Частного высшего учебного заведения 2 страница

Основная конструкция фонаря состоит из поперечных фонарных ферм, рам и стоек, устанавливаемых на ригели поперечных рам здания. На них укладывают элементы покрытия – крупнопанельные плиты или плиты по прогонам. Бортовые плиты располагают в плоскости крайних стоек фонаря. Ширина фонаря и высота переплетов устанавливается в зависимости от требуемой освещенности цеха. Наиболее часто требуемая освещенность обеспечивается при ширине фонаря 0,3÷0,4 от длины цеха. В целях типизации применяют фонари шириной 6 м при пролетах до 18 м и шириной 12 м при пролетах 24 м и более (рис. 2.13).

Рис. 2.13. Конструктивные схемы фонарных рам

Железобетонные фонарные рамы при ширине фонаря 6 м изготавливают в виде трех элементов: одного решетчатого и двух стоек в плоскостях остекления. При ширине 12 м фонарная рама образуется из трех решетчатых элементов, стыкуемых на монтаже.

Покрытие по фонарям выполняется такой же системы (беспрогонная или погонная), какая принята для покрытия вне фонарей.

Сопряжение несущих элементов фонаря с ригелем поперечной рамы выполняется на монтажных болтах с последующей сваркой стальных закладных деталей.

Колонны одноэтажных зданий

1. Типы колонн и область их применения

Сборные железобетонные колонны одноэтажных промышленных зданий по назначению можно разделить на:

1. колоны для зданий без кранов;

2. колонны для зданий, оборудованных мостовыми или другими кранами, для которых необходимы подкрановые пути, опирающиеся на колонны (колонны для зданий с мостовыми электрическими кранами массового применения, колонны для зданий с ручными мостовыми кранами и др.).

По расположению в здании колонны делят на

- колонны крайних рядов (их же используют в рядах, примыкающих к продольным температурным швам);

- колонны средних рядов, имеющих обыкновенно среднюю вертикальную ось симметрии.

Кроме основных колонн используют колонны (стойки) фахверка продольных и торцевых стен, колонны этажерок и рабочих площадок.

По конструкции колонны бывают

- постоянного и переменного сечения по высоте (ступенчатые колонны);

- сплошные (прямоугольного или двутаврового сечения);

- сквозные (двухветвенные), которые могут быть безраскосными и раскосными;

- пустотелые (прямоугольного и круглого сечения).

Статический расчет колонн для многопролетных зданий с мостовыми кранами очень сложен из-за большого количества нагрузок и необходимости составления различных комбинаций этих нагрузок, из которых определяют наиболее неблагоприятные сочетания усилий: нормальных и поперечных сил и моментов.

3. Основные вопросы конструктивного решения колонн

Колонны сплошного сечения применяют в зданиях пролетами до 24 м, оборудованных мостовыми кранами грузоподъемностью до 30 т включительно при высоте от пола до головки кранового рельса 10 м.

Для зданий пролетом 30 м или при высоте от пола до головки рельса более 10 м, а также при мостовых кранах грузоподъемностью более 30 т экономичнее двухветвенные колонны со сплошным сечением в надкрановой части, а в подкрановой – с сечением, состоящим из двух стоек (ветвей), соединенных между собой короткими ригелями (безраскосная система).

Лекция № 3.

Поперечные рамы состоят из стоек, жестко защемленных в фундаментах, и ригелей, которые по своей конструкции могут быть сплошными в виде балок или сквозными в виде ферм.

Сопряжение стоек с ригелями обычно делается шарнирным. При таком сопряжении изгибающие моменты в ригеле и стойке настолько больше, чем при жестком, однако достигается независимая типизация ригелей и колонн, т.к. в этом случае нагрузки, приложенные к одному из элементов, не вызывают изгибающих моментов (или вызывают незначительные) в другом. Шарнирное сопряжение упрощает форму ригелей и колонн и конструкцию их стыка.

Конструктивное соединение ригелей с колоннами выполняется монтажной сваркой стального опорного листа ригеля с закладной деталью в торце колонны. Защемление нижнего конца колонны обеспечивается ее заделкой в стакан фундамента.

Поперечники бывают с ригелями в одном направлении (рис. 1а) и в разных уровнях (рис. 2).

Расчетные пролеты поперечника принимаются равными их номинальным размерам, т.е. расстоянию между координационными осями; расчетная длина стоек – расстоянию от верха фундамента до низа ригеля.

При расчете рамы ее ригель условно принимают абсолютно жестким.

Поперечная рама воспринимает нагрузки: постоянные – от веса покрытия и временные – от снега и ветра. Иногда на раму может действовать нагрузка от подвесного кранового оборудования.

Вертикальную нагрузку от веса покрытия определяют по соответствующей грузовой площади. Она передается на колонну сосредоточенной силой F, приложенной в центре опорной закладной детали в ригеле. Таким образом, эксцентриситет приложения этой силы зависит от размещения указанной детали на торце колонны. На крайней колонне при нулевой привязке .

Нагрузка от снега устанавливается в соответствии с профилем покрытия и географическим районом строительства согласно нормативным документам. Ее определяют по той же грузовой площади, что и нагрузку от веса покрытия. Точки приложения обеих нагрузок совпадают.

Ветровая нагрузка, действующая на поверхность стен и покрытия, определяется в зависимости от географического района и высоты здания по нормативным документам. В пределах колонны она принимается распределенной с интенсивностью . Ветровое давление, действующее на кровлю и часть стены, расположенную выше колонны, в расчетной схеме принимается в виде сосредоточенной силы W, приложенной на уровне верха колонны.

Нагрузку от подвесного кранового оборудования определяют в зависимости от грузоподъемности; на колонну она передается в той же точке, что и постоянная.

При расчете поперечника следует учитывать возможность смещения верхних шарнирных опор колонн, которыми служит диск покрытия. Такое смещение кранов имеет место при действии нагрузки от мостовых кранов и при малом количестве пролетов.

При действии на поперечник вертикальных нагрузок (постоянных, снеговых) в силу их симметрии диск покрытия в горизонтальном направлении практически не смещается, поэтому усилия в колоннах от таких нагрузок определяют как для отдельно стоящих колонн, с жестко защемленным нижним концом и шарнирно опертым на несмещаемую опору – верхним (рис. 1б).

Действие горизонтальной ветровой нагрузки приводит к смещению диска покрытия и верхних частей всех колонн. В этом случае определение усилий в колоннах производят по расчетной схеме на рис. 1в.

Наиболее удобным методом расчета поперечников является метод перемещения. За неизвестное в этом методе принимают горизонтальное смещение ригелей. В некоторых случаях используют метод сил, при котором за неизвестное принимают внутренние усилия в ригелях.

Для поперечников с ригелями в одном уровне и при несмещаемой опоре эту реакцию в любой колонне и от каждого вида загружений определяют по специальным таблицам.

При определении реакции в колоннах таких поперечников от действия ветровой нагрузки в расчетную схему вводят дополнительную связь (рис. 1), по таблицам определяют горизонтальные реакции в верхних опорах двух крайний колонн (рис. 1д) от распределенного активного на одну колонну и пассивного на другую давления ветра и вычисляют полное горизонтальное усилие в фиктивной связи . Это усилие распределяется на все колонны рамы пропорционально их жесткостям.

Расчет поперечников с ригелями в разных уровнях на действие вертикальных, постоянных и снеговых нагрузок может производиться без учета смещения ригелей и сводится к независимому расчету отдельных колонн на непосредственно приложенные к ним нагрузки. Колонны поперечника, к которым примыкают ригели в одном уровне, рассчитываются так же, как и в поперечниках с ригелями в одном уровне по схеме на рис. 1.1б. При разных уровнях примыкания расчет ведут по схеме, показанной на рис. 1.2б как правило, методом сил, принимая основную систему по рис. 1.2в.

На ветровую нагрузку поперечники с ригелями в разных уровнях также рекомендуется рассчитывать методом сил.

После определения опорной реакции в одной (ригели в одном уровне) или двух (ригели в разных уровнях) верхних опорах каждую колонну рассматривают как консоль, загруженную опорной реакцией и внешней нагрузкой, и вычисляют изгибающие моменты , поперечные и продольные силы во всех расчетных сечениях. Затем составляют невыгодное расчетное сочетание усилий и с учетом гибкости производят расчет колонн как внецентренно загруженных элементов.

Для рам с горизонтальными ригелями в одном уровне и шарнирном сопряжении ригелей с колоннами наиболее удобным является метод перемещений, т.к. в этом случае имеется лишь одно неизвестное – горизонтальное смещение верха колонн. Основную систему получают введением дополнительной связи по направлению этого смещения (рис. 4).

Расчет рамы по данному методу сводится к определению упругих реакций верха верха колонн от горизонтального смещения при раздельном последовательном загружении внешней нагрузкой (т.е. использования принципа независимости действия сил) и последующему определению , и в сечениях колонн.

Конструктивный расчет колонн (подбор продольной арматуры) производится на совместное действие этих усилий.

При таком подходе рама рассматривается как упругая линейно деформируемая система с элементами постоянной жесткости (влияние трещин на жесткость колонн не учитывается).

Определение усилий в поперечной раме рекомендуется выполнять в такой последовательности:

1. Выбирают тип колонн, задаются размерами сечений, определяют постоянные и временные нагрузки на раму.

2. Вычисляют моменты инерций надкрановых и подкрановых частей колонн рамы.

3. Верхним концам рамы придают горизонтальные смещения и определяют реакции колонн в основной системе этого смещения по формуле

4. Находят сумму реакций верха колонн от смещения

5. Для каждого вида загружения рамы внешней нагрузкой определяют реакции в стойках в основной системе (с несмещаемыми верхними концами) и сумму реакций во всех стойках

6. Для каждого загружения составляют каноническое уравнение метода перемещений, выражающее равенство нулю реакции в дополнительной связи

где коэффициент, учитывающий пространственную работу каркаса при действии крановых нагрузок и принимаемый равным 3,4 при шаге 12 м и равным 4 при шаге 6 м; при действии остальных нагрузок коэффициент .

7. Находят действительное смещение верха колонн для каждого вида загружения

8. Для каждого вида загружения определяют упругие реакции верха колонн

9. Определяют усилия , и в расчетных сечениях колонны, рассматривая ее как вертикальную консоль, нагруженную непосредственно приложенной к ней внешней нагрузкой и соответствующей ей упругой реакцией . Обычно рассматривают четыре расчетных сечения: I-I – на уровне верха колонны; II-II – на уровне верха крановой консоли; III-III – под крановой консолью; IV-IV – в уровне защемления колонны в фундаменте.

10. Составляют таблицу расчетных усилий , и и для вышеуказанных сечений определяют расчетные сочетания усилий.

Основное сочетание составляется в двух вариантах, соответствующих различным значениям коэффициента условия работы бетона :

1 вариант - постоянная +одна временная; коэффициент сочетаний для временной нагрузки не вводится;

2 вариант - постоянная + временная длительная + две и более кратковременных нагрузок; коэффициент сочетаний для длительных нагрузок , для кратковременных .

Для каждого сечения колонны устанавливают не менее трех наиболее невыгодных комбинаций расчетных усилий:

- наибольший положительный момент и соответствующие ему продольная и поперечная силы;

- наибольший по абсолютной величине отрицательный момент и соответствующие ему и ;

- наибольшая продольная сила и соответствующие ей значения и .

При составлении расчетных сочетаний усилий рассматривают только одно, глупо.

При расчете рамы обычно принимают следующие правила:

- направление горизонтальных сил слева направо и направление моментов по часовой стрелке;

- смещение колонн вправо;

- направление горизонтальной реакции опоры верха колонны слева направо;

- момент, растягивающий волокна от оси колонны, и поперечная сила, стремящаяся повернуть соответствующие части короны вокруг их концов по часовой стрелке.

Лекция № 4.

КОЛОННЫ

4.1. ТИПЫ КОЛОНН И ОБЛАСТЬ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ

Сборные железобетонные колонны одноэтажных производст­венных зданий по назначению можно разделить на колонны для зданий без кранов и колонны для зданий, оборудованных мосто­выми или другими кранами, для которых необходимы подкра­новые пути, опирающиеся на колонны. Среди последних можно выделить колонны для зданий с мостовыми электрическими кра­нами массового применения, колонны для зданий с ручными мо­стовыми кранами, встречающимися значительно реже, и колон­ны для особых случаев: для зданий с мостовыми кранами, рас­положенными в два-три яруса, зданий со специальными крана­ми и др.

По расположению в здании колонны делят на колонны крайних рядов (их же используют и в рядах, примыкающих к продольным температурным швам) и колонны средних рядов, имеющие обычно среднюю вертикальную ось симметрии.

Кроме основных колонн в одноэтажных зданиях используют также колонны (стойки) фахверка продольных и торцовых стен, колонны этажерок и рабочих площадок.

По конструкции колонны бывают постоянного и переменного сечения по высоте (так называемые ступенчатые колонны), сплошные (прямоугольного или двутаврового сечения) и сквоз­ные (двухветвевые), которые могут быть безраскосными и раскосными. Известны также решения колонн пустотелых — прямо­угольного и круглого сечения.

В колоннах переменного сечения по высоте возможны различ­ные варианты сочетания сечений: например прямоугольного в нижней (подкрановой) и верхней (надкрановой) части колонн, двутаврового сечения в подкрановой и надкрановой части, дву­таврового в подкрановой и прямоугольного в надкрановой части. Двухветвевые колонны для зданий с мостовыми кранами обычно устраивают с надкрановой частью прямоугольного сечения.

Нетиповые железобетонные колонны применяются крайне редко: в отдельных случаях расширения или реконструкции зда­ний, в зданиях с неунифицированиыми параметрами, если в них нельзя применить по противопожарным требованиям стальные колонны, и в других особых случаях.

4.2. ОСОБЕННОСТИ СТАТИЧЕСКОГО РАСЧЕТА КОЛОНН

При проектировании одноэтажных производственных зданий основной расчетной схемой является схема поперечной рамы с шарнирным прикреплением ригелей к колоннам (рис. 4.1.). Такая схема отвечает практике применения сборных железобетонных конструкций в зданиях без мостовых кранов, с мостовыми кра­нами, а также в зданиях со смешанным каркасом – при железо­бетонных колоннах и стальных фермах.

Рис. 4.1. Схема поперечной рамы одноэтажного здания

Схемы продольных рам каркаса здания зависят от типа стро­пильных конструкций, наличия подстропильных конструкций и подкрановых балок (рис. 6.2—6.4).

Рис. 4.2. Схемы продольных рам одноэтажных зданий со стропильными конструкциями, имеющими высоту на опоре до 1 м

а – для зданий без мостовых кранов высотой не более 10,8 м; б – то же, высотой более 10,8 м; в – для зданий с мостовыми кранами; 1 –диск покрытия; 2 – стропильные конструкции; 3 – температурный шов; 4 –колонны; 5 –распорки; 6 – вертикальная связь; 7 – подкрановые балки

Рис. 4.3. Схемы продольных рам одноэтажных зданий со стропильными конструкциями, имеющими высоту на опоре более 1 м

а – для зданий без мостовых кранов при небольшой высоте; б – то же, при большой высоте; в – для зданий с мостовыми кранами (обозначения на рис. 4.2)

Рис. 4.4. Схемы продольных рам одноэтажных зданий с подстропильными конструкциями

а – для зданий без мостовых кранов при небольшой высоте; б – то же, при большой высоте; в – для зданий с мостовыми кранами (обозначения на рис. 4.2); 5 – подстропильные конструкции

В узлах соединения стропильной конструкции с фермой, ха­рактерных для массового применения, как это можно полагать, моменты, возникающие в результате, защемления, сравнительно небольшие. Они частично погашаются благодаря наличию за­кладных листов верха колонны и опорной части стропильной конструкции и подкладного листа между ними. Моменты в ого­ловках колонн возникают также вследствие перемещения центра тяжести сжимающих сил, передающихся от опорной части ферм при перемещении колонн (в большей мере это относится к колон­нам по средним осям зданий).

Статический расчет колонн для многопролетных зданий с мо­стовыми кранами очень сложен из-за большого количества на­грузок и необходимости составления различных комбинаций этих нагрузок, из которых определяют наиболее неблагоприятные сочетания усилий: нормальных сил, моментов и поперечных сил.

Расчет колонн для зданий без мостовых кранов менее сложен. Нагрузки для этих колонн: собственный вес покрытия здания и снеговая нагрузка, приложенные в виде нормальной силы с экс­центриситетом к крайним стойкам и центрально к средним; на­грузки от подвесного транспорта и веса крановых путей, от под­весных потолков (если таковые имеются), коммуникаций и дру­гие нагрузки, приложенные к стропильным конструкциям и передаваемые через опорные части на колонны здания; ветровая нагрузка, действующая на конструкции покрытия здания (в том числе и на фонари) и передаваемая на жесткий диск покрытия или связи, — эта нагрузка действует на раму в виде сосредото­ченных сил на уровне верха колонн. На крайние колонны дейст­вуют также нагрузки от веса стен (если стены не самонесущие и опираются на каркас здания), горизонтальная нагрузка от ак­тивного давления ветра и отсоса, распределенного по высоте крайних колонн.

Колонны для зданий с мостовыми кранами в общих случаях рассчитывают, кроме того, на различные комбинации вертикаль­ного давления мостовых кранов, расположенных в пролетах зда­ния, с учетом собственного веса подкрановых балок. В конкрет­ных проектах возможны и другие виды нагрузок на колонны од­ноэтажных зданий в зависимости от их использования.

Колонны многопролетных рам на все виды нагрузок, кроме ветровой, рассчитывают как стержни, имеющие защемление внизу и неподвижный шарнир вверху. Колонны рассчитывают в соот­ветствии с их конструкцией как стержни с постоянным либо пе­ременным сечением и переменной (ступенчатой) жесткостью.

Колонны однопролетных и двухпролетных рам рассчитывают как стержни, имеющие защемление внизу и смещаемый шарнир вверху. При расчете необходимо учитывать смещение верха ко­лонн, определяя смещающую силу и рассчитывая раму на эту силу. Раму рассчитывают с использованием законов строитель­ной механики, определяя усилия в основной схеме и усилия от смещений, которые затем суммируют. При этом ригель прини­мают несжимаемым, и все стойки рамы получают одинаковое сме­щение, а единичную горизонтальную силу между стойками распределяют в зависимости от коэффициента, характеризующего жесткость колонн на сдвиг и определяемого по формуле, приве­денной в руководстве по расчету колонн.

6.3. ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ КОНСТРУКТИВНОГО РЕШЕНИЯ КОЛОНН

Колонны сплошного сечения, как правило, прямоугольного, применяются в зданиях пролетами до 24 м, оборудованных мо­стовыми кранами грузоподъемностью до 30 т включительно, при высоте от пола до головки кранового рельса 10 м.

Для зданий пролетом 30 м или при высоте от пола до головки рельса более 10 м, а также при мостовых кранах грузоподъем­ностью более 30 т экономичнее двухветвевые колонны со сплош­ным сечением в надкрановой части, а в подкрановой — с сече­нием, состоящим из двух стоек (ветвей), соединенных меж­ду собой короткими ригелями (безраскосная система).. Расстояние между горизонтальными ригелями берут в пределах от 2 до 3 м. Второй от низа колонны ригель размещают на расстоянии, достаточном для свободного прохода между ветвями колонн.

Типовые двухветвевые колонны, применявшиеся длительное время, разработаны так, что первый ригель от низа колонны расположен на некотором расстоянии от концов ветвей. Эти ко­лонны заделывают в фундамент по типу детали на рис. 4.5, а. Однако постепенно сложилось мнение, что нижняя часть двухветвевых колонн должна замыкаться ригелем по типу, приведен­ному на рис. 645, б. В этом случае заделка колонны в фундамент более надежна и проще выполняется, кроме того, улучшаются условия изготовления перевозки и монтажа колонн.

«Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъ­емных кранов» предусматривают обязательное устройство проходных га­лерей вдоль подкрановых путей даже для кранов среднего режи­ма работы при их круглосуточной работе, тогда как ранее это требовалось только при тяжелом режиме работы кранов – в це­хах горячего производства при круглосуточной работе плавиль­ных, нагревательных и термических печей (рис. 4.6). В зданиях, которые проектировались с использованием ранее разработанных типо­вых железобетонных колонн, проходные галереи вдоль крановых путей отсутствуют. Они предусматривались только в зданиях ме­таллургических заводов с колоннами.

Рис. 4.6. Деталь заделки двухветвенной колонны и фундамента

1 – ветвь колонны; 2 – стакан фундамента; 3 – ригель между ветвями; 4 – бетон на мелком гравии; 5 – риски разбивочных осей

Колонны общего назначения конструируют исходя из их за­делки в банкеты фундаментов с отметкой верха — 0,15 м (см. 4.7).

Членение колонн по высоте для уменьшения веса монтажной единицы связано с устройством стыков, что усложняет изготов­ление, увеличивает расход стали и требует выполнения сложных работ по сборке колонн при монтаже, связанных с большой точ­ностью. Поэтому членение массовых колонн в одноэтажных зда­ниях производится сравнительно редко. Для удобства изготов­ления, транспортирования и монтажа тяжелые двухветвевые колонны больших габаритов проектируют и изготовляют со­ставными по длине с одним стыком. При изготовлении двух частей колонны в опалубочной форме полной длины длина со­ставной колонны уменьшается на 30 мм ввиду использования разделительной стальной плиты. В этом случае проектное поло­жение колонны достигалось увеличением толщины подливки в стакане фундамента на 30 мм.

Рис. 4.7. Деталь стыка ветви типовых двухветвевых колонн

а — положение стыкуемых частей колонны при изготовлении; б — су­хой стык элементов ветви после сварки концов арматуры; / — ниж­няя и верхняя стыкуемые части ко­лонны; 2 — поддон опалубки (при изготовлении частей колонны нахо­дится в горизонтальном положе­нии); 3 — стальная строганая про­кладка, временно используемая, при изготовлении частей колонны; 4 — рабочая арматура; 5 — заклад­ные детали для рихтовки и вре­менного закрепления верхней части колонны при монтаже; 6 — арматур­ные сетки усиления торцов стыкуе­мых частей ветви; 7 — сварной стык арматуры; 8 — пазы в бетоне сты­куемых частей, заделываемые после сварки стыков арматуры

К одному типоразмеру следует относить такие колонны, ко­торые имеют одинаковые размеры сечения, расположение их по длине и общую длину, а также одинаковые расположение и раз­меры консолей. Колонны одного типоразмера могут изготовлять­ся в одной опалубочной форме с применением, если это необхо­димо, простых дополнительных приспособлений. Колонны одно­го типоразмера, имеющие один и тот же вид и проектную марку бетона, а также одинаковые вид и сечение арматуры, относят к колоннам одной несущей способности. Колонны одного типораз­мера и одной несущей способности могут иметь разновидности, которые зависят от положения в здании и привязки на монтаж­ной схеме, наличия дополнительных закладных деталей, отвер­стий и т. д. Такие колонны изготовляют в типовых опалубочных формах с применением приспособлений для временного закреп­ления закладных деталей.

Колонны армируются пространственными сварными карка­сами; при отсутствии сварочного оборудования для изготовле­ния пространственных каркасов и специальных требований о не­обходимости приварки поперечной арматуры каркасы выполня­ются вязаными.

Пространственные сварные каркасы образуют путем соедине­ния плоских каркасов между собой стержнями либо непосред­ственно друг с другом. Плоские каркасы принимают с односто­ронним расположением арматуры и изготовляют при помощи контактной точечной сварки. Соединяя плоские каркасы в про­странственный, приваривают поперечные стержни к продольным стержням плоских каркасов контактной точечной сваркой при по­мощи сварочных клещей. Расстояние в свету между продольны­ми стержнями принимается не менее 70 мм, расстояние от сое­динения, выполняемого при помощи клещей, до ближайшего по­перечного стержня каркаса принимается не менее 5 мм, диамет­ры меньшего и большего свариваемых стержней не могут превы­шать соответственно 12 и 32 мм (рис. 4.8, 4.9).

Дата добавления: 2014-01-11