От воздействия внешней нагрузки, приложенной к узлам фермы, в её элементах появляются сжимающие и растягивающие усилия. В этом случае верхний пояс работает на сжатие, а нижний — на рас-тяжение. Элементы решетки в зависимости от характера и направле-ния действующей нагрузки могут работать как на сжатие, так и на растяжение. При этом сжимающие усилия создают опасность поте-ри устойчивости конструкции. Потеря устойчивости верхнего пояса может происходить в двух плоскостях: в плоскости фермы и из ее плоскости. В первом случае потеря устойчивости происходит за счет выпучивания между узлами фермы (по длине панели). Во втором случае потеря устойчивости возникает между точками пояса, закреп-ленными от смещения в горизонтальном направлении. Устойчивость фермы из ее плоскости является значительно меньшей по сравнению с устойчивостью в ее плоскости, что очевидно из-за того, что длина одной панели значительно меньше длины сжатого пояса.
Отдельная стропильная ферма является балочной конструкци-ей, обладающей очень малой боковой жесткостью. Для того чтобы обеспечить пространственную жесткость сооружения из плоских ферм, они должны быть раскреплены связями, образующими со-вместно с фермами геометрически неизменяемые пространствен-ные системы, обычно решетчатые параллелепипеды (рис. ниже).
Кроме обеспечения пространственной неизменяемости, систе-ма связей должна обеспечивать устойчивость сжатых поясов в на-правлении, перпендикулярном плоскостям раскрепляемых ферм (из плоскости фермы), воспринимать горизонтальные нагрузки и со-здавать условия для высококачественного и удобного монтажа со-оружения.
Связи по конструкциям покрытия здания располагают:
Горизонтальные связи в плоскости верхних (сжатых) поясов ферм обязательны во всех случаях. Они состоят из раскосов и сто-ек, образующих совместно с поясами стропильных ферм горизон-тальные связевые фермы с крестовой решеткой. Горизонтальные связи располагают между крайними парами ферм в торцах здания (или в торцах температурного отсека), но не реже, чем через 60 м.
Для связи между верхними поясами промежуточных стропиль-ных ферм ставят специальные распорки над опорами и у коньково-го узла при пролете ферм до 30 м; при больших пролетах добавля-ют промежуточные распорки для того, чтобы расстояние между ними не превышало 12 м. Горизонтальные связи по верхним по-ясам ферм обеспечивают устойчивость сжатых поясов из плоско-сти фермы во время монтажа: в этот период расчетная длина таких поясов равна расстоянию между распорками. В процессе эксплуа-тации здания смещению верхних узлов из плоскости фермы пре-пятствуют ребра кровельных плит или прогоны, но только при ус-ловии, что они закреплены от продольных смещений связями, рас-положенными в плоскости кровли.
Горизонтальные связи по нижним поясам ферм устанавливают в зданиях с крановым оборудованием.
Они состоят из поперечных и продольных связевых ферм и рас-порок. В зданиях с кранами легкого и среднего режима работы час-то ограничиваются только поперечными связевыми фермами, рас-полагаемыми между нижними поясами соседних ферм по торцам здания (или температурного отсека). Если длина здания или отсека велика, то устанавливают дополнительную поперечную связевую ферму, чтобы расстояние между такими фермами не превышало 60 м. Ширину продольной связевой фермы обычно принимают рав-ной опорной панели нижнего пояса стропильной фермы.
Горизонтальные связевые фермы воспринимают горизонталь-ные нагрузки от ветра и торможения (поперечного и продольного) кранов.
Стропильные фермы обладают незначительной боковой жест-костью, поэтому процесс монтажа без их предварительного взаим-ного раскрепления невозможен. Эту функцию выполняют верти-кальные связи между фермами, располагающиеся в плоскости опор-ных стоек ферм и в плоскости средних стоек (в фермах пролетом до 30 м) или стоек, ближайших к коньковому узлу, но не реже, чем че-, рез 12 м. Чаще всего вертикальные связи проектируют с крестовой решеткой, но при шаге ферм 12 м может быть применена и тре-угольная решетка. Средние стойки стропильных ферм, к которым прикрепляют вертикальные связи, проектируют крестового сечения.
Конструкция связей, устанавливаемых в покрытии, зависит от схемы и материала каркаса, типа покрытия, высоты здания, вида крана, его грузоподъемности и режима работы.
Вертикальные связи между опорами железобетонных ферм или балок покрытия ставят только в зданиях с плоской кровлей, причем в зданиях без подстропильных конструкций связи располагают в каждом ряду колонн, а с такими конструкциями — только в крайних рядах колонн при шаге 6 м.
Вертикальные связи между опорами ферм или балок ставят не чаще, чем через один шаг. Их количество при длине температурного блока 60—72 At на каждый ряд колонн может быть не более 5 при шаге 6 м и не более 3 при шаге 12 м. На рис. 69, а показаны четыре такие связи.
При наличии вертикальных связей между опорами ферм или балок покрытия или связей между колоннами (в зданиях без кранов) по верху колонн ст."шяг распорки (рис. 69, а, в).
В зданиях с шагом колонн в средних и крайних рядах 12 м предусматривают горизонатальные фермы в торцах - по две в каждом пролёте на температурный блок. Эти фермы ставят на уровне нижнего пояса стропильных ферм (рис. 69, в). В зданиях с подстропильными конструкциями в средних рядах колонн устраивают горизонтальные распорки в количестве 2—4 на один ряд колонн температурного блока (рис. 69, б).
Рис. 69. Связи в покрытиях при железобетонных фермах
В зданиях с мостовыми кранами тяжелого режима работы или при наличии оборудования, вызывающего колебания конструкций, по нижнему поясу стропильных ферм или балок в середине каждого пролета устанавливают распорки (тяжи) и вертикальные связи в двух крайних шагах температурного блока. Роль горизонтальных связей по верхнему поясу ферм или балок выполняют крупнопанельные плиты покрытия.
В пролетах с фонарями для обеспечения устойчивости верхнего пояса стропильных ферм устанавливают распорки (тяжи) по коньку ферм и горизонтальные связи по их верхнему поясу в пределах ширины фонаря в крайних (или вторых) шагах температурного блока.
В покрытиях с прогонами в крайних шагах температурных блоков по всей их ширине под прогонами устраивают горизонтальные связи крестовой схемы.
Вертикальные и горизонтальные связи делают в большинстве случаев из уголков и крепят к железобетонным конструкциям с помощью косынок (рис. 69, г, д). Тяжи изготовляют из круглой стали, а распорки, работающие на сжатие,— из железобетона.
Система связей покрытия в зданиях со стальным каркасом состоит из горизонтальных связей в плоскости нижних и верхних поясов стропильных ферм и вертикальных связей между фермами.
Горизонтальные связи по нижним поясам стропильных ферм располагают как поперек здания (поперечные горизонтальные), так и вдоль его (продольные горизонтальные). Поперечные горизонтальные связи по нижним поясам устанавливают у торцов и у температурных швов здания. При температурных блоках длиной 120—150 м и при кранах большой грузоподъемности предусматривают также промежуточные связе-вые фермы через каждые 60 м.
Продольные горизонтальные связи располагают по крайним панелям нижних поясов стропильных ферм и устраивают в зданиях с кранами Q>10T и в зданиях с подстропильными фермами.
В однопролетных зданиях такие связи располагают вдоль обоих рядов колонн, а в многопролетных — вдоль крайних рядов колонн и через ряд вдоль средних рядов (при кранах грузоподъемностью до 50 7) или более часто (при грузоподъемности кранов более 50 Т).
Вдоль средних рядов колонн при одинаковой высоте смежных пролетов продольные связи рекомендуется располагать с одной стороны колонн, а в мечтах ш"ропала высот — с обеих сторон ряда колонн.
Боковую жёсткость нижних поясов ферм, расположенных в промежутке между двумя поперечными связевыми фермами почивают специальными растяжками из уголков, закрепленными за узлы связевых ферм. Схема разбивки поперечных и продольных связей по нижним поясам ферм показана на рис. 70, а.
Горизонтальные поперечные связи по верхним поясам ферм обеспечивают устойчивость верхних поясов ферм из их плоскости, и ставят их в покрытиях с прогонами. В панельных покрытиях указанные связи предусматривают только в торцах здания и у температурных швов. В промежутках между поперечными связевыми фермами боковая устойчивость верхних поясов ферм обеспечивается прогонами, а на участках под фонарями — растяжками из уголков. Поперечные связи по верхним и нижним поясам ферм рекомендуется совмещать в плане.
Рис. 70. Связи в покрытиях при стальных фермах
При наличии подстропильных ферм в однопролетных покрытиях без прогонов и в многопролетных покрытиях, расположенных в одном уровне, предусматривают продольные горизонтальные связи в плоскости верхних поясов в одной из крайних панелей ферм. В случае перепада высот смежных пролетов предусматривают по одной продольной системе в каждом уровне.
Вертикальные связи покрытия располагают в плоскостях опорных стоек стропильных ферм, в плоскости коньковых стоек, для ферм пролетом до 30 м, а также в плоскости стоек, находящихся под узлом крепления наружных ног фонаря для ферм пролетом более 30 м. Вертикальные связи делают в виде ферм с параллельными поясами, имеющими высоту, равную высоте стоек, к которым связи крепят.
Связи по прогонам в виде ферм жесткости, распорок и тяжей обеспечивают проектное положение прогонов, повышают устойчивость и облегчают работу прогонов на скатную составляющую вертикальных нагрузок и воспринимают ветровые усилия.
Все типы связевых ферм выполняют из уголков с перекрестной решеткой, распорки также из уголков, а тяжи — из круглой стали. Крепят связи на черных болтах, в зданиях же с кранами большой грузоподъемности и тяжелого режима работы, а также в случае значительных усилий в элементах связей — на монтажной сварке и реже — на заклепках или чистых болтах. Некоторые детали крепления связей приведены на рис. 70, б — г.
Металлический каркас промышленного здания состоит из ряда "плоских" элементов жестких и хорошо воспринимающих нагрузки в своей плоскости, но гибких в перпендикулярном направлении (рамы, подстропильные и промежуточные стропильный фермы и др.). Основное назначение связей - объединять плоские элементы в пространственную систему, способную воспринимать нагрузки действующие на здание в любом направлении.
Во-вторых, связи служат, чтобы обеспечивать устойчивость сжатых и сжато-изогнутых стержней верхних поясов ферм, колонн и др. Опасность потери устойчивости таких элементов объясняется тем, что стержни металлического каркаса имеют большие длины и относительно небольшие компактные поперечные размеры. Связи раскрепляют сжатые элементы в промежуточных точках, уменьшая расчетные длины элементов в направлении этих раскреплений.
Различают следующие основные виды связей, применяемых в металлическом каркасе промышленного здания
1) поперечные связи между верхними поясами ферм (сквозные ригели рам в дальнейшем будут называться "фермами")(рис. 1) 2) вертикальные связи между фермами (рис.9); 3) продольные и поперечные связи, расположенные в плоскости нижних поясов ферм (рис.II); 4) вертикальные связи между колоннами (рис. 22). Рассмотрим компоновку, назначение и конструктивные решения узлов связей на примерах зданий с различными покрытиями.1.1. Верхний пояс фермы, как любой сжатый стержень, может потерять устойчивость, если усилие в нем достигнет критического значения. Потеря устойчивости в таком случае произойдет в одной из двух плоскостей:
б) потери устойчивости верхнего пояса с выходом его из плоскости фермы показать лишь в плане. Предположим, что связи не поставлены. Тогда потеря устойчивости произойдет по схеме, приведенной на рис.За. Прогоны, которые обычно крепятся к верхнему, поясу фермы шарнирно (с помощью болтов), сами по себе, без связей, не будут препятствовать потери устойчивости ферм, так как после потери устойчивости верхние пояса ферм выпучатся, а прогоны свободно переместятся в новое положение. При этом расстояние между фермами (пролет прогонов) сохранится.
Иная картина устойчивости будет наблюдаться, если поставить связи. Связи могут быть крестовые - с двумя диагоналями (рис. 3,6) и облегченные, треугольные (рис. 3, в), т.е. с одной диагональю. Сжатые диагонали, очевидно, выключаются из работы, потеряв устойчивость, а растянутые будут препятствовать искажению прямоугольников, не дадут им превратиться в параллелограммы. Следовательно, в точках крепления диагоналей пояс фермы сохранит свое первоначальное положение и расчетная длинй его "из плоскости" будет равна участку "Л-В" (рис,3, в), т.е. двум панелям. Верхние пояса всех ферм, связанных с этими точками с помощью прогонов (или распорок по фонарям), будут иметь такие же расчетные длины, как и пояса двух ферм, непосредственно закрепленных связями, т.е. участки А" -В", A""-B"" имеют расчетные длины, равные двум панелям.
Рис.3. Потеря устойчивости верхних поясов ферм; а) в покрытии без связей; б) схема натяжения и выключения раскосов связей; в) обеспечение устойчивости веря поясов с помощью стержневых связей
Обратим внимание на ошибку, которая может быть допущена при определении расчетной длины верхнего пояса из плоскости фермы. На рис.3в прогон пересекает диагональ связей в точке "f". Создается впечатление, что прогон прикреплен к диагонали связей, и расчетную длину верхнего пояса из плоскости фермы казалось бы, можно брать равной панели. Однако это неверно: прогоны и связи расположены в разных уровнях, между ними "f" имеется зазор (рис. 7)
1.2.
В зданиях с фонарем (рис.4) верхний пояс не раскреплен из плоскости ферма на большом участке, т.к. под фонарем нет прогонов. Если считать, что конструкций стенового ограждения фонаря вместе с прогоном фиксируют точку "Б", то расчётная длина верхнего пояса из плоскости "Б~Б". Введение распорки в середине пролета фонаря уменьшает расчетную длину из плоскости фермы (рис.4б) до трех панелей.
Рис.4. Расчетные длины верхнего пояса под фонарем:
а) без распорок - 6 панелей;
б) с одной распоркой - 3 панели;
в) при шаге ферм 12 м вводится промежуточный связевой пояс ПП
В качестве распорки используется верхний пояс вертикальных связей (раздел 2), но могут быть применены специально предназначенные для этой,цели парные уголки или другие профили,
1.3.
В последнее время с целью экономии металла принято функции связей по верхним поясам возлагать на кровельный настил, который при его надежном прикреплении к фермам может обеспечивать устойчивость верхних поясов из плоскости ферм.
Так в беспрогонных покрытиях с железобетонным настилом устойчивость верхних поясов из плоскости ферм обеспечивается приваркой закладных частей настила к верхним поясам. В таком случае расчетная длина верхнего пояса из. плоскости фермы может быть принята равной длине одной панели фермы. 0 приварке настила к поясам ферм должна быть сделаны указания, в примечании на чертеже.
Во время возведения здания эти прикрепления плит к поясам должны контролироваться. При этом требуется составлять акт на скрытые работы. Профилированный настил также может выполнять роль связей по верхним поясам, если его прикрепить е помощью дюбелей к прогонам.
Лучшим конструктивным решением при использовании профилированного настила в качестве связей будет такое, при котором прогоны крепятся к ферме так, что верхняя полка прогона находится в одним уровне с верхней полкой пояса фермы. В этом случае настил пристреливается дюбелями по четырем своим сторонам - к прогонам и верхним поясам ферм. Для удобства крепления прогонов к фермам в этом случае можно использовать фермы покрытия не с треугольной решеткой, а с нисходящими раскосами (рис.5).
Рис.5. Использование профилированного настила в качестве
связей по верхнему поясу:
а) ферма покрытия с нисходящими раскосами;
б) вариант решения узла опирания прогона в одном уровне с верхним поясом фермы
При экономических преимуществах замены связей настилом, прикрепленным к поясам, покрытия оказываются лишенными одной немаловажной функции, выполняемой связями. Связи по верхним поясам кроме того, что обеспечивают устойчивость ферм, являются также фиксаторами правильного взаимного положения ферм во время монтажа. Поэтому при монтаже покрытия без связей рекомендуется предусматривать использование временных (съемных) инвентарных связей, т.е. монтажных кондукторов.
При наличии фонарей в покрытиях, где настил служит в качества связей по верхнему поясу, под фонарем для обеспечения устойчивости пояса устраиваются связи в виде диагоналей при шаге ферм 6 м или в виде неполных диагоналей при шаге ферм 12 м (рис.6). При этом расчетная длина верхнего пояса ферм при проверке устойчивости из плоскости принимается равной двум панелям.
Рис.6. Обеспечение устойчивости верхних поясов ферм под
фонарями в покрытиях, где функции связей выполняет; настил t
а) шаг ферм б м, б) шаг ферм 12 м
1.4. В покрытиях с шагом ферм 12 м и с прогонами пролетом 12 м связевая ферма принимается шириной 6 м. В этом случае вводится дополнительный промежуточный пояс из соответствующих профилей (рис.4, в) и конструируются связи так же, как, если бы шаг ферм был 6 м.
1.5. Расстояние по длина здания между стержневыми связями по верхнему поясу ферм не должно превышать 144 м. Поэтому в длинных зданиях связи ставятся не только в крайних панелях блока каркаса но и в середине или третях длины блока (рис. I).
Эти требования объясняются тем, что устойчивость ферм, рай-положенных далеко о,т связей, не всегда может быть надежно обеспечена, т.к, прогоны или распорки, прикрепляющие фермы к связевым блокам, допускают в узлах известную смещаемость вследствие разности диаметров болтов и отверстий. С увеличением числа узлов, т.е. с удаленнем связей, эта смешаемость суммируется и увеличивается, что уменьшает надежность обеспечения устойчивости ферм, расположенных далеко от связей.
Конструкции некоторых узлов связей, выполненных из уголковых и гнутосварных профилей, и их прикрепление к фермам показано на рис, 7, 8.
Итак, связи, расположенные в плоскости верхних поясов ферм, имеют следующее основное назначение: при загружении покрытия предотвращают потерю устойчивости этих поясов из плоскости ферм, то есть уменьшают расчетную длину верхних поясов при проверке устойчивости их из плоскости ферм.
Эти связи называют также монтажными, так как их главное назначение - удерживать в проектном положении поставленные на опоры фермы, не дать одиночным фермам опрокинуться во время монтажа от ветровых и случайных воздействий, т.к. центр тяжести фермы находится выше уровня, опор (рис. 9, а).
Вертикальные связи в виде цепочки распорок и ферм ставят по длине здания между стойками стропильных ферм. Связевые фермы для экономии металла соединяют между собой верхними и нижними распорками (рис.10). Таким образом, фермы вертикальных связей являются дисками, а прикрепленные к ним стержни-распорки обеспечивают промежуточные стропильные фермы или ригели рам от опрокидывания (рис.9б). Решетка связевых ферм, как правило, может быть произвольной (рис.9в) и выполняется из одиночных уголков или из прямоугольных гнуто-сварных труб. В покрытиях с шагом ферм 12 м, со шпренгельными прогонами или с настилом, усиленным шпренгелями, верхний пояс фермы вертикальных связей может иметь вид, показанный на рис.9г.
Вертикальные связи по ширине пролета располагаются на опорах (между колоннами) и в пролете между стойками.ферм не реже, чем через 15 м, т.е. при пролете здания 36 м они будут расположены в плоскостях двух стоек.
Фермы - диски вертикальных связей ставятся с шагом 30-36 м по длине здания. Стойки уголковых ферм, к которым крепятся связи в верхнем и нижнем узлах, принимаются крестового сечения (рис.10).
Связи могут прикрепляться также к специальныо предусмотренным для этогй цели вертикальным фасонкам . В составе блока при крупноблочном монтаже вертикальные связи являются необходимыми элементами, обеспечивающими неизменяемость блока.
Рис.10. Узел прикрепления верхнего пояса фермы вертикальных связей к стойке стропильной фермы. Аналогично выполняется нижний узел
Контур связей, расположенных в плоскости нижних сквозных ригелей, можно расчленить на продольные и поперечные связи (рис.11). Назначение продольных связей сводится к следующему:
3.1. Продольные связи воспринимают поперечные горизонтальные крановые воздействия, т.е воспринимают внецентренное приложение вертикального давления крана на колонну, вызывающее горизонтальное смещение рамы, а также поперечное торможение крана, приложенное к одной раме (рис.12а) и передает эти воздействия на соседние рамы, менее нагруженные (рис.12б). Таким образом обеспечивается пространственность каркаса при работе его на местные нагрузки, вызывающие горизонтальные смещения ригеля рамы.
3.2. Отметим, что боковая нагрузка от ветра передается одинаково на все рамы, вызывая одинаковое смешение их. Поперечных сил между рамами в этом случае не возникает и поэтому в каркасах с шагом рам 6 м продольные связи не воспринимают ветровой нагрузки,
При шаге колонн 12 м и более в каркасах, имеющих стойки фахверка (стенового каркаса), продольные связи работают на эту нагрузи;
Они являются верхними горизонтальными опорами стоек фахверка. Таким образом, в этом случае продольные связи передают усилия от ветровых нагрузок со стоек фахверка на соседние рамы (рис.13) и связи нагружены усилиями от ветровой нагрузки по длине шага рам.
Рис.13. Передача ветровой нагрузки со
стоек фахверка на продольные связи
3.3. В крайних, панелях ригеля вследствие того, что жестко защемленный ригель на опоре испытывает изгибающие моменты противоположного знака по отношению к знаку момента в пролете, дается сжатие нижнего пояса (рис.14).
Закрепить нижний пояс от потери устойчивости из плоскости ригеля здесь можно лишь с помощью продольных связей (точка "f" рис.14). Устойчивость нижнего пояса в плоскости ригеля обеспечивается либо развитием момента инерции сечения пояса (в этой панели он может быть принят из двух неравнобоких уголков, составленных большими полками), либо введением дополнительной подвески.
3.4. В многопролетных зданиях с кранами тяжелого режима работы (7К, 8К) продольные связи в виде горизонтальных ферм ставятся друг от друга на расстояние не более двух пролетов (рис.15)
Рис.15.
Связи по нижним поясам ригелей в многопролетном каркасе с кранами тяжелого режима работы (7К, 8К)
В многопролетных зданиях с кранами среднего режима работы при грузоподъемности до 50 т, при пролетах не более 36 м и с высотой до 25 м, а также с шагом рам 6 м, допускается не делать продольных связей по нижнему поясу. Однако распорки и тяжи, обеспечивающие устойчивость нижних поясов из плоскости ферм, должны быть поставлены в каждом пролете (рис.16).
Рис.16.
Связи по нижним поясам Б каркасе с кранами среднего режима работы (4К - 6К)
4.1. Эти связи служат для передачи усилий от ветровых нагрузок, направленных в торец здания, со стоек торцевого фахверка на вертикальные связи между колоннами (рис.17) (передача давления показана стрелками).
Рис.17.
Схема передачи ветровых нагрузок с торца здания на
связи
4.2. Вместе с продольными связями они образуют замкнутый контур, увеличивающий общую жесткость каркаса здания.
Поперечные связи, как правило, ставятся под связями по верхним поясам, создавая с ними пространственные поперечные блоки, к которым с помощью прогонов, распорок вертикальных связей и продольных связей крепятся промежуточные фермы (ригели).
На рис.18, 19 показаны узлы крепления горизонтальных связей, выполненных из уголков и прямоугольных гнуто-сварных труб к поясам ферм. Следует отметить, что в каркасах с тяжелым режимом работы кранов 7К, 8К и при больших крановых нагрузках связи прикрепляются к фермам с помощью сварки (т.е. болтовые узлы должны быть обварены) либо с помощью высокопрочных болтов.
Рис.18. Конструкции уголковых связей по нижним пояс
Различают верхний ярус вертикальных связей между колоннами (связи, расположенные выше подкрановых балок) и нижний я ниже балок (рис.20).
5.1. Связи верхнего яруса имеют следующее назначение:
а) усилия от ветра, направленного в торец здания, передаются на связи верхнего яруса с торцевых поперечных связей, расположенных в плоскости нижних поясов, а затем, по растянутым подкосам, эти усилия передаются на подкрановые балки",
б) связи верхнего яруса обеспечивают -устойчивость колонн "из плоскости" рам. Таким образом, расчётная длина надкрановой части колонны (рис.20, пунктир) из плоскости рамы равна высоте этой части колонны;
в) вместе о нижним ярусом связей при монтаже удерживают крепленные анкерами колонны oт опрокидывания.
5.2. Вертикальные связи нижнего яруса
На связи нижнего яруса возлагается функции:
а) передавать ветровые усилия от связей верхнего яруса и от продольного торможения кранов (рис.20);
б) обеспечивать устойчивость подкрановой части колонии из плоскости рамы;
в) служить в качестве монтажных связей при установке колонн. В зданиях большой высоты связи нижнего яруса имеют дополнительную распорку между колоннами - (рис.21,
a). Ее назначение - уменьшить расчетную длину подкрановой части колонны из плоскости рамы. К этому компоновочному приему прибегают в том случае, когда при расчете проверю устойчивости колонны "из плоскости "не дает удовлетворительных результатов вследствие большой гибкости колонны (из плоскости рамы.).
Схемы вертикальных связей могут быть различными в зависимости от шага колонн, от необходимости использования проема между колоннами и т.п. (рис.21б).
Рис.21. Схемы вертикальных связей нижнего яруса:
а) дополнительная распорка для уменьшения расчетной длины колонны из плоскости рамы;
б) варианты связей между колоннами
Прикреплять связи нижнего яруса к подкрановым балкам в пролете не следует, так как при движении крана может возникнуть сжатие раскосов связей, а следовательно, их выключение. Связи верхнего яруса могут прикрепляться к тормозным балкам болтами с овальными отверстиями в вертикальном направлении.
Рис.22. Конструкции вертикальных связей между колоннами при шаге колонн 6 м
Рис. 23. Вертикальные связи между колоннами при шаге колонн 12 м: С- овальные отверстия в узле В, допускающие прогибы подкрановой балки без нагружения связей верхнего яруса; t - тормозная балка
В вертикальной плоскости верхний ярус связей обычно
располагается, по оси надкрановой части колонны, а нижние связи должны быть двойными и их следует располагать в плоскостях как наружной, так и внутренней ветвей подкрановой части колонны (рис.22). Если имеется фахверк, то связи устанавливаются в плоскости фахверка и стыкуются со стойкой фахверка в среднем узле. По длине здания связи нижнего яруса размещаются в середине температурного блока (рис.22), но ни в крем случае не по концам, Размещение связей в середине здания обеспечивает свободную деформацию продольных элементов при колебаниях температуры (удлинение или укорочение подкрановых балок, продольных связей и др.).
Рис.24. Средний узел вертикальных связей (см.рис.23):
Г- крепление связей и стойке фахверка f на монтажной сварке, Д- на высокопрочных болтах, Q- ребра жесткости, 4-4 - расчетное сечениее фасонки.
Болты рассчитывается на осевое усилие в диагонали связей и момент
от эксцентриситета "а"
В большинстве видов связей затруднительно точно определить величины усилий, которые будут ими восприниматься. Поэтому сечения элементов связей, как правило, подбираются по предельной гибкости . Для элементов, о которых заранее известно, что они будут испытывать сжатие, рекомендуется принимать предельную гибкость 200.
По известным усилиям рассчитывается вертикальные, связи между колоннами, а также поперечные связи по нижнему поясу ригеля и продольные горизонтальные связи (в случае учета пространственной работы каркаса).
Связи по покрытию включают вертикальные связи между фермами, горизонтальные связи по верхним и по нижним поясам ферм. Связи по верхним поясам устраиваем для того, чтобы воспринять часть ветровой нагрузки и предотвратить от выпучивания сжатые стержни верхних поясов. Поперечные связевые фермы устраиваем в торцах и в середине здания. Связи по нижним поясам устанавливаем для восприятия ветровых и крановых нагрузок продольного и поперечного направления. 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.
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.
Связи между колоннами производственных зданий
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. Распорки соединяют колонны в горизонтальной плоскости. Распорки представляют собой продольные балочные элементы. 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.
Системы связи каркасов производственных зданий
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. Связи колонн обеспечивают поперечную устойчивость металлической конструкции здания и его пространственную неизменяемость. 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. Для придания пространственной жесткости конструкции здания или сооружения металлические фермы также соединяются связями. Смежные фермы по верхним и нижним поясам соединены горизонтальными связями ферм, а по стойкам решетки – вертикальными связями ферм. 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. 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.
Прогоны сплошного сечения
Сплошные прогоны применяют при шаге ферм не более 6 м н в зависимости от назначения имеют различное расчетное сечение. Сплошные прогоны изготовляются по разрезной и неразрезной схемам. Чаще всего используют разрезные схемы из-за их свойства упрощать монтаж, однако неразрезная схема тоже обладает положительными отличительными свойствами, к примеру, при неразрезной схеме расходуется меньше стали на сами прогоны.
Прогоны, расположенные на скате, с учётом кровли с большим уклоном всегда работают на изгиб в двух плоскостях. Устойчивость прогонов достигается за счёт крепления кровельных плит или за счёт присоединения настила к прогонам, с учётом всех сил трения между ними. Прогоны принято крепить к поясам ферм, используя коротыши из уголков и гнутые элементы из листовой стали.
Решетчатые прогоны
В качестве прогонов применяют прокатные или холодногнутые швеллеры, при шаге ферм более 6 м - решетчатые прогоны. Простой и наиболее легкой конструкцией решетчатого прогона является прутково-шпренгельный прогон с решеткой и нижним поясом из круглой стали. Недостаток такого прогона в сложности контроля сварных швов в узлах сопряжения прутков решетки с нижним поясом, а также в необходимости аккуратной транспортировки и монтажа.
Верхний пояс решетчатых прогонов в случае его большой жесткости из плоскости прогона следует рассчитывать на совместное действие осевого усилия и изгиба только в плоскости прогона, а в случае малой жесткости верхнего пояса из плоскости прогона необходимо рассчитывать верхний пояс на совместное действие осевого усилия и изгиба как в плоскости прогона, так и в перпендикулярной к ней плоскости. Гибкость верхнего пояса решетчатых, прогонов не должна превышать 120, а элементов решетки-150. Верхний пояс этого прогона состоит из двух швеллеров, а элементы решётки – из одиночного гнутого швеллера. Обычно раскосы фиксируются к верхнему поясу с помощью дуговой или контактной сварки.
Решетчатые прогоны рассчитывают как фермы с неразрезным верхним поясом, который всегда работает на сжатие с изгибом в одной или в двух плоскостях, в то время как другие элементы испытывают продольные усилия.
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 L с 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 λ u = 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 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 λ u = 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: λ u = 400 – при статической нагрузке и λ u = 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.
