Каркас и ограждающие конструкции здания..Элементы каркаса

Несущие элементы каркаса показаны на рис. 1.1. Основу рамно-связе-вого каркаса составляют поперечные рамы, которые размещают вдоль здания друг за другом обычно с одинаковым расстоянием, называемым шагом рам. На ригели рам опирают прогоны, по которым укладывают профилированный настил или другие несущие конструкции кровли. При беспрогонном решении покрытия пролет между рамами перекрывают крупноразмерными панелями, совмещающими в себе несущие и ограждающие функции. Стеновые панели крепят к горизонтальным ригелям (на рисунке не показаны), которые, в свою очередь, прикрепляют к стой­кам рам и к стойкам фахверка.

Выбор ограждающих конструкций по теплотехническим требованиям. К ограждающим конструкциям здания относят стены, перегородки, окна, двери, ворота, кровлю, фонари, полы.

Выбор ограждающих конструкций основан на расчетах с опре­делением сопротивления теплопередаче в зимнее время года, теплоустойчивости в летних условиях, сопротивления паропроницанию. Исходными данными для определения требуемого значения сопро­тивления теплопередаче являются расчетная отрицательная температура наружного воздуха и зона влажности района строительства, с одной сто­роны, температура и относительная влажность внутри помещения по санитарногигиеническим требованиям — с другой. По сопротивлению те­плопередаче подбирают толщину утеплителя. Важным фактором являет­ся также точка росы. Влажное состояние конструкции оценивают по го­довому балансу влаги. Специ­альная пароизоляция обычно требуется в зданиях достаточно часто, на­пример при температуре выше 16...18°С и относительной влажности бо­лее 60%, т.е. в достаточно типичных условиях.

Во избежание конденсации влаги в толще ограждения при слоистых конструкциях различные материалы располагают в следующем порядке: у внутренней поверхности — материалы более плотные, теплопровод­ные, с меньшей проницаемостью; у наружной поверхности — пористые, менее теплопроводные, с большей паропроницаемостью. Если такое рас­положение невозможно, то также предусматривают пароизоляцию, т.е. устанавливают на пути движения пара преграду из паронепроницаемых материалов. Пароизоляционный слой должен располагаться первым по направлению движения водяного пара, т.е. со стороны внутренней по­верхности ограждения. Конструкции покрытий

Покрытие зданий состоит из кровельных (ограждающих) конструк­ций, несущих элементов (прогонов, ферм) и связей, обеспечивающих пространственную неизменяемость, жесткость и устойчивость покрытия в целом и отдельных его элементов.

Схемы покрытий:1 — стропильные фермы; 2 — прогоны; 3 — кровельные плиты; 4 — панели

Конструкции покрытий

Покрытие зданий состоит из кровельных (ограждающих) конструк­ций, несущих элементов (прогонов, ферм) и связей, обеспечивающих пространственную неизменяемость, жесткость и устойчивость покрытия в целом и отдельных его элементов.

Покрытие устраивают с применением прогонов или без них. В пер­вом случае по стропильным фермам устанавливают прогоны обычно с шагом 1,5 или 3 м, на которые укладывают мелкоразмерные кровельные плиты или сплошной настил (рис. 1.8, а). Во втором случае непосредственно на стро­пильные фермы укладывают крупноразмерные панели ши­риной 1...3 м и длиной 6 или 12м (рис. 1.8,6). Возможна ук­ладка непосредственно по фермам 79-миллиметрового профилированного настила при сокращении шага ферм до 4м или использование более высокого 114-миллиметрового настила при шаге ферм 6 м.

Рис. 1.8. Схемы покрытии: а — по прогонам; б — безпрогонные; / — стропильные фермы; 2 — прогоны; 3 — кровельные плиты; 4 — панели

Покрытия из стальных панелей. Неутепленные покрытия иногда выполняют из стальных панелей с толщиной листов 3...4 мм (рис. 1.14, а, в). Стыки между листами сваривают сплошными швами с использовани­ем автоматической сварки, что обеспечивает полную герметичность, по­этому уклон кровли принимают 1/8...1/12.

Утепленные покрытия можно устроить по панелям, показанным на рис. 1.14,6.

Утепленные панели полной заводской готовности рассчитаны на изготовление на поточных линиях непрерывного действия. Нужный раз­мер панелей по длине может быть назначен произвольно с учетом их ук­ладки по скату покрытия без поперечных стыков.

Покрытия из трехслойных панелей типа «Сандвич» (рис. 1.15, а). Па­нели типа «Сандвич» применяют при уклонах кровли не менее 1:5. Панель состоит из верхней облицовки — профилированного стального лис-га толщиной 1 мм с полимерным покрытием внешней стороны, среднего слоя — утеплителя из несгораемого материала, нижнего слоя — профи­лированного стального оцинкованного листа толщиной 0,8 мм.

Панели крепят к прогонам самонарезающими болтами за край ниж­ней облицовки. Верхние облицовки панелей соединяют комбинирован­ными заклепками, устанавливаемыми с шагом 300 мм. Торцы панелей за­щищают от увлажнения специальной массой или атмосферостойкой эма­лью.

Покрытия из двухслойных панелей. Такие панели предназначены для покрытий зданий с металлическими фермами и прогонами с шагом 3 м при уклоне кровли 1,5%. Панель (рис. 1.15, 6) состоит из несущего сталь­ного профилированного листа, теплоизоляционного слоя и приформо-ванного слоя гидроизоляции. Панели выпускают длиной 6 и 9 м.

При устройстве соединений панелей между собой и с прогонами в месте установки самонарезающего болта из гидро- и теплоизоляции вы­сверливают цилиндр, который после установки болта вставляют на место и закрепляют с помощью горячей битумной мастики. После этого швы между панелями заклеивают полосами рубероида, а затем наклеивают последующие слои гидроизоляционного ковра и устраивают защитный гравийный слой. Современные панели, пока еще не освоенные в серий­ном производстве, не требуют гравийной защиты. Швы между такими па­нелями заделывают полимерными полосами с приклейкой их специаль­ными составами, которые используют также для установки на место вы­сверленных цилиндров.

Рис. 1.14. Стальные панели:

а,в — для неутепленных покрытий; б — то же, для утепленных; 1 — стальной лист t=3...4 мм; 2 — реб­ра t= 4...6 мм; 3—гнутый лист, 4—профилированный настил; 5—самонарезаюший болт

Рис. 1.15. Утепленные панели: а—типа «Сандаич»; в—монопанель; 1 - комбинированная заклепка; 2—самонарезаюший бот;3—герметнк; 4—временное отверстие для установки болта; 5—гидроизоляционная полоса

7 Конструирование светоаэрационных фонарей. Влияние фонарей конструкции на расчет поперечной рамы.

По назначению фонари бывают световые, предназначенные для осве­щения помещений, аэрационные для естественной вентиляции, светоаэрационные для аэрации и освещения. По расположению относительно пролета здания фонари делят на продольные, поперечные и точечные. По конфигурации и конструктивным решениям фонари бывают П - образные (прямоугольные), трапецеидальные, шедовые, зенитные и др. Наиболее широко применяются продольные П - образные фонари с наружным отводом воды. Для пролета 18 м ширина фонаря принимает­ся 6 м, для больших пролетов — 12 м.

Высота фонаря зависит от требуемой освещенности и определяется светотехническим расчетом. Типовые фонарные переплеты имеют высо­ту 1250 и 1750 мм и устанавливаются в один или два яруса. Для фона­рей шириной 6 м применяют одну ленту остекления высотой 1250 мм; для фонарей шириной 12м — одну ленту остекления высотой 1750 или две ленты высотой по 1250 мм. Полная высота фонаря h_фон складыва­ется из высоты переплетов остекления и высот борта и карниза фона­ря. Борт фонаря под переплетами должен иметь высоту 600—800мм,чтобы остекление не заносило снегом. Карниз фонаря принимается вы­сотой 300—400 мм. Переплеты могут быть глухими или открывающи­мися, для их открывания используются специальные механизмы. Основными элементами фонаря являются: поперечная конструкция, продольная конструкция для крепления остекления и система связей.

Поперечная конструкция фонаря (см. рис. 1) состоит из стоек, воспринимающих вертикальную нагрузку от покрытия и снега, и рас­косов, служащих для обеспечения неизменяемости фонаря и восприя­тия ветровых нагрузок. Иногда применяются фонари с поперечной конструкцией в виде фермы (рис. 1б). Длинные сжатые раскосы таких фонарей полу­чаются достаточно тяжелыми, поэтому расход стали на них выше, чем при стоечных фонарях, однако они удобнее в монтаже.

. Продольная конструкция фонаря часто выполняется в виде фонар­ной панели. Фонарные панели целиком изготовляются на заводе из лег­ких профилей и включают в себя стойки и ригели остекления. В нижней части панели устанавливаются раскосы, благодаря чему она восприни­мает нагрузку от остекления и бортовых плит (рис.1в).

Рис. 13.25. Схемы светоаэрационных фонарных конст­рукций

в—стоечного типа: б—с поперечной фермой: в—схема фонарной напели и плоскости остекления

8Подкрановые конструкции

Общая характеристика подкрановых конструкций

Основным видом подъемно-транспортного оборудования, обслужи­вающего технологический процесс, являются мостовые опорные и подвесные краны. Подкрановые конструкции обеспечивают передвижение кранов, воспринимают и передают на каркас здания крановые нагрузки. Кроме того, являясь элементами каркаса, подкрановые конструкции обеспечивают горизонтальную развязку колонн из плоскости рамы, передачу на вертикаль­ные связи между колоннами продольных усилий от торможения кранов, ветровых нагрузок на торцы здания, сейсмических и других воздействий. Подкрановые конструкции под мостовые опорные краны состоят из подкрановых балок или ферм 1, воспринимающих вертикальные нагруки от кранов; тормозных балок (ферм) 2, воспринимающих поперечные горизонтальные воздействия; узлов крепления подкрановых конструкций, передающих крановые воздействия на колонны; крановых рельсов 3с элементами их крепления; связей 4, обеспечивающих жесткость и неиз­меняемость подкрановых конструкций и упоров (рис. 1). Основные несущие элементы подкрановых конструкций — подкрановые балки могут иметь различную конструктивную форму. НаиболееЧисто применяют сплошные подкрановые балки как разрезные (рис. 2а), так и неразрезные (рис.2б). Разрезные подкрановые балки проще в монтаже, нечувствительны к осадке опор, однако имеют повышенный расход стали. Неразрезные балки на 12... 15 % экономичнее по расходу металла, но более трудоемки при монтаже из-за устройства монтажных стыков. Кро­ме того, при осадке опор в них возникают дополнительные напряжения. При легких кранах Q< 30т и больших шагах колонн целесообразны решетчатые подкрановые балки с жестким верхним поясом (рис. 2в). Их применение позволяет на 15...20 % снизить расход стали по сравне­нию с разрезными сплошными балками. Недостаток решетчатых балок — повышенная трудоемкость изготовления и монтажа и более низкая до­лговечность при кранах особого режима работы. При больших пролетах (шаг колонн 24 м и более) и кранах большой грузоподъемности применяют подкраново-подстропильные фермы, объединяющие в себе подкрановую балку и подстропильную ферму (рис. 2г). Экономичность таких конструкций возрастает с увеличениемшага колонн и составляет 4...6 % при шаге колонн 24 м и 12...16 % при шаге 36 м. Однако такие фермы сложны в изготовлении и монтаже

Рис. 2 Типы подкрановых конструкций:

а - разрезные балки, б —неразрезные балки; в - фермы; г - подкраново-подстропнлъные фермы.

Рис. 1 Краны и подкрановые конструкции: 1 - подкрановая балка; 2 -тормозной лист; 3 - крановый рельс;4 – связи

9 Бесфасовочные узлы ферм

До последнего времени легкие фермы проектировались в основном из стержней с сечениями, составленными из двух уголков (рис. 9.13,6). 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 формаихпродолжает совершенствоваться.

10 Фахверки торцевых и продольных стен. Характеристика.

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. 1). При длине панелей, меньших шага колонн, устанавливаются стойкифахверка, и панели опираются на столики колонн и этих стоек (рис. 1а). Сечения стоек фахверка – прокатные обычные и широкопо­лочные, а также сварные двутавры, составные из швеллеров и сквоз­ные из швеллеров (прокатных или гнутых) (рис. 1д). 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. 1в). Если по высо­те есть горизонтальные площадки, то стойки опираются в горизонталь­ном направлении и на них. В торцах здания обязательно устанавливаются стойки (см. рис. 11.16.в), 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 устраивают аналогично. Если стены кир­пичные, то площадь кладки в пределах одной ячейки, ограниченной эле­ментами фахверка, не должна превышать 18 м², а в промышленных зда­ниях с мостовыми кранами — 10м². Фахверк в этом случае обычно раз­мещают в толще стен (рис. 1.29), что значительно повышает огнестой­кость конструкции и устойчивость стоек из прокатных двутавров в плоскости стены

Схемы конструкций фахверка и сечения его элементов 1 - колонны: 2 — стойки фахверка: 3 - стеновые панели; 8 — горизонтальная распорка связей; 9— вертикальные связи фахверка. 10 - надворотный ригель;

Витражи. Во многих видах общественных зданий в качестве наружных ограждений применяют большие остекленные поверхности — вит­ражи, служащие для освещения помещений, создания зрительной связи внутреннего пространства с внешней средой, а также в качестве элемента внешней архитектуры зданий и их интерьеров (рис. 1.30, а, б).

Витражи, как часть внешнего ограж­дения помещений, должны обладать необ­ходимыми светопропускными способно­стями, сопротивлением теплопередаче, звукоизоляцией от внешних шумов, обес­печивать защиту от атмосферных осадков и. продувания, а в некоторых случаях от солнечной радиации. Витражи состоят из коробок, заполненных остекленными пе­реплетами. При большой высоте их до­полняют специальными элементами, вос­принимающими горизонтальные ветро­вые воздействия и нагрузки от собствен­ного веса витражей. Несущие конструкции витражей выполняют из стали

или алюминиевых сплавов.

В зависимости от климатических условий витражи устраивают оди­нарными, двойными (спаренными и раздельными) и тройными. Наиболее экономичны двойные раздельные витражи с воздушной прослойкой меж­ду переплетами 500...600 мм, обеспечивающей возможность прохода и чистки стекол изнутри витража. Для удобства чистки стекол спаренные переплеты делают открывающимися или разъемными. Очистку внешних поверхностей витражей производят обычно снаружи со специальных лю­лек или других устройств.

Для предохранения в холодное время года внешних стекол от образо­вания конденсата, который может возникнуть при проникании теплого, влажного воздуха помещений в пространство между переплетами витра­жа, применяют тщательную герметизацию внутреннего переплета, осо­бенно в местах стыков и притворов. При раздельных переплетах, кроме того, устраивают небольшие отверстия в наружных коробках, через кото­рые внутренние поверхности наружных стекол омываются холодным и более сухим воздухом, поглощающим избыточную влагу.

Различные коэффициенты линейного расширения стекла и алюминия обуславливают необходимость устройства специальных упругих прокла­док и зазоров в местах закрепления стекла в переплетах, что предохраня­ет его от разрушения при температурных деформациях.

Крепления стекол в переплетах из алюминиевых сплавов осуществля­ют различными способами, один из которых показан на рис. 1.31, а. При стальных переплетах крепление стекол осуществляют с помощью угол­ков (20х3 мм) и резиновых прокладок (рис, 1.31, б).

Силовые воздействия на витражи воспринимаются импостами и обвязками коробок обычно полого прямоугольного сечения, передающи­ми усилия на несущий каркас и перекрытия здания. Если вертикальные импосты поэтажно прикреплены к перекрытиям, то в конструкциях креп- \ лений предусматривают возможность перемещения импостов в трех направлениях на ±30мм, кото­рое неизбежно при рихтовке во время монтажа каркаса и для компенсации темпе­ратурных деформаций.

В витражах зальных по­мещений большой высоты, (выставок, спортивных за­лов и др.) крепление к карка­су здания возможно только внизу и вверху (рис. 1.30, б).

Для восприятия ветровых нагрузок и передачи горизонтальных усилий на несущие конструкции здания в этих случаях устраивают специальные несущие каркасы из вертикальных и горизонтальных элементов. Верти­кальные элементы этого каркаса (стойки) закрепляют в фундаментах или подвешивают к покрытию. Крепление каркаса витража к конструкциям здания должно обеспечивать возможность его перемещений для компен­сации температурных деформаций. Особое значение это имеет для высо­ких витражей, расположенных под большепролетными сводчатыми и ви­сячими покрытиями, которые также могут значительно перемещаться в вертикальном направлении. Если стойки жестко закреплены на нижней опоре, то верхнее крепление к покрытию делают подвижным в верти­кальной плоскости. Если стойки подвешены к покрытию, то подвижным должно быть нижнее крепление.

11 Системы поперечных рам. Рамы с решетчатым ригелем

Рамы с решетчатым ригелем получили преимущественное распро­странение в строительстве. Сопряжение ригеля с колонной может быть жестким и шарнирным. При жестком сопряжении повышается попереч­ная жесткость здания, несколько снижается металлоемкость конструк­ций. Недостатком рам с жестким сопряжением элементов является их чувствительность к осадкам опор и температурным воздействиям. Час­тично снизить влияние этого недостатка можно путем устройства шар­нирного сопряжения стоек рамы с фундаментами.

Очертание ригеля рамы определяется рядом факторов, главным из ко­торых является уклон кровли, зависящий от примененного типа ограж­ дающих конструкций покрытия. Так, при устройстве кровли из волнистой стали уклон должен быть не менее 1/5, еще более крутого уклона (1/4) требует кровля из волнистых асбестоцементных листов. В таких случаях применяют ригель треугольного очертания (рис. 1.32, а).

Назначая высоту фермы, следует обратить внимание на возможность перевозки отправочных марок по железной дороге, для чего наибольшая высота их не должна превышать 3,85 м. Этого можно добиться, принимая схему треугольной фермы по типу рис. 1.32, б или выполнив нижний пояс

полигональной фермы с наклонным нижним поясом (рис. 1.32, в). Основными преимуществами рам с шарнирным сопряжением ригеля с колонной являются простота монтажа и удобство унификации опорных узлов. При малоуклонных кровлях применяют фер­мы полигонального очертания с элемен­тами из парных уголков, широкополоч­ных тавров, труб и других сечений. Для шарнирного сопряжения полигональной фермы с колонной обычно предусматривают опорные стойки двутавровых сечений, которые крепят к оголовку колонны сверху на монтажной сварке.

При строительстве зданияв регио­нах, где отсутствует угрозаснежных заносов, можно добиться удачного решения вопросов освещения и аэра­ции, применяя шедовые конструкции покрытия (рис. 1.34).

Из металла делают стропильные конст­рукции, колонны, связи, каркасы и ограждающие конструкции стен, пе­регородки, двери, оконные переплеты, встроенные шкафы и др. В сочета­нии с современными композиционными материалами такие конструкции позволяют обеспечить экономическую эффективность зданий и их высокие эксплуатационные показатели.

1.4.2. Сплошностенчатые рамы

При небольших (12...24 м) пролетах может оказаться целесообразным устройство сплошного ригеля, оптимальная высота которого составляет 1/15...1/20 пролета, в то время как оптимальная высота сквозного ригеля равна 1/8 пролета. Связанное с меньшей высотой ригеля снижение высоты покрытия обеспечивает уменьшение расходов на стеновое огражде­ние, сокращение эксплуатационных затрат на отопление неиспользуемо­го объема здания. Кроме того, сплошные ригели более технологичны: со­бираются из малого числа элементов, приспособлены для поточного из­готовления, сварки автоматами и т.п. Они лучше сопротивляются коррозии, вследствие отсутствия зазоров, и более удобны для окраски в процессе эксплуатации.

Недостатками сплошных ригелей по сравнению со сквозными явля­ются более высокая металлоемкость и относительно меньшая жесткость вследствие малой высоты сечения. Элементы рам проектируют из широ­кополочных или сварных двутавров.

Эта фирма выпус­кает рамы пролетами 12...24 м, шаг рам 6; 7,5; 9 м. Их изготовляют какизпрокатных, так и из сварных двутавров переменного сечения из сталей по­вышенной прочности (R_y= 350...450 МПа). Монтажные соединения вы­полняют на фланцах и высокопрочных болтах.

В нашей стране организовано серийное производство аналогичных рам типа «Канск», которые имеют от одного до пяти пролетов длиной 18, 24 м, с шагом рам — 6 и 12м. Рамы выполняют из низколегированной стали. Стойки рам запроектированы из широкополочных двутавров, ри­гели — из сварных двутавров. Высота ригеля составляет 1/19. ..1/26 про­лета. Стенку ригеля толщиной 4...8 мм укрепляют поперечными ребрами жесткости. Наиболее ответственным узлом рамы является узел сопряжения ри­геля с колонной, который работает в условиях сложного напряженного состояния. Некоторые варианты технических решений такого узла пока­заны на рис. 1.36.

Часто стойки и ригели рам принимают замкнутого коробчатого сече­ния. (рис. 1.37). Они имеют проле­ты 18 и 24 м, высоту 7 и 8 м. Тип сечения принят одинаковым для стоек и ригелей, при этом высота сечения стойки составляет 1/12 высоты рамы, а высота сечения ригеля — 1/35 пролета. Для обеспечения местной устой­чивости стенки устраивают два продольных рифа и приваривают с внут­ренней стороны поперечные ребра жесткости.

Удачная эстетическая форма и относительно высокая коррозионная стойкость сплошностенчатых рам позволяет выносить их целиком или частично за пределы здания, не загромождая его внутренний объем.

Висячие покрытия

Висячими покрытиями можно перекрывать помеще­ния особенно больших размеров (стадионы, спортзалы, выставочные павильоны, рынки, кинотеатры, крупные производственные здания). Главные несущие конструкции работают на растяжение. Они образованы из стальных стержней, тросов, фасонного проката, стальных листов.

При проектировании висячих покрытий следует учитывать их высокую деформативность. Дополнительные провесы гибкой нити определяются двумя причинами: упругими удлинениями нити при ее растяжении (рис.8.3, а ) и кинематическими перемещениями. Нить всегда стремится наилучшим образом приспособиться к нагрузке, поэтому ее конфигурация при изменении положения поперечной нагрузки всякий раз меняется (рис. 8.3, б, в ) и, казалось бы, ценное качество превращается в основной недостаток, требующий применения специальных мер по сохранению формы (стабилизации) нити. Другим важным фактором является необходимость уравновесить растягивающие усилия в нитях путем создания опорного контура с элементами, работающими на сжатие. Именно эти обстоятельства и стремление к их преодолению явились причиной большого разнообразия конструктивных форм висячих покрытий. Однопоясные системы (рис.8.4, а), представляющие собой паралельно или радиально расположенные нити, по которым уложены ограждающие конструкции. Последние должны быть достаточно тяжелыми для того, чтобы доли локальной снеговой нагрузки и ветрового отсоса были малы по сравнению с постоянной нагрузкой и не сильно влияли на кинематические перемещения. Обычно это железобетонные плиты. Для дополнительной стабилизации плиты до замоноличивания швов могут быть пригружены временной монтажной нагрузкой, которая после набора бетоном прочности снимается. Это позволяет превратить систему в предварительно сжатую железобетонную оболочку. Аналогичный результат можно получить при использовании для замоноличивания швов расширяющегося цемента. Другим вариантом стабилизации покрытий на (Основе однопоясных систем является применение нитей конечной жест­кости, выполненных из прокатных профилей в виде сплошностенчатых либо сквозных конструкций.

В двухпоясных системах висячих покрытий (рис.8.4, б) стабилизацию осуществляют путем введения дополнительной нити, которая через подвески (распорки) или решетку догружает несущую нить.

кривизны (рис.8.4, в) стабилизирующие нити располагают перпендикулярно или под углом к несущим. Форму поверхности перекрестных систем обычно принимают в виде гиперболического параболоида (гипара). Н

Мембранные покрытия не содержат в своем составе канатов, им выполняют из листовой стали, сочетающей несущие и ограждаюшие функции.

Конструкции комбинированных вантовых покрытий (рис.8.4 г) весьма разнообразны. Их характерной особенностью является наличие жесткой конструкции, поддерживаемой вантами.

Преимуществами висячих покрытий являются: полное использование несущей способности высокопрочных сталей и как следствие малый собственный вес и сравнительно низкая стоимость несущих конструкции (увеличение прочности стали опережает рост ее стоимости); разнообразие форм и архитектурная выразительность зданий; транспортабельность элементов висячих покрытий (тросов в бухтах, металлических оболочек — в рулонах); удобство монтажа (почти без лесов и подмостей, без кранов большой грузоподъемности); высокая сейсмостойкость.

К недостаткам висячих покрытий относятся: повышенная деформативность; необходимость устройства дополнительных конструкций для восприятия распора; относительная трудность водоотвода.

Мембранные оболочки, выполняемые из тонких провисающих листов, сочетают в себе несущие и ограждающие функции. Конструкция мембраны обычно состоит из монтажных элементов в виде гибких нитей, объединенных в сетку с заданной поверхностью, на которые укладывают лепестки, заранее раскроенные, сваренные и свернутые на заводе в рулоны. Монтажные элементы обычно включают в работу и используют для стабилизации мембраны. В последнем случае их выполняют в виде нитей конечной жесткости или вантовых ферм. Возможна сборка мембраны на земле и последующий подъем ее на заданную отметку.

Детали крепления листов в мембранных покрытиях показаны на рис.8.45. В пролетной конструкции возможно устройство проемов для установки зенитных фонарей, размещения воронок для сбора воды, пропуска коммуникаций и т.п. Проемы рекомендуется размещать в местах, удалленных от опорного контура, и обрамлять листом в плоскости мембраны, либо применять конструкцию по типу рис.8.45, г.

Имея малую толщину, мембранные оболочки работают на растяжение с равномерным распределением нормальных напряжений по толщине се­чения. Точнее говоря, моментами и, следовательно, неравномерным распределением напряжений, как правило, пренебрегают вследствиеих мало­сти, поэтому мембранные оболочки называют также безмоментными. Все мембранные покрытия, кроме цилиндрических, работают в двух направлениях и сопротивляются деформациям сдвига, поэтому их жест­кость существенно выше жесткости аналогичных висячих конструкций с гибкими нитями. К недостаткам мембран относятся большая поверхность металла, подверженного коррозии, и относительно невысокая (0,78 ч) ог­нестойкость, что иногда требует принятия соответствующих мер и удоро­жает стоимость покрытия.

Кровлю мембранных покрытий выполняют по обычной схеме: утеплитель, выравнивающий слой, рулонный ковер. Если утеплитель, кроме основного назначения, используют для стабилизации покрытия, то его делают в виде бетонной рубашки или жесткий плитный утеплитель укла­дывают с зазорами 10...12 см, которые затем в короткий промежуток вре­мени заливают расширяющимся раствором.

а — непосредственное крепление к стальному опорному контуру; б — выносное присоединение к сталь ному опорному контуру; в—то же, к железобетонному; г—обрамление отверстия; д—крепление двухслойной мембраны к железобетонному бортовому элементу; / — нижний прижимной элемент (стальная полоса); 2 — фрикционный слой (пленка толщиной 1 мм из эпоксидного клея с присыпкой ко­рундовой крошкой или кварцевым песком); 3 — высокопрочный болт; 4 — верхний прижимной эле­мент; 5 — тонкая лента из стали (не допускающая сварки) или из алюминиевого сплава; б — болтовой шарнир; 7 — анкер; 8 — фланец из стального листа; 9 — элемент обрамления отверстия; 10 — утепли­тель; // — несущая лента мембраны; 12 — то же, стабилизирующая; 13 — прижимной захват; 14 — на­тяжное устройство

Конструкции покрытий

Покрытие зданий состоит из кровельных (ограждающих) конструк­ций, несущих элементов (прогонов, ферм) и связей, обеспечивающих пространственную неизменяемость, жесткость и устойчивость покрытия в целом и отдельных его элементов.

Покрытие устраивают с применением прогонов или без них. В пер­вом случае по стропильным фермам устанавливают прогоны обычно с шагом 1,5 или 3 м, на которые укладывают мелкоразмерные кровельные плиты или сплошной настил (рис. 1.8, а). Во втором случае непосредственно на стро­пильные фермы укладывают крупноразмерные панели ши­риной 1...3 м и длиной 6 или 12м (рис. 1.8,6). Возможна ук­ладка непосредственно по фермам 79-миллиметрового профилированного настила при сокращении шага ферм до 4м или использование более высокого 114-миллиметрового настила при шаге ферм 6 м. Схема покрытия по прогонам показана на рис. 1.9. Нагрузка ^ от собст­венного веса прогонов, ограждающих конструкций и от веса снега вос­принимается прогонами и далее передается ими на стропильные фермы в виде сосредоточенных сил Р. При опирании стропильных ферм на колон­ны (рис. 1.9, а) последние будут загружены силами 8 от опорных реакций двух стропильных ферм. При наличии подстропильных ферм (рис. 1.9, б) силы М, нагружающие колонны, будут равны сумме опорных реакций стропильной и подстропильных ферм, примыкающих к колонне.

Рис. 1.8. Схемы покрытии: а — по прогонам; б — безпрогонные; / — стропильные фермы; 2 — прогоны; 3 — кровельные плиты; 4 — панели

15 Составление статич схемы и стат расчет рамы.

Расчет поперечной рамы каркаса пром здания состоит из след этапов 1) Определение нагрузок действующих на раму 2) Составление расчетной чхемы и стат расчет рамы, опред расчетных усилий в элим рам(колонны, ригели) от действ нагрузок.3) Определение усилий в колонне, раме 4) Расчет колонны, рамы 5) Расчет решетчатого ригеля фермы. Для рамы сущ 2 расчетн схемы: 1. Схема с конечной жесткостью ригеля, 2. С бесконечной жесткостью. Для ригеля ,

, к₁=2.5…3 B=6м, к₁=3.2…3.8 B=12м, к₁- коэф. учит грузопод. Крана тип сечения колонны шаг рамы и их высоту. к₂=1.2…1.8 к₂- коэф. учит соотношение площади и радиусов инерции в верхней и нижней частей колонны. G_п – пост и снеговая нагрузка на ригели рам [кН/м], l – пролет рамы [м], h_р – 3.15 м высота ригеля, D_max – макс давл кранов на колонну кН, h_в, h_н – высота сечения верха нижней части колонны, R_y – расчетное сопротивление МПа. При составлении расчетной схемы рамы необходимо установить: 1) расчетный размер контура рамы. 2) жесткости отдельных ее элиментов 3) тип соедин колонн с ригелем и фундаментом (жесткие или шарнирные).

Стат расчет состоит из опред наиболее полного действия распределенных внутренних усилий M,N,Q возникающих в его элиментах под действием нагрузок. Стат расчет выполн методом сил, перемещений, сечений. Расчетными загр рамы явл. 1) пост нагрузка от собственного веса покрытия распред по всему ригелю обознач (Q_пост) от массы колон и стенового заполнения передающ на колонные рамы. 2) Снеговая нагрузка равномерно распред по ригелю 3) Вертик давление кранов передающ через подкран балки, два вар загруж D_max, D_min на двух колоннах. 4) Попер тормож кранов сила Т прил к одной из колонн (два вар загруж с учетом направ силы Т и прилож ее к обеем колоннам. 5) Ветровая нагрузка на колонны и на ригель (два вар загр ветр нагрузки). Поперечная рама 1-этажного пром здания явл трижды стат неопред системой. Исход данными для расч явл геометр характ рам 1) Длина ее элиментов и высота сечен колонн 2) Знач дейст на рам и нагр, расчетн сопрот стали 3) Опорные реакции от действия изгиб момент опред по табл Урицкого при действ значениях n=I_в/I_н, λ=H_в/Н, у=1.0Н_е.

1, Опред опорн реакции от покр (пост нагр)

Ось 1 проходит через центр тяж верх части колонны, ось 2 проход через через центр тяж нижн части колонны. Между осью 1 и 2 сущ эксцентриситет. 1) R_в(покр)=(F_n/H)(-k₁e), F_n=BL_зд/2, В=q_п^р (кН/м), e=h_в-а₀, Опорные реакции от снеговой 2) для снег нагр R_в(снег)=(F_сн/H)(-k₁e)кН/м, 3) R_в(Dmax)=0.5k₂e_н/Н(D_max+D_min), 4)R_в(т)=0.5к₃Т, 5)R_в(ветр)=0.5[W_ср+к₄Н(Р_акт+Р_отс)]. P_акт=q^p_актк, P_отс=q^p_отск, Для надкр части колонны сечение 1-1 на уровне нижнего пояса фермы, сечение 2-2 на уровне сопряжения надкрановой и подкрановой частей колонны, 3-3 на уровне опирания подкран балки, 4-4 на уровне сопряжения колонны с фундаментом

1-1 М₁=0, N₁=F_n, Q₁=0; 2-2 M₁=-R_вН_в-F₁h_в+F_ne, N₁=F_n+F₁; 3-3 M₃=-R_вН_в, N₁=F_n+F₁;

4-4 M₄=-R_вН-F₁h_в-F₂h_н+F_n(e+h_н/2), N₄=F_n+F₁+F₂, Q₄=R_в. В соответствии с нормами проектирования расм 3 вар сочет нагр на раму:1. Осн сочет 1-го типа ψ_с=1 1 пост+1 кратк, 2. ψ_с=0.9 1 пост+2,3 кратк, 3. ψ_с=0.9 1 пост+2,3 кратк (включ сейсм нагр). В каждом сочетании нагрузок рассматр по 4 комб сумарных усилий в сечениях колонн: 1) +М_max и N_соот 2) -М_max и N_соот 3) N_max - M_соот 4) N_max + M_соот

Расчетн комбин усилий будет такая комбин котор вызыв наиб усилие в ветвях поясах колонн.

Сплошные колонны

Сплошные колонны обычно проектируют двутаврового сечения. Для колонн с постоянным по высоте сечением и надкрановых частей ступен­чатых колонн применяются симметричные двутавры. Если момент од­ного знака значительно отличается по абсолютному значению от момен­та другого знака, целесообразно применение несимметричного сечения.

Для снижения трудоемкости изготовления колонн рационально при­менение прокатных двутавров с параллельными гранями типа Ш (рис. 14.4, а). Однако' расход стали в этом случае иногда несколько увеличи­вается. Составные сечения компо­нуют из трех листов (рис. 14.4,6) или листов и сварных я также прокатных двутавров (рис. 14.4, б). В колоннах крайних рядов для удобства крепления стенового огражде­ния используются сечения, по­казанные на рис. 14.4, г. ;

При компоновке составных сечений необходимо обеспе­чить условия применения авто­матической сварки (см. гл. 5), а также местную устойчивость полок и стенки. Стержень внецентренно сжатой колонны (или ее участок) должен быть проверен на прочность и устойчивость как в плоскости, так и из плоскости рамы.

Решетчатые колонны

Стержень решетчатой колонны состоит из двух ветвей, связаннш между собой соединительной решеткой. Решетку обычно устанавливают в двух плоскостях (по граням ветвей), хотя для легких колон-иногда применяют решетку, расположенную по оси сечения. Для лучшего включения обеих ветвей колонны в работу на вертикальную нагрузку от кранов в колоннах крайних рядов верхний конец первого (сверху» раскоса целесообразно крепить к подкрановой ветви (см. рис. 14.1. в).

Распространенные сечения сквозных колонн показаны на рис. 14 ^-Для колонн крайних рядов чаще применяют несимметричные сечения -наружной ветвью швеллерной формы (для удобства примыкания стены) (рис. 14.7, а). Наиболее проста эта ветвь из прокатного швеллера, при­меняется она только в легких колоннах; в-более мощных колоннах ветвь проектируют либо из гнутого листа толщиной до 16 мм, либо со­ставного сечения.

Колонны средних рядов проектируют обычно симметричного сечения (рис. 14.7,6) с ветвями из прокатных профилей (двутавр типа Ш)-ли­бо составного сечения. Сквозная колонна работает как ферма с-парал­лельными поясами; от действующих в колонне расчетных усилий N и М в ее ветвях возникают только продольные усилия.. Поперечную силу Q воспринимает решетка. Несущая способность колонны может быть исчерпана в результате потери устойчивости какой-либо ветви (в плоско­сти или из плоскости рамы) или в результате потери устойчивости ко­лонны в целом (в предположении, что она работает как единый сквоз­ной стержень).

19 Усиление конструкций

Цель усиления конструкций — поддержать их эксплуатационную на­дежность или обеспечить несущую способность и нормальную эксплуата­цию в новых условиях, вызванных реконструкцией. В некоторых случаях вы этого можете добиться не производя усиления, путем снижения дейст­вующих нагрузок (замены железобетонных плит покрытия профилирован­ным настилом, ограничения сближения кранов, замены мостовых кранов напольным транспортом и т.д.). Техническое решение по усилению конст­рукций принимают на основании сравнения вариантов. Наиболее важным фактором, влияющим на выбор варианта усиления в условиях действую­щего производства, является проведение работ по усилению без остановки технологического процесса или с минимальной остановкой. Конструкции можно усиливать под нагрузкой или с предварительной разгрузкой. Есте­ственно, что менее трудоемко усиление конструкций под нагрузкой. В этом случае важно обеспечить несущую способность конструкций в про­цессе проведения работ по усилению. Исследования показывают, что уси­ление под нагрузкой возможно, если напряжение в элементе или соедине­нии не превышает 0,8Rу. В большинстве случаев можно производить уси­ление не разгружая конструкции от постоянных нагрузок, так как доля вре­менных нагрузок обычно больше 20 %.

Применяемые способы усиления конструкции можно разделить на две группы: увеличением сечения элементов (или площади сечения свар­ных швов в соединении); изменением конструктивной схемы или схемы приложения нагрузок. Возможно применение способов усиления, соче­тающих обе эти группы.