Виды металлических связей каркаса
Обновлено: 27.09.2024
Несущей основой промышленных зданий является каркас, состоящий из поперечных и продольных рам. Элементы каркаса, соединяющие между собой поперечные рамы, называют связями.Они воспринимают нагрузки от торможения кранов и ветра, обеспечивая пространственную жесткость каркаса.
По характеру расположения связибывают горизонтальные установленные в плоскости верхнего и нижнего пояса ферм, и вертикальные установленные между колоннами или фермами в вертикальной плоскости.
: Конструктивное решение связей зависит от высоты здания, величины пролета, шага колонн, наличия кранов и их грузоподъемности.
Роль горизонтальных связей выполняют плиты покрытия (рис. 38,а). После сварки опорных закладных деталей и заделки швов покрытие приобретает качества «сплошного диска», повышающего пространственную жесткость здания.
- Устойчивость стропильных балок и ферм (в торцах фонарных проемов) обеспечивается горизонтальными крестовыми связями, установленными в уровне верхнего пояса. В последующих пролетах (под фонарями) устанавливают стальные распорки.
Ветровые фермы (рис. 38,6) в виде системы горизонтальных связей устанавливают в торцовых стенах зданий значительной высоты. Такие фермы располагаются на уровне подкрановых балок или нижнего пояса ферм.
Горизонтальные крестовые связи в уровне нижнего пояса балок и
ферм имеют здания с мостовыми кранами грузоподъемностью более 30 т.
Вертикальные связи между колоннами продольных рядов (рис. 38, в, г) устанавливают в середине температурного блока. При шаге колонн 6 м (рис. 38,(5) ставят крестовые связи, при шаге 12 м (рис. 38,е) портальные. Связи приваривают к закладным деталям колонн. Они воспринимают все горизонтальные нагрузки с покрытия и продольных рам каркаса и передают их на фундамент.
Вертикальные связи между опорами ферм или балок (рис. 38, в, г) ставят в крайних ячейках температурного блока здания с плоским покрытием (без подстропильных конструкций).
Горизонтальные и вертикальные связи являются ответственными элементами каркаса, обеспечивающими неизменяемость и жесткость здания.
Места сопряжений разнотипных элементов сборного каркаса называют узлами.Узлы железобетонных каркасов должны удовлетворять требованиям прочности, жесткости и долговечности; неизменяемости сопрягаемых элементов при действии монтажных и эксплуатационных нагрузок; несложности при монтаже и заделке.
Узлысборного железобетонногокаркаса классифицируют:
По характеру статической работы:
жесткие (рамные), воспринимающие изгибающие моменты, продольные и поперечные силы;
шарнирные, воспринимающие только продольные силы и препятствующие смещению элементов при действии поперечных сил.
По условиям восприятия нагрузки:
расчетные, воспринимающие нагрузки;
нерасчетные, не воспринимающие нагрузок.
По способу заделки:
монолитные, заделанные бетоном;
сборные, соединяемые с помощью болтов и сварки;
сборно-монолитные, сочетающие сварку закладных деталей или выпусков арматуры с последующим замоноличиванием стыка.
Для сборных железобетонных
каркасов характерны следующие узлы.
Сопряжение колонны с фундаментом (рис. 39, а). Глубина заделки колонн прямоугольного сечения 0,85 м, двухветвевого 1,2 м. Стыки замоноличивают бетоном марки не ниже 200. Бороздки на гранях колонны способствуют лучшему сцеплению бетона в полости стыка.
Опирание подкрановой балки на выступы или консоли колонны (рис. 39,6). К опорам балки (до ее установки) приваривают стальной лист с вырезами для анкерных болтов. На опорах колонны балку закрепляют к анкерным болтам и приваривают закладные детали. Верхнюю полку подкрановой балки закрепляют стальными планками, приваренными к закладным деталям.
Опирание подстропильных конструкций на оголовке колонны (рис. 39,г). Закладные детали стыкуемых элементов сваривают потолочным швом.
Крепление подвесных кранов (рис. 39,(?) к конструкциям покрытия. Несущие балки кранов закрепляют болтами к стальным обоймам на строительных конструкциях. Перекидные балки (рис. 40) нагрузку от подвесных кранов перераспределяют между узлами стропильных ферм.
Сопряжение стропильных и подстропильных элементов (рис. 39,е, ж) аналогично креплению ферм и балок на оголовке колонны.
Связи
В связи с изменениями производственной программы Саратовского резервуарного завода выпуск данного оборудования завершен.
Актуальный список товаров доступен в разделе "Продукция".
Металлический каркас состоит из многих несущих элементов (ферма, рама, колонны, балки, ригели), которые необходимо «связывать» друг с другом для сохранения устойчивости сжатых элементов, жесткости и геометрической неизменяемости конструкции всего здания. Для соединения конструктивных элементов каркаса служат металлические связи. Они воспринимают основные продольные и поперечные нагрузки и передают их на фундамент. Металлические связи также равномерно распределяют нагрузки между фермами и рамами каркаса для сохранения общей устойчивости. Важным их назначением является противодействие горизонтальным нагрузкам, т.е. ветровым нагрузкам.
Саратовский резервуарный завод производит связи из горячекатаных сортовых уголков, гнутых уголков, гнутых профильных труб, горячекатаных профильных труб, круглых труб, горячекатаные и гнутых швеллеров и двутавр. Общая масса используемого металла должна составлять приблизительно 10% от общей массы металлоконструкции здания.
Основными элементами, которые соединяют связи, являются фермы и колонны.
Металлические связи колонн
Связи колонн обеспечивают поперечную устойчивость металлической конструкции здания и его пространственную неизменяемость. Связи колонн и стоек являются вертикальными металлоконструкциями и конструктивно представляют собой распорки или диски, которые формируют систему продольных рам. Назначение жестких дисков – крепление колонн к фундаменту здания. Распорки соединяют колонны в горизонтальной плоскости. Распорки представляют собой продольные балочные элементы, например, межэтажные перекрытия, подкрановые балки.
Внутри связей колонн различают связи верхнего яруса и связи нижнего яруса колонн. Связи верхнего яруса располагают выше подкрановых балок, связи нижнего яруса, соответственно, ниже балок. Основными функциональными назначениями нагрузок двух ярусов являются способность передачи ветровой нагрузка на торец здания с верхнего яруса через поперечные связи нижнего яруса на подкрановые балки. Верхние и нижние связи также способствуют удерживанию конструкции от опрокидывания в процессе монтажа. Связи нижнего яруса к тому же передают нагрузки от продольного торможения кранов на подкрановые балки, что обеспечивает устойчивость подкрановой части колонн. В основном в процессе возведения металлоконструкций здания используются связи нижних ярусов.
Схема вертикальных связей между колоннами
Металлические связи ферм
Для придания пространственной жесткости конструкции здания или сооружения металлические фермы также соединяются связями. Связь ферм представляет собой пространственный блок с прикрепленными к нему смежными стропильными фермами. Смежные фермы по верхним и нижним поясам соединены горизонтальными связями ферм, а по стойкам решетки – вертикальными связями ферм.
Горизонтальные связи ферм по нижним и верхним поясам
Горизонтальные связи ферм бывают также продольными и поперечными.
Нижние пояса ферм соединяются поперечными и продольными горизонтальными связями: первые фиксируют вертикальные связи и растяжки, за счет чего уменьшается уровень вибрации поясов ферм; вторые служат опорами верхних концов стоек продольного фахверка и равномерно распределяют нагрузки на соседние рамы.
Верхние пояса ферм соединяются горизонтальными поперечными связями в виде распорок или прогонов для сохранения запроектированного положения ферм. Поперечные связи объединяют верхние пояса фермы в единую систему и становятся «замыкающей гранью». Распорки как раз предотвращают смещение ферм, а поперечные горизонтальные фермы/связи предотвращают от смещения распорки.
Вертикальные связи ферм необходимы в процессе возведения здания или сооружения. Их как раз и называют зачастую монтажными связями. Вертикальные связи способствуют сохранению устойчивости ферм из-за смещения их центра тяжести выше опор. Вместе с промежуточными фермами они образуют пространственно-жесткий блок с торцов здания. Конструктивно вертикальные связи ферм представляют собой диски, состоящие из распорок и ферм, которые располагаются между стойками стропильных ферм по всей длине здания.
Вертикальные связи колонн и ферм
Конструкции металлических связей стального каркаса
По конструкции металлические связи также бывают:
перекрестные связи, когда элементы связей пересекаются и соединяются между собой посередине
угловые связи, которые располагаются несколькими частями в ряд; применяются в основном для строительства малопролетных каркасов
портальные связи для каркасов П-образного вида (с проемами) имеют большую площадь поверхности
Основным типом соединения металлических связей – это болтовое, так как такой вид крепления максимально эффективен, надежен и удобен в процессе монтажа.
Специалисты Саратовского резервуарного завода спроектируют и изготовят металлические связи из любого профиля в соответствии с механическими требованиями к физико-химическим свойствам материала в зависимости от технико-эксплуатационных условий.
Надежность, устойчивость и жесткость металлического каркаса Вашего здания или сооружения во много зависит от качественного изготовления металлических связей.
Каркасы зданий
В современной строительной отрасли металлоконструкции играют основную роль в возведении зданий и сооружений различного назначения (промышленные здания, жилые объекты, объекты инфраструктуры). Металлические конструкции образуют каркас здания или сооружения, который воспринимает постоянные или временные нагрузки: нагрузки от собственного веса, массы ограждающих конструкций, технологического оборудования, атмосферные нагрузки (см. СНиП 2.01.07-85 « Нагрузки и воздействия»).
Преимущества строительства зданий из металлического каркаса
Каркасы из металла обладают многими преимуществами по сравнению с другими способами строительства объектов.
Во-первых, это механические и химические свойства металла, а именно, высокая прочность материала, надежность, хорошие эксплуатационные характеристики.
Во-вторых, применение металлического каркаса в строительстве сокращает время возведения всего сооружения в целом из-за простоты монтажа.
К тому же, производство и строительство с использованием каркаса можно вести круглогодично.
Металлические конструкции также характеризуются высокой теплопроводностью, то есть, решена проблема образования «мостиков холода» (участки конструкции здания или сооружения, через которые осуществляется повышенная теплоотдача: эти участки будут значительно холоднее зимой). Создание так называемых «термопрофилей» решает эту проблему. Термопрофиль – это перфорированная (или просеченная) балка для увеличения продолжительности прохождения тепла через конструкцию. Наличие перфорации увеличивает тепловой поток, за счет чего снимаются тепловые потери.
Еще одним преимуществом каркасных зданий является возможность их возведения на легких фундаментах. В случае болтового соединения элементов каркаса возможен последующий демонтаж сооружения и перенос его на другую монтажную площадку.
Высокая пожаробезопасность, высокая степень заводской готовности и удобство транспортировки также способствуют достаточно низкой стоимости строительства зданий и сооружений из металлических каркасов.
Устройство металлического каркаса здания
Основой металлического каркаса является поперечная рама, которая образуется из колонн, соединенных с фундаментом, и стропильная ферма, шарнирно соединенная с колоннами. Все нагрузки на конструкцию распределены между колоннами и фермой. Основные нагрузки приходятся на колонны: нагрузки от собственного веса, ветровые нагрузки, нагрузки от атмосферных осадков, крановые нагрузки. Нагрузки от покрытия здания и от соединений колонн между собой передаются на стропильные фермы, которые имеют решетчатую конструкцию для увеличения жесткости кровли.
Так же к элементам металлического каркаса здания или сооружения относят:
Сварные балки постоянного или переменного сечения, за счет размера которых можно увеличить пролеты зданий
Стойки каркаса здания, которые увеличивают жесткость каркасной конструкции
Ригели, являющиеся линейным несущим элементом и соединяющие стойки колонны и опоры. На практике ригели воспринимают достаточно высокие нагрузки, с их помощью можно увеличить пролеты здания и высоту потолков
Подкрановые конструкции, балки с тавровым или двутавровым сечением, увеличивающие жесткость сечения и несущую способность всей конструкции для установки грузоподъемного крана
Связи, которые применяются для соединения элементов металлоконструкций (болтовые, на заклепках, сварные)
Прогоны, являющиеся элементами связи и с помощью которых кровельные и стеновые конструкции крепятся к каркасу здания или сооружения; они воспринимают снеговые и ветровые нагрузки
Закладные детали, предназначенные для сварки конструкций между собой
Крепежные элементы, метизы
Арки (дугообразный пролет между прогонами здания или сооружения)
Пространственная жесткость каркаса здания или сооружения достигается системой связи рам, колонн и ферм.
Система связей элементов металлического каркаса
Для компоновки элементов конструкции зданий и сооружений в единый каркас используются различные системы связей, которые обеспечивают пространственную жесткость и геометрическую неизменяемость каркаса.
Так как элементы каркаса здания могут располагаться в вертикальной и горизонтальной плоскостях, следовательно, связи между элементами бывают:
Вертикальные связи между колоннами
Горизонтальные связи по верхнему поясу ферм и балок (поперечные, продольные, скатные)
Существует несколько способов связей между элементами каркаса:
Рамная схема каркаса здания – это совокупность жесткой и устойчивой системы колонн, ригелей и перекрытий, когда несущие элементы стыкуются жесткими узловыми соединениями, а все нагрузки берут на себя поперечные и продольные рамы каркаса
Связевая схема каркаса здания с простыми конструктивными решениями соединения колонн и ригелей подвижными креплениями, которые воспринимают только горизонтальные нагрузки
Рамно-связевая схема каркаса здания, когда вертикальные связи расположены перпендикулярно каркасным рамам, с поперечными стеновыми диафрагмами и стрежневыми элементами, когда рамный каркас и диафрагма жесткости принимают боковые нагрузки
Комбинированные металлические каркасы
Рамные и фермные системы каркаса здания или сооружения
Металлические каркасы зданий и сооружений классифицируются на рамные и фермные конструктивные системы по типу стального каркаса:
Рамные системы, когда все нагрузки принимают на себя продольные и поперечные рамы каркаса.
Рамные каркасы состоят из стальных двутавровых профилей (балок), связанных жестко в углах и образующих раму. В таких системах рама состоит из вертикально расположенных рамных опор-стоек и горизонтальных ригелей, которые несут нагрузку перекрытий.
Например, односкатная однопролетная рама
Фермные системы из ферм (или балок) перекрытия, в которых стальные стержни образовывают треугольники, формирующие фахверковые панели (или поля). Эти поля образуют фахверковые фермы, которые служат основанием для кровли. Их соединяют к стальным стойкам каркаса при помощи сварки или болтами.
Например, ферма под двускатную кровлю
Существует способ строительства зданий и сооружений из легких металлоконструкций, которые имеют вид параллельно расположенных плоских металлических рам, установленных на фундамент. Рамы соединены между собой распорками, или связями, прогонами, балками межэтажных покрытий (в случае строительство многоэтажных зданий). Прогоны выполняют функцию крепления стеновых и кровельных конструкций к каркасу сооружения. Элементы конструкции из легкого металла соединяют или болтами или сваривают, что предопределяет степень заводской готовности металлоконструкции (сварку осуществляют на заводе, крепление болтами – на монтажной площадке).
Обеспечение надежной эксплуатации каркаса здания
Все конструктивные элементы маталлокаркаса должны обладать высокой коррозионной стойкостью и низкой огнестойкостью. Для снижения огнестойкости существуют специальные теплоизолирующие экраны на поверхности элементов конструкций, за счет замедляются процессы нагрева металла: штукатурка, вспучивающиеся краски или огнезащитные покрытия. Для повышения устойчивости к воздействию внешних неблагоприятных факторов металлоконструкции каркаса здания обрабатывают лакокрасочными и полиэтиленовыми порошковыми покрытиями, металлизационные покрытия, проводят гуммирование поверхностей (наносят резиновые смеси и мастики).
Для качественного нанесения антикоррозионного покрытия завод-изготовитель подготавливает поверхность пескоструйными, дробеструйными и химическими способами очистки.
Саратовский резервуарный завод изготавливает металлические каркасы зданий любого типа и назначения. Тип каркаса здания и сооружения подбирается на основе требований Заказчика к металлоконструкции. Все металлоконструкции, производимые на заводе САРРЗ, отличаются высоким качеством, что обеспечивает их долгую эксплуатацию и безопасность.
Как заказать изготовление металлических каркасов?
Для расчета стоимости металлических каркасов нашего производства, Вы можете:
Компоновка связей каркаса
Связи каркаса обеспечивают геометрическую неизменяемость и устойчивость элементов в продольном направлении, совместную пространственную работу конструкций каркаса, жесткость здания и удобство монтажа и состоят из двух основных систем: связей между колоннами и связей покрытия.
Связи между колоннами. Связи между колоннами (рис. 6.4) обеспечивают во время эксплуатации и монтажа геометрическую неизменяемость каркаса и его несущую способность в продольном направлении, воспринимают и передают на фундамент ветровые нагрузки, действующие на торец здания, и воздействия от продольного торможения мостовых кранов, а также обеспечивают устойчивость колонн из плоскости поперечных рам.
Система связей по колоннам состоит из надкрановых одноплоскостных связей V-образной схемы, располагаемых в плоскости продольных осей здания, и подкрановых двухплоскостных крестовой схемы, располагаемых в плоскостях ветвей колонны.
Подкрановые связи в каждом ряду колонн располагаются ближе к середине блока здания, чтобы обеспечить свободу температурных деформаций в обе стороны и снизить температурные напряжения в элементах каркаса. Количество связей (одна или две по длине блока) определяется их несущей способностью, длиной температурного отсека и наибольшим расстоянием Lс от торца здания (температурного шва) до оси ближайшей вертикальной связи (см. табл. 6.1). При наличии двух вертикальных связей расстояние между ними в осях не должно превышать 40 – 50 м.
Надкрановые связи устанавливаются в крайних шагах колонн у торца здания или температурного блока, а также в местах, где предусматриваются вертикальные связи в плоскости опорных стоек стропильных ферм.
Промежуточные колонны (вне блоков связей) в уровне стропильных ферм раскрепляются распорками.
При большой высоте подкрановой части колонны целесообразна установка дополнительных горизонтальных распорок между колоннами, уменьшающих их расчетную длину из плоскости рамы (на рис. 6.4 показаны пунктиром).
Вертикальные связи по колоннам рассчитываются на крановые и ветровые нагрузки W, исходя из предположения работы на растяжение одного из раскосов крестовых подкрановых связей. При большой длине элементов, воспринимающих небольшие усилия, связи принимаются по предельной гибкости λu = 200.
Элементы связей выполняются из горячекатанных уголков, распорки – из гнутых прямоугольных профилей.
Связи покрытия. Система связей покрытия состоит из горизонтальных и вертикальных связей, образующих жесткие блоки в торцах здания или температурного блока и при необходимости промежуточные блоки по длине отсека (рис. 6.5).
Горизонтальные связи в плоскости нижних поясов стропильных ферм проектируются двух типов. Связи первого типа состоят из поперечных и продольных связевых ферм и растяжек (см. рис. 6.5, в – при шаге ферм 6 м; см. рис. 6.5, г – при шаге 12 м). Связи второго типа состоят из поперечных связевых ферм и растяжек (см. рис. 6.5, д – при шаге ферм 6 м; см. рис. 6.5, е – при шаге ферм 12 м).
Рис. 6.4. Схема связей по колоннам
6.5.Связи покрытия
Рис. 6.5 (продолжение)
Поперечные связевые фермы по нижним поясам стропильных ферм предусматриваются в торцах здания или температурного (сейсмического) отсека (см. рис. 6.5, д, е). Предусматривается также дополнительно одна связевая горизонтальная ферма в середине здания или отсека при их длине более 144 м в зданиях, возводимых в районах с расчетной температурой наружного воздуха –40 о С и выше, и при длине здания более 120 м в зданиях, возводимых в районах с расчетной температурой ниже –40 о С (см. рис. 6.5, в, г). Тем самым уменьшаются поперечные перемещения пояса фермы, возникающие вследствие податливости связей. Поперечные горизонтальные связи в уровне нижних поясов ферм воспринимают ветровую нагрузку на торец здания, передаваемую верхними частями стоек фахверка, и вместе с поперечными горизонтальными связями по верхним поясам ферм и вертикальными связями между фермами обеспечивают пространственную жесткость покрытия.
Продольные горизонтальные связи в плоскости нижних поясов стропильных ферм предусматриваются вдоль крайних рядов колонн в зданиях:
– с мостовыми опорными кранами групп режимов работы 7К и 8К, требующими устройства галерей для прохода вдоль крановых путей;
– с подстропильными фермами;
– с расчетной сейсмичностью 7, 8 и 9 баллов;
– с отметкой низа стропильных ферм свыше 18 м независимо от грузоподъемности кранов;
– в зданиях с кровлей по железобетонным плитам, оборудованных мостовыми опорными кранами общего назначения грузоподъемностью свыше 50 т при шаге стропильных ферм 6 м и свыше 20 т при шаге ферм 12 м;
– в однопролетных зданиях с кровлей по стальному профилированному настилу, оборудованных кранами грузоподъемностью свыше 16 т;
– при шаге стропильных ферм 12 м с применением стоек продольного фахверка.
Поперечные горизонтальные связи в уровне верхних поясов стропильных ферм предусматриваются для обеспечения устойчивости поясов из плоскости ферм. Из-за решетки поперечных связей по верхним поясам ферм затрудняется использование решетчатых прогонов и поэтому поперечные связи, как правило, не применяются. В этом случае развязка ферм обеспечивается системой вертикальных связей между фермами.
В зданиях с кровлей по железобетонным плитам в уровне верхних поясов стропильных ферм предусматриваются распорки (см. рис. 6.5, а). В зданиях с кровлей по стальному профилированному настилу распорки располагаются только в подфонарном пространстве, раскрепление ферм между собой осуществляется прогонами (см. рис. 6.5, б); при расчетной сейсмичности 7, 8 и 9 баллов предусматриваются также поперечные связевые фермы или диафрагмы жесткости, устанавливаемые в торцах сейсмического отсека (см. рис. 6.5, ж – при шаге ферм 6 м; см. рис. 6.5, к – при шаге ферм 12 м), и дополнительно не менее одной при длине отсека более 96 м в зданиях с расчетной сейсмичностью 7 баллов и при длине отсека более 60 м в зданиях с расчетной сейсмичностью 8 и 9 баллов.
В диафрагмах жесткости профилированный настил, кроме основных функций ограждающих конструкций, выполняет функцию горизонтальных связей по верхним поясам стропильных ферм. Поперечные диафрагмы жесткости и горизонтальные связевые фермы воспринимают продольные расчетные горизонтальные нагрузки от покрытия.
В зданиях с фонарем в случае устройства промежуточной диафрагмы жесткости фонарь над диафрагмой должен быть прерван. Диафрагмы жесткости выполняются из профилированного настила марок H60-845-0,9 или H75-750-0,9 по ГОСТ 24045-94 с усиленным креплением его к прогонам.
Стропильные фермы, не примыкающие непосредственно к поперечным связям, раскрепляются в плоскости расположения этих связей распорками и растяжками. Распорки обеспечивают необходимую боковую жесткость ферм при монтаже (предельная гибкость верхнего пояса фермы из ее плоскости при монтаже λu = 220). Растяжки предусматриваются для уменьшения гибкости нижнего пояса с целью предотвращения вибрации и случайных погнутостей при перевозке. Предельная гибкость нижнего пояса из плоскости фермы принимается: λu = 400 – при статической нагрузке и λu = 250 – при кранах режимов работы 7К и 8К или при воздействии динамических нагрузок, приложенных непосредственно к ферме.
Для горизонтальных связей обычно принимается связевая ферма с треугольной решеткой. При шаге стропильных ферм 12 м стойки-распорки связевых ферм проектируются с достаточно большой вертикальной жесткостью (как правило, из гнутых прямоугольных профилей) для опирания на них длинных диагональных раскосов, выполненных из уголков с незначительной вертикальной жесткостью.
Вертикальные связи между фермами предусматриваются по длине здания или температурного отсека в местах размещения поперечных связевых ферм по нижним поясам ферм. В зданиях с расчетной сейсмичностью 7, 8 и 9 баллов и кровлей по стальному профилированному настилу по рядам колонн вертикальные связи устанавливаются в местах размещения связевых ферм или диафрагм жесткости по верхним поясам стропильных ферм.
Основное назначение вертикальных связей – обеспечить проектное положение ферм при монтаже и увеличить их боковую жесткость. Обычно устраивается одна-две вертикальные связи по ширине пролета (через 12 – 15 м).
При опирании нижнего узла стропильных ферм на оголовок колонны сверху вертикальные связи располагаются также в плоскости опорных стоек ферм. При примыкании стропильных ферм сбоку к колонне эти связи располагаются в плоскости, совмещенной с плоскостью устройства вертикальных связей надкрановой части колонны.
В покрытиях зданий, эксплуатируемых в климатических районах с расчетной температурой ниже –40 о С, следует, как правило, предусматривать (дополнительно к обычно применяемым связям) вертикальные связи, расположенные по середине каждого пролета вдоль всего здания.
При наличии жесткого диска кровли в уровне верхних поясов ферм следует предусматривать инвентарные съемные связи для выверки проектного положения конструкций и обеспечения их устойчивости в процессе монтажа.
Связи для обеспечения общей устойчивости и неизменяемости каркаса
Основными элементами связей для обеспечения общей устойчивости и неизменяемости каркаса являются гибкие предварительно напряженные крестовые связи, распорки и диафрагмы (рис. 2 а). Наиболее часто применяются связи из круглой углеродистой или низколегированной стали диаметром 16-30 мм. Применение связей большего диаметра связано со сложностями их монтажа и значительным провисанием под собственным весом. Расчетное сопротивление связей принимается согласно как для растянутых болтовых соединений с коэффициентом условия работы для затяжек, подвесок γс = 0,9.
Предварительное натяжение гибких связей сопоставимо с усилиями в них от внешней нагрузки, и приводит к появлению дополнительных усилий в конструкциях рам и связевых блоков (распорок, диафрагм и т.д.), которые должны быть учтены при расчете.
Для распорок обычно используются элементы замкнутого сечения из круглых или прямоугольных труб с монтажными болтовыми соединениями (рис. 2 б). Некоторые конструктивные решения узлов распорок приведены на рис. 2 в. Несущая способность узлов крепления определяется согласно работе. При конструировании узлов тонкостенных распорок (толщина стенок 2,5-4 мм) рекомендуется избегать сложных в производстве прорезных ребер. Для повышения несущей способности узлов таких распорок, более эффективным является применение опорных фасонок в виде гнутых швеллера, уголка или Z-профиля (см. рис. 2 в).
В узлах жесткого сопряжения ригеля с крайними стойками, а также в местах опирания ригеля на средние колонны распорки связевого блока обычно объединяются со связями, предотвращающими закручивание узла и потерю устойчивости рамных конструкций по изгибно—крутильной форме (рис. 3 а). При этом образуются диафрагмы, соединяющие пояса соседних рам и препятствующие их повороту. Таким образом, на диафрагмы одновременно действуют нагрузки, передающиеся со связевого блока и поперечные нагрузки с раскрепляемых рам. Эти нагрузки могут действовать в одном или различных направлениях, поэтому при расчетах диафрагм следует использовать две расчетных схемы (рис. 3 б). При расчете поясов диафрагм принимается, что узлы рам поворачиваются в разные стороны, а при расчете решетки — в одну сторону.
Обычно диафрагмы выполняются в виде решетчатых конструкций. При малых расстояниях между поясами вместо решетки может использоваться сплошной гладкий или гофрированный лист. При большой высоте раскрепляемых ригелей применяются диафрагмы с раздельными элементами поясов и решетки. В ряде случаев диафрагмы выполняются в виде жестких рам. Различные схемы диафрагм представлены на рис. 3 в.
Для сокращения расхода стали, сечение связей может меняться в пределах связевого блока в зависимости от величины действующих усилий. При больших усилиях, для вертикальных связей возможно применение спаренных ветвей из круглой стали или их замена на обычные жесткие связи (рис. 4 б, в, г). Жесткие связи применяются и при повышенных требованиях к деформативности здания. При необходимости устройства проходов или проездов в зоне связевых блоков, устанавливаются портальные решетчатые или рамные связи (рис. 4 д, е). Проектирование рамных связей должно производится с учетом обеспечения их несущей способности по прочности и деформативности.
Сосредоточение горизонтальных и вертикальных связей в пределах малого числа связевых блоков в протяженных зданиях приводит к значительному дополнительному нагружению ригелей и стоек усилиями, передающимися со связей и, следовательно, к увеличению сечения этих рам или к необходимости применения специальных усиленных рам, входящих в состав связевых блоков. Также, для передачи горизонтальных нагрузок от торцов здания к связевому блоку требуются дополнительные конструкции большой протяженности (распорки, растяжки и т.д.) или усиление прогонов покрытия или стен. В этих случаях бывает рациональным установка дополнительных блоков горизонтальных и вертикальных связей, что позволяет избежать перечисленных выше проблем. Особенно эффективны связевые блоки, устраиваемые в уровне покрытия по торцам здания. Торцевые связевые блоки могут устраиваться как для обычных зданий в первом шаге каркаса, либо во втором (см. рис. 1 в и 1 г). Последний вариант установки торцевых горизонтальных связей часто применяется в каркасах с несущим торцевым фахверком (без торцевой рамы). В этом случае связи крепятся к рамам так же, как и в средней части здания, что позволяет унифицировать элементы и узлы конструкций, входящие в связевой блок. Размещении связевого блока в первом шаге приводит к усложнению узлов крепления связей к конструкциям торцевого фахверка и изменению размеров связей и распорок.
Горизонтальные связевые блоки, расположенные в торцах, позволяют сразу воспринять ветровые нагрузки и передать их через систему распорок и диафрагм, проходящих вдоль карниза рамы по всему зданию на вертикальные связи и фундаменты. Карнизные распорки и диафрагмы служат для предотвращения закручивания узла сопряжения ригеля и стойки рамы и присутствуют практически во всех каркасах и поэтому их использование для передачи ветровых нагрузок не приводит к дополнительным расходам.
При больших ветровых нагрузках, дополнительные усилия от ветра могут привести к чрезмерному увеличению сечения карнизных распорок. Для предотвращения этого, фирмой УНИКОН на одном из объектов была использована схема вертикальных связей, позволяющая одновременно уменьшить нагрузки на вертикальные связи основного связевого блока и, практически до нуля уменьшить дополнительные нагрузки от ветра на карнизные распорки. Система вертикальных связей была дополнена диагональными предварительно напряженными связями, расположенными в крайних шагах здания (рис. 5 а). Эти диагональные связи воспринимают ветровые нагрузки с наветренного торца и передают их непосредственно на фундаменты, разгружая карнизные распорки, расположенные между торцом и вертикальными связями основного связевого блока.
При действии на торец пассивной ветровой нагрузки (отcoca), гибкая подветренная связь выключается из работы и усилия от ветра передаются в виде растягивающей нагрузки через распорки и прогоны на основной блок связей (рис. 5 б). Установка гибких диагональных предварительно напряженных связей в крайних шагах каркаса не противоречит нормативным правилам расстановки вертикальных связей по длине здания. Действительно, при температурном расширении продольных конструкций каркаса (карнизных распорок, подкрановых балок и т.д.) гибкие связи не препятствуют деформациям каркаса, как это показано на рис. 5 в. При температурном сжатии продольных конструкций каркаса, эти связи оказывают малое влияние на величину дополнительных усилий в конструкциях каркаса из-за небольшой продольной жесткости.
Наличие торцевых блоков горизонтальных связей покрытия позволяет решить и еще одну важную задачу — раскрепление промежуточных рам при помощи прогонов покрытия без применения дополнительных связевых элементов.
Если имеются только средние связевые блоки, то для раскрепления ригелей рам, расположенных по обеим сторонам этих блоков, обычно применяются специальные жесткие распорки, воспринимающие усилия растяжения или сжатия, возникающие в сжатых поясах рам от условных поперечных сил Qfic (рис. 6 а). Использование для этих целей прогонов кровли не всегда возможно, так как легкие прогоны из-за потери устойчивости практически не воспринимают дополнительные сжимающие усилия. Наличие дополнительных торцевых связевых блоков покрытия позволяет использовать эти прогоны как растяжки, раскрепляющие рамы и закрепленные в торцевых блоках связей покрытия. К этим же блокам можно крепить и растяжки, раскрепляющие нижние пояса рам. В зоне торцевых горизонтальных рам растяжки крепятся либо к специальным диафрагмам, расположенным между рамами (рис. 6 б) и выполняющим роль распорок в связевом блоке, либо непосредственно к распоркам этого блока (рис. 6 в). Последний вариант удобно применять при наличии несущего торцевого фахверка и размещении связевого блока в последнем шаге каркаса.
К специальным конструктивным решениям горизонтальных связей покрытия можно отнести такие, когда связи располагаются по всей поверхности покрытия, как это показано на рис. 7 а. Эти связи, из-за своей многочисленности, имеют весьма малые сечения и могут быть функционально совмещены со связями, раскрепляющими прогоны покрытия.
В некоторой степени это напоминает устройство жесткого связевого диска за счет профлиста покрытия, который здесь не рассматривается.
Противоположным решением является устройство горизонтальных связей в виде криволинейных поясов, пересекающих все покрытие (рис. 7 б).
Вопрос целесообразности и экономичности тех или иных решений горизонтальных связей решается отдельно в каждом конкретном случае.
Читайте также: