Обеспечение пространственной жесткости стального каркаса

Астраханский  Колледж Строительства и Экономики

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Регистрационный № ____ Дата_____________

Заочное отделение  АКСиЭ

Шифр 642

Контрольная работа № 1

 

 

 

 

по предмету «Архитектура зданий»

Студент гр. ЗДС-42

Байрамгазиев Р.Г.

Оценка ______________

Преподаватель  Фролова Н.А.

Дата _________________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Астрахань 2012

1. Обеспечение пространственной жесткости стального каркаса.

 

 

Здание в целом и  отдельные его элементы, подвергающиеся воздействию различных нагрузок, должны обладать:

• прочностью, которая определяется способностью здания и его элементов не разрушаться от действия нагрузок;
• устойчивостью, обусловленной способностью здания сопротивляться опрокидыванию при действии горизонтальных нагрузок;
• пространственной жесткостью, характеризующейся способностью здания и его элементов сохранять первоначальную форму при действии приложенных сил.

Общая устойчивость и пространственная жесткость здания зависят от взаимного  сочетания и расположения конструктивных элементов, прочности узлов соединений и т.д.

В целях обеспечения пространственной жесткости каркаса, а также устойчивости покрытия в целом и его элементов  в отдельности необходимо предусматривать  систему связей между несущими стальными  конструкциями покрытия (фермами) в  плоскости их верхних и нижних поясов и в вертикальных плоскостях.

Связи - это важные элементы стального каркаса, которые необходимы для:

• обеспечения неизменяемости пространственной системы каркаса и устойчивости его сжатых элементов;
• восприятия и передачи на фундаменты некоторых нагрузок (ветровых, горизонтальных от кранов);
• обеспечения совместной работы поперечных рам при местных нагрузках (например, крановых);
• создания жесткости каркаса, необходимой для обеспечения нормальных условий эксплуатации;
• обеспечения условий высококачественного и удобного монтажа.

Связи подразделяются на связи между колоннами и связи между фермами (связи шатра).

 

 Связи  между колоннами.

 

Система связей между колоннами  обеспечивает во время эксплуатации и монтажа геометрическую неизменяемость каркаса и его несущую способность  в продольном направлении (воспринимая  при этом некоторые нагрузки), а  также устойчивость колонн из плоскости  поперечных рам.

Для выполнения этих функций  необходимы хотя бы один вертикальный жесткий диск по длине температурного блока и система продольных элементов, прикрепляющих колонны, не входящие в жесткий диск, к последнему. В жесткие диски включены две  колонны, подкрановая балка, горизонтальные распорки и решетка, обеспечивающая при шарнирном соединении всех элементов  диска геометрическую неизменяемость. Решетка чаще проектируется крестовой, элементы которой работают на растяжение при любом направлении сил, передаваемых на диск, и треугольной, элементы которой  работают на растяжение и сжатие. Схема  решетки выбирается так, чтобы ее элементы было удобно крепить к колоннам (углы между вертикалью и элементами решетки близки к 45°). При больших  шагах колонн в нижней части колонны  целесообразно устройство диска  в виде двухшарнирной решетчатой рамы, а в верхней - использование подстропильной фермы. Распорки и решетка при малых высотах сечения колонн (например, в верхней части) располагаются в одной плоскости, а при больших высотах (нижняя часть колонны) - в двух плоскостях. На связевые диски передаются крутящие моменты, и поэтому при расположении вертикальных связей в двух плоскостях они соединяются горизонтальными решетчатыми связями.

При размещении жестких дисков (связевых блоков) вдоль здания нужно  учитывать возможность перемещений  колонн при температурных деформациях  продольных элементов. Если поставить  диски по торцам здания, то во всех продольных элементах (подкрановые конструкции, подстропильные фермы, распорки связей) возникают значительные температурные усилия Ft.

Поэтому при небольшой  длине здания (температурного блока) ставится вертикальная связь в одной  панели. При большой длине здания (или блока) для колонн в торцах возрастают неупругие перемещения  за счет податливости креплений продольных элементов к колоннам. Расстояние от торца до диска ограничивается с целью закрепления колонн, расположённых близко к торцу, от потери устойчивости. В этих случаях вертикальные связи ставятся в двух панелях, причем расстояния между их осями должно быть таким, чтобы усилия Ft не были очень велики. Предельные расстояния между дисками зависят от возможных перепадов .температур (разных для отапливаемых и неотапливаемых зданий, строящихся в районах с разными расчетными зимними температурами) и установлены нормами (табл. 11.2).

По торцам здания крайние  колонны иногда соединяют между  собой гибкими верхними связями. Вследствие относительно малой жесткости  надкрановой части колонны расположение верхних связей в торцовых панелях лишь незначительно сказывается на температурных напряжениях. Верхние торцовые связи также делают в виде крестов, что целесообразно с точки зрения монтажных условий и однотипности решений.

Верхние вертикальные связи следует  размещать не только в торцовых панелях  здания, но и в панелях, примыкающих  к температурным швам, так как  это повышает продольную жесткость  верхней части каркаса; кроме  того, в процессе возведения цеха каждый температурный блок может в течение  некоторого времени представлять собой  самостоятельный конструктивный комплекс.

 

Вертикальные связи между  колоннами ставят по всем рядам, колонн здания; располагать их следует между  одними и теми же осями.

При проектировании связей по средним рядам колонн в подкрановой  части следует иметь в виду, что довольно часто по условиям технологии необходимо иметь свободное пространство между колоннами. В этих случаях  конструируют портальные связи.

Связи, устанавливаемые в  пределах высоты ригелей в связевом блоке и торцовых шагах, проектируют  в виде самостоятельных ферм (монтажного элемента), в остальных местах ставят распорки.

Особое внимание следует  уделять компоновке связей между  колоннами в горячих цехах  при применении неразрезных подкрановых  балок или большом внутреннем шаге колонн, несущих мощные продольные конструкции (например, подкраново-подстропильные фермы). В этих случаях полностью отсутствует узловая податливость продольных конструкций, система связей становится близкой к рамной и ее температурные деформации стеснены. Обследования и экспериментальные исследования работы таких цехов показывают, что, несмотря на выполнение требований норм проектирования, в элементах каркаса (колоннах и подкрановых балках) возникают большие дополнительные напряжения, а иногда наблюдается и разрушение связей.

Поэтому в горячих цехах  с неразрезными подкрановыми балками  или тяжелыми подкраново-подстропильными  фермами целесообразно предусматривать  специальные конструктивные мероприятия (например, уменьшение длины температурных  блоков).

Продольные элементы связей в точках крепления к колоннам обеспечивают несмещаемость этих точек из плоскости поперечной рамы. Эти точки в расчетной схеме колонны могут быть приняты шарнирными опорами. При большой высоте нижней части колонны бывает, целесообразна установка дополнительной распорки, которая закрепляет нижнюю часть колонны посередине ее высоты и сокращает расчетную длину колонны.

Связи, кроме условных поперечных сил, возникающих при потере устойчивости колонн из плоскости поперечных рам, воспринимают также усилия от ветра, направленного на торец здания, и  от продольных воздействий мостовых кранов.

Ветровая нагрузка на торец  здания воспринимается стойками торцевого  фахверка и частично передается на связи по нижнему поясу ферм. Связи  шатра передают силу F_B^T в ряды колонн.

Выделены элементы связей и колонны, которые передают силу F_B^I на фундамент.

В точке А а) гибкий элемент связей 1 не может воспринимать сжимающую силу, и поэтому F_B^I передается более короткой и достаточно жесткой распоркой 2 в точку Б. Здесь сила раскладывается на направление колонны и растянутого элемента 3, который передает усилие в точку В. В этой точке усилие воспринимается колоннами - и подкрановыми балками 4, передающими силу F_B^T на связевый блок в точку Г. Аналогично работают связи и на силы продольных воздействий кранов F_K^П. Сечения связей выполняются из уголков, швеллеров, прямоугольных и круглых труб.

При большой длине элементов  связи, воспринимающие небольшие усилия, рассчитываются по предельной гибкости, которая для сжатых элементов  связей ниже подкрановой балки равна 210 - 60?, где - отношение фактического усилия в элементе связей к его  несущей способности, выше - 200; для  растянутых - соответственно 200 и 300.

 

Связи по покрытию

 

Связи между фермами, создавая общую пространственную жесткость  каркаса, обеспечивают: устойчивость сжатых элементов ригеля из плоскости ферм; перераспределение местных нагрузок (например, крановых), приложенных к  одной из рам, на соседние рамы; удобство монтажа; заданную геометрию каркаса; восприятие и передачу на колонны  некоторых нагрузок.

Система связей покрытия состоит  из горизонтальных и вертикальных связей. Горизонтальные связи располагаются  в плоскостях нижнего, верхнего поясов ферм и верхнего пояса фонаря. Горизонтальные связи состоят из поперечных и продольных.

Элементы верхнего пояса  стропильных ферм сжаты, поэтому  необходимо обеспечить их устойчивость из плоскости ферм. Ребра кровельных плит и прогоны могут рассматриваться  как опоры, препятствующие смещению верхних узлов из плоскости фермы  при условии, что они закреплены от продольных перемещений связями.

Для закрепления плит и  прогонов от продольных смещений устраиваются поперечные связи по верхним поясам ферм, которые целесообразно располагать  в торцах цеха с тем, чтобы они (вместе с поперечными горизонтальными  связями по нижним поясам ферм и  вертикальными связями) обеспечивали пространственную жесткость покрытия. При большой длине здания или  температурного блока (более 144 м) устанавливаются  дополнительные поперечные связевые фермы. Это уменьшает поперечные перемещения  поясов ферм, возникающие вследствие податливости связей.

Необходимо обращать особое внимание на завязку узлов, ферм в  пределах фонаря, где нет кровельного  настила. Здесь для раскрепления узлов верхнего пояса ферм из их плоскости предусматриваются распорки, причем такие распорки в коньковом  узле фермы обязательны. Распорки прикрепляются  к торцовым связям в плоскости  верхних поясов ферм. В процессе монтажа (до установки плит покрытия или прогонов) гибкость верхнего пояса  из плоскости фермы не должна быть более 220. Если коньковая распорка не обеспечивает этого условия, между  ней и распоркой в плоскости  колонн ставится дополнительная распорка. Связи по верхнему поясу фонаря проектируются  аналогично.

В зданиях с мостовыми  кранами необходимо обеспечить горизонтальную жесткость каркаса как поперек, так и вдоль здания. При работе мостовых кранов возникают усилия, вызывающие поперечные и продольные деформации каркаса цеха. Если поперечная жесткость каркаса недостаточна, краны при движении могут заклиниваться, и нарушается нормальная их эксплуатация. Чрезмерные колебания каркаса создают  неблагоприятные условия для  работы кранов и сохранности ограждающих конструкций. Поэтому в однопролетных зданиях большой высоты (H0 > 18 м), в зданиях с мостовыми кранами грузоподъемностью 10 т, с кранами тяжелого и весьма тяжелого режимов работы при любой грузоподъемности обязательна система связей по нижним поясам ферм.

Горизонтальные силы от мостовых кранов воздействуют в поперечном направлении  на одну плоскую раму или две-три  смежные. Связи обеспечивают совместную работу системы плоских рам, вследствие чего поперечные деформации каркаса  от действия сосредоточенной силы значительно  уменьшаются. Жесткость этих связей должна быть достаточной для того, чтобы вовлечь в работу соседние рамы, и их ширина обычно назначается  равной длине первой панели нижнего  пояса фермы.

Прилегающие к опорам панели нижнего пояса ферм, особенно при  жестком сопряжении ригеля с колонной, могут быть сжатыми, и в этом случае продольные связи обеспечивают устойчивость нижнего пояса из плоскости ферм.

Поперечные связи закрепляют продольные, а в торцах здания они  необходимы и для восприятия ветровой нагрузки, направленной на торец здания.

Стойки фахверка передают ветровую нагрузку FВФ в узлы поперечной горизонтальной торцовой фермы, поясами которой служат нижние пояса торцовой и смежной с ней стропильных ферм.

Опорные реакции торцовой фермы F_B^T воспринимаются связями между колоннами и передаются на фундамент.

В плоскости нижних поясов также устраиваются промежуточные  поперечные связи, расположенные в  тех же панелях, что и поперечные связи по верхним поясам ферм.