Металлические рамы переменного сечения выполняют с целью
Обновлено: 16.05.2024
В XX веке до 70 годов большие инженерные сооружения (высокие фермы, ангары и т.п.) преимущественно возводились за счет сборки более мелких конструкций, так называемым ферменным или решетчатым методом. Элементы из сварных двутавров применялись при возведении пролетов мостов или в качестве составляющих каркасных сооружений, но американская компания (Stilios Steel) смогла сделать прорыв в строительстве, предложив идею сплошностенчатых сварных конструкций, основой которых стали сварные рамы переменного сечения.
На сегодняшний день рамы переменного и сварного сечения относятся к категории металлоконструкционных материалов достаточно широко и активно применяемых в современном крупнопанельном, гражданском и промышленном строительстве, а также при возведении мостов.
Представленные элементы изготавливаются на высокопроизводительных линиях автоматической сварки, что обеспечивает полный провар, отменную геометрию и хороший внешний вид. В результате рамы, созданные посредством сварочного метода, отличный вариант, вполне удовлетворяющий задачи современной металлоконструкционной промышленности в плане значительного уменьшения уровня металлоемкости изготовляемой продукции. Рамы различаются по толщине полок и стенок, по расположению граней полок, по способу производства, по назначению и техническим характеристикам.
По сути, сварные рамы, являясь конструктивным элементом, предназначаются для работы на изгиб и поэтому наиболее напряженной зоной, выступает полка, в результате количеству металла в ней отдается значительное предпочтение. В то время как стенки балки, подвергаются меньшей нагруженности и в виду этого количество израсходованного металла на стенки не такое большое, но за счет введения дополнительных гофрированых перегородок и ребер жесткости, стенки составных сечений прочнее и устойчивее. Именно за счет меньшего применения металла в стенках сооружений и происходит уменьшение общего веса несущей части и соответственно такая металлоконструкция в сравнении с металлоструктурой из прокатного стандартного металла обладают рядом экономических преимуществ и полезных свойств.
Рамы сварного сечения позволяют возводить более мощные здания, при уменьшении объема самого строения и без необходимости применении монтажной сборки. К тому же, для сварных двутавров характерны повышенная стойкость к коррозии на фоне надежности, благодаря основному материалу, применяемому при изготовлении, а именно стали. Также стоит отметить, что данные элементы изготавливаются очень точных размеров, что позволяет минимизировать отходы при монтаже сооружения (к примеру, можно заказать изделие размером 9530 мм). К тому же, возможно изготовление любых нестандартных конструкций, в том числе и переменного сечения. А дополнительные ребра жесткости и фланцевые соединения значительно увеличивают прочность конструкции. Благодаря современным технологиям те места рамы, которые подвержены наибольшей нагрузке, утолщаются, что в результате значительно экономит металл и как следствие делает процесс изготовления менее затратным. Хотя наряду с преимуществами проявляются и некоторые недостатки таких конструкций. Например, на фоне снижения затрат на производство сварных балок за счет наличия ребер жесткости, что значительно уменьшает толщину стен, при производстве дополнительных арматур, увеличивается сам процент трудозатрат. Но в результате учитывая экономию на материале, расходы на оплату работы в принципе будут незначительными.
Металлические каркасы зданий на основе рам переменного сечения
О том, что к созданию быстровозводимых зданий подталкивают экономические и технические преобразования, свидетельствует само содержание строительных проектов. Ими в значительной мере заполняются пространства нашей могучей Родины. С момента своего рождения металлические каркасы зданий на основе рам переменного сечения прошли через все этапы архитектурной выразительности. Что несомненно заслуживает более пристального внимания.
Прогрессивные быстровозводимые технологии сделали всё возможное, чтобы металлические каркасы зданий на основе рам переменного сечения могли использоваться в производстве и промышленности, коммерции и торговли, а также при создании других социально значимых объектов строительства.
Подтверждая вышесказанное, следует заметить, чтобы грамотно скомпоновать конструктивную схему каркаса необходимо правильно подобрать профиль для металлоконструкций прогонов и точно определить усилия в металлоконструкциях рамы, после чего можно будет сконструировать и рассчитать металлоконструкции колонн, фермы и узлов сопряжения основных элементов рамы металлического каркаса.
Металлические каркасы зданий на основе рам переменного сечения представляют собой рамные конструкции переменного сечения, выполненные из сварных двутавров. Чтобы иметь четко обозначенное представление о том, что такое металлические каркасы зданий на основе рам переменного сечения дадим несколько определений.
- Сварной двутавр — это элемент несущего металлокаркаса, который часто называют двутавровой балкой, широко использующейся в строительстве. В сечении конструкция напоминает букву «H», что считается наиболее выгодным типом сечения при распределении нагрузок.
В каркасной системе двутавровая балка работает на изгиб, поэтому чем больше расчетные нагрузки, тем больше будет длина балочного пролёта. Двутавр используется в проектах быстровозводимых зданий, как элемент междуэтажных перекрытий и металлоконструкций колонн. У металлоконструкций балки особенная классификация, которая учитывает такие особенности, как внешняя форма, расположение граней полок, технологии производства, цели использования объекта строительства. Подобрав оптимальную площадь сечения сварной балки можно максимально уменьшить вес всей металлоконструкции, что в целом делает металлические каркасы зданий на основе рам переменного сечения выгодными и экономичными.
Быстровозводимые здания, в основе которых находится такая каркасная система характеризуются минимальной металлоемкостью, архитектурной выразительностью, гибкостью объемно-планировочных решений. Широкие возможности металлоконструкций рам переменного сечения эффективны в проектах промышленного и общественного назначения. Также металлические каркасы зданий на основе рам переменного сечения используются при создании рынков, спортивных арен и залов, физкультурно-оздоровительных комплексов, ангаров для самолетов и другого транспорта, в инженерных сооружениях с пролетами 24-80 метров.
Чтобы описать широкое распространение быстровозводимых каркасных зданий на основе рам переменного сечения понадобиться исписать много страниц. Так как металлоконструкция сварной двутавровой балки обладает высокой жёсткостью и небольшим весом, по своим характеристикам металлические каркасы зданий на основе рам переменного сечения значительно превосходят по жёсткости металлоконструкции квадратного профиля и уголка. Поэтому при их изготовлении используются разные марки стали:
- Для самых напряжённых участков металлоконструкции сварной балки требуется сталь повышенной прочности;
- Ненапряжённые участки металлоконструкции производятся из малоуглеродистой стали.
Такой подход к производству позволяет уменьшить общую стоимость проекта, из-за чего металлические каркасы зданий на основе рам переменного сечения становятся доступными клиентам с разными бюджетными возможностями.
О наших производственных возможностях, а также о методах изготовления металлоконструкций балок, рам, ферм заданной длины, можно узнать у консультантов по телефону 391 251-82-82. Обращайтесь!
Рама переменного сечения для каркаса
«АМК-Система» с самого основания занимается проектированием и строительством полнокомплектных быстровозводимых зданий с каркасом из легких металлических конструкций (ЛМК) в том числе из рамы переменного сечения. Почему заказчики выбирают раму переменного сечения? Потому, что это самая эффективная технология по металлоёмкости и функциональности среди других ЛМК.
Лучшее решение для промышленности, складирования, энергетики.
Проектирование каркасов по технологии ЛМК из рамы переменного сечения
Конструктив типовых каркасов рама переменного сечения проектировался с учетом многолетнего европейского и американского опыта производства и эксплуатации стальных каркасов ЛМК. Объемно-весовые характеристики этих каркасов быстровозводимых зданий прошли долгий путь расчетов и оптимизации. Здания могут быть однопролётными и многопролётными, одно и двухэтажными, свободной геометрии. Основные характеристики зданий с каркасом рама переменного сечения:
Ширина пролёта – от 12 до 60 м.
Длина – не ограничено.
Высота до низа несущих конструкций* - от 3 до 15 м.
Минимальный уклон кровли – 10 градусов.
Шаг между колоннами – 6 м.
(имеются ввиду колонны расположенные вдоль боковых стен, внутри здания – свободное пространство)
Каркас из рамы переменного сечения
Каркасная система рамы переменного сечения состоит из основных и торцевых рам, изготовленных из Ст.245. Сварные швы подвергаются дробеструйной обработке, после чего конструкции окрашиваются в два слоя грунтовкой ГФ-021. Мероприятия по антикоррозийной защите строительных конструкций приняты в соответствии со СНиП «Защита строительных конструкций». Поперечная устойчивость здания обеспечивается системой ветровых связей.
Прогоны стен и кровли изготавливаются из оцинкованных холодногнутых профилей.
Для монтажа металлоконструкций используются высокопрочные болты с контролируемым предварительным натяжением.
В рамках стандартного конструктива можно реализовывать нестандартные элементы: междуэтажное перекрытие, антресоли, грузоподъёмное оборудование, перегородки, светопрозрачные участки кровли, лестницы, парапеты и др.
Преимущества рамы переменного сечения
Оптимальная металлоёмкость в классе зданий из чёрного металлопроката.
- Металлоемкость наших зданий максимально снижена по сравнению с аналогичными проектами других производителей.
- Здания из рамы переменного сечения особенно эффективны при ширине пролёта более 30 м., высоте стены более 7 м. и необходимости оснащения здания грузоподъёмными механизмами
Однопролётные здания шириной до 60 м.
- Применение новейшего программного обеспечения позволяет проектировать и возводить большепролётные здания без установки промежуточных опор.
- Это даёт возможность архитекторам создавать оригинальные планировки и максимально эффективно распределять внутреннее пространство
Возможность размещения кран-балки на несущих конструкциях.
Применение рамных конструкций и их элементов при реконструкции зданий и сооружений
Широкое применение находят рамные конструкции из двутавров и при реконструкции действующих предприятий, для чего используются одно-, многоэтажные рамы как небольших пролетов, так и большепролетные рамы. На рис. 25 показан пример реконструкции, где были использованы двухэтажные рамы, смонтированные сверху существующего административного здания. В качестве ригелей перекрытий использовались тонкостенные двутавры высотой 800 и 500 мм для первого и второго этажей соответственно.
При реконструкции кирпичного завода были использованы рамы переменного сечения пролетом 30 м, смонтированные над существующей кольцевой печью без остановки производства (рис. 26). Расход стали на рамы составил 25,6 кг/м2.
Для перекрытия крановой эстакады (Иркутская область) применены конструкции в виде шарнирно опертых на существующие колонны рам, одна стойка которых сопряжена с ригелем жестко, а другая — шарнирно (рис. 27). Такая статическая схема была принята для предотвращения появления распора в уровне опирания стоек рамы на колонны эстакады. Ригель рамы выполнен с одной консолью для устройства дополнительных производственных помещений вдоль эстакады. Низкая строительная высота сплошностенчатого ригеля позволила совместить верх кровли нового перекрытия с кровлей существующего здания без образования уступов.
Однопролетная рама с консолями была применена при строительстве гаража в г. Кемерово (рис. 28). Использование консольной схемы обусловлено невозможностью устройства фундаментов в непосредственной близости от стен существующего здания и, в значительной степени, способствовало разгрузке ригеля и уменьшению его деформаций в пролете.
Наиболее полно преимущества рамных конструкций проявились при реконструкции действующего склада металлопроката в г. Кемерово. Из-за большой стесненности на объекте, рамы с пролетами 2x34 м были установлены на существующие фундаменты, для чего их крайние стойки выполнены с обратным уклоном наружных полок (рис. 29).
Шаг рам 12 м принят равным шагу существующих железобетонных колонн. Средняя стойка рамы оперта шарнирно на фундаменты среднего ряда этих колонн. Фахверковые стойки на торцах здания, для уменьшения количества фундаментов, подвешены к крайним рамам и имеют подвижное крепление к бетонному полу здания в вертикальном направлении. Использование рамных конструкций переменного сечения позволило максимально уменьшить габариты нового здания и использовать существующие конструкции эстакады. Расход стали на рамные конструкции составил всего 21,5 кг/м2, а на весь каркас 42,7 кг/м2.
При перекрытии открытой крановой эстакады завода ЖБК в г. Львове использовалась пятипролетная рамная конструкция (5x18 м), также смонтированная на существующие железобетонные колонны (рис. 30). Применение легкого неразрезного ригеля (высотой сечения 600 мм) с шарнирным опиранием на стойки, позволило сократить расход стали на рамы до 16,5 кг/м2 и использовать существующие железобетонные колонны.
Основные элементы рамных конструкций
Ранее были представлены примеры применения рамных конструкций самых различных статических схем, конфигураций, размеров и назначения. Как было показано, здания с каркасами из рам переменного сечения могут иметь пролеты от 15 м до 100 м при высоте от 3—4 м до 30—40 м и строиться во всех климатических районах России. При этом, несмотря на такое разнообразие, практически все каркасы приведенных выше зданий, могут быть выполнены с использованием всего двух основных типов элементов, а именно из элементов двутаврого постоянного или переменного сечения, отличающихся друг от друга только примыканием соединительных элементов — фланцев или опорных пластин (рис. 35, 36). Из этих элементов выполняются ригели рам, крайние и средние колонны, стойки фахверка и другие элементы каркаса. He исключено применение для средних стоек рам и стоек фахверка прокатных профилей.
Основные элементы объединяет общая база исходных материалов — листовой прокат и технология производства-операции по резке листового металла и сварке двутавров. Это позволяет, используя ограниченный набор оборудования и оснастки, выполнять весь комплекс работ по изготовлению основных несущих конструкций каркасов
Элементы первого типа (P1) содержат стержень двутаврового симметричного или моносимметричного сечения постоянной или переменной высоты, к торцам которого под углом приварены торцовые пластины, выполняющими роль фланцев (для элементов ригеля); фланца и опорной пластины (для крайних стоек рамы); опорной пластины и оголовка (для средних стоек рам) (рис. 36 а).
Элементы второго типа (Р2) отличаются от элементов первого типа тем, что фланцевая пластина приварена не к торцу элемента, а сбоку, вдоль стенки, а в зоне приварки фланца устанавливаются дополнительные торцевое и опорное ребра, а также диагональное ребро для обеспечения устойчивости стенки отсека (рис. 36 б).
Элементы первого типа обладают лучшими технологическими и конструктивными показателями по сравнению с элементами второго типа. К преимуществам элементов первого типа относится то, что их изготовление практически полностью может производится на автоматизированных линиях (рис. 37). Благодаря универсальности этих элементов, практически все рамы различных пролетов и конфигураций могут быть выполнены с применением только этого типа элементов. Изготовление элементов второго типа на автоматических линиях встречает определенные трудности, связанные с отсутствием части полки в месте приварки фланца.
Элементы первого и второго типов могут иметь дополнительные ребра жесткости, фасонки для крепления прогонов покрытия и стен, связей, и т.д.
В табл. 1 приведены параметры основных элементов рам, определенные в ходе реального проектирования различных объектов. Пролеты рам, которые могут быть выполнены из элементов с приведенными параметрами, составляют от 15 до 100 м, т.е. охватывают практически весь диапазон наиболее распространенных зданий и сооружений.
Помимо основных элементов, могут встречаться их различные комбинации и модификации, часть из которых показана на рис. 38. Как основные, так и дополнительные элементы собираются из листовых заготовок, практически по единой технологии. Объединение отдельных частей элементов в одну отправочную марку осуществляется при помощи заводской сварки непосредственно встык или через промежуточное ребро. На рис. 35 дополнительные элементы обозначены как Рд.
Читайте также: