III. Несущие элементы покрытия

Несущими элементами покрытия промзданий, а чаще и не только, являются строительные конструкции. Их роль выполняют обычно фермы – либо входящие в качестве ригелей в состав поперечных рам (конструктивная основа каркаса), либо дополнительные или промежуточные, вводимые в покрытия с помощью подстропильных конструкций. Поэтому рассмотрим общую характеристику ферм и их элементов, акцентируя, в какой момент, большее внимание на фермах именно промзданий.

Очертание ферм весьма разнообразное – рис.5. Конечно, практический выбор конкретно должен быть и экономическим и целесообразным, поэтому полезно понимать и учитывать при анализе следующих основных критериев:

- соответствие параболической эпюре изгибающих моментов (от равномерно распределенной по пролету нагрузки соответствующий вес покрытия, снег и т.п.) – существенно влияет на возможность экономического подбора сечений поясов, ‘‘весящих’’ примерно 70-75% в общей массе фермы;

- возможность организации жесткого сопряжения в опорном узле – обязательна при создании жесткой рамы и желательна для разгрузки фермы за счет перераспределения изгибающего момента с пролета на опору;

- технологичность изготовления, унификация элементов – способствуют снижению трудозатрат при изготовлении и сокращению его срока.

Надо ясно понимать, что в реальных ситуациях этот перечень критериев может быть и расширен и конкретизирован.

Треугольное очертание – рис. 5а, не отвечает ни одному из основных критериев. Можно сказать – самое нерациональное. Поэтому применяется либо по архитектурным соображениям – в покрытиях гражданских зданий, либо на малых пролетах – обычно в объектах с/х назначения.

Сегментное очертание – рис. 5б, отвечает главному критерию (соответствие эпюре основных изгибающих моментов) и уже только по этому весьма экономично. Для снижения трудозатрат возможен переход от сегментного (криволинейного) верхнего пояса к полигональному (кусочно-линейнуму от узла к узлу). Для создания рамы опорная часть может быть развита по рис.5в. Применяется в тяжелых большепролетных конструкциях типа мостовых пролетных строений.

Трапециевидная (иногда называют – трапециидальное) очертание – рис.5г, - предельно упрощений гибрид полигонального решения по рис. 5в. Не хватает соответствия эпюре изгибающих моментов и унификации элементов, но на относительно малых пределах (до 40 м.) эти недостатки проявляются незначительно, поэтому очертания, фактически, являются типовыми в промзданиях.

Прямоугольное очертание (чаще говорят ‘‘фермы с параллельными поясами’’) – рис.5д, не отвечает главному критерию но весьма удобно в плане унификации элементов, узлов, деталей, что и делает его конкурентным трапециевидному в промзданиях. Весьма широко оно используется и в гражданских зданиях, пример, не только в покрытиях, но и в различных перекрытиях или их анализа неизменны.

Решетка ферм, при возможной вариантности, рис. 6, - всегда треугольная, гарантирующая геометрическую неизменность очертания; различия – в назначении, названия, особенностях работы. Для удобства на рис. 6 ее варианты даны на базе прямоугольного очертания.

Треугольная решетка – рис. 6а, является, по существу, базовой, основной, классической и, вместе с этим, простой. Видимо, поэтому она используется наиболее широко и не только в фермах, но и в колоннах, арках, структурах …, т.е.е в самых разнообразных конструкциях.

Шпренгельная решетка – рис. 6б, применяется в тех случаях, когда основная решетка не обеспечивает сугубо узлового нагружения (вообще-то ее нужную схему можно построить практически во всех случаях, но при этом решетка может оказаться слишком частой, загущенной и, как следствие, тяжеловесной). Шпренгели используются для подкрепления как верхних так и нижних (например, в покрытиях – при необходимости крепежа деталей подвесного потолка, в мостах – при езде ‘‘о низу’’ или чем-то подобном) поясов, уменьшая их расчетные длины в плоскости фермы.

Раскосная решетка рис. 6в, отличается тем, что суммарная длина ее растянутых (нисходящих) раскосов заметна. Заметно меньше суммарной длинны ее сжатых стоек. Это предопределяет определенное снижение материалоемкости фермы. Однако из-за некоторой учащенности такая решетка применяется не очень широко, чаще при относительно больших пролетах, но также относительно малых нагрузках.

Крестовая решетка – рис. 6г, в отличие от всех приведенных схем – статически не определима и как две последующие имеет раскосы укороченной длины. Неопределимость дает возможность выполнить решетку гибкой. В свою очередь, гибкость решетки позволяет ее элементам при сжатии как - бы выключаться из работы (при нагрузке эквивалентной распределенной это – все восходящие раскосы) с сохранением неизменности за счет активно функционирования растянутых элементов. Это свойство решетки широко используется в самых различных системах связей, обычно проектируемых как растянутые, т.е гибкие.

Ромбическая решетка – рис. 6е внешне достаточно симпатичны и используются обычно в открытых конструкциях (мосты, башни, мачты …) как в несущих так и во всех вспомогательных их частях.

Сечения элементов ферм весьма разнообразны. Поскольку они достаточно гибки, то одним из основных условий при подборе сечения является равноустойчивость (напомним - l_х»l_у). различают два вида сечений: легкие, соответственно в легких фермах, показаны на рис. 7а; тяжелые, соответственно в тяжелых фермах, показаны на рис. 7б. При этом легкие чаще

Рис. 7

применяются в покрытиях сельскохозяйственных, гражданских и промышленных зданий, тяжелые – в большепролетных покрытиях и мостовых конструкциях.

Габариты и типовые схемы ферм. По условиям транспортировки любая конструкция или ее часть должны удовлетворять требованиям габаритности – ‘‘уменьшаться’’ в объеме – 2500 х 3850 х 12000 (18000) мм вместе со всеми выступающими частями. Вполне очевидно, что с увеличением высоты фермы или отношения высоты к пролету усилия в ее элементах будут снижаться (в поясах – за счет снижения угла их наклона и вертикали), но длины раскосов и стоек будут увеличиваться. Можно сформулировать задачу о поиске оптимальной высоты. Исследования показали, что чаще она близка к 1/6 – 1/7 пролета, т.е. при наиболее применяемых, типовых пролетах L=24; 30 и 36 м оптимальными будут высоты h= 4-3,8; 5-4,3 и 6-5,2 м высоты, которые никак не вписываются в требования габаритности. Поэтому типовые схемы ферм имеют относительно небольшие высоты, на уровне 1/10 пролета, что стало для них достаточно общими и вполне устоявшимся соотношением. Основные схемы типовых ферм приведены на рис. 8 – трапециидальные; на рис. 9 – с параллельными поясами. Здесь же показано и членение ферм на ‘‘отправочные марки’’ (стандартный термин) – габаритные фрагменты, подлежащие укрупнительной сборке в построечных условиях. Как видны из рис. 8, для трапециидальных ферм всех пролетов приняты единые высоты на опоре – h₀=2,2 м и уклон верхнего пояса, для всех ферм панели верхних поясов (расстояния между центрами их узлов) – 3 м, нижних – 6 м с целью достижения большей унификации. В фермах с параллельными поясами пролетах L ³ 30 м обычно предусматривается строительный подъем D, равный их прогибам от постоянной нагрузки, но не менее 1/400 пролета. Роль нисходящих дополнительных подкосов в верхних опорных узлах ферм – поддержат крайние панели поясов при транспортировке (очевидно, под эксплуатационной нагрузкой они нулевые).

Контрольные вопросы.

1. Характеристика очертаний ферм.

2. Характеристика решеток ферм.

3. Легкие и тяжелые сечения элементов ферм.

4. Габариты и отправочные марки.

5. Зависимость усилий в элементах фермы от ее высоты.

6. Типовые схемы ферм.

IV. Колонны.

Колонны промзданий различаются по видам конструктивных форм и типам сечений, но в меньшей степени, в сравнении с фермами.

Виды колонн показаны на рис.10. Первый, рис. 10а, представляет колонну постоянного сечения. Для опирания подкрановых балок предусматривается консоль. Сечение такой колонны развивать в плоскости рамы экономически невыгодно, поэтому она применяется при ограниченных высотах рамы и грузоподъемности кранов до 30 тс (Q£30 тс).

Колонны рис. 10б, 10в имеют переменное сечение – одноступенчатое, наиболее распространенное, и многоступенчатое, используемое достаточно редко при достаточно высоких рамах и наличии двух и более уровней размещения кранов (корпуса ТЭЦ, ГРЭС и т.п.).

На рис. 10г показана колонна раздельного вида (говорят – раздельная колонна) с очевидно выраженными двумя ветвями постоянного сечения. Наружные ветви, шатровые, вместе с ригелем образует раму, воспринимающую главным образом атмосферные нагрузки и относительно небольшие горизонтальные воздействия от торможения крановых тележек. Внутренние ветви, подкрановые, связанны с шатровыми лишь легкими горизонтальными креплениям, не препятствующими их обжатию (укорочению) вертикальными крановыми нагрузками. Фундаменты ветвей могут быть как объединенными, так и разъединенными. Из этой характеристики видно, что данный вид колонн наиболее целесообразен к применению при больших грузоподъемностях кранов (к сведению – встречаются с Q»1500-2000 тс). Весьма удобны они и при реконструкции как вариант усиления, особенно при замене меньших кранов на большие, естественно, с большими же габаритами.

На практике могут встречаться и иные виды колонн.

Типы сечений колонн отличаются еще меньшим разнообразием – сплошные или сквозные. В колоннах постоянного сечения, надкрановых (над ступенькой) частях ступенчатых и в обеих ветвях раздельных колонн обычно используется сплошные сечения рис. 11а, реже – по рис. 11б; в подкрановых (под ступенькой) частях ступенчатых колонн также обычно используется либо сплошное сечение по рис. 11в, либо сквозное – по рис. 12а, ветви которого (шатровая и подкрановая) объединяются треугольной раскосной решеткой. Шатровые ветви могут быть и составными: по рис. 12а – чаще, по рис 12г – реже, и прокатными по рис. 12б – с ограниченностью присущей швеллерам, и гнутыми – по рис. 12в. В колоннах средних рядов сечения обычно симметричны.

Сплошные сечения достаточно металлоемки, поэтому их выгодно применять при ограниченной ширине колонны – до 1м; при большей ширине предпочтение следует отдавать сквозным сечениям.

Контрольные вопросы.

1. Виды колонн, их характеристика.

2. Типы сечений колонн, рекомендация по их использованию.

V. Поперечные рамы

Поперечные рамы, объединяющие ригели и колонны, являются несущей основой каркаса промышленного здания. Поэтому именно к ним относятся общие положения, изложенные в разделе 1 и рекомендуемые для более подробного ознакомления по (2). Избегая повторения и ориентируясь на выполнение курсового проекта здесь рассмотрим лишь особенности компоновки поперечной рамы на примере одного пролетного здания.

Исходными данными для компоновки рамы являются:

L – пролет здания, расстояние между буквенными рядами колонн4

ГПР – отметка головки подкранового рельса;

Q – наибольшая грузоподъемность крана;

силовые и геометрические характеристики мостовых кранов, принимаемые по соответствующим техническим паспортам (табариткам). Дополнительно учитываются частные рекомендации, позволяющие унифицировать компоновку – в данном случае увязать геометрические размеры используемых в покрытии и становом ограждении ж/бетонных изделий, оконных переплетов и т.п. Например, примем условие, что высота надкрановой части колонны должна быть кратной - 0,2 м, а подкрановой -1 м.

На рис. 13 показана компоновочная схема однопролетной рамы с бесфонарным покрытием (предполагается использование зенитных фонарей; с видами и характеристиками металлических фонарей можно ознакомится, например, по (2), а с их деталировкой – по (3)). Суть собственно компоновки заключается в уточнении конкретных значений всех размеров на схеме рамы рис. 13а по справочным данным типовым рекомендациям, аналогам и т.п., а именно:

h₃=200…300 мм – зазор между краном и ригелем назначается проектировщиком (может быть и больше, особенно в районах с большой снеговой нагрузкой) не менее 1/400 пролета, т.е. предельно допустимого прогиба ригеля;

h – высота крана (крановый мост + грузовая тележка) принимается по габаритке в зависимости от пролета и грузоподъемности;

h_р – высота кранового рельса принимается по справочным данным в зависимости от типа рельса и грузоподъемности крана;

h_б³В_к/8 (В_к=6,12 м – шаг рам, он же пролет подкрановой балки) – высота подкрановой балки назначается проектировщиком или принимается по аналогам или типовым проектам. Высота надкрановой части колонны – h₂ (h_в) определяется суммой:

h₂=h₃+h+h_p+h_б

За счет некоторого варьирования h₃ и h_б (при нетиповом размере) ее следует сделать кратной 0,2 м. высота подкрановой части – h₁ (h_н) определится алгебраической суммой

h₁=ГПР+çФ÷-h_р-h_б,

где çФ÷ - нормированная (положительная) отметка заложения базы колонны (или обреза фундамента). Обычно Ф=0,5…1,0 м и варьируя ее следует сделать h₁ кратной 1м. на этом вертикальная компоновка рамы заканчивается, а h₀ и схема фермы принимаются дополнительно (см. раздел 2.2).

Горизонтальная компоновка рамы начинается также с надкрановой части:

е – привязка наружной грани колонны к оси равна 250 мм при Q£100 тс или 500 мм при Q>100 тс;

е¢ - привязка внутренней грани подкрановой части колонны обычно равна ‘‘е’’;

В_в=е+е¢ - ширина надкрановой части колонны;

D – зазор (просвет) между гранью надкрановой части колонны и крановым мостом, D³500 при В_в=500 мм – т.е. достаточный для безопасного прохода при обслуживании подкрановых путей, и D³75 мм при В_в=1000 мм, когда для безопасного прохода в самой колонне предусматривается проем по рис. 13б;

В – свес кранового моста за ось кранового рельса принимается по габаритке;

l=е¢+D+В – привязка оси рельса к оси кратная 750…1000 мм за счет варьирования зазором D;

В_н=l-2l - пролет кранового моста.

При компоновке многопролетных рам рассмотренная процедура сохраняется.

VI. Связи.

Связи каркаса промздания проектируются в каждом его температурном блоке самостоятельно, поэтому предварительно рассмотрим порядок членения здания в целом на температурные блоки.

Поиск по сайту: