Частного высшего учебного заведения 1 страница

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

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

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

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

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

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

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

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

Рис. 1.10. Детали крепления стальных вертикальных связей ук колоннам и фермам по средним рядам зданий с плоской кровлей

а – к верху колонны; б – к верхним поясам стропильных ферм; 1 –колонна; 2 – ферма; 3 – закладные детали; 4 –связевая ферма; 5 – стальная распорка; 6 – накладная деталь; 7 – монтажные швы, накладываемые до установки смежной фермы

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

Рис. 1.11. Деталь крепления вертикальных связей к колонне продольного фахверка стен

а – при нулевой привязке; б – при привязке к оси 250 мм; 1 – колонна фахверка; 2 – закладные детали; 3 – стальная связевая ферма длиной 6 м

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

Рассмотрим несколько характерных схем покрытий и связей.

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

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

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

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

Рис. 1.12. Расчетные схемы(1 и 2) диска покрытия со скатной кровлей

а – без кранов и без связей между колоннами; б – с кранами и со связями до низа подкрановых балок)

Рис. 1.13. Расчетная схема (3) диска покрытия здания без кранов со скатной кровлей и вертикальными связями между колоннами

Рис. 1.14. Расчетные схемы (4 и 5) диска покрытия и связей зданий с плоской кровлей

а – без кранов; б – с мостовых кранами; 1 – колонна, 2 – опорная стойка фермы; 3 – плита покрытия; 4 – вертикальная связь по фермам; 5 – дополнительная связь, устанавливаемая при недостаточной суммарной длине сварных швов; 6 – связь по колоннам; 7 – распорки

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

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

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

Рис. 1.15. Схемы и детали крепления связей в зданиях с подстропильными конструкциями

а – для зданий со скатной кровлей и мостовыми кранами; б – для зданий с плоской кровлей без кранов; в – детали крепления распорок; 1 – плита покрытия; 2 – стропильная ферма; 3 – распорка; 4 – связь по колоннам; 5 – подстропильная ферма

Лекция № 2

2.1. Привязка разбивочных осей и конструкций

Различают продольные и поперечные разбивочные оси здания. Основные продольные оси разделяют между собой типовые пролеты здания (как правило, через 12, 18, 24 и 30м).

Привязка колонн крайних рядов и наружных стен к продольным разбивочным осям производится в соответствии с основными положениями по унификации СН 223-62 и бывает трех видов:

- «нулевая» – когда наружные грани колонн и внутренние поверхности стен совмещаются с продольными разбивочными осями, – в зданиях без мостовых кранов (рис. 2.1а), либо в зданиях, оборудованных мостовыми кранами грузоподъемностью до 30т включительно, при шаге колонн 6 м и высоте от пола до низа несущих конструкций покрытий менее 16,2 м (рис. 2.1б);

- наружные грани колонн и внутренние поверхности стен смещаются с продольных осей на 250 мм наружу – в зданиях, оборудованных мостовыми кранами грузоподъемностью до 50 т включительно, при шаге колонн 6 м и высоте от пола до низа несущих конструкций покрытий 16,2 и 18 м (рис. 2.1в);

- наружные грани колонн и внутренние поверхности стен смещаются с продольных осей на 500 мм – только при соответствующем обосновании в высоких зданиях и в зданиях с тяжелыми крановыми нагрузками.

Рис. 2.1. Привязка наружной грани колонн крайних рядов и внутренней поверхности наружных стен к продольным разбивочным осям

а, б – «нулевая» привязка; в – со смещением на 250 мм наружу

Колонны средних рядов, кроме колонн, примыкающих к продольному температурному шву, и колонн, которые устанавливают в местах перепада высот одного направления, привязываются так, чтобы оси сечения подкрановой части колонн совпадали с продольными разбивочными осями.

Привязка колонн к поперечным разбивочным осям, за исключением тех, которые примыкают к поперечному температурному шву и к торцам зданий, выполняется так, чтобы геометрические оси сечений колонн совпадали с поперечными разбивочными осями.

Геометрические оси торцевых колонн основного каркаса должны смещаться с поперечных разбивочных сетей внутрь здания на 500 мм, внутренние поверхности торцовых стен должны совпадать с поперечными разбивочными осями, т.е. иметь «нулевую» привязку (рис. 2.2а).

Рис. 2.2. Привязка колонн к поперечным разбивочным осям

а – в торце здания; б – у температурного шва; 1 – фахверковая колонна; 2 – средний ряд колонн

Поперечные температурные швы выполняются на парных колоннах. Ось температурного шва совпадает с поперечной разбивочной осью, а геометрические оси парных колонн смещаются с разбивочной оси внутрь в обе стороны по 500 мм (рис. 2.2б).

Расстояние от продольной разбивочной оси здания до оси подкранового рельса принимается равным:

а) в зданиях высотой от 8,4 до 14,4 м включительно при кранах грузоподъемностью 10 – 30т и шаге колонн (без проходов) по крайним рядам 6 м – 750мм (рис. 2.3а);

б) в зданиях высотой 16,2 и 18 м при кранах грузоподъемностью до 50 т включительно и шаге колонн (без проходов) по крайним рядам 6 м и средним рядам 12 м– 750 мм при привязке наружной грани колонн по крайним рядам 250 мм наружу (рис. 2.3б);

в) в зданиях с кранами грузоподъемностью 75 – 125 т, а также при кранах грузоподъемностью 10 – 125 т и шаге колонн (с проходами) по крайним рядам 6 или 12 м – 1000 мм при привязке наружной грани колонн по крайним рядам 500 мм наружу (рис. 2.2в).

Продольные температурные швы в зданиях с железобетонным каркасом следует устаивать на двух колоннах ос вставкой, шаг которых должен быть равен шагу колонн по средним рядам. Размеры вставок в зависимости от величины привязки колонн принимают 500, 1000 и 1500 мм. Продольные температурные швы в зданиях со смешанным каркасом (железобетонные колонны и стальные фермы) удается выполнять на одной колонне.

Колонны, примыкающие к продольному температурному шву со вставкой, привязывают к продольным разбивочным осям с учетом следующих правил:

а) при шаге колонн средних рядов, равном шагу колонн крайних рядов (6 или 12м), т.е. при решении покрытия без подстропильных конструкций, колонны следует привязывать к продольным осям в соответствии с правилами, установленными для колонн крайних рядов (рис. 2.3а);

б) при шаге колонн средних рядов 12 м и крайних 6 м, т.е. при решении покрытия с подстропильными конструкциями, колонны должны устанавливаться так, чтобы расстояние между продольными разбивочными осями и гранями колонн, обращенными в сторону температурного шва, были равны 250 мм (рис. 2.3 б, в).

Рис. 2.3. Привязка в продольном температурном шве

а – без подстропильных конструкций при вставках 500, 1000, 1500 мм; б – с подстропильными фермами; в – с подстропильными балками; 1 – колонна; 2 –стропильная балка (ферма); 3 – ферма; 4 – укороченная стропильная балка; 5 –подстропильная ферма; 6 – подстропильная балка; 7 – дополнительные элементы

Перепад по высоте между пролетами одного направления в зданиях с железобетонным каркасом достигается при помощи парных колонн со вставкой. Размер вставки в зависимости от величины привязок колонны – 500, 1000, 1500 мм (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Привязка колонн в местах перепада высот между пролетами одного направления

Примыкание двух взаимно перпендикулярных пролетов выполняется на двух колоннах со вставкой. Ось колонн продольных пролетов, которые примыкают к поперечному, смещается с поперечной разбивочной оси на 500 мм. Размер вставок – 500 и 1000 мм в зависимости от привязки колонн к осям продольных и поперечных пролетов (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Привязка колонн и размеры вставок в местах перепада высот между взаимно перпендикулярными пролетами

В одноэтажном каркасном здании с мостовыми кранами для беспрепятственной работы последних необходимо соблюдение габаритных требований.

Мостовой кран состоит из моста, имеющего четыре колеса (при грузоподъемности до 50 т включительно) – по два на каждом крановом пути, тележки на четырех колесах с крюком для подъема груза на гибком или жестком подвесе и подъемного оборудования. При движении тележки вдоль моста грузы перемещаются попек пролета здания.

Мостовые краны могут иметь грузоподъемность 10, 20, 30, 50 т выше; их иногда снабжают вторым крюком для вспомогательного подъема, имеющим меньшую грузоподъемность, чем главный крюк подъема.

Мостовые краны изготовляют для различного режима работы: тяжелого, среднего и легкого. Тяжелый режим работы крана характеризуется большой скоростью передвижения его вдоль подкрановых путей (более 100 м/мин) и интенсивной (круглосуточной) работой (литейные цехи, прокатные цехи); средний режим работы крана характеризуется нормальной скоростью передвижения (до 100 м/мин) и сравнительно меньшей интенсивностью работы (механические и сборные цехи машиностроительных заводов, заводы сборных железобетонных конструкций, склады и т.п.); легкий режим работы крана характеризуется малой скоростью передвижения (до 60 м/мин) и редкой несимметричной работой (монтажные краны в зданиях электростанций).

Расстояние от продольной разбивочной оси до оси подкранового рельса принимается равным 750 мм в зданиях с мостовыми кранами грузоподъемностью до 50 т включительно и равным 1000 мм при грузоподъемности кранов более 50 т, а также при необходимости устройства проходов в надкрановой части. Оно складывается из габаритного размера крана , размера сечения надкрановой части колонны и требуемого зазора между краном и колонной (рис. 2.6).

Рис. 2.6. Габариты мостового крана

На крайней колонне , на средней колонне .

2.2. Унификация нагрузок

Для ферм и балок покрытий указаниями установлены следующие унифицированные эквивалентные нагрузки (без собственного веса ферм и балок) в кг на 1 пог. м конструкции: 1500, 1800, 2100, 2400, 2700, 3300, 3900, 4500, 5100, 5700, 6600, 7800, 9000, 10 200, 11 400, т.е. при шаге ферм и балок 6 м это составляет 250, 300, 350, 400, 450, 550, 650, 750, 850, 950, 1100, 1300, 1500, 1700, 1900 кг на 1м², а при шаге 12 м – 550, 650, 750, 850 и 950 кг на 1м².

На одноэтажное здание могут действовать различные нагрузки: от веса покрытия и снега, от мостовых кранов (вертикальная – от давления колес моста и горизонтальная – при торможении тележки или моста), ветровая нагрузка – в виде положительного или отрицательного давления ветра.

В особых случаях здание может испытывать сейсмические силы, возникающие при землетрясении и др.

2.2.1. Нагрузка от покрытия и снега

Постоянная нагрузка от покрытия передается на колонну как опорное давление ригеля. Подсчет этой нагрузки производится по соответствующей грузовой площади (рис. 2.7а).

Снеговая нагрузка на 1 м² покрытия устанавливается в соответствии с районом строительства и профилем покрытия. Вертикальное давление от снега подсчитывается по той же грузовой площади.

Нагрузки от покрытия и снега передаются на подкрановую часть крайней колонны с эксцентриситетом , где размер сечения надкрановой и подкрановой части колонны соответственно (рис. 2.7б).

2.2.2. Нагрузка от мостовых кранов

Вертикальные нагрузки от крана складываются из веса моста , веса тележки и веса поднимаемого груза и передаются на подкрановые пути через колеса крана. Наибольшее давление на колесо крана возникает при крайнем положении тележки с грузом на одной стороне моста крана, при этом на противоположной стороне давление на колесо является минимальным (рис. 2.7в).

Нормативные значения и можно найти, рассматривая мост крана как простую балку на двух опорах. При двух колесах мостового крана с каждой стороны

Рис.2.7. Нагрузки, действующие на одноэтажное здание

Горизонтальная сила от поперечного торможения тележки при гибком подвесе груза определяется

где коэффициент трения;

число тормозных колес тележки;

общее число колес тележки.

Тогда либо при жестком подвесе с учетом дополнительных инерционных сил .

Горизонтальная сила поперечного торможения передается целиком на один подкрановый путь и распределяется поровну между двумя колесами крана

При продольном торможении моста горизонтальная сила определяется из условия, что на каждом крановом пути одно колесо крана является тормозным. Тогда при .

Горизонтальная сила продольного торможения передается вдоль кранового пути на весь ряд колонн температурного блока.

Вертикальное давление от колонн передается через подкрановые балки на подкрановую часть колонны с эксцентриситетами (рис.2.7б): для крайней колонны - , для средней - .

Нагрузка на колонну от кранов вычисляется по линиям влияния опорной реакции подкрановой балки; наибольшая ордината линии влияния находится на опоре и равна 1. Один из грузов устанавливают на опоре: остальные грузы оказываются расположенными в зависимости от расстояния между колесами крана, т.е.

и .

Горизонтальная сила, действующая на колонну поперечной рамы, определяется от торможения двух мостовых кранов в сближенном положении по тем же линиям влияния, что и вертикальное давление

2.2.3. Ветровая нагрузка

В зависимости от географического района и высоты здания устанавливается величина ветрового давления на м² поверхности стен и фонаря. С наветренной стороны действует положительное давление, с подветренной – отрицательное. Стены передают ветровую нагрузку на колонну в виде распределенной нагрузки , где шаг колонн.

Ветровое давление, действующее на фонарь и часть стены, расположенную выше колонн, передается на колонну в виде сосредоточенной силы, приложенной вверху.

2.3. Конструктивные особенности рамы

Поперечная рама одноэтажного каркасного здания из сборных железобетонных элементов имеет шарнирное соединение ригелей (балок, ферм или арок) и стоек. Это соединение выполняется при помощи гаек и анкерных болтов, выпущенных из колонн, на которые при монтаже наводятся отверстия или вырезы опорного стального листа ригеля на опоре (рис.). Затем опорный лист ригеля приваривают к стальным листам в торце колонны.

В температурном шве ригели опираются на укороченную на 200 мм колонну. При этом один из двух ригелей опирается на катковую (подвижную) опору, а другой – на стальной столик такой же высоты (рис. 2.8).

Рис. 2.8. Узлы опирания ригелей на колонны

Колонны в зданиях с мостовыми кранами различают средние – с двумя подкрановыми консолями и крайние – с односторонним расположением консоли. По конструкции колонны делают (рис.2.9): сплошные – прямоугольного или двутаврового сечения и сквозные – двухветвенные.

Сплошные колонны применяют при кранах грузоподъемностью до 30 т. При кранах большей грузоподъемности рациональны сквозные колонны. Колонны двутаврового сечения экономичнее колонн прямоугольного сечения, однако сложны в изготовлении.

Рис. 2.9. Колонны одноэтажных зданий

2.4. Расчет поперечных рам с учетом пространственной работы каркаса здания

Крановая нагрузка в одноэтажных зданиях загружает преимущественно одну раму блока. В этих условиях возникает пространственная работа блока рам, поскольку незагруженные краном рамы также включаются в работу.

Перед выполнением статического расчета обычно анализируют расчетно-конструктивную схему рамы и ищут возможные упрощения, не оказывающие практического влияния на результаты расчета (рис. 2.10).

Рис. 2.10. Схемы поперечной (а) и продольной (б) рамы одноэтажного

производственного здания

Наклонные и ломанные ригели рам при уклоне не более 1/8 заменяют горизонтальными, ригели одноэтажных многопролетных рам, соединенные со стойками шарнирно, считают абсолютно жесткими.

Наиболее удобным и требующим простых вычислений является расчет железобетонных рамных конструкций по методу П.Л. Пастернака. Согласно этому методу, основная система рамы получается путем устранения связей (метод сил) и введения в заданную систему неподвижных и подвижных шарниров, преобразующие ригели в простые балки на двух опорах, а колонны – в простые консоли, защемленные нижним концом (рис.2.11).

Рис. 2.11. Расчет одноэтажных рам

При расчете нужно учитывать, что в фундаментах, особенно под внутренние стойки рам, где стремятся к минимальному заложению фундаментов, нельзя принимать полную заделку стойки в основании.

Одноэтажные рамы промышленных зданий с ригелями на одном уровне и с шарнирным соединением ригелей и стоек наиболее удобно рассчитывать методом перемещений с одним неизвестным – горизонтальным смещением верха колонны (рис. 2.12). Однако при ригелях, расположенных в разных уровнях, расчет рамы методом перемещений теряет свои преимущества, т.к. возникают несколько независимым смещений. В таких рамах удобнее вести расчет по методу сил с неизвестными в виде пролетных распоров.

Рис. 2.12. Система расчета рамы

Под действием нагрузок колонны загруженной поперченной рамы деформируются и их верхний конец стремится переместиться.

Вертикальные нагрузки от веса покрытия и снега, а также горизонтальные ветровые нагрузки приложены одновременно ко всем рамам. При таких нагрузках пространственный характер работы каркаса не проявляется и каждую плоскую раму рассчитывают в отдельности.

2.5.Фонари

Дата добавления: 2014-01-11