Обеспечение пространственной геометрической неизменяемости каркасных зданий
Лекция 15
КДиП-И
Лекция
№
15/1 2
1. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ
1. БАЛКИ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ
НЕИЗМЕНЯЕМОСТИ КАРКАСНЫХ ЗДАНИЙ
ПЛАН ЛЕКЦИИ:
1. Обеспечение пространственной геометрической неизменяемости
каркасных зданий
1.1. Способы обеспечения геометрической неизменяемости зданий
1.2. Обеспечение пространственной геометрической неизменяемости
покрытий
2. Колонны
2.1. Колонны сплошного сечения
2.2. Узлы защемления клеедощатых колонн в фундаменте
2.3. Решетчатые колонны
2.4. Расчет решетчатых колонн
ЗАДАНИЕ НА САМОСТОЯТЕЛЬНУЮ ПОДГОТОВКУ:
Составные стойки из цельных брусьев или толстых досок. Конструкция, расчет.
2.
Лекция 15
№ 15/2
Деревянное каркасное здание – сложная пространственная
система, образованная плоскостными конструкциями.
Их расположение в каркасе и соединение между собой
обеспечивают надежное восприятие внешних усилий любого
направления в соответствии с условиями эксплуатации.
Плоскостные конструкции (балки, арки, рамы, фермы и т.п.) предназначены для
восприятия нагрузок, действующих в их плоскости.
1.1. Способы обеспечения геометрической
неизменяемости зданий
Общую неизменяемость остову деревянного здания можно придать следующими
способами:
1. Защемлением стоек каркаса в
грунте. На верхние концы стоек
укладывают балки обвязки, а на них
– конструкции покрытия. Пригоден
для временных зданий.
Пример защемления деревянных стоек в грунте с помощью
пасынков (металлических или железобетонных)
3.
Лекция 15
№ 15/3
2. Поперечная неизменяемость здания
обеспечивается защемлением колонн
в фундаменте. Неизменяемость каркаса
здания в продольном направлении
обеспечивают постановкой связей в
вертикальной плоскости продольных
наружных стен и между внутренними
стойками (если они есть). Связи
предусматривают в крайних шагах
колонн и через 24…30
м вдоль здания.
3. Поперечную неизменяемость здания
обеспечивают простейшими
комбинированными и подкосными
системами, рамными системами или
арочными конструкциями,
передающими распор непосредственно
на фундаменты. Продольную
неизменяемость обеспечивают как и в
предыдущем случае применением связей.
4.
Лекция 15
№ 15/4
4. Неизменяемость каркасного здания при
шарнирном
опирании
стоек
на
фундаменты и шарнирном примыкании
их
к
элементам
покрытия
можно
обеспечить в коротких зданиях с жесткими
торцовыми стенами при устройстве
кровельного
ограждения
в
виде
двойного перекрестного настила.
1.2. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ
НЕИЗМЕНЯЕМОСТИ ПОКРЫТИЙ
Ветровое
давление,
передающееся
на
деревянную
торцовую
стену
распределяется между фундаментом и покрытием с помощью работающих на
изгиб вертикальных стоек каркаса фахверка. Конструкция покрытия далее должна
передавать ветровое давление через верхнюю обвязку колоннам продольных стен.
Последние для передачи этого усилия на фундаменты должны быть снабжены
вертикальными связями.
5.
Лекция 15
№ 15/5
В покрытиях предусматривают горизонтальные (скатные) связи, устраиваемые в
виде ферм, образованных несущими конструкциями покрытий и системой раскосов
и распорок.
Поперечные связевые фермы (скатные
связи) в покрытиях устанавливают в
плоскости верхних поясов ферм или
верхних кромок балок, арок и рам,
между
соседними
несущими
конструкциями,
располагаемыми
непосредственно у торцовых стен и с
шагом 24…30
м.
6.
Лекция 15
№ 15/6
Кроме этого в покрытиях выполняют вертикальные связи которые ставят:
— в случае несущих балок – в середине пролета и с шагом не более
вдоль балки; вертикальными связями блокируют балки попарно;
6м
— в случае ферм – в плоскости сжатых раскосов, стоек; вертикальными связями
блокируют фермы попарно;
— в случае арок – в сечениях, где эпюра изгибающих моментов меняет знак;
вертикальными связями блокируют арки попарно; в арочных конструкциях
помимо верхних (сжатых) поясов следует раскреплять и нижние сжатые пояса
арок;
— в случае трехшарнирных рам; вертикальные связи располагают по
биссектрисе карнизных узлов, блокируя рамы попарно. В некоторых рамных
конструкциях – следует раскреплять внутренний контур, который может быть
сжат на всей своей длине или на ее части, особенно при несимметричном
приложении нагрузок.
7.
Лекция 15
№ 15/7
8.
Лекция 15
№ 15/8
Учитывая податливость соединений, при проверке
устойчивости нижнего сжатого пояса конструкций покрытия за
его расчетную длину следует принимать расстояние между
связями, увеличенное
на 25%.
Устройство вертикальных связей в
виде подкосов не целесообразно.
Так как при снеговой нагрузке
различной интенсивности они будут
способствовать выпучиванию
закрепляемого ими пояса фермы.
1.3. Расчет связей
Связевые системы покрытий рассчитывают на усилия, возникающие от действия
горизонтальных нагрузок, направленных вдоль здания (ветровые, тормозные,
крановые), и условных усилий, возникающих от вертикальных нагрузок в
результате отклонений от проектного положения при монтаже или погибы
конструкций в плоскости, перпендикулярной конструкции.
9.
Лекция 15
№ 15/9
Значения
горизонтальных
нагрузок
определяют
по
действующим нормам или технологическим заданиям т
распределяют
поровну
между
всеми
связевыми
поперечными фермами или устойчивыми торцовыми
стенами. В общем случае , значения горизонтальных
нагрузок qсв, возникающих от вертикальных, действующих
на несущие конструкции определяют
qсв=kсв.вqв
Где qв — расчетная вертикальная равномерно распределенная нагрузка на 1 м
горизонтальной проекции несущей конструкции покрытия.
Связи рассчитывают на усилия, направленные перпендикулярно плоскости
раскрепляемых конструкций qсв. В случае раскрепления верхних сжатых поясов
ферм связями, расположенными в плоскости покрытия. расстояние между узлами
закрепления b устанавливают в соответствии с условиями гибкости пояса из
плоскости фермы. При этом каждый узел закрепления рассчитывают на силу
Q= bqсв. Значение qсв определяют по формулам:
а) в покрытиях по фермам, однопролетным
балкам и пологим аркам (f/l≤1/6)
qсв=0,03q(n+1)/(2t);
10.
Лекция 15
№ 15/10
б) в покрытиях по трехшарнирным рамам и
высоким аркам (f/l>1/6)
qсв=0,0015q(n+1)/(2t);
в) в покрытиях по консольным балкам и рамам
при положительном изгибающем моменте в
пролете
qсв=0,01q(n+1)/(2t);
при отрицательном изгибающем моменте в
пролете
qсв=0,005q(n+1)/(2t).
Узловую нагрузку на связевую поперечную ферму или точку крепления элементов
покрытия к несущим конструкциям определяют по формуле
Pсв =qSсв
11.
Лекция 15
№ 15/11
где q – расчетная равномерно распределенная вертикальная нагрузка на 1 м
горизонтальной проекции несущей конструкции покрытия, Н/м; (иные виды
нагрузки должны быть приведены к эквивалентной равномерно распределенной);
n – общее количество несущих конструкций на всю длину здания в
рассматриваемом пролете;
t – общее количество связевых ферм на общую длину здания в рассматриваемом
пролете;
Sсв – горизонтальная проекция длины панели связевой фермы или расстояния
между точками крепления элементов покрытия к несущим конструкциям, м.
2. КОЛОННЫ
Колонной называется вертикальный элемент каркаса здания, передающий
нагрузку от вышележащей конструкции на фундамент. Колонны проектируют из
клееных элементов, брусьев или окантованных бревен. Колонны могут быть
постоянного или переменного сечения. При использовании мостовых кранов
используют колонны ступенчатого типа.
12.
Лекция 15
№ 15/12
2.1. Колонны сплошного сечения
Колонны рассчитывают: на вертикальные постоянные нагрузки от веса покрытия,
стенового ограждения и собственного веса; на вертикальные временные снеговые
нагрузки, нагрузки от кранов или инженерного оборудования, расположенного в
покрытии; на горизонтальные временные ветровые нагрузки и нагрузки,
возникающие при торможении подвесных или мостовых кранов.
Усилия в колоннах устанавливают расчетом поперечных рам. В заделке колонн
определяют изгибающие моменты, продольные и поперечные усилия.
13.
Лекция 15
№ 15/13
Поперечное сечение колонн принимают: высоту hк=
(1/8…1/15)H; ширину
b≥hк/5. Колонна в плоскости поперечника здания работает на сжатие с изгибом, а
в продольной плоскости — на центральное сжатие.
Предельная гибкость для колонн равна λпред=120. Расчетная длина колонны в
плоскости рамы при отсутствии жестких торцовых стен l0=μ0l=2,2H, а из
плоскости рамы l0=H или расстоянию между узлами вертикальных связей.
14.
Лекция 15
№ 15/14
2.2. Узлы защемления клеедощатых колонн в
фундаменте
15.
Лекция 15
№ 15/15
16.
Лекция 15
№ 15/16
Защемление колонны в
фундаменте с помощью
пасынков-швеллеров
Защемление
колонны в
фундаменте с
помощью
сварных столиков
Защемление колонны
в фундаменте с
помощью вклеенных
стержней
17.
Лекция 15
№ 15/17
2.3.
2.3.Решетчатые
Решетчатыеколонны
колонны
Решетчатые стойки применяют в качестве
опор несущих конструкций покрытия и
стен
деревянных
производственных
зданий в районах, где нет производства
клеедощатых стоек.
Высота стоек может быть более 10 м. Они
состоят из брусьев, соединенных в узлах
болтами. Форма решетчатых стоек может
быть прямоугольной или треугольной.
Высота сечения прямоугольных стоек
должна быть не менее 1/6 их длины.
Высота максимального опорного сечения
треугольных стоек должна быть не менее
1/4 их длины
18.
Лекция 15
№ 15/18
Двухбрусчатые пояса с короткими
прокладками
имеют
большую
жесткость в направлении из
плоскостей
стойки,
а
также
зазоры, что упрощает крепление к
ним решетки из брусьев или
толстых досок. Однобрусчатые
пояса
менее
трудоемки
в
изготовлении, но для крепления к
ним стержней решетки требуются
стальные накладки. Решетка этих
стоек имеет обычно раскосностоечную схему.
Узловые соединения стержней решетки с двухбрусчатыми поясами выполняются
обычно путем введения их концов в зазоры между брусьями поясов и соединения
их болтами. Условия расстановки болтов требуют некоторого смещения осей
стержней с центра узлов. При этом возникает незначительный эксцентриситет
усилий, действующих в стержнях решетки, и небольшой изгибающий момент в
стойках, которым можно при расчете пренебречь.
19.
Лекция 15
№ 15/19
Верхний конец прямоугольной стойки выполняется обычно
с помощью горизонтальной балки из стальных профилей,
которая стальными фасовками и бошами крепится к поясам
стойки, на середину длины этой балки опирается несущая
конструкция покрытия.
Верхний узел треугольной стойки крепится болтовым
соединением концов вертикального и наклонного поясов
стойки. При этом опорный узел основной несущей конструкции
опирается непосредственно на торец вертикального пояса.
Опорные узлы этих стоек могут также решаться с
помощью стальных накладок, анкеруемых в бетоне
фундамента.
2.4. Расчет решетчатых колонн
Расчет решетчатых стоек основывается на том, что они нecyт как вертикальные N,
так и горизонтальные W нагрузки и являются вертикально стоящими консольными
фермами, шарнирно прикрепленными к фундаменту.
Стойки меньшей высоты, чем рекомендуемая, должны рассчитываться как
сжато-изгибаемые элементы, жестко прикрепленные к фундаментам и имеющие
свободный или шарнирно закрепленный конец.
20.
Лекция 15
№ 15/20
На эти стойки действует вертикальная сосредоточенная нагрузка от собственного
веса вышележащих конструкций и веса снега S и горизонтальные нагрузки от
давления W+ и отсоса W- ветра, аналогичные нагрузкам на клеедеревянные
стойки переменного сечения, которые условно сосредоточиваются в узлах.
Пояс стойки работает и рассчитывается по прочности и устойчивocть при сжатии в
двух плоскостях. В плоскости стойки его расчетную длину принимают равной
расстоянию между узлами, а из плоскости стойки — расстоянию между его
горизонтальными связями. При этом учитывают податливость связей
двухбрусчатого пояса, как при расчете двухбрусчатой составной стойки.
8) Конструктивные элементы многоэтажного железобетонного каркаса
По особенностям конструктивного решения железобетонные каркасы делятся на:
1)стоечно-балочные (рис. 27,а) — наиболее распространенные в про-мышленном строительстве с сетками колонн 6×6, 9X6, 12X6 м, собираемые из унифицированных сборных элементов;
2)стоечно-балочные с увеличенным пролетом вверху (рис. 27,б), возводимые из унифицированных сборных элементов и с использованием балок или ферм в покрытии;
3)большепролетные (рис. 27,е) с сетками колонн 12×6, 18X6 м, монтируемые из унифицированных сборных элементов и с применением безраскосных ферм, об-разующих межферменные этажи;
безбалочные (рис. 27,г) с , собираемые из унифицированных сборных элементов, образующих гладкую поверхность потолков междуэтажных перекрытий;
с монолитными перекрытиями (рис. 27,д), поднимаемыми при помощи гидроподъемников (на оголовках колонн).
Рисунок 27. Железобетонные каркасы многоэтажных зданий
а — стоечно-балочный; б — стоечно-балочный с верхним увеличенным пролетом; в-большепролетные; г-безбалочные; д-с монолитными перекрытиями; 1-фундаменты; 2- колонны 3 -ригели- 4 -плиты перекрытий; 5 — плиты покрытия; 6 — стропильные балки; 7 — безраскосные фермы; 8 — капители; 9 — надколонные плиты; 10 — пролетная панель; 11- “пакета” перекрытий, 12 — перекрытия, установленные в проектное положение
9)Конструктивные элементы многоэтажного стального каркаса
Рис. 111. Элементы стального каркаса многоэтажного здания:
а — виды сечения колонн; б — стыки колонн; в — башмаки колонн; г — крепление балок к колоннам двутаврового сечения; д — то же, крестового сечения; е — перекрытие из крупнопанельных железобетонных плит; ж, и — перекрытия со стальным настилом; 1 — торцы колонн (фрезерованные); 2 — опорная стальная плита; 3 — ребро жесткости; 4 — уголки; 5 — электрозаклепки
10) Безбалаочный железобетонный каркас. Основные элементы безбалочного каркаса: колонны, капители, надколонные и пролетные плиты.
Колонны (рис. 30, а, б) высотой на этаж имеют квадратное сечение. Концы колонн нижнего этажа устанавливают в стаканы фундаментов и замоноличивают бетоном. В верхней части колонн имеются четырехсторонние консоли и треугольные пазы на верхних гранях ствола.
Капители (рис. 30,а, в) бывают двух типоразмеров. Основная и полукапитель для колонн крайних рядов размером .
Квадратное отверстие в центре капители, по граням которого устроены пазы, служит для пропуска колонны.
Надколонные плиты (рис. 30,6 в) имеют на торцах выпуски арматуры.
Пролетные плиты (рис. 30, б, в) с выпусками арматуры по периметру.
К основным узлам безбалочного каркаса относят:
стыки колонн, расположенные на 1 м выше перекрытия такой же конструкции, как и в балочных каркасах;
стык капители с колонной (см. рис. 30,в). На четырехстороннюю консоль колонны опирают капитель, приваривая снизу закладные детали, а сверху арматурные накладки. Зазор между колонной и капителью замоноличивают бетоном марки 300;
стыки панелей перекрытия (см. рис. 30,в). Надколонные плиты укладывают на полки капителей, сваривая выпуски арматуры и закладные детали, замоноличивая стык бетоном.
Пролетные плиты опирают выпусками арматуры на закладные детали надколонных панелей. После сварки клиновидные пазы стыков за-моноличивают.
Область применение для лёгкой и пищевой промышленности и электротехни-ческой.
Рисунок 30. Конструкция безбалочного каркаса
а — поперечный разрез; б — фрагмент плана; в — узлы сопряжения; 1 — колонна; 2 — капитель; 3 — надколонная плита; 4 — пролётная плита; 5 — полукапитель; 6 — выпуски арматуры; 7 — консоль колонны
Рамный каркас – пространственная жёсткость обеспечивается работой самого каркаса (состоит из колонн и ригелей).
Рамносвязевая система пространственная жёсткость обеспечивается наличием диафрагм и портальными и крестовыми связями. Вертикальные нагрузки рамами. Горизонтальные нагрузки рамами и вертикальными связями.
Связевой каркас – вертикальные нагрузки воспринимаются колоннами, горизонтальные вертикальными связями.
12)Объемно-блочное домостроение. Объемный блок представляет собой пространственную конструкцию, изготовленную в заводских условиях, обладающую необходимой прочностью, жесткостью, устойчивостью.
Конструктивные схемы здания с применением объемных блоков делят на блочные, панельно-блочные, каркасно-блочные и блочно-ствольные (рис. XV.28).
В зависимости от положения объемных блоков в столбе различают конструктивные системы плоские и со сдвижками (рис. XV, 29). Сдвижка блоков может быть продольной, горизонтальной с образованием консольно выступающих или западающих за плоскость фасада блоков.
Объемные блоки в жилищном строительстве по типологическим признакам делятся на блоки: жилых комнат; санитарно-кухонные; смешанные, представляющие собой промежуточный тип блока (могут содержать в своем составе кухню или жилую комнату, санитарный узел и часть коридора); блок-лестницы; вспомогательные, например блоки шахт лифтов, коммуникаций; блоки лоджий и т. д. (рис. XV.30).
В зависимости от размеров блоки подразделяют на блоки размером на комнату и блоки размером на группу помещений (рис. XV.3I); в зависимости от формы блока — прямоугольные, косоугольные и криволинейные (рис. XV.32). Кроме того, блоки различают по применяемым материалам, степени заводской готовности, характеру восприятия нагрузок. По последнему признаку блоки делят на несущие, т. е. воспринимающие нагрузку от вышележащих и передающие ее на нижележащие блоки или другие опорные конструкции, и ненесущие, воспринимающие только собственную массу и полезные нагрузки на блок. Несущие блоки являются основой блочной и блочно-панельной конструктивных систем здания, а ненесущие — основным элементом заполнения блочных систем с несущим остовом.
По условиям изготовления железобетонные объемные блоки подразделяются на блоки типа колпак, стакан, лежачий стакан (рис. XV.33). Наибольшее распространение получили блоки типа колпак. Блоки типа колпак представляют собой призматические оболочки, состоящие из пяти монолитно связанных граней и панели пола. По условиям опирания блоки имеют две разновидности: с точечным и линейным опиранием. В блоках с линейным опиранием его вертикальные элементы работают на сжатие с продольным изгибом. Для предотвращения потери устойчивости стен при малой толщине их выполняют ребристыми (вертикальные ребра). При точечном опирании блоков нагрузки воспринимаются угловыми участками, образуемыми пересечениями граней и, как правило, выполняемыми с утолщениями.
15) Двери,их виды,конструкции дверей. нашли наибольшее применение. Деревянные двери применяют как в качестве внутренних и наружных (рис, ХХ.З. ХХ.5), так и специальных— противопожарных, утепленных и для люков и лазов. Для изготовления деревянных дверей применяют натуральную древесину. Двери повышенной влагостойкости (например, наружные) изготовляют из древесины хвойных пород: ели, пихты, лиственницы и кедра.
Для изготовления дверей нормальной влагостойкости (например, внутренние) кроме древесины перечнеленных пород применяют древесину березы, осины, ольхи, липы, тополя и других пород, не уступающих последним по стойкости к загниванию, твердости и прочности при изгибе.
Дверные коробки (устанавливаемые на стройке) в каменных, крупноблочных и панельных стенах крепят ершами или анкерами к деревянным закладным пробкам. Наиболее прочная установка коробок получается в проемах с четвертью (см. рис.XX.2, б).
Коробки устанавливают с порогом и без порога. Щели вокруг коробок для повышения звукоизоляции конопатят, в перегородках закрывают наличниками, а в каменных стенах заштукатуривают.
Дверные полотна для наружных и внутренних дверей жилых и общественных зданий делают из древесины щитовой, рамочной и филенчатой конструкции. Щитовые дверные полотна изготовляют как для внутренних, так и для наружных дверей. Щитовые полотна внутренних дверей изготовляют с мелкопустотным (решетчатым) и сплошным заполнением щита.
Двери рамочные представляют собой рамку из брусков цельного сечения либо составного из брусков, соединенных между собой на клеях повышенной влагостойкости. Применяются такие конструкции в остекленных дверях.
Филенчатые двери применяют для уникальных общественных зданий: театров, музеев, Дворцов культуры и спорта, вокзалов. Филенчатые двери состоят из обвязки, средников и филенок, т. е. щитов из склеенных отфугованных дощечек из дерева или фанеры, вставляемых в пазы обвязки (рис. XX.5). Наиболее часто филенчатую конструкцию применяют при решении парадных входных дверей, которые выполняют с массивной обвязкой, чаще всего из дуба и других твердых и малогниющих древесных пород. Филенки устраивают с наплавами одинарные или двойные, с дополнительной звукоизоляционной прокладкой.
Стеклянные двери без обвязок устраивают из закаленного стекла толщиной 10. 15 мм чаще всего с качающимися полотнами на подпятниках. В стекле для крепления к нему при помощи болтов металлических деталей (ручек, планок, подпятников), предусматривают отверстия, просверленные до его закалки. Во избежание разрушения стекла металлическими деталями предусматривают резиновые прокладки. На рис, XX.6 изображены стеклянные двери, полотна которых обрамляются обвязкой (каркасом) из одинарных коробчатых профилей из алюминиевых сплавов.
Металлические двери рамочной (ли филенчатой) конструкции имеют заполнение между рамкой в виде гладких или рифленых металлических листов. Металлические двери бескаркасной конструкции изготовляют из алюминиевых сплавов или стальных листов штампованными двойными, полыми внутри; пустоты заполняют мидераловатными плитами на синтетическом связующем. Коробки металлических дверей выполняют из штампованных или прокатных профилей. Дверные коробки крепят анкерами, закладываемыми в тело стены (рис. ХХ.6, в). Зазор между стеной и коробкой зачеканивают цементным или известково-гипсовым раствором. Металлические двери применяют в качестве наружных и внутренних конструкций в помещениях с большим движением людей и частом переносе через двери крупногабаритных предметов.
Геометрическая неизменяемость систем
Общая устойчивость и пространственная жесткость здания зависят от взаимного сочетания и расположения конструктивных элементов, прочности узлов соединений и т.д.
Устойчивостью здания называют его способность противодействовать усилиям, стремящимся вывести здание из исходного состояния статического или динамического равновесия.
Пространственная жесткость несущего остова — это характеристика системы, отражающая ее способность сопротивляться деформациям (сохранять геометрическую неизменяемость формы).
Сооружение называется геометрически изменяемым в пространстве, если оно теряет форму при действии нагрузки. Например, геометрически изменяемым является шарнирный четырехугольник. Превращение четырехугольника в геометрически неизменяемую систему можно осуществить двумя способами: ввести один диагональный стержень (связь) между узлами или заменить узел шарнирного соединения стержней на жесткий.
Систему (схему), полученную первым способом, называют связевой (по наименованию диагонального стержня, именуемого связью), вторую систему — рамной.
С помощью этих способов можно придать геометрическую неизменяемость любой многопролстной системе, состоящей из ряда стоек, шарнирно связанных с ригелями и с основанием. В многопролстной системе достаточно установить связи в одном из пролетов, чтобы система стала геометрически неизменяемой. В многоэтажной системе неизменяемость элементов следующего этажа достигается установкой связей в одном из пролетов.
Понятие «геометрическая неизменяемость» тождественно понятию «пространственная жесткость», принятому в строительной практике. Соответственно связи именуют «связями жесткости».
Геометрическая неизменяемость систем, кроме диагонального стержня, обеспечивается и другими способами: введением диафрагмы жесткости, ядер жесткости и т. п.
Например, если в шарнирный четырехугольник вставить без зазоров панель (диафрагму) так, чтобы она воспринимала сдвиговые усилия и моменты в своей плоскости, т.е. являлась жестким диском, то ее роль равносильна роли диагонального стержня. Такой же эффект получится, если шарнирную систему соединить с плоской стенкой, пилоном и т.п.
Таким образом, существуют два способа обеспечения жесткости плоских систем — по рамной и по связевой схемам. Комбинируя их при расположении элементов несущего остова в обоих направлениях здания, можно получить три варианта пространственных конструктивных схем здания: рамную, рамносвязевую, связевую.
Рамная схема представляет собой систему плоских рам (одно-и многопролетных; одно- и многоэтажных), расположенных в двух взаимно перпендикулярных (или под другим углом) направлениях — систему стоек и ригелей, соединенных жесткими узлами при их сопряжениях в любом из направлений.
Рамно-связевая схема решается в виде системы плоских рам, шарнирно соединённых в другом направлении элементами междуэтажных перекрытий. Для обеспечения жесткости в этом направлении ставятся решетчатые связи или стенки (диафрагмы) жесткости. Плоские рамы удобнее устанавливать поперек здания.
Связевая схема наиболее проста в осуществлении. Решетчатые связи, или диафрагмы жесткости между колоннами, устанавливаются через 24-30 м, но не более 48 м и в продольном, и в поперечном направлениях; обычно эти места совпадают со стенами лестничных клеток.
Рамная схема из-за трудоемкости применяется редко, в основном в сейсмических районах и в зданиях, в которых на большом протяжении не допускается установка стен, перегородок и других преград. В производственных зданиях в основном применяют рамно-связевую схему: вертикальные нагрузки воспринимаются жесткими рамами, а горизонтальные нагрузки в продольном направлении — связями, лестничными клетками, шахтами лифтов.
В стеновых и комбинированных конструктивных системах для обеспечения пространственной жесткости обычно применяют связевую схему. При этом пространственная жесткость обеспечивается внутрснними поперечными стенами, в т.ч. и стенами лестничных клеток, соединяющимися с продольными наружными стенами, а также междуэтажными перекрытиями, связывающими стены и расчленяющими их по высоте на ярусы.
Связсвый каркас применяется и в одноэтажных промышленных зданиях и состоит из поперечных рам, в которых колонны защемлены в фундаментах и шарнирно соединены с балками или фермами покрытия. Геометрическую неизменяемость системы обеспечивают связи жесткости, устанавливаемые между колоннами и ригелями каркаса.
Каркасы производственных зданий и их характеристика
Современные производства размещаются в одно- и многоэтажных зданиях, схемы и конструкции которых весьма разнообразны. В гидромелиоративном и гидротехническом строительстве, как правило, применяют одноэтажные производственные здания.
Комплекс несущих конструкций, воспринимающих нагрузки от веса ограждающих конструкций здания (кровля, стеновые панели, переплеты остекления), атмосферные (снег, ветер) и крановые нагрузки называют каркасом здания. Каркас может быть стальным, железобетонным и смешанным — из стали и железобетона. Выбор материала каркаса определяется технико-экономическим расчетом. Конструктивная схема стального каркаса одноэтажного промышленного здания показана на рисунок ниже. По виду внутрицехового транспорта производственные здания подразделяют на бескрановые, с мостовыми (рисунок ниже) и подвесными (рисунок ниже) кранами. Выбор типа транспорта определяется назначением здания. Краны перемещаются по подкрановым балкам, устанавливаемым на колонны или прикрепляемым к ригелям. Основными элементами каркаса являются поперечные рамы (рисунок ниже), состоящие из колонн, обычно жестко защемленных в фундаменте, и ригелей, жестко или шарнирно соединенных с колоннами.
Ригели могут быть сплошные (балки) или сквозные (фермы). Сплошные ригели имеют меньшую строительную высоту по сравнению со сквозными, проще в изготовлении и удобнее при транспортировке, однако на них расходуется больше металла. Поэтому основным типом ригеля в каркасных производственных зданиях является стропильная ферма. В необходимых случаях для освещения и вентиляции в зданиях предусматривают фонари.
Конструктивная схема каркаса производственного здания
1 — колонны; 2 — стропильные фермы; 3 — балки монорельса (для подвесного крана); 4— горизонтальные связи по верхним поясам ферм; 5 — вертикальные связи; 6 — связи по колоннам; 7 — прогоны с тяжами (показаны только на одном пролете)
Вертикальные связи между колоннами каркаса (см. рисунок выше) обеспечивают пространственную жесткость и геометрическую неизменяемость стального каркаса здания в продольном направлении. Они воспринимают усилия от ветрового давления на торцы здания и продольного торможения кранов, а также повышают устойчивость из плоскости рамы. Простейшая и наиболее часто встречаемая конструкция связей — крестовая (см. рисунок выше). Вертикальные связи между колоннами устраивают посередине здания, так как установленные у торцов здания эти связи препятствуют свободным температурным деформациям продольных элементов каркаса, что может привести к возникновению дополнительных температурных напряжений.
Расстояние между осями колонн (при ступенчатых колоннах — между осями надкрановой части колонн) называется пролетом здания. Согласно требованиям унификации производственных зданий, пролет назначают в соответствии с укрупненным модулем, кратным 6 м (редко 3 м). Принятые пролеты — 18, 24, 30, 36 м и более. Расстояние между колоннами в продольном направлении, называемое шагом рам, также принимают кратным 6 м (обычно 6 или 12 м). В многопролетных зданиях в средних рядах расстояние между колоннами может быть увеличено до 18 или 24 м, но в этом случае необходимо применение подстропильных ферм.
Для поддержания стенового ограждения, переплетов остекления, ворот и других элементов устанавливают торцевой (см. рисунок ниже) и, если необходимо, продольный фахверк, состоящий из стоек (колонн), ригелей и распорок. При самонесущих кирпичных стенах, а также при ограждающих конструкциях из стеновых сборных панелей и шаге колонн, равном длине панели, продольный фахверк отсутствует. Элементы фахверка воспринимают и горизонтальные ветровые нагрузки.
Поперечные рамы каркаса производственного здания
1 — колонны; 2 — ригели (подстропильные фермы); 3 — мостовой кран; 4 — подкрановые балки; 5 — подвесной кран