильная ферма. В случаях повышенных требований по освещенности помещений иногда используются каркасы с шедовым локрытием (рис. 10.2, д), в которых на ригели рам опираются конструкции поперечных фонарей, а на них прогоны или панели покрытия.
При больших пролетах и шагах колонн эффективно применяются каркасы с пространственным ригелем (рис. 10.2, е). Ригель рамы выполняется в виде коробчатого сквозного сечения с консолями, на которые опираются конструкции фонаря.
При относительно небольших пролетах используются сплошные рамные каркасы (рис. 10.2, ж) для одно- и многопролетных зданий с пролетами 1224 м, высотой помещения 58 м без мостовых кранов и с кранами грузоподъемностью до 20 т, с фонарями и без. Эти каркасы выполняются в виде бесшарнирных систем, трехшарнирных, трехшар-нирных с затяжкой. Мостовые краны опираются на консоли или устанавливаются на легкие крановые эстакады. Каркасы очень удобны в изготовлении, транспортировке, монтаже. Сечения рам составные из швеллеров и листовой стали или из гнутосварных профилей. Производство таких каркасов поставлено на поток, и в связи с этим они весьма экономичны. Использование таких схем при изготовлении малыми сериями экономически не оправдано, так как они всегда несколько тяжелее, чем сквозные системы.
В цехах, где по средним рядам шаг колонн должен быть больше, чем по крайнему ряду, устанавливаются подстропильные фермы, на которые опираются ригели рам (см. рис. 10.3, а, разрез 22). При кранах большой грузоподъемности и с большим расстоянием между колоннами часто оказывается целесообразным совместить функции подстропильных ферм и подкрановых конструкций и предусмотреть по среднему ряду подкраново-подстропильную ферму (см. рис. 10.3,6, разрез 2 2), на верхний пояс которой опирается кровля, а на нижний краны.
Конструктивные схемы каркасов различаются видом сопряжений (жесткое, шарнирное) ригеля с колонной. При жестком сопряжении (рис. 10.4, а) конструкция узла крепления фермы к колонне обеспечивает передачу моментов и в расчетной схеме принимается жесткий узел. При жестком сопряжении горизонтальные перемещения рам меньше, чем при таких же воздействиях на раму с шарнирным сопряжением.
Большая жесткость необходима в цехах с мостовыми кранами, работающими весьма интенсивно. В этих цехах горизонтальные перемещения колонн могут препятствовать нормальной эксплуатации мостовых кранов. Однако жесткое сопряжение препятствует типизации ферм, на которые в этом случае передаются значительные опорные моменты, разные для рам с разными параметрами. Поэтому жесткое сопряжение можно рекомендовать главным образом для однопролетных каркасов большой высоты при кранах ВТ и Т режимов работы с числом циклов загружения крановой нагрузкой 2Х106 и более. В остальных однопролетных каркасах более целесообразно шарнирное сопряжение (рис. 10.4, б).
В многопролетных цехах горизонтальные нагрузки на одну раму воспринимаются несколькими (а не двумя, как в однопролетных) колоннами, и поэтому даже в цехах большой высоты часто оказывается возможным использовать шарнирное сопряжение.
В многопролетных цехах с пролетами разной высоты возможны решения, при которых часть узлов проектируется жесткими, а часть шарнирными (рис. 10.4, в).
Опирание колонн на фундаменты в плоскости рам обычно конструируется жесткими (см. рис. 10.2, 10.3, 10.4,ав), но возможно решение, при котором только часть колонн сопрягается с фундаментом жестко, а часть шарнирно (рис. 10.4,г). Такое решение часто оказывается экономически выгодным при больших тепловыделениях во время эксплуатации здания.
Подкрановые конструкции в большинстве случаев опираются на колонны каркаса, но возможны и конструктивные решения, при которых внутри цеха проектируется специальная крановая эстакада, состоящая из колонн, связей между ними, подкрановых и тормозных балок. Эстакада на вертикальные нагрузки работает раздельно с каркасом, и такое решение может оказаться целесообразным тогда, когда ожидается (после некоторого срока эксплуатации) увеличение грузоподъемности мостовых кранов.
Каркасы промышленных зданий изредка проектируются в виде висячих конструкций, складок, оболочек, структур.


17. Компоновка конструктивной схемы каркаса промышленного здания.
Проектирование каркаса производственного здания начинают с выбора конструктивной схемы и ее компоновки. Исходным материалом является технологическое задание, в котором даются расположение и га бариты агрегатов и оборудования цеха, количество кранов, их грузоподъемность и режим работы. Технологическое задание содержит данные о районе строительства, условиях эксплуатации цеха (освещенность, температурно-влажностный режим и т. п.).
После выбора конструктивной схемы одновременно с компоновкой решаются принципиальные вопросы архитектурно-строительной части проекта (определяются ограждающие конструкции, назначается расположение оконных, воротных проемов и т.п.).
При компоновке конструктивной схемы каркаса решаются вопросы размещения колонн здания в плане, устанавливаются внутренние габариты здания, назначаются, и взаимоувязываются размеры основных конструктивных элементов каркаса.
Размещение колонн в плане.
Размещение колонн в плане принимают с учетом технологических, конструктивных и экономических факторов. Оно должно быть увязано с габаритами технологического оборудования, его расположением и направлением грузопотоков. Размеры фундаментов под колонны увязывают с расположением и габаритами подземных сооружений (фундаментов под рабочие агрегаты, боровов, коллекторов и т.п.). Колонны размещают так, чтобы вместе с ригелями они образовывали поперечные рамы, т.е. в многопролетных цехах колонны разных рядов устанавливаются по одной оси.
Согласно требованиям унификации промышленных зданий, расстояния между колоннами поперек здания (размеры пролетов) назначаются в соответствии с укрупненным модулем, кратным 6 м (иногда 3 м); для производственных зданий /=18, 24, 30, 36 м и более. Расстояния между колоннами в продольном направлении (шаг колонн) также принимают кратными 6 м. Шаг колонн однопролетных зданий (рис. 11.1), а также шаг крайних (наружных) колонн многопролетных зданий обычно не зависит от расположения технологического оборудования и его принимают равным 6 или 12 м. Вопрос о назначении шага колонн крайних рядов (6 или 12 м) для каждого конкретного случая решается сравнением вариантов. Как правило, для зданий больших пролетов (1^ ^30 м) и значительной высоты (Я^14 м) с кранами большой грузоподъемности (Q^50 т) оказывается выгоднее шаг 12 м и, наоборот, для зданий с меньшими параметрами экономичнее оказывается шаг колонн 6 м. У торцов зданий (см. рис. 11.1) колонны обычно смещаются с модульной сетки на 500 мм для возможности использования типовых ограждающих плит и панелей с номинальной длиной 6 или 12 м. Смещение колонн с разбивочных осей имеет и недостатки, поскольку у торца здания продольные элементы стального каркаса получаются меньшей длины, что приводит к увеличению типоразмеров конструкций.
В многопролетных зданиях шаг внутренних колонн исходя из технологических требований (например, передача продукции из пролета в пролет) часто принимается увеличенным, но кратным шагу наружных колонн (рис. 11.2).
При больших размерах здания в плане в элементах каркаса могут возникать большие дополнительные напряжения от изменения температуры. Поэтому в необходимых случаях здание разрезают на отдельные блоки поперечными и продольными температурными швами. Нормами проектирования установлены предельные размеры температурных блоков, при которых влияние климатических температурных воздействий можно не учитывать (табл. 11.1).
Наиболее распространенный способ устройства поперечных температурных швов заключается в том, что в месте разрезки здания ставят две поперечные рамы (не связанные между собой какими-либо продольными элементами), колонны которых смещают с оси на 500 мм в каждую сторону, подобно тому как это делают у торца здания (рис. 11.2,а).

Продольные температурные швы решают либо расчленением многопролетной рамы на две (или более) самостоятельные, что связано с установкой дополнительных колонн, либо с подвижным в поперечном направлении опиранием одного или обоих ригелей на колонну с помощью катков или другого устройства. В первом решении предусматривается дополнительная разбивочная ось на расстоянии 1000 или 1500 мм от основной (рис. 11.2,а). Иногда в зданиях, имеющих ширину, превышающую предельные размеры для температурных блоков, продольную разрезку не делают, предпочитая некоторое утяжеление рам, необходимое по расчету на температурные воздействия.
При этом также возникает необходимость в дополнительной разбивоч-ной оси. Расстояние между осью продольного ряда колонн одного отсека и осью торца примыкающего к нему другого отсека, принимается равным 1000 мм, а колонны смещаются с оси внутрь на 500 мм (рис. 11.2, б).

18. Компоновка однопролетной поперечной рамы одноэтажного промышленного здания.
Вертикальные габариты здания зависят от технологических условий производства и определяются расстоянием от уровня пола до головки кранового рельса Hi и расстоянием от головки кранового рельса до низа несущих конструкций покрытия Н2. В сумме эти размеры составляют полезную высоту цеха Н0 (рис. 11.3).
Размер H 2 диктуется высотой мостового крана
H2=(HK+100)+f
где HK+100 расстояние от головки рельса до верхней точки тележки крана плюс установленный по требованиям техники безопасности зазор между этой точкой и строительными конструкциями, равный 100 мм; f размер, учитывающий прогиб конструкций покрытия (ферм, связей), принимаемый равным 200400 мм, в зависимости от величины пролета (для больших пролетов больший размер).
Габариты мостовых кранов даются в соответствующих стандартах и заводских каталогах (см. прил. 1).
Окончательный размер Н2 принимается обычно кратным 200 мм. Высота цеха от уровня пола до низа стропильных ферм
H0=H2+H1
где H1 наименьшая отметка головки кранового рельса, которая задается по условиям технологического процесса (обусловливается требуемой высотой подъема изделия над уровнем пола).
Размер Н0 принимается кратным 1,2 м до высоты 10,8 м, а при большей высоте кратным 1,8 м из условия соизмеряемое™ со стандартными ограждающими конструкциями. Если приходится несколько увеличить высоту цеха, то надо изменить отметку головки рельса (полезную высоту цеха), а размер Н2 оставить минимально необходимым. В отдельных случаях при соответствующем обосновании размер Н0 принимают кратным 0,6 м.
Далее устанавливают размеры верхней части колонны Нв, нижней части Ян и высоту у опоры ригелей Нф. Высота верхней части колонны
HB=hб+hp+H2
где hб высота подкрановой балки, которая предварительно принимается 1/81/10 пролета балки (шага колонн); hp высота кранового рельса, принимаемая предварительно равной 200 мм.
Окончательно уточняют величину Hв после расчета подкрановой балки.
Размер нижней части колонны, мм
HН = H0- HB+(6001000)
где (600...1000) мм обычно принимаемое заглубление опорной плиты башмака колонны ниже нулевой отметки пола.
Общая высота колонны рамы от низа базы до низа ригеля
H = HВ+HН

Высота части колонны в пределах ригеля Яф зависит от принятой конструкции стропильных ферм. При плоских кровлях и фермах с элементами из парных уголков в соответствии с ГОСТ 2311978 «Фермы стропильные стальные сварные с элементами из парных уголков для производственных зданий» высота Нф (по обушкам уголков) принимается равной 2,25 м при пролете 24 м и 3,15 м при пролетах 30, 36 м. При элементах ферм, выполненных из других профилей, целесообразно принимать высоту такой же.
Если на здании есть светоаэрационные или аэрационные фонари, высоту их ЯфН определяют светотехническим или теплотехническим расчетом с учетом высот типовых фонарных переплетов (1250 и 1750 мм), бортовой стенки и карнизного элемента.
При определении горизонтальных размеров учитываются унифицированные привязки колонн к разбивочным осям, требования прочности й жесткости, предъявляемые к колоннам, эксплуатационные требования.
Привязка наружной грани колонны к оси колонны а может быть нулевой, 250 или 500 мм. Нулевую привязку принимают в зданиях без мостовых кранов, а также в невысоких зданиях (при шаге колонн 6 м), оборудованных кранами грузоподъемностью не более 30 т.
Привязку размером а = 500 мм принимают для относительно высоких зданий с кранами грузоподъемностью 100 т и более, а также если в верхней части колонны устраиваются проемы для прохода. В остальных случаях а = 250 мм.
Колонны постоянного по высоте сечения используются для цехов с подвесным транспортом и с мостовыми кранами небольшой грузоподъемности. Высота сечения таких колонн назначается с учетом унифицированных привязок наружных граней колонн к разбивочной оси, а также (при фермах с элементами из парных уголков) установленной ГОСТ 2311978 привязки ферм к разбивочной оси (200 мм). Таким образом, высота сечения колонны может быть 450 мм (250+200) и 700 мм (500+ +200). Если по условиям прочности или жесткости колонны требуется большая высота (обычно высота сечения не должна быть менее '/2о высоты колонны от верха фундамента до низа стропильной фермы), то можно рекомендовать высоту сечения колонны в пределах высоты фермы 450 или 700 мм, а ниже фермы большей.
Высоту сечения верхней части ступенчатой колонны hB назначают аналогично (450, 700 мм), но не менее 1/12 ее высоты Нв (от верха уступа до низа стропильной фермы).
В цехах с интенсивной работой кранов и большой скоростью перемещения (при ВТ и частично Т режимах работы) возникает необходимость частого осмотра и ремонта крановых путей. Для выполнения этих работ должен быть обеспечен безопасный проход вдоль пути, поэтому в стенках верхних частей колонн устраиваются проходы шириной не менее 400 мм и высотой 2000 мм (см. рис. 11.3,/). Высота сечения- верхней части колонны получается не менее 1000 мм (если проход не располагается вне сечения колонны; см. рис. 11.3).
При назначении высоты нижней части ступенчатой колонны нужно учесть, что для того чтобы кран при движении вдоль цеха не задевал колонну, расстояние от оси подкрановой балки до оси колонны должно быть не менее, мм
L1=>B1+(hB-a)+75
где В1 размер части кранового моста, выступающей за ось рельса, принимаемый по ГОСТ на краны (см. прил. 1); 75 мм зазор между краном и колонной, по требованиям безопасности принимаемый по ГОСТу на краны.
При устройстве прохода вне колонны (см. рис, 11.3,//) размер 1\ включает еще 450 мм (400 мм габарит прохода и 50 мм на ограждение). Пролеты кранов lк имеют модуль 500 мм, поэтому размер l1 должен быть кратным 250 мм.
Ось подкрановой ветви колонны обычно совмещают с осью подкрановой балки; в этом случае высота сечения нижней части колонны
HH=l1+a
С учетом обеспечения жесткости цеха в поперечном направлении высота сечения нижней части колонны назначается не менее 1/20H, а в цехах с интенсивной работой мостовых кранов не менее 1/15 H.
Верхнюю часть колонны обычно проектируют сплошной, двутаврового сечения; нижнюю часть принимают сплошной при ширине до 1 м, а при большей ширине ее экономичнее делать сквозной.
Ширина фонаря обычно назначается 6 или 12 м.
При компоновке устанавливаются схемы и размеры связей, фахверка и других элементов каркаса.

19. Связи. Назначение. Типы.
Система связей между колоннами обеспечивает во время эксплуатации и монтажа геометрическую неизменяемость каркаса и его несущую способность в продольном направлении (воспринимая при этом некоторые нагрузки), 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 (рис. 11.5) включены две колонны, подкрановая балка, горизонтальные распорки и решетка, обеспечивающая при шарнирном соединении всех элементов диска геометрическую неизменяемость. Решетка чаще проектируется крестовой (см. рис. 11.5,а), элементы которой работают на растяжение при любом направлении сил, передаваемых на диск, и треугольной (см. рис. 11.5,6), 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 (см. рис. 11.5, 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. 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 перемещений колонн при температурных деформациях продольных элементов (рис. 11.6, а). Если поставить диски по торцам здания (рис. 11.6,6), то во всех продольных элементах (подкрановые конструкции, подстропильные фермы, распорки связей) возникают значительные температурные усилия Ft.
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 случаях вертикальные связи ставятся в двух панелях (рис. 11.7,6), причем расстояния между их осями должно быть таким, чтобы усилия Ft не были очень велики. Предельные расстояния между дисками зависят от возможных перепадов температур (разных для отапливаемых и неотапливаемых зданий, строящихся в районах с разными

расчетными зимними температурами) и установлены нормами (табл. 11.2).
По торцам здания крайние колонны иногда соединяют между собой гибкими верхними связями (рис. 11.7,а). Вследствие относительно малой жесткости надкрановой части колонны расположение верхних связей в торцовых панелях лишь незначительно сказывается на температурных напряжениях. Верхние торцовые связи также делают в виде крестов (рис. 11.7,6"), что целесообразно с точки зрения монтажных условий и однотипности решений.
Верхние вертикальные связи следует размещать не только в торцовых 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.
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 блоке и торцовых шагах, проектируют в виде самостоятельных ферм (монтажного элемента), в остальных местах ставят распорки.
Особое внимание следует уделять компоновке связей между колоннами в горячих цехах при применении неразрезных подкрановых балок или большом внутреннем шаге колонн, несущих мощные продольные конструкции (например, подкраново-подстропильные фермы). В этих случаях полностью отсутствует узловая податливость продольных конструкций, система связей становится близкой к рамной и ее температурные деформации стеснены. Обследования и экспериментальные исследования работы таких цехов показывают, что, несмотря на выполнение требований норм проектирования, вэлементах каркаса (колоннах и подкрановых балках) возникают большие дополнительные напряжения, а иногда наблюдается и разрушение связей.
Поэтому в горячих цехах с неразрезными подкрановыми балками или тяжелыми подкраново-подстропильными фермами целесообразно предусматривать специальные конструктивные мероприятия (например, уменьшение длины температурных блоков).
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. 11.8,6) могут быть приняты шарнирными опорами. При большой высоте нижней части колонны бывает целесообразна установка дополнительной распорки (рис. 11.8, б), которая закрепляет нижнюю часть колонны посередине ее высоты и сокращает расчетную длину колонны (рис. 11.8,г).
Связи, кроме условных поперечных сил, возникающих при потере устойчивости колонн из плоскости поперечных рам, воспринимают также усилия от ветра, направленного 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 силу .FBT в ряды колонн.
На рис. 11.9 выделены элементы связей и колонны, которые передают силу FBt на фундамент.
В точке А (см. рис. 11.9, а) гибкий элемент связей 1 не может воспринимать сжимающую силу, и поэтому FBt передается более короткой и достаточно жесткой распоркой 2 в точку Б. Здесь сила раскладывается на направление колонны и растянутого элемента 3, который передает усилие в точку В. В этой точке усилие воспринимается колоннами и подкрановыми балками 4, передающими силу FBT на связевый блок в точку Г. Аналогично работают связи и На силы продольных воздействий кранов FKn (рис. 11.9,6). Сечения 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 21060 а, где а отношение фактического усилия в элементе связей к его несущей способности, выше 200; для растянутых соответственно 200 и 300.

Связи по покрытию
Связи между фермами, создавая общую пространственную жесткость каркаса, обеспечивают: устойчивость сжатых элементов ригеля из плоскости ферм; перераспределение местных нагрузок ^например, крановых), приложенных к одной из рам, на соседние рамы; 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 пойса фонаря. Горизонтальные связи состоят из поперечных и продольных (рис. 11.10 и 11.11).

Элементы верхнего пойса стропильных ферм сжаты, поэтому, необходимо обеспечить их устойчивость из плоскости ферм. Ребра кровельных плит и прогоны могут рассматриватьсй как опоры, препйтствующие смещению верхних узлов из плоскости фермы при условии, что они закреплены от продольных перемещений связями.
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 (вместе с поперечными горизонтальными связями по нижним поясам ферм и вертикальными связями) обеспечивали пространственную жесткость покрытия. При большой длине здания или температурного блока (более 144 м) устанавливаются дополнительные поперечные связевые фермы. Это уменьшает поперечные перемещения поясов ферм, возникающие вследствие податливости связей.
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. Распорки прикрепляются к торцовым связям в плоскости верхних поясов ферм. В процессе монтажа (до установки плит покрытия.или прогонов) гибкость верхнего пояса из плоскости фермы не должна быть более 220. Если коньковая распорка не обеспечивает этого условия, между ней и распоркой в плоскости колонн ставится дополнительная распорка. Связи по верхнему поясу фонаря (см. рис. 11.11) проектируются аналогично.
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, и нарушается нормальная их эксплуатация. Чрезмерные колебания каркаса создают неблагоприятные условия для работы кранов и сохранности ограждающих конструкций. Поэтому в однопролетных зданиях большой высоты (#0>18 м), в зданиях с мостовыми кранами грузоподъемностью^ 10 т, с кранами тяжелого и весьма тяжелого режимов работы при любой грузоподъемности обязательна система Связей по нижним поясам ферм.
Горизонтальные силы от мостовых кранов воздействуют в поперечном направлении на одну плоскую раму или две-три смежные. Связи обеспечивают совместную работу системы плоских рам, вследствие чего поперечные деформации каркаса от действия сосредоточенной силы значительно уменьшаются (рис. 11.12, а). Жесткость этих связей должна быть достаточной для того, чтобы вовлечь в работу соседние рамы, и их ширина обычно назначается равной длине первой панели нижнего пояса фермы.
Прилегающие к опорам панели нижнего пояса ферм, особенно при жестком сопряжении ригеля с колонной, могут быть сжатыми, и 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 Fвф в узлы поперечной горизонтальной торцовой фермы, поясами которой служат нижние пояса торцовой и смежной с ней стропильных ферм (см. рис. 11.12, а).
Опорные реакции торцовой фермы FBT воспринимаются связями между колоннами и передаются на фундамент (см. рис. 11.9).
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 динами-ческдго воздействия мостовых кранов, ограничивается гибкость растянутой части нижнего пояса из плоскости рамы: при кранах -с числом циклов загружения 2X106 и более величиной 250, для прочих зданий величиной 400. Для сокращения свободной длины растянутой части нижнего пояса приходится в некоторых случаях предусматривать растяжки, закрепляющие нижний пояс в боковом направлении (см. рис

Стропильные фермы обладают незначительной боковой жесткостью, а потому процесс монтажа без их предварительного взаимного раскрепления недопустим. Поэтому необходимо устраивать вертикальные связи между фермами, располагающиеся в плоскости вертикальных стоек стропильных ферм (см. рис. 11.10,в); для удобства крепления элементов связей эти стойки часто проектируют крестового сечения (из двух уголков). Обычно устраиваются одна-две вертикальные связи по ширине пролета (через 1215 м).
При опирании опорного нижнего узла стропильных ферм на оголовок колонны (железобетонной или стальной) сверху вертикальные связи необходимо располагать также по опорным стойкам ферм.
Вертикальные связи вместе с поперечными связевыми фермами по верхним и нижним поясам обеспечивают создание жестких пространственных блоков у торцов здания. К этим блокам распорками и растяжками привязывают промежуточные фермы.
В зданиях с подвесным транспортом вертикальные связи способствуют перераспределению между фермами крановой нагрузки, приложенной непосредственно к конструкциям покрытия. В этих случаях, а также когда к стропильным фермам подвешены электрические кранбал-ки значительной грузоподъемности, целесообразно вертикальные связи между фермами располагать в плоскостях подвески непрерывно по всей длине здания.
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 6090 м 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 при шаге ферм 6 м обычно применяют крестовую решетку, раскосы которой работают только на растяжение (рис. 11.14,а). При этом получается довольно экономичное решение, если стойки связевых ферм законструировать из двух уголков (обычно крестового сечения), а раскосы из одиночных уголков. В последнее время начали применять при этом же шаге связевые фермы с треугольной решеткой (рис. 11.14,6). Здесь раскосы работают как на сжатие, так и на растяжение, поэтому их проектируют из труб или гнутых профилей. При таком типе решетки связи получаются несколько тяжелее и дороже в изготовлении, однако монтаж их упрощается. При шаге стропильных ферм 12 м диагональные элементы связей, даже работающие только на растяжение, получаются слишком тяжелыми. Поэтому систему связей проектируют так, чтобы наиболее длинный элемент был не более 12 м, и этими элементами поддерживают диагонали. На рис. 11.14, в приведена еще одна система, жесткость которой больше, чем жесткость указанных систем. На рис. 11.14, 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.
Обеспечить крепление продольных связей можно и без решетки связей по верхнему поясу ферм, которая не дает возможности использовать сквозные прогоны. В этом случае в жесткий блок входят элементы покрытия (листы, прогоны, панели), стропильные фермы и часто расположенные вертикальные связи (рис. 11.14,5). Такое решение является в настоящее время типовым.
Вертикальные связи между фермами и фонарями лучше всего делать в виде отдельных транспортабельных ферм, что возможно, если их высота будет менее 3900 мм. Возможные схемы вертикальных связей показаны на рас. 11.14.
Элементы связей шатра рассчитываются, как правило, по гибкости. Предельная гибкость для сжатых элементов этих связей 200, для растянутых400 (при кранах с числом циклов 2X106 и более300). Определить, растянут элемент связей или сжат, можно, если учесть, что связи воспринимают условные поперечные силы Qycn (как при эксплуатации, так и при монтаже), ветровые воздействия на торец здания FBT, продольные и поперечные воздействия мостовых кранов и что все эти силы могут быть направлены в одну или другую сторону (см. рис. 11.12).
На рис. 11.12 показаны знаки усилий, возникающие в элементах связей покрытия при определенном направлении ветровой нагрузки, местных горизонтальных усилий, 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. 11.12,6) 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 и сечение их подбирается исходя из сжатия.
Растянутый нижний пояс ферм не может потерять устойчивость, и поэтому растяжки (элемент 4 на рис. 11.12, е) ставятся для уменьшения колебаний нижнего пояса во время эксплуатации цеха. В этот период уже имеются поперечные связи по двум торцам и растяжки работают только на растяжение.
Сечение раскосов крестовой решетки (см. рис. 11.12, е) подбирается по гибкости для растянутых элементов связей.

20. Фахверк.

Фахверком называется система конструктивных элементов, служащих для поддержания стенового ограждения и восприятия (с последующей передачей на фундаменты и другие конструкции) ветровой нагрузки.
Фахверк устраивается для наружных стен (вдоль здания и торцовых), а также для внутренних стен и перегородок (рис. 11.16).
При самонесущих стенах, а также при панельных с длинами панелей, равными шагу колонн, необходимости в конструкциях фахверка нет.
При длине панелей, меньших шага колонн, устанавливаются стойки фахверка, и панели опираются на столики колонн и'этих стоек (рис. 11.16, а). Сечения стоек фахверка прокатные обычные и широкополочные, а таюке сварные двутавры, составные из швеллеров и сквозные из швеллеров (прокатных или гнутых) (рис. 11.16, д). Стойки опираются на фундамент и с помощью листового шарнира, передающего горизонтальные усилия, но" не стесняющего вертикальные перемещения ферм, на связи по нижним поясам ферм (рис. 11.16, в). Если по высоте есть горизонтальные площадки, то стойки опираются в горизонтальном направлении и на них. При стенах из малоразмерных элементов

(волнистые асбестоцементные, стальные, алюминиевые листы) кроме стоек предусматриваются ригели (рис. 11.16,6), к которым и крепятся стеновые листы. Ригели воспринимают вертикальные и горизонтальные нагрузки (от веса стенового ограждения и ветровой нагрузки), и поэтому проектируются достаточно жесткими в обеих плоскостях. Сечения их составляются из уголков, листов, швеллеров, гнутых профилей (рис. -11.16, е).
В торцах здания обязательно устанавливаются стойки (см. рис. 11.16,б), а при малоразмерных листах ограждения и над большими проемами ригели. В высоких цехах для обеспечения устойчивости стоек фахверка в плоскости стены ставятся распорки, которые крепятся к вертикальным связям.
Фахверк внутренних стен устраивается аналогично. Если внутренние стены кирпичные, то стойки и ригели фахверка располагаются в пределах толщины стены (рис. 11.16, г).
Стойки фахверка работают на внецентренное сжатие от эксцентрично приложенного веса стенового ограждения и ветровой нагрузки. Расчетная схема это стойка с опорами внизу и в местах крепления к горизонтальным площадкам и связям (рис. 11.17, а). Опорная горизонтальная реакция передается на связи по нижним поясам ферм (см. рис. 11.12).
Ригели фахверка работают как балки на косой изгиб (рис. 11.17,6). Вертикальная нагрузка собирается с участка, равного расстоянию ме жду ригелями (рис. 11.17, в). При стенах из блоков можно учесть, что образуются своды (рис. 11.17, г) и, если /г^0,75 /, то при определении пролетного момента принимать нагрузку с высоты, равной 0,6 /.Опорные реакции ригеля при этом определяются от полной высоты h кладки над ригелем.
Оконные проемы заполняют, как правило, стальными остекленными переплетами. Переплеты для производственных зданий, стандартизированы и применяются обычно вне зависимости от функционального назначения здания (исключение составляют некоторые специальные производства с повышенной агрессивностью среды, особыми требованиями в отношении чистоты внутрицеховой среды и т.п.).
Размеры переплетов и профили, из которых их изготовляют, регламентированы государственными стандартами. На основании этих документов разработаны типовые рабочие чертежи переплетов и механизмов открывания.
Переплеты устанавливают в оконные проемы, номинальные размеры которых должны быть кратными по ширине 1500 или 2000 мм (1, 1,5, 2, 3, 4 и 6 м) и кратными по высоте 1200 мм.
Размеры ворот производственных зданий также стандартизированы. Для автомобильного транспорта размеры проемов приняты 3X3 м, для железнодорожного транспорта4,7X5,6 (больший размер по высоте). Размеры других транспортных проемов решаются индивидуально при проектировании объекта в зависимости от конкретных требований производственного процесса. Ворота имеют жесткий металлический каркас, к которому крепятся обшивка с утеплителем.

21. Нагрузки, воздействующие на раму здания.
На поперечную раму цеха действуют постоянные нагрузки от веса ограждающих и несущих конструкций здания, временные технологические, (от мостовых кранов, подвесного транспорта, рабочих площадок и т.п.), а также атмосферные (воздействие снега, ветра). В некоторых случаях приходится учитывать особые нагрузки, вызываемые сейсмическими воздействиями, просадкой опор, аварийными нарушениями технологического процесса и др.

Постоянные нагрузки

Постоянные нагрузки на ригель рамы обычно принимают равномерно распределенными по длине ригеля (рис. 12.5).
Величину расчетной постоянной нагрузки на 1 м2 покрытия gKp удобно определять в табличной форме (см. пример).
В распределенную поверхностную нагрузку включаются нагрузки.от всех слоев кровли, конструкций фермы, фонаря, связей с соответствующими коэффициентами перегрузки. Линейная распределенная нагрузка на ригель собирается с цлощади Аг (рис. 12.5).

При подсчете линейной нагрузки на ригель qu (см. рис. 12.5, а, б) нужно спроектировать qKP на горизонтальную поверхность (см. рис. 12.5, в) и собрать с ширины, равной шагу стропильных ферм bф. Таким образом,
QП=gкрbф/cos
·
При шарнирном сопряжении ригеля с колонной нужно учесть внег центренность опирания фермы на колонну (см. рис. 12.5, б), из-за которой возникает сосредоточенный момент, равный произведению опорной реакции фермы на эксцентриситет eф. При наличии подстропильных ферм ца колонны передаются еще сосредоточенные силы Fпф, равные опорным реакциям подстропильных ферм. Сила Fпф равна весу покрытия на площади А2 (рис. 12.5).
Остальные постоянные нагрузки собирают в сосредоточенные силы, условно приложенные к низу подкрановой и надкрановой части колонны по оси сечения. Сила F1 включает в себя собственный вес нижней части колонны и нагрузку от стен на участке от низа рамы до уступа колонны (если стена не самонесущая); аналогично сила F2 включаете себя вес верхней части колонны и вес подвесных стен выше уступа; силы F1c и F2C равны весу нижней и верхней частей средней колонны. При этом моменты, возникающие от веса стен, в расчете не учитываются.
Собственная масса конструктивных элементов стальных каркасов производственных зданий может быть ориентировочно определена по табл. 12.1, составленной на основе анализа запроектированных зданий.

Временные нагрузки

Нагрузки от мостовых кранов. При движении колеса мостового крана на крановый рельс передаются силы трех направлений (рис. 12.6, с).
Вертикальная сила FK зависит от веса крана, веса груза на крюке крана, положения тележки на крановом мосту. Сила FK динамическая, так'как из-за ударов колеса о рельс, рывков при подъеме груза возникают вертикальные инерционные силы, суммирующиеся со статической составляющей. У мостовых кранов не менее четырех колес, и, следовательно, опирание крана на рельсы статически неопределимо. При движении крана происходит перераспределение вертикальных сил между колесами, движущимися по рельсу с одной стороны крана. Динамические воздействия колес крана, а также перераспределение усилий между колесами с одной стороны крана учитываются при расчете подкрановых балок (см. гл. 15, § 1), а при расчете рам вертикальная составляющая считается квазистатической и одинаковой для всех колес с одной стороны крана (небольшая разница может быть за счет смещения центра тяжести механизмов передвижения и кабины). Наибольшее вертикальное нормативное усилие FKmax определяется при крайнем положении тележки крана на мосту с грузом на крюке крана, масса которого равна грузоподъемности крана Q (рис. 12.6,6). FKmax указана в стандартах на краны (см. прил. 1) или в паспортах кранов.
Горизонтальная сила Тк, расположенная в плоскости поперечной рамы, возникает из-за перекосов крана, торможения тележки, распирающего воздействия колес при движении по рельсам, расстояние между которыми несколько меньше пролета крана и т. п.


зависит от того, насколько часто краны поднимают большие грузы, масса которых близка к грузоподъемности, и поэтому связана с режимом работы кранов. Разная вероятность совпадения нормативных нагрузок от разных кранов учитывается в расчете введением коэффициента сочетаний пс, равного при учете нагрузок от двух кранов весьма тяжелого ВТ и тяжелого Т режимов работы 0,95, среднего С и легкого Л режимов 0,85, а при учете от четырех крановсоответственно 0,8 и 0,7.
(12.5)
Расчетное усилие Dmax, передаваемое на колонну колесами крана, можно определить по линии влияния опорных реакций (л. b.D) подкрановых балок (рис. 12.6,6): при наиневыгоднейшем расположении кранов на балках
Dmax = nnС
·FKmax у + nGн +ngn bTb
где n, nС коэффициенты перегрузки и сочетаний; FKmax нормативное вертикальное усилие колеса; у ордината линии влияния; Gннормативный вес подкрановых конструкций (условно включаемый во временную нагрузку); gH полезная нормативная нагрузка на тормозной площадке (1,5 кН/'м2); bт ширина тормозной площадки; b шаг колонн.
На другой ряд колонны также будут передаваться усилия, но значительно меньшие (рис. 12.6,6), Силу Dmin можно определить, если заменить в формуле (12.5) FKmax на FK, т. е. на нормативные усилия, передаваемые колесами другой стороной крана, кН:
F'’K = (9,8Q + QK)/n0-FKmax
где Q грузоподъемность крана, т; QK масса крана с тележкой, кН; n0 число колес с одной стороны крана.
Силы Dmax, Dmin приложены по оси подкрановой балки и поэтому не только сжимают нижнюю часть колоны, но и передают на нее изгибающие моменты (рис. 12.6, г):
Mmax = Dmax ек; Mmin Dmin еx
где ек расстояние от оси подкрановой балки до оси, проходящей через центр тяжести нижней части колонны.

В многопролетных цехах при определении нагрузок от мостовых кранов нужно учитывать, что при определенном положении мостовых кранов могут быть загружены несколько колонн, входящих в расчетный блок.
Снеговая нагрузка. Расчетная линейная нагрузка на ригель рамы от снега qCН определяется по формуле
qCН=ncp0bф
где
·о вес снегового покрова на земле, зависящий от района строительства и определяемый по СНиП; с коэффициент перехода от нагрузки на земле к нагрузке на 1 м2 проекции кровли, равный при уклоне а<25° единице; bф шаг ферм; n коэффициент перегрузки.
При сильных ветрах часть снега сносится с покрытия, и поэтому при строительстве в районах с сильными зимними ветрами расчетная снеговая нагрузка может быть снижена. Также снижается нагрузка на покрытия зданий с неутепленной кровлей и уклоном для отвода талой воды при избыточных тепловыделениях (по СНиП II-6-74).
Схемы рам при расчете на снеговую нагрузку подобны схемам на рис. 12.5.
Ветровая нагрузка. В связи с тем что скорость ветра достаточно резко меняется, эта нагрузка воздействует динамически, но в низких широких зданиях не появляются колебания от ветра и для них рассматривается только статическая составляющая, связанная с разницей давлений внутри помещения и снаружи у стеновых (или кровельных) ограждений. Для высоких и узких зданий (высота более 36 м, отношение высоты к пролету более 1,5) учитывается динамическое воздействие ветра.
Давление ветра на высоте 10 м над поверхностью земли в открытой .местности, называемое скоростным напором ветра g0, зависит от района строительства. Ветровая нагрузка меняется по высоте, но. в нормах принято, что до высоты 10 м от поверхности земли скоростной напор не меняется. Он принят за нормативный, а увеличение его при большей высоте учитывается коэффициентами k, разными при разной высоте и при разных защищенностях от ветра проектируемого здания (прил. 3).


За зданием (по направлению ветра) возникает зона пониженного давления и появляются поверхностная нагрузка g' (отсос), направленная так же, как и нагрузка go-Условия обтекания ветром учитываются аэродинамическими коэффициентами с, указанными в главе СНиП по нагрузкам и воздействиям.
Таким образом, расчетная линейная ветровая нагрузка, передаваемая на стойку рамы в какой-то точке по высоте при отсутствии продольного фахверка, определяется по формуле
qB=ng0kcB
где g0 нормативный скоростной напор ветра, принимаемый по СНиП П-6-74 (для некоторых городов значения go приведены в прил. 2); k коэффициент, учитывающий высоту и защищенность от ветра другими строениями (см. прил. 3); с аэродинамический коэффициент, зависящий от расположения и конфигурации поверхности. Для вертикальных стен с=0,8 с наветренной стороны и с=0,6 для отсоса; n коэффициент перегрузки, который для зданий равен 1,2; В ширина расчетного блока.
В однопролетных зданиях, а также в многопролетных с одинаковым шагом колонн по всем рядам ширина В равна шагу рам b (рис. 12.8, а).
Ширина расчетного блока для многопролетного здания с разным шагом колонн по рядам, а также при наличии стоек фахверка показана на рис. 12.8, б, е.
Схема изменения ветровой нагрузки по высоте для однопролетного здания показана на рис. 12.8, г. Для удобства расчета фактическую линейную нагрузку (в виде ломаной прямой) можно заменить эквивалентной qэ, равномерно распределенной по всей высоте. Если принять, что моменты в заделке консоли, равной по длине высоте рамы от эквивалентной и фактической нагрузки, равны, то эквивалентные нагрузки активного давления и отсоса определяются по формулам:
qЭ=qB10
·, q’Э=q’B10
·
где qB10 расчетная ветровая нагрузка на высоте 10 м; а коэффициент (при H<=10 м 1; 15 м 1,04; 20 м 1,1; 25 м 1,17; 30 м 1,23; 35 м 1,29).
Ветровая нагрузка, действующая на участке от низа ригеля до наиболее высокой точки здания, заменяется сосредоточенной силой, приложенной в уровне низа ригеля рамы. Величина этой силы от активного давления FB и отсоса F'’B показана на рис. 12.8, г (заштрихованная часть площади эпюры):
FB=(q1+q2)h’/2, F’B=(q’1+q’2)h’/2,
Расчетная схема рамы однопролетного здания при действии ветровой нагрузки показана на рис. 12.8, д. Направление ветра может быть как в одну, так и в другую сторону.
В многопролетных зданиях одинаковой высоты активное давление и отсос на наружные стойки определяют точно так же; в зданиях более сложной конфигурации или с продольным фахверком учитываются конкретные условия ветрового воздействия.
Например, при наличии стоек продольного фахверка (см. рис. 12.8, в) на раму воздействует линейная нагрузка qB, собираемая с ширины b', а нагрузка с ширины b" передается стойками фахверка частично на фундамент, а частично в виде cосредоточенной силы на рамы в верхних их узлах.


22. КОНСТРУКЦИИ ПОКРЫТИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ.
Система покрытия производственных зданий включает несущие элементы (подстропильные и стропильные фермы, фермы фонарей, прогоны) и кровельные (ограждающие) конструкции.

а - по прогонам; б - беспрогонное;
1- стропильные фермы;
2- прогоны;
3- кровельные плиты;
4- крупнопанельные плиты
Конструкции кровли. Конструкции кровельного покрытия производственных зданий решаются с применением прогонов или без них.
I вариант (прогонное решение). Между стропильными фермами через 1.5*3 м устанавливают прогоны, на которые укладывают мелкоразмерные кровельные плиты, листы, настилы (см. рис. 19.1, а).
II вариант (беспрогонное решение). На стропильные фермы непосредственно кладут крупноразмерные плиты или панели шириной 1.5-^3 м и длиной 6 или 12 м, совмещающие функции несущих и ограждающих конструкций (см рис. 19.1,б).
Оба варианта применяют для отапливаемых и неотапливаемых зданий вне зависимости от шага стропильных ферм (6 или 12 м).
Покрытия по прогонам. Кровельные покрытия бывают теплыми с термоизоляционным слоем (в отапливаемых зданиях) и холодными без утепляющей прослойки (в неотапливаемых зданиях складов, вспомогательных помещений, а также для горячих цехов. имеющих избыточные тепловыделения).
Для теплых кровель в качестве кровельных плит, укладываемых по прогонам, широко применяют стальной профилированный настил. Его изготовляют из оцинкованной стали толщиной t = 0.8, 0.9, 1.0 мм, высотой профиля h = 40. 60, 80 мм и длиной до 12 м. Собственная масса профнастила 10+15 кг/м* (0.1-5-0.15 кН/м2).
Для устройства теплой кровли в качестве плит можно применять армоцементные плиты номинальной шириной 500 мм, пролетом 1.5 и 3 м.
Холодные кровли покрытия часто выполняют из волнистых асбестоцементных, стальных или алюминиевых листов, укладываемых по прогонам; они являются одновременно несущими и ограждающими конструкциями.
Прогоны. Простейшие прогоны - балки из прокатных швеллеров или двутавров рациональны при пролете не более 6 м.
Прогоны из гнутых профилей (6 = 4,6 мм) применяют при шаге ферм 6 и 12 м с легкой (холодной) кровлей. При больших нагрузках и шаге 12 м прогоны из гнутых профилей также становятся слишком металлоемкими. В этих случаях рациональнее становятся сквозные прогоны. 1. Прогоны сплошного сечения.
Прогоны сплошного сечения, расположенные на скате кровли, работают на изгиб в двух плоскостях (рис. 19.4):

Рис. 19.4. Схема действия нагрузки при работе прогонов на изгиб в двух плоскостях

q =(go/cosa + S)b + qСМ,
где q - погонная вертикальная нагрузка на прогон; go - расчетная нагрузка от массы 1 м кровли; a - угол наклона кровли к горизонту, S - расчетная нагрузка от снега; b - расстояние между прогонами; qCM - расчетная погонная нагрузка от собственной массы прогона.
Чтобы уменьшить изгибающий момент от скатной составляющей, прогоны раскрепляют тяжами из круглой стали d18+22 мм, уменьшающими расчетный пролет в плоскости ската. Тяжи ставят между всеми прогонами, за исключением конькового (рис. 19.5). В панелях у конька тяжи идут наклонно и крепятся к Јропильной ферме или к коньковом}' прогону вблизи опор. При шаге ферм 6 м обычно ставят один тяж, а при шаге 12 м или крутом скате лучше поставить два.
При постановке одного тяжа изгибающий момент в плоскости ската находят до опорный момент в двухпролетной неразрезной балке (в том же сечении, где If максимален).
Наибольшие напряжения в прогоне от совместного действия изгиба в двух вяоскостях:

·=
· х +
· y = M х /W х, + M y /Wy ·c,
Если кровельный настил крепится к прогонам жестко и образует плотное полотнище, то скатная составляющая будет восприниматься самим полотнищем кровли. Необходимость в тяжах отпадает и прогоны рассчитываются только на нагрузку. Общую устойчивость прогонов не проверяют, т.к. она обеспечена силами трения между прогонами и опирающимися на него по всей длине кровельными плитами или настилом.
Сквозные прогоны (решетчатые) значительно легче сплошных при шаге 12 м с любой нагрузкой.

23. РЕШЕНИЕ ОПОРНЫХ УЗЛОВ ФЕРМЫ.
Конструкция опорных узлов ферм может быть довольно разнообразной и решается в зависимости от способа сопряжения ригеля с колонной. Широко распространено опиранне стропильных ферм сбоку колонны на опорный столик (рис. XIII. 17, а).

Такое решение обеспечивает надежную работу, просто в изготовлении и удобно при монтаже, оно позволяет осуществлять шарнирное и жесткое соединение фермы с колонной.
Вертикальная реакция А передается с опорного фланца фермы толщиной
·=16...20 мм через строганые поверхности на опорный столик. Опорный фланец для четкости опирания выступает на 10 20 мм ниже фасонки опорного узла. Площадь торца фланца определяют из расчета на смятие
F
·A/Rсм.т
где Rсм.т-расчетное сопротивление смятия торцевой поверхности.
Опорный столик делают из листа
· = 30 ...40 мм или при небольшой опорной реакции А<200 250 кН из уголка со срезанной полкой. Каждый из двух фланговых швов, крепящих опорный столик к колонне, рассчитывают на усилие, равное 2/ЗА вследствие возможной неравномерности передачи реакции опорным фланцем. Опорный фланец крепят к полке колонны болтами грубой или нормальной точности, которые ставят в отверстия на 3 мм большие диаметра болта (чтобы они не могли принять на себя опорную реакцию фермы в случае возможных неточностей разметки отверстий)
При шарнирном опирании фермы на колонну сварные швы, прикрепляющие опорный фланец к фасонке, работают на действие опорной реакции А и их длину определяют по формуле: lш=A/(2
·hшRyСВ) .
В фермах с жестким опиранием ригеля эти же швы работают на одновременное действие опорной реакции А и внецентренно-приложенной силы Н (вследствие эксцентричности приложения силы Н по отношению середины шва). Наибольшее равнодействующее напряжение в шве в этом случае проверяют по формуле:

·расч. =
·
·ш2+
·ш2
·RyСВ
Где lш -длина одного шва; e-эксцентриситет силы Н по отношению к середине длины шва.
Сила Н прижимает фланец к колонне, вызывая небольшие напряжения смятия, проверка которых не требуется. В узле крепления верхнего пояса сила Н отрывает фланец от колонны и вызывает его изгиб, Если фланец сделать тонким (
·=8...10 мм) возможно малой длины, а расстояние между болтами принять достаточно большим (b=160...200 мм), то он будет столь гибким, что не сможет воспринимать существенной по значению горизонтальной силы Н. Опирание ригеля в этом случае можно считать шарнирным.
Если же надо запроектировать опорный узел жестким, то толщину фланца принимают
· = 16...20 мм, расстояние между болтами b принимают минимальным и крепление необходимо рассчитать на силу Н.
Момент при изгибе фланца определяют как в защемленной балке пролетом b, равным расстоянию между болтами: m=Hb/8 напряжение в нем
·=M/W=3Hb/4a
·2
·RyСВ где а и
· длина и толщина фланца.
Если по каким-либо причинам не удается законструировать узел так, чтобы линия действия силы H проходила через центры сварного н болтового соединении, то швы и болты рассчитывают с учетом имеющегося эксцентрицитета.
Возможны также другие решения прикрепления верхнего пояса фермы в рамных узлах (рис. XIII 17, б и ХШ.17,в).
Опирание стропильных ферм на подстропильные также может быть выполнено различными способами. В качестве примера на рис. XIII.18 показано крепление стропильной фермы к подстропильной, имеющей стойки крестового сечения из уголков.
Для удобства монтажа на стоике есть монтажный столик. После установки листовой накладки и сболчвания соединения выполняют монтажную сварку трех вертикальных швов. Верхний пояс стропильной фермы крепят на болтах нормальной точности, что обеспечивает некоторую подвижность при эагружении и не приводит к защемлению фермы на опоре.
Опирание подстропильных ферм на колонны часто делают по тому же принципу, что и опирание стропильных,. На рис. XIII. 19 показан узел опирания подстропильной фермы на колонну при жестком присоединении стропильных ферм к колоннам.

Для удобства монтажа подстропильная ферма имеет нисходящий опорный раскос и опирается на колонну сверху (при другом решении ферму трудно было бы завести между полками колонны). Опорная реакция подстропильной фермы передается через строганый торец на столик, приваренный к стенке колонны, фланец опорного узла фермы крепят к стенке колонны болтами нормальной точности. Нижний пояс подстропильной фермы делают укороченным (чтобы, его не нужно было заводить внутрь колонны) и крепят накладкой к ребру колонны.

24. ТИПЫ КОЛОНН ОДНОЭТАЖНЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ.
§ 1. Типы колонн одноэтажных промышленных зданий
В каркасах одноэтажных производственных зданий применяются стальные колонны трех типов: постоянного по высоте сечения, переменного по высоте сечения ступенчатые и в виде двух стоек, нежестко связанных между собой, раздельные.
В колоннах постоянного по высоте сечения (рис. 14.1, а) нагрузка от мостовых кранов передается на стержень колонны через консоли, на которые опираются подкрановые балки. Стержень колонны может быть сплошного или сквозного сечения. Большое достоинство колонн постоянного сечения (особенно сплошных) их конструктивная простота, обеспечивающая небольшую трудоемкость изготовления. Эти колонны применяют при сравнительно небольшой грузоподъемности кранов (Q до 1520 т) и незначительной высоте цеха (до 810 м).

При крапах большой грузоподъемности выгоднее переходить на ступенчатые колонны (рис. 14.1, б, в, г), которые для одноэтажных производственных зданий являются основным типом колонн. Подкрановая балка в этом случае опирается на уступ нижнего участка колонны и располагается по оси подкрановой ветви. В зданиях с кранами, расположенными в два яруса, колонны могут иметь три участка с разными сечениями по высоте (двухступенчатые колонны), дополнительные консоли и т. д. (рис. 14.1, г). При кранах особого режима работы либо делают проем в верхней части колонны (при ее ширине не менее 1 м), либо устраивают проход между краном и внутренней гранью верхней части колонны (рис. 14.1, в). Генеральные размеры колонн устанавливаются при компоновке поперечной рамы (см. гл. 11, § 2). В раздельных колоннах (рис. 14.2) подкрановая стойка и шатровая ветвь связаны гибкими в вертикальной плоскости горизонтальными планками. Благодаря этому подкрановая стойка воспринимает только вертикальное усилие от кранов, а шатровая работает в системе поперечной рамы и воспринимает все прочие нагрузки, в том числе горизонтальную поперечную силу от кранов. Колонны раздельного типа рациональны при низком расположении кранов большой грузоподъемности и при реконструкции цехов (например, при расширении).

25. КОНСТРУИРОВАНИЕ И ПОРЯДОК РАСЧЕТА СПЛОШНОЙ ВНЕЦЕНТРЕННО-СЖАТОЙ КОЛОННЫ.
Сплошные колонны как правило проектируются двухтаврового сечения. Сечение постоянных по высоте колонн, а также верхних частей одноступенчатых колонн проектируются из симметричных профилей: прокатных или составных. Для уменьшения трудоемкости изготовления применяются прокатные профиля, однако они имеют перерасход мат-ла. Чтобы уменьшить расход мат-ла, применяют составные дветавры. Рис. Типы сечений:

Если моменты разного знака, по величине резко отличаются, то применяются несимметричные сечения (рис.,в). Сечение нижних частей крайних колонн проектируются несимметричными из листов и профилей прокатных или составных (рис., д). Для нижних частей средних колонн примен-ся симметричные сеч-я. Могут быть прокатные или составные (рис., г). Сечение сплошных колонн проверяется на прочность и устойчивость как в плоскости рамы, так и из плоскости рамы. Поскольку колонны непосредственно не подвергаются динамическим воздействиям, прочность проверяется с учетом развития пластических деформаций:
[N/(AnRc
·c)]n+[Mx/(cxWnxRy
·c)]+[My/(cyWnyRy
·c)]
n, сх, су – опр-ся по таблице СНиП.
Действительна эта ф-ла когда ( ( 0,5RS и N/(AnRy)>0,1. При прочих условиях расчет ведется по упругой стадии: N/An± (Mx/In)y±(My/In)x
·Ry
·c

где N, Мх –продольная сила и момент, действующие в плоскости рамы; Му – изг.момент из плоскости рамы; Аn, Wnx, Wny – площадь и миним.-е моменты сопротивления.
Прочность проверяется для низких и мощных колонн, и когда приведенный эксцентриситет mef >20. В большинстве случаев несущая способность колонны опр-ся ее устойчивостью как в плоскости действия момента, так и из плоскости действия момента. Устойчивость в плоскости действия момента опр-ся:
·x =[(
·nN/(
·eA)]
·Ry
·c
(e опр-ся по табл. СНиП в зав-ти от mef = (·mX
( – коэф.формы влияния, опр-ся по СНиП.
mх = ex (А/Wc) – относительный.
ex = Mx/N – эксцентриситет приложения силы.
Mx принимается для колонн постоянного по высоте сечения равным наибольшему значению момента по высоте, для ступенчатых колонн наибольшее значение момента для участка колонны.
Проверка уст-ти из плоскости действия момента:
(y – коэф.продольного изгиба, кот.опр-ся в зав-ти от гибкости (у =ly/iy . с – коэф.опр-мый в зав-ти от mx .
(b – коэф.снижения расч-го сопротивления стали при потере общей уст-ти балок. Если 5 < mx < 10, то с=с5(2-0,2mx)+c10(0,2mx – 1). c5 определяется при mx=5, а с10 – при mx=10. ( и ( - коэф.определяемые по СНиП.
При определении относительного эксцентриситета mx величина изгиб.момента приним-ся равной наибольшему значению в средней трети длины, но не менее половины наиб-го значения по длине участка. Порядок подбора сечения следующий: опр-ся требуемая площадь: Aтр= N/Ry
·c(1,25+2,2e/h); h=b2
Исходя из требуемой площади принимается сечение из прокатного двутавра или с учетом обеспечения местной уст-ти – из составного двутавра. Тощина стенки назначается исходя из условия hW/tW=60120, tW.MIN=8мм.

Ширина полки bf из условия обеспечения общей уст-ти принимается bf = (1/201/30)l2. После подбора сечения подбираются геометр. харак-и относительно осей х и у, и проверяется устойчивость в плоскости рамы и из плоскости рамы. Далее проверяется местная устойчивость элементов сечения.
Если местная уст-ть стенки не обеспечена, то или увеличивают толщину стенки, или стенку укрепляют продольными ребрами, сечение кот-х включается в сечение колонны.

Проверка местной уст-ти полки. Местная уст-ть полки проверяется: bef / tf
·
·uf
·(Ry/E) где
·uf =0.36+0.1
·x
Если hW/tW>0.2
·(Ry/E), то стенка укрепляется поперечными ребрами жесткости, расположенными на расстоянии (2,53)hW друг от друга, но не менее 2-х ребер для отправочного эл-та. Размеры ребер опр-ся как для сварных балок.


26. КОНСТРУИРОВАНИЕ И ПОРЯДОК РАСЧЕТА СКВОЗНОЙ ВНЕЦЕНТРЕННО-СЖАТОЙ КОЛОННЫ.
Стержень сквозной колонны состоит из 2-х ветвей соединенных между собой решеткой. Решётку обычно устанавливают в 2-х плоскостях по граням ветви. Для лучшего включения обоих ветвей колонны в работу на вертик-ю нагрузку от мостовых кранов в крайних колоннах. Конец первого раскоса крепится к подкрановой ветви. Для крайних колонн сечение проектируется ассиметричное, может быть из швеллера, прокатного или составного двутавра.
Сечение средних колонн, проектируется симметричное из 2-х прокатных или составных двутавров. Решетки проектируются из уголков или швеллеров. Угол наклона раскоса принимается от 35( до 55(. Для обеспечения совместности работ ветвей и увеличение жесткости на кручение ветви по высоте соединяются гориз-ми диафрагмами, расстояние между ними не должно превышать 4м. Сквозные колонны работают как фермы с парал-ми поясами. От действия усилий М и N в ветвях возникают только осевые усилия, т.е. ветви рассчитыв-ся на центральное сжатие. Колонна может потерять несущую сп-сть в рез-те потери уст-сти каждой ветви в отдельности в плоскости или из плоскости, а также колонны в целом. Определяются усилия в каждой ветви. Nb1 = N1(у2/h0)+(M1/h0); Nb2 = N2(у1/h0) +(M2/h0); h = h0 + Z0; h = b1; Z0 = (3050)mm; h0 = h – Z0. M1 и N1 - усилия для расчета подкрановой ветви; M2 и N2 –усилия для расчета наружной ветви. h – высота сечения колоны (расст-е от оси подкрановой ветви до оси колонны); h0 – расст-е между центрами тяжести ветвей; у1, у2 – расст-е от ц.т. колонны до соотв-щей ветви.

у1=(0,450,55)h0; у2=(M2(/(M1+(M2()h0; у2 = h0 – у1. Сечение ветвей сквозной колонны подбирается как для центрально сжатого эл-та. Аb1,ТРЕБ = Nb1/[(0,70,9)RУ(С]; Аb2,ТРЕБ = Nb2/[(0,70,9)RУ(С]. Сечение подбирается по требуемой прочности с учетом условий местной устойчивости. Условия местной устойчивости берутся как для центрально-сжатых эл-тов. Ширина ветви b приним-ся из условия обеспечения общей устойчивости. b = (1/201/30)l1, где l1 – длина ветви нижней части колонны. После подбора сечения ветвей определяются геом. хар-ки ветвей и колонны в целом, уточняются усилия Nb1 и Nb2 и проверяется устойчивость каждой ветви в плоскости рамы, а также колонны в целом. Устойчивость подкрановой ветви проверяется в плоскости рамы (Х = (n(Nb1/(1(Аb1 ( RУ(С и из плоскости рамы (У = (n(Nb1 (Аb1 ( RУ(С, (1 – коэф. продольного изгиба; (1=lb1/i1 – гибкость ветви в плоскости рамы. lb1 – расчетная длина ветви в плоскости рамы, равная расстоянию между узлами крепления решетки. i1- радиус инерции сечения ветви относит-но собств. оси 1–1. (У – коэф. продольного изгиба, опред-ся в завис-ти (1=lУ1/iУ – расчетная гибкость ветви из плоскости рамы. lУ1 – расч. длина колонны из пл-сти рамы, равная высоте нижней части колонны; iУ – радиус инерции сечения ветви относит-но оси у-у. Аналогично проверяется устойчивость наружной ветви. Если устойчивость ветви в плоскости рамы не обеспечена увеличивают сечение ветви или уменьшают расст-е между узлами решетки. Если не обеспечена устойчивость ветви из пл-сти рамы, то уменьшают расч. длину из пл-сти устанавливая распорку по середине нижней части колонны вдоль зд-я. Проверяется также устойч-сть колонны как единый стержень. Проверка проводится как для сплошных колонн:
(Х = (n(N/(е (А ( RУ(С ; А = Аb1 +Аb2; (е – по СНиПу для сквозных колонн в завис-сти от приведённой гибкости (ef =(ef
·Ry/E; mx =ex(Aa/Ix); (ef берётся как для центрально-сжатых эл-тов,; А – площадь сечения колонны; Ad1- площадь сечения 2-х раскосов; ( - зависит от угла наклона раскоса; (x=(lef,x1/ix), где lef,x1- расч. длина колонны в плос-сти рамы. ix=
·(I/A) ; IX – момент инерции сечения колонны относит-но оси х-х. IX = I1+Ab1y12+ Ab2y22 I2; I1, I2 – собств. момент инерции ветвей; A – расстояние от ц. тяжести сечения колонны до наиболее сжатой оси. Первый раз определяем по ф-ле mX = M1(A(y1/N1(IX; второй раз определяем по ф-ле mX = M2(A(y2+z0)/N2(IX.

27. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОДКРАНОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ.
Подкрановые конструкции воспринимают воздействия от подъемно-транспортного оборудования. Основным видом такого оборудования являются мостовые опорные и подвесные краны.
Подкрановые конструкции под мостовые опорные краны (рис. 15.1) состоят из подкрановых балок или ферм 1, воспринимающих вертикальные нагрузки от кранов; тормозных балок 2, воспринимающих поперечные горизонтальные воздействия; связей 3, обеспечивающих жесткость и неизме-няемость подкрановых конструкций; узлов крепления подкрановых конст-рукций, передающих крановые воздей-ствия на колонны; крановых рельсов 4 с элементами их крепления и упоров.

Рис. 15.1.
Основные несущие элементы подкра-новых конструкций подкрановые балки могут иметь различную конструк-тивную форму. Наиболее часто приме-няются сплошные подкрановые балки как разрезные так и неразрезные
Разрезные подкрановые балки проще в монтаже, нечувствительны к осадке опор, однако имеют повышенный расход стали. Неразрёзные балки на 1215 % экономичнее по расходу металла, но более трудоемки при монтаже из-за устройства монтажных стыков.
На подкрановую конструкцию могут опираться стропильные фермы, но ездовая балка не включается в состав нижнего пояса.
Подвесные краны (кран-балки) имеют, как правило, небольшую грузоподъем-ность и перемещаются по путям, при-крепляемым к конструкциям покрытия или перекрытия. Применяются двух-, трех- имногоопорные краны. Катки крана перемещаются непосредственно по нижним поясам балок путей
Для ремонта оборудования и для вспомогательных операций здания обо-рудуются тельферами, перемещающимися по монорельсовым путям из прокатных двутавров.
Типы сечения подкрановых балок зависят от нагрузки, пролета и режима работы кранов. При пролете 6 м и кранах грузоподъемностью до 50 т обычного режима работы применяют прокатные двутавры, усиленные для восприятия горизонтальных сил листом или уголками (рис. 15.7, а)

либо сварные двутавры несимметричного сечения (рис. 15.7,б).
Для больших пролетов и грузоподъем-ностей кранов применяют сварные двутавровые балки с горизонтальной тормозной конструкцией (рис. 15.7, в).
При кранах грузоподъемностью до 50 т рациональны балки составного сечения из широкополочных тавров с тонкой стенкой-вставкой (рис. 15.7, г).
Для снижения расхода стали сварные балки иногда проектируют из двух марок стали: стенку из малоуглеродистой, пояса из низколегированной
Иногда для снижения уровня местных напряжений в стенке, возникающих от внецентренного приложения крановой нагрузки (см. рис. 15.13), целесообразно увеличить крутильную жесткость верхнего
пояса путем постановки вертикальных или наклонных элементов (рис. 15.7,д) или использовать двустенчатые сечения.
Применение под краны особого режима работы балок из широкополочных тавров (рис. 15.7, г) также позволяет повысить их долговечность, поскольку в этом случае сварной шов, являющийся концентратором напряжений и источником остаточных сварочных напряжений, переносится в менее напряженную зону стенки.
При больших пролетах балок и для кранов грузоподъемностью 50 т и больше устраивают специальные тор-мозные конструкции тормозные балки или фермы. Фермы экономичнее по расходу стали, но сложнее в изготовлении и монтаже, поэтому при ширине тормозных конструкций до 1,25 м обычно применяются тормозные балки со стенкой из рифленого листа толщиной 68 мм (рис. 15.8, а).

Применяются также тормозные балки, выполненные из гнутого листа.
Для крайних рядов поясами тормозной балки являются верхний пояс подкра-новой балки и окаймляющий швеллер или пояс вспомогательной фермы. Для того чтобы горизонтальные смещения балок не передавались на стену зда-ния, это крепление выполняется с помо-щью листового шарнира (рис. 15.8, а). По средним рядам поясами тормозной балки являются верхние пояса балок смежных пролетов (рис. 15.8, г, д).
Листы тормозных балок приваривают к поясам сплошным швом с подваркой с нижней стороны. Для обеспечения мес-тной устойчивости и предотвращения случайных погибов тормозные листы снизу укрепляют ребрами жесткости сечением не менее 65x6; шаг ребер 1,52 м. При ширине тормозных кон-струкций свыше 1,25 м целесообразно применение тормозных ферм с треуголь-ной решеткой и дополнительными стойками.
Для обеспечения большей компактности узлов допускается центрировать элементы решетки на кромку пояса балки.

28. Крановые нагрузки.
При движении колеса мостового крана на крановый рельс передаются силы трех направлений
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
Вертикальная сила FK зависит от веса крана, веса груза на крюке крана, положения тележки на крановом мосту. Сила FK динамическая, так как из-за ударов колеса о рельс, рывков при подъеме груза возникают вертикальные инерционные силы, суммирующиеся со статической составляющей. У мостовых кранов не менее четырех колес, и, следовательно, опирание крана на рельсы статически неопределимо. При движении крана происходит перераспределение вертикальных сил между колесами, движущимися по рельсу с одной стороны крана. Динамические воздействия колес крана, а также перераспределение усилий между колесами с одной стороны крана учитываются при расчете подкрановых балок, а при расчете рам вертикальная составляющая считается квазистатической и одинаковой для всех колес с одной стороны крана (небольшая разница может быть за счет смещения центра тяжести механизмов передвижения и кабины). Наибольшее вертикальное нормативное усилие FKmax определяется при крайнем положении тележки крана на мосту с грузом на крюке крана, масса которого равна грузоподъемности крана Q.
К определению нагрузок на раму от мостовых кранов 1 подкрановые балки; 2 колонны, 3 - тележка крана; 4 крановый мест; 5 груз
FKmax указана в стандартах на краны или в паспортах кранов. Горизонтальная сила Тк, расположенная в плоскости поперечной рамы, возникает из-за перекосов крана, торможения тележки, распирающего воздействия колес при движении по рельсам, расстояние между которыми несколько меньше пролета крана и т. п. Нормативное значение силы Тк, передаваемой на поперечную раму, определяется по формулам:
для кранов с гибким подвесом груза: TkH=0.05(9.8Q+GT)/n0 то же, с жестким TkH=0.1(9.8Q+GT)/n0 где Q номинальная грузоподъемность крана, т; Gr вес тележки, кН,n о число колес с одной стороны крана.
Сила Т может быть направлена внутрь пролета или из пролета и приложена к любому ряду колонн. Продольная сила FКП возникает от трения колес о рельс и от сил торможения крана. Нормативная сила, направленная вдоль пути, принимается равной 0,1 нормативной вертикальной нагрузки на тормозные колеса крана рассматриваемой стороны крана (обычно половина колес G каждой стороны крана тормозные). Для крановой нагрузки установлен коэффициент перегрузки (надежности по нагрузке) n = 1,1. Вертикальная нагрузка на подкрановые балки и колонны определяется от двух наиболее неблагоприятных по воздействию кранов (при любом числе кранов на одном ярусе пролета). В многопролетных цехах в одном створе рассматривается воздействие не более четырех кранов (по 2 в разных пролетах). Горизонтальная нагрузка учитывается не более чем от двух кранов, расположенных на одних путях или в разных пролетах. Эти условности связаны с тем, что вероятность совпадения нормативных нагрузок от нескольких кранов очень мала. Вероятность
зависит от того, насколько часто краны поднимают большие грузы, масса которых близка к грузоподъемности, и поэтому связана с режимом работы кранов. Разная вероятность совпадения нормативных нагрузок от разных кранов учитывается в расчете введением коэффициента сочетаний nС, равного при учете нагрузок от двух кранов весьма тяжелого ВТ и тяжелого Т режимов работы 0,95, среднего С и легкого Л режимов 0,85, а при учете от четырех крановсоответственно 0,8 и 0,7. Расчетное усилие DMAX передаваемое на колонну колесами крана, можно определить по линии влияния опорных реакций (л.в.D) подкрановых балок: при наиневыгоднейшем расположении кранов на балках

Dmax=nnc
·FKmaxy+nGH+ngHbT где n, nCкоэффициенты перегрузки и сочетаний; FKMAX нормативное вертикальное усилие колеса; у ордината линии влияния; GH нормативный вес подкрановых конструкций (условно включаемый во временную нагрузку); gн полезная нормативная нагрузка на тормозной площадке (1,5 кН/м2); bT ширина тормозной площадки; b шаг колонн.
На другой ряд колонны также будут передаваться усилия, но значительно меньшие. Силу DMIN можно определить, если заменить в формуле FKmax на F’K, т. е. на нормативные усилия, передаваемые колесами другой стороной крана, кН: F’K = (9.8Q+QK)/n0- FKmax
где Q грузоподъемность крана, т; QK масса крана с тележкой, кН; n0 число колес с одной стороны крана. Силы Dmax, Dmtn приложены по оси подкрановой балки и поэтому не только сжимают нижнюю часть колоны, но и передают на нее изгибающие моменты:
MMAX =DMAX eK MMIN =DMIN eK (12.7) где eK расстояние от оси подкрановой балки до оси, проходящей через центр /тяжести нижней части колонны. Расчетная горизонтальная сила Т, передаваемая подкрановыми балками на колонну от сил TК определяется при том же положении мостовых кранов, т. е. T=nnc
·FK Hy (12.8)
Эта сила приложена к раме в уровне верха подкрановой балки. В многопролетных цехах при определении нагрузок от мостовых кранов нужно учитывать, что при определенном положении мостовых кранов могут быть загружены несколько колонн, входящих в расчетный блок. Например, при схеме

крановая нагрузка передается на три колонны крайнего ряда 2, 3, 4, включенных в расчетный блок, и при определении силы
·y=n0. По среднему ряду только одна колонна (1), входящая в расчетный блок, воспринимает нагрузку, и
·y
·n0.

29. КОНСТРУКТИВНОЕ РЕШЕНИЕ ПОДКРАНОВЫХ БАЛОК.
Типы сечения подкрановых балок зависят от нагрузки, пролета и режима работы кранов. При пролете 6 м и кранах грузоподъемностью до 50 т обычного режима работы применяют прокатные двутавры, усиленные для восприятия горизонтальных сил листом или уголками (рис. 15.7, а)

либо сварные двутавры несимметричного сечения (рис. 15.7,б).
Для больших пролетов и грузоподъем-ностей кранов применяют сварные двутавровые балки с горизонтальной тормозной конструкцией (рис. 15.7, в).
При кранах грузоподъемностью до 50 т рациональны балки составного сечения из широкополочных тавров с тонкой стенкой-вставкой (рис. 15.7, г).
Для снижения расхода стали сварные балки иногда проектируют из двух марок стали: стенку из малоуглеродистой, пояса из низколегированной
Иногда для снижения уровня местных напряжений в стенке, возникающих от внецентренного приложения крановой нагрузки (см. рис. 15.13), целесообразно увеличить крутильную жесткость верхнего
пояса путем постановки вертикальных или наклонных элементов (рис. 15.7,д) или использовать двустенчатые сечения.
Применение под краны особого режима работы балок из широкополочных тавров (рис. 15.7, г) также позволяет повысить их долговечность, поскольку в этом случае сварной шов, являющийся концентратором напряжений и источником остаточных сварочных напряжений, переносится в менее напряженную зону стенки.
При больших пролетах балок и для кранов грузоподъемностью 50 т и больше устраивают специальные тор-мозные конструкции тормозные балки или фермы. Фермы экономичнее по расходу стали, но сложнее в изготовлении и монтаже, поэтому при ширине тормозных конструкций до 1,25 м обычно применяются тормозные балки со стенкой из рифленого листа толщиной 68 мм (рис. 15.8, а).

Применяются также тормозные балки, выполненные из гнутого листа.
Для крайних рядов поясами тормозной балки являются верхний пояс подкра-новой балки и окаймляющий швеллер или пояс вспомогательной фермы. Для того чтобы горизонтальные смещения балок не передавались на стену зда-ния, это крепление выполняется с помо-щью листового шарнира (рис. 15.8, а). По средним рядам поясами тормозной балки являются верхние пояса балок смежных пролетов (рис. 15.8, г, д).
Листы тормозных балок приваривают к поясам сплошным швом с подваркой с нижней стороны. Для обеспечения мес-тной устойчивости и предотвращения случайных погибов тормозные листы снизу укрепляют ребрами жесткости сечением не менее 65x6; шаг ребер 1,52 м. При ширине тормозных кон-струкций свыше 1,25 м целесообразно применение тормозных ферм с треуголь-ной решеткой и дополнительными стойками.
Для обеспечения большей компактности узлов допускается центрировать элементы решетки на кромку пояса балки.

30. ПОРЯДОК РАСЧЕТА ПОДКРАНОВЫХ БАЛОК.
Расчет подкрановых балок
Подвижная нагрузка, вызывающая большие местные напряжения под катками крана, воздействие не только вертикальных, но и горизонтальных боковых сил, динамичность нагрузки и многократность ее приложения приводят к ряду особенностей расчета покрановых балок. Расчетные усилия (наибольшие изгибающие моменты и поперечные силы) в подкрановых балках находят от нагрузки двух сближенных кранов наибольшей грузоподъемности.Так как нагрузка подвижная, то сначала нужно найти такое положение ее, при котором расчетные усилия в балке будут наибольшими.Наибольший изгибающий момент в разрезной балке от заданной системы сил возникает, когда равнодействующая всех сил, находящихся на балке, и ближайшая к ней сила равно удалены от середины пролета балки (рис. 15.10, а);

при этом наибольший изгибающий момент Мтах будет находиться под силой, ближайшей к середине пролета балки (правило Винклера).
Поскольку сечение с наибольшим моментом расположено близко к середине пролета балки, значение Мтах можно определить, пользуясь линией влияния момента в середине пролета.Наибольшая поперечная сила Qmax в разрезной балке будет при таком положении нагрузки, когда одна из сил находится непосредственно у опоры, а остальные расположены как можно ближе к этой же опоре (рис. 15.10,б).

Расчетные значения изгибающего момента и поперечной силы от вертикальной нагрузки определяют по формулам Mx =
·Mmax и Qx =
·Qmax
Расчетный изгибающий момент Му и поперечную силу Qy от горизонтальной поперечной нагрузки находят при том же положении кранов. Поэтому при кранах одинаковой грузоподъемности Му и Qy можно определить из соотношения горизонтальных Tк и вертикальных Fк сил от колеса: My =Mmax(TK/FK) и Qy =Qmax(TK/FK);
Проверка прогиба подкрановых балок производится по правилам строительной механики или приближенным способом.
Подбор сечений подкрановых балок выполняет в том же порядке, что и обычных балок.

31. ЛЕГКИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ ОДНОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ, ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ.
Понятие легкие металлические конструкции одноэтажных зданий включает в себя несущие и ограждающие конструкции, изготовляемые на современных поточных и механизированных линиях, которые поставляются на строительную площадку комплектно и обеспечивают скоростной монтаж. Для легких металлических конструкций характерно использование эффективных марок сталей и профилей проката, современных монтажных соединений на высокопрочных болтах, самонарезных винтах, фланцевых соединений, других современных строительных материалов и изделий.
В мировой практике легкие металлические конструкции составляют до 50% общего объема строительства зданий промышленного и общественного назначения. В России и странах и СНГ объем строительства зданий из этого вида конструкции оценивается не более 20% общего объема строительства.
Из легких металлических конструкций в основном возводятся здания комплектной поставки (ЛМК КП). Здания из ЛМК КП могут иметь высоту до 18м, пролеты 18, 24 и 30м, постоянные нагрузки на покрытия в пределах 50 – 140 кг/м2, суммарный расход металла на несущие и ограждающие конструкции колеблется в пределах 50 – 100 кг/м2. В зданиях из ЛМК КП могут применяться подвесные краны грузоподъемностью до 5т и мостовые опорные краны грузоподъемностью до 50т. Здания из ЛМК КП теплые, они поставляются совместно с ограждающими конструкциями покрытия и стен, включая здания (модули) различного назначения.
Здания из ЛМК КП поставляются по индивидуальным проектам, а также как здания (модули) заданных габаритов, из определенных типов конструкций. Здания (модули) многоцелевого назначения поставляются как промышленное изделие совместно с инженерным оборудованием, обеспечивающим электроосвещение, отопление и вентиляцию здания.
Здания (модули) могут быть и целевого назначения – физкультурно-оздоровительные, бистро, рынки, станции техобслуживания и др. Освоено шесть основных типов ЛМК КП: «Молодечно», «Канск», «Кисловодск», «Орск», «Алма-Ата», «Москва». Изготавливаются здания и других разновидностей из конструкций типа «Мархи», «Тагил», «Житомир» и др. В отличие от традиционных строительных металлоконструкций зданий область деятельности , связанная с разработкой и применением легких металлических конструкций, сравнительно молода.
Область применения. ЛМК КП рекомендуются для применения с соответствующим техннко-экономическим обоснованном при проектировании и строительстве отапливаемых зданий предприятий машиностроения, приборостроения, легкой, пищевой, мясомолочной. радиоэлектронной, деревообрабатывающей промышленности, сельскохозяйственных зданий, зданий технического обслуживания автотранспорта и сельскохозяйственных машин, зданий компрессорных, производственно-отопительных котельных, других зданий различного назначения: физкультурно-оздоровительных комплексов, предприятий общественного питания быстрого обслуживания, выставочных и рыночных павильонов, кафе и др. Технические возможности ЛМК КГ1 позволяют применять их практически во всех климатических зонах страны, включая труднодоступные районы.

32. ЗДАНИЯ КОМПЛЕКТНОЙ ПОСТАВКИ. ОСОБЕННОСТИ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ТИПОВ ЗДАНИЙ: «МОЛОДЕЧНО», «КАНСК», «КИСЛОВОДСК», «ОРСК», «МОСКВА», «АЛМА-АТА», «МАРХИ», «ТАГИЛ», «ЖИТОМИР».
1. Здания из конструкций типа «Молодечно» система несущих металлоконструкций зданий типа «Молодечно», включая элементы покрытия, колонн, фахверка, связей, под¬крановых балок, подвесных путей, лестниц и площадок. Несущие конструкции взаимоувязаны с ограждающими.
Конструкции разработаны для применения в отапливаемых одноэтажных про¬изводственных зданиях, возводимых в I-VI снеговых и ветровых районах при шаге ферм 4 м и IIII и I-IV соответственно при шаге 6 м, для расчетных температур -40°С и выше, при расчетной сейсмичности до 9 баллов. Здания могут быть как однопролетными, так и многопролетными, бесфонарными и с зенитными фонаря¬ми, без перепадов высот и с перепадом, с пролетами 18, 24 и 30 м, при высоте зда¬ния не более 18 м, шагом колонн 12 м по средним рядам и 6 м или 12 м по крайним рядам. Здания бескрановые и крановые с режимами работы 6К, грузоподъемностью до 50 т, а также с подвесными кранами грузоподъемностью до 5 т. Около 75 % объема зданий типа «Молодечно» составляют здания с пролетами 24 м, с мостовыми кранами грузоподъемностью до 20 т с высотой 10,8 м и бескрановые с высотой 8,4 м.



2. Каркас здания из конструкций типа «Канск»
В ЦНИИпроектстальконструкция им. Мельникова разработаны конструкции каркасов типа «Канск» - одноэтажных производственных зданий с применением несущих рам из прокатных двутавровых балок с шагом 12 м (шифр 11-2537 КМ), одновременно продолжает действовать серия 1.420.3-15 вып. 1 и 2с, где основной шаг рам 6 м. Металлоконструкции предусматривают возможность размещения мостовых кранов грузоподъемностью 5, 10 и 20 т (группы режима работы кранов ЗКп-5К), а также подвесных кранов грузоподъемностью 1- 3,2 т. Проектная документация зданий с каркасом типа «Канск» допускает использование в различных климатических районах.
В районах по скоростному напору ветра - I-IV при наличии мостовых кранов и без кранов для многопролетного здания всех высот и однопролетных зданий высотой Н = 9 м; IIII для однопролетных зданий высотой Н = 10,2 м. В районах по весу сне¬гового покрова - в I-Y. В несейсмических и с сейсмичностью 7, 8 и 9 баллов (при сейсмичности 9 баллов строительство зданий высотой Н=4,8 и 6 м на грунтах категории III не допускается). В районах с расчетной температурой -60 °С и выше.
Допустимая разница осадок фундаментов смежных колонн ряда и рам составляет 30 мм.
Здания могут быть как однопролетными, так и многопролетными (до четырех пролетов), бесфонарными и с зенитными фонарями, без перепада высот с пролетами 18 и 24 м, с высотой зданий 4,8; 6; 7,8; 9 и 10,2 при шаге колонн 12 м, при этом продольный фахверк выполняется без промежуточных стоек с ригелями пролетом 12 м.
В торцах здания рамы отсутствуют, устанавливаются только колонны крайних рядов. На этом участке покрытие опирается на колонны крайних рядов и на стой¬ки торцевого фахверка, располагаемого с шагом 9 и 12 м.

3. Здания из конструкций типа «Кисловодск».
Пространственные решетчатые конструкции покрытия из труб предназначены для одно- и многопролетных отапливаемых одноэтажных зданий без перепада высот с зенитными фонарями, возводимых в I-IY ветровых и снеговых районах при расчетной температуре минус 40 °С и выше; высота здания принята: 4,8; 6 и 7,2 м. Конструкции допускают установку подвесных кранов грузоподъемностью не более 2 т (1 кран на секцию).
Стержневая решетчатая пространственная конструкция имеет ортогональную сетку поясов, образующую ячейку 3x3 м с высотой между осями поясов 2,12 м. Узлы верхнего и нижнего поясов соединены раскосами. В средней части секции и по четырем крайним сторонам имеется разрежение верхнего и нижнего поясов и решетки. Возможна блокировка отдельных секций в зданиях с нерегулярным ша¬гом колонн (6,43+ 18+12,3 + 6,43 м) или (9,43 + 18 + 15 + 18 + 9,43) м. При этом меняется марка структурной плиты и комплектация прогонов.
Все элементы стержневой системы имеют одинаковую номинальную длину и состоят из электросварных и горячекатаных труб с приваренными к торцу шайбами. В отверстия шайб пропущены стержни высокопрочных болтов с закрепленными на них муфтами из шестигранника. Для соединения стержней между собой используется узловой коннектор в виде стального многогранника с резьбовыми отверстиями.

4. Здания из конструкций типа «Орск». Металлоконструкции зданий типа «Орск» осуществляются системой двухшарнирных однопролетных рам коробчатого сечения пролетом 24 м, по которым уложены прогоны и профилированный лист, выполняющий одновременно роль горизонтальных связей (рис. 11.4). Продольная жесткость здания обеспечивается системой вертикальных связей по колоннам. Ра¬мы - замкнутого коробчатого сечения, образованные двумя швеллерами, соеди- стыки рамы располагаются в карнизных и коньковых узлах и выполнены на флан¬цах с применением в соединении высокопрочных болтов. Здания могут, быть как крановыми с двумя кранами Q= 5 т, так и бескрановыми. В крановых зданиях к стойкам привариваются подкрановые консоли. Здания с рамами высотой 6,98 м - бескрановые, а 8,18 м - крановые. Использо¬вание этих конструкций практически возможно во всех климатических зонах Рос¬сии до IV снегового района и VII ветрового районов, в районах с сейсмичностью до 9 баллов и с расчетной температурой до -65 °С.


5. Здания с пространственным решетчатым покрытием из прокатных профилей типа «Москва». Пространственное решетчатое покрытие для производственных зданий из прокатных профилей в виде складчатой структурной плиты на стадии КМ разработано совместно ЦНИИСК им.Кучеренко, ЦНИИпроектлегконструк- ция и УкрНИИпроекгстальконструкция (экспериментальная серия 774-КМ). Дета- лировочные чертежи КМД разработаны совместно Житомирским заводом ограж¬дающих конструкций и ПКБ РПО Укрстальконструкция. Специализированное производство этих конструкций освоено на Житомирском ЗОК.
Покрытие предназначено для применения в одно- и многопролетных отапли-ваемых зданиях с сеткой колонн 12 х 18 и 12x24 и высотой до низа несущих конст¬рукций покрытия 4,8-10,8 м с неагрессивной и слабоагрессивной средами, возво¬димых в районах: I-VI по весу снегового покрова и IVII по скоростному напору ветра, с расчетной сейсмичностью до 9 баллов и расчетной температурой наруж¬ного воздуха минус 40 °С и выше.
Конструкции допускают установку подвесного кранового оборудования грузоподъемностью до 3,2 т (рис.11.5 а), а также обслуживание зданий опорными электрическими кранами грузоподъемностью до 20 т режимов работы до 6К (рис. 11.5о). На покрытии могут устанавливаться зенитные фонари, дефлекторы, крышные вентиляторы и др.

6. Покрытия с применением стропильных и подстропильных ферм из прокат¬ных профилей типа «Житомир». Стальные конструкции покрытий производствен¬ных зданий с фермами из прокатных профилей (экспериментальная серия, шифр 883665-КМ) разработаны ЦНИИСК им. Кучеренко и Донецким отделом ЦНИИ- проектлегконструкция по заданию и под технологические возможности Житомир¬ского завода ограждающих конструкций.
Конструкции предназначены для применения в отапливаемых зданиях с неагрес¬сивной и слабоагрессивной средой, возводимых в I-V районах по весу снегового покрова, в I-VI районах по скоростному напору ветра, в районах с расчетными температурами наружного воздуха минус 40 °С и выше, с расчетной сейсмично¬стью до 7 баллов.
Конструкции покрытия могут применяться при следующих схемах и парамет-рах зданий: пролеты 18, 24 и 30 м; здания однопролетные и многопролетные без перепадов и с перепадами высот (в условиях I-IV снеговых районов); высота зда¬ний до низа несущих конструкций покрытия 4,8; 6,0; 7,2; 8,4; 9,6 и 10,8 м; здания могут быть бесфонарные или с зенитными фонарями; шаг колонн по средним ря¬дам 12 м , по крайним рядам 6 или 12 м (для однопролетных зданий допускается шаг колонн 6 м). Здания могут быть бескрановые или с мостовыми опорными кранами грузоподъемностью 20 т, режимов работы IK-6K. Предусмотрена возмож¬ность установки подвесного кранового оборудования грузоподъемностью до 3,2 т (при пролетах 18 и 24 м).
Конструкции разработаны под утепленную рулонную кровлю с уклоном 5 %. В качестве несущего и ограждающего элемента кровли используется стальной про¬филированный оцинкованный настил, укладываемый непосредственно по верхним поясам стропильных ферм.
Покрытие состоит из стропильных ферм, устанавливаемых, как правило, с шагом 4 м на колонны и подстропильные фермы пролетом 12 м или подстропильные балки (при шаге колонн 6 м), опирающиеся на колонны через стальные надколонники. Стропильные фермы (рис. 11.7) разработаны двухскатными, с горизонтальным нижним поясом и уклоном верхнего 5 %, с треугольной решеткой и нисходящими опорными раскосами. Высота ферм по осям поясов составляет: на опоре - 1530 мм; в коньке 2330 мм для пролетов 24 и 30 м и 2130 мм для пролета 18 м.

7.Здания из конструкций типа «Алма-Ата». Конструкции типа «Алма- Ата» представляют собой рамные каркасы из двутавров с тонкими гофрирован¬ными стенками для одноэтажных зданий многоцелевого назначения и разработа¬ны институтом Казпроектстальконструкция (шифры 9-Ф88-КМ, 400-032.23.87, 400-033c.23.87). Они предназначены для применения в одноэтажных одно- и двух- пролетных отапливаемых зданиях пролетами 18 м, возводимых в IIII снеговых и ветровых районах, в районах с сейсмичностью до 9 баллов, при расчетной тем¬пературе наружного воздуха -40°С и выше с неагрессивной и слабоагрессивной средой.
Каркас однопролетного здания представлен на рис. 11.9. Размеры здания в пла¬не 18x48 м. Высота рам 6600 мм; шаг колонн - 6,0 м. Здание может быть бескра-новым или иметь один подвесной кран грузоподъемностью 3,2 т. Здание имеет поперечные рамы с жесткими узловыми соединениями колонн с ригелем и фунда-ментами. Колонны каркаса выполнены из широкополочных двутавров а ригели - из сварных двутавров с тонкой поперечно гофрированной стенкой сечением 720 x3 мм. В целях снижения металлоемкости и нагрузок на фундаменты пре-дусмотрено регулирование изгибающих моментов в раме. В торцах здания роль поперечных рам выполняют колонны торцевого фахверка, двутавровые балки про¬летом 6 м и вертикальные связи. Конструкции покрытия разработаны под мягкую кровлю с уклоном 1,5 % с минераловатным утеплителем, уложенным по профили¬рованному настилу, который опирается на прогоны из горячекатаных швеллеров, расположенных с шагом 3 м.

















Рисунок 1Рисунок 16Рисунок 11Рисунок 125Рисунок 288Рисунок 580Рисунок 593Рисунок 596Рисунок 600Рисунок 602Рисунок 603Рисунок 641 Рисунок 642Рисунок 645Рисунок 648Рисунок 650Рисунок 691Рисунок 13 Заголовок 115

Приложенные файлы

  • doc 18344741
    Размер файла: 5 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий