Шпаргалка по металлическим конструкциям. Общая характеристика каркасов производственных зданий
 Скачать 1.71 Mb.
|
|
1 Общая характеристика каркасов производственных зданий ........................................................... 2 2 Состав каркаса производственного здания и его конструктивные схемы. .................................... 3 3 Компоновка поперечной рамы каркаса производственного здания. .............................................. 4 4 Сбор нагрузок на поперечную раму каркаса. Интенсивность нагрузок. Постоянные нагрузки на раму. Атмосферные нагрузки. Крановые нагрузки ............................................................................................ 5 5 Особенности статического расчета поперечной рамы каркаса производственного здания ......... 6 6 Определение расчетных сочетаний усилий (РСУ) ........................................................................... 7 7 Связи по колоннам каркаса одноэтажного производственного здания .......................................... 9 8 Связи по покрытию каркаса одноэтажного производственного здания ...................................... 10 9 Типы внецентренно сжатых колонн каркаса производственного здания .................................... 11 10 Расчетные длины внецентренно-сжатых колонн каркаса производственного здания. .............. 12 11 Расчет сплошных внецентренно-сжатых колонн каркаса производственного здания ............... 14 12 Расчет сквозных внецентренно-сжатых колонн каркаса производственного здания ................. 18 13 Стыки внецентренно-сжатых колонн по высоте. ............................................................................ 21 14 База сплошной внецентренно-сжатой колонны. Особенности расчета и конструирования. ..... 23 15 База сквозной внецентренно-сжатой колонны. Особенности расчета и конструирования. ....... 26 16 Анкерные болты ................................................................................................................................. 27 17 Общая характеристика подкрановых конструкций. Нагрузки от кранов. .................................... 28 18 Конструктивные решения подкрановых балок. Расчет подкрановых балок. .............................. 29 19 Опорные узлы подкрановых балок. Способы крепления подкрановых рельсов к балкам. ........ 32 20 Конструктивные решения подкрановых балок и ферм. ................................................................. 34 Назад на оглавление 1 Общая характеристика каркасов производственных зданий По числу пролетов одноэтажное здание подразделяются на однопролетные и многопролетные (с пролетами одинаковой и разной высоты). В настоящее время строятся преимущественно здания многопролетные (с числом пролетов два и более). Подразделяются на бескрановые, с мостовыми кранами, с подвесными кранами, с подвесными конвейерами. Наиболее широкое распространение получили одноэтажные производственные здания, оборудованные мостовыми электрическими кранами. Такие краны могут обслуживать практически всю площадь цеха. Комплекс несущих конструкций, воспринимающих нагрузку от веса ограждающих конструкций здания (кровля, стеновые панели, переплеты остекления и т.п.), атмосферные нагрузки (снег, ветер), нагрузки от кранов, а в некоторых случаях и от другого технологического оборудования, называется каркасом здания. Основу каркаса составляют поперечные рамы, состоящие из колонн, жестко защемленных в фундаменте и ригелей (стропильных ферм), жестко или шарнирно соединенных с колоннами. Расстояние между осями колонн в поперечном направлении здания называется пролетом. Расстояние между рамами называется шагом рам. В продольном направлении на рамы опираются подкрановые балки, элементы покрытия и фонари. Жесткость и устойчивость каркаса и его отдельных элементов обеспечивается системой связей: вертикальными связями по колоннам, воспринимающими продольные усилия от действия ветра на торец здания и сил продольного торможения кранов; горизонтальными и вертикальными связями по шатру здания, обеспечивающими устойчивость конструкции покрытия. Каркасы производственных зданий в большинстве случаев проектируют так, что несущая способность (включая жесткость) поперек здания обеспечивается поперечными рамами, а вдоль – продольными элементами каркаса, кровельными и стеновыми панелями. Кроме перечисленных элементов в составе каркаса обязательно имеются конструкции торцевого фахверка (а иногда и продольного, площадок, лестниц и других элементов здания). Производственные здания бывают однопролетными и многопролетными, оборудованными мостовыми кранами в одном или двух ярусах. 1.1 Основные требования, предъявляемые к каркасам производственных зданий. Конструкция здания должна полностью удовлетворять назначению сооружения и в то же время быть наиболее экономичной. Поэтому при проектировании производственных зданий в первую очередь необходимо учитывать эксплуатационные требования и экономические факторы. Большое влияние на работу каркаса оказывают воздействия кранов. Поэтому при проектировании каркаса здания особенное внимание должно уделяться учету эксплуатационного режима работы мостовых кранов, который зависит от назначения здания и эксплуатационного процесса в нем. На работу строительных конструкций зданий большое влияние оказывает внутрицеховая среда, степень агрессивного воздействия которой определяется скоростью коррозионного поражения поверхности металла в мм /год. К экономическим факторам относятся прежде всего затраты, связанные с возведением сооружения, изготовления, перевозки и монтажа конструкций. Необходимо учитывать эффект, получаемый от сокращения времени строительства и более раннего начала выпуска продукции, а также расходы, связанные с поддержанием сооружения в состоянии, обеспечивающем условия его нормальной эксплуатации в течение всего срока службы. Эти факторы очень сложны, часто противоречат один другому. При проектировании конструкции здания все это должно учитываться; Необходимо найти оптимальное технико-экономическое решение, наилучшим образом удовлетворяющее всем условиям. Назад на оглавление 2 Состав каркаса производственного здания и его конструктивные схемы. Каркас одноэтажного производственного здания представляет собой пространственную систему, состоящую из защемленных в фундаменты колонн, объединенных (в пределах температурного блока) стропильными и подстропильными конструкциями, плитами покрытия, связями и т.д. или покрытием в виде оболочек. Эта пространственная система условно расчленяется на поперечные и продольные плоские рамы, каждая из которых воспринимает горизонтальные и вертикальные нагрузки. Поперечные рамы являются основным элементом каркаса и образуются из колонн и стропильных конструкций (ригелей) или диафрагм оболочек. Колонны и ригели соединяются между собой при помощи закладных деталей, анкерных болтов и относительно небольшого количества сварных швов. Такие соединения податливы, т.е. позволяют сопрягаемым элементам взаимно поворачиваться при действии нагрузок. В расчетной схеме рамы такие сопряжения принимаются шарнирными, хотя практически способны воспринимать небольшие моменты, обычно не учитываемые в расчете. При шарнирном сопряжении достигается простота монтажа и независимая унификация ригелей и колонн, поскольку приложенная к ригелю нагрузка не вызывает изгибающих моментов, в колоннах. Поперечная рама воспринимает нагрузку от массы покрытия, снега, кранов, стен, ветра и обеспечивает жесткость здания в поперечном направлении. Продольная рама включает один продольный ряд колонн в пределах температурного блока, плиты покрытия или прогоны, подстропильные конструкции, связи (решетчатые и в виде распорок по колоннам) и подкрановые балки, а также диафрагмы или бортовые элементы оболочек. Продольные рамы обеспечивают жесткость здания в продольном направлении и воспринимают нагрузки от продольного торможения кранов и от ветра, действующего на торец здания и на торцы фонарей. Рамы зданий в продольном направлении объединяются между собой поверху жестким в своей плоскости диском покрытия, образованным железобетонными плитами покрытия с замоноличенными швами. К элементам каркаса относятся также фахверковые колонны, несущие нагрузку от стеновых панелей и воспринимаемого ими ветра. Стеновые панели могут быть навесными и самонесущими. Назад на оглавление 3 Компоновка поперечной рамы каркаса производственного здания. При компоновке конструктивной схемы рамного каркаса производственного здания решаются следующие вопросы: - выбор типа рамы (жесткое или шарнирное сопряжение ригеля с колонной); компоновка поперечной рамы с определением основных размеров колонн и ригеля, разбивкой решётки составной колонны и решётки ригеля; разработка схемы связей жесткости; разработка схемы торцевого фахверка. Назад на оглавление 4 Сбор нагрузок на поперечную раму каркаса. Интенсивность нагрузок. Постоянные нагрузки на раму. Атмосферные нагрузки. Крановые нагрузки На поперечную раму каркаса действуют вертикальные и горизонтальные нагрузки, собранные со своей грузовой площади. L – Пролет,м; l – шаг колонн, м; H – высота здания,м; G1 – вес нижней части колонны, кН; G2 – вес подкрановой балки с рельсом и стенового ограждения в уровне подкрановой балки, кН; G2 – вес верхней части стеного ограждения; q – нагрузка от кровли, кН/м 2 ; qсн – снеговая нагрузка кН/м 2 ; q1 – ветровая нагрузка до отметки 10,0 м, кН/м 2 ; q2 - ветровая нагрузка выше отметки 10,0 м, кН/м 2 ; D – давление кранов, кН (может быть максимальный и минимальным); T – поперечная тормозная сила, кН. На поперечную раму могут действовать постоянные, временные и особые нагрузки. Интенсивность нагрузки – это нагрузки на 1 м 2 поверхности или на 1 погонный метр линейной нагрузки, или на одно колесо крана. Представляется в табличной форме. Постоянными нагрузками на раму являются вес кровли, несущих конструкций покрытия (ферм, прогонов, связей), собственный вес колонн, подкрановых конструкций, стенового и оконного ограждений. К атмосферным нагрузкам относят снеговую и ветровую. Данная нагрузка рассчитывается по СП 20.13330.2011 согласно заданным снеговому и ветровому району строительства. Расчетное значение снеговой нагрузки определяется по формуле: q сн = q сн 0 * l, кН/м, где q сн 0 – интенсивность снеговой нагрузки для заданного района строительства по СП 20.13330.2011; l – шаг рам. Ветровая нагрузка действует на здание с наветренной (активное давление) и заветренной стороны (отсос). Расчетное значения интенсивности ветровой нагрузки определяется по формуле: q 0w = w 0 *k*c*γ f , где w 0 – нормативное значение ветрового давления для заданного района строительства; c – аэродинамический коэффициент; k – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте; γ f ,- коэффициент надежности по нагрузке. Расчетные значения ветровой нагрузки на раму, собранные с ширины грузовой площади l: q w = q 0w * l. Крановые нагрузки. Нагрузки от мостовых и подвесных кранов следует определять в зависимости от групп режимов их работы, устанавливаемых ГОСТ 25546, от вида привода и от способа подвеса груза. Крановые нагрузки передаются на раму через подкрановые балки в виде опорных реакций от двух сближенных кранов при невыгодном их положении для колонны. Это определяется построением линии влияния. Для определения максимального вертикального давления крана на колонну необходимо максимальное давление каждого колеса умножить на соответствующую ординату линии влияния и результат просуммировать. При этом следует учесть коэффициент сочетания согласно СП 20.13330.2011. Расчетное значение вертикального давления на колесо крана принимается по ГОСТ на краны. Минимальное вертикальное давление крана и горизонтальная расчетная нагрузка от поперечного торможения вычисляются аналогично. Назад на оглавление 5 Особенности статического расчета поперечной рамы каркаса производственного здания Поперечные рамы промышленных зданий рассчитываются как плоские статически неопределимые системы и их расчет бывает достаточно трудоемок. Поэтому при расчете рам обычно вводят ряд допущений, которые упрощают расчет, не влияя сильно на конечные результаты. Основные упрощения сводятся к следующему: При расчете рамы на все нагрузки, кроме вертикальных, приложенных к ригелю рамы, ригель принимается бесконечно жестким. Это допущение позволяет вести расчет рам по методу деформаций, причем неизвестными являются только горизонтальные смещения. Пользуясь имеющимися в справочниках готовыми таблицами, составленными для колонн переменног, совмещая ось последнего с нижним поясом ригеля. Момент инерции такого ригеля определяется приближенно по формуле: 2 2 ( ) p в в н н J k F z F z где Fв и Fн — (площади сечений верхнего и нижнего поясов фермы; zв и zн — расстояния от центра тяжести (о сечения, защемленных в фундаменте и в ригеле (на уровне нижнего пояса), можно легко производить расчет рам одноэтажных цехов. Расчет рам на вертикальные нагрузки, приложенные к ригелю, производится по общим правилам строительной механики с учетом конечной жесткости ригеля. При этом решетчатый ригель условно заменяют сплошным оси) фермы до поясов в середине пролета; k — коэффициент, учитывающий переменную высоту фермы, а также деформации элементов решетки; этот коэффициент для ферм с уклоном верхнего пояса 1:12 может приниматься равным 0,75. При расчете плоских рам на крановые нагрузки можно исходить из пространственной работы каркаса, учитывая вовлечение в работу соседних рам через горизонтальные продольные связи по нижним поясам ферм. Жесткость этих связей определяется их моментом инерции; при этом принимается: для связей, приваренных к нижнему поясу, коэффициент k = 0,7, а при болтовом креплении связей, k = 0,3. Расчет такого блока сводится к расчету неразрезной балки на упруго оседающих опорах. В зданиях с беспрогонным покрытием из крупнопанельных железобетонных плит, надежно приваренных к стропильным фермам, жесткий кровельный диск обеспечивает пространственную работу каркаса аналогично продольным связям. В случае, если по среднему ряду шаг колонн вдвое больше, чем по крайним рядам, то расчет можно вести для условной рамы, у которой моменты инерции сечений колонн крайних рядов равны сумме моментов инерции двух колонн, т. е. в расчет вводится блок конструкций, заштрихованный на фигуре. Такой расчет возможен при наличии горизонтальных связей по нижним поясам ферм или жесткого кровельного диска, обеспечивающих одинаковое смещение всех колонн блока. При этом горизонтальное реактивное усилие в условной раме, возникающее от нагрузки в стержне, закрепляющем раму от смещения, определяется как сумма реактивных усилий в отдельных плоских рамах, после чего обычным способом определяется смещение условной рамы. По найденному смещению определяют усилия отдельно для каждой плоской рамы. В общем случае, при неодинаковых шагах колонн по разным рядам, протяженность расчетного блока принимается равной шагу основных рам. При этом смещение всех рам блока принимается одинаковым. После того как от каждой нагрузки в отдельности построены эпюры моментов в раме, составляют таблицу значений этих моментов для ряда сечений колонн и устанавливают наиневыгоднейшую комбинацию суммарного момента М и соответствующей ему продольной силы N. При этом учитывается как основное, так и дополнительное сочетание нагрузок (включающее ветровую нагрузку) введением для последнего коэффициента сочетаний 0,9 (для всех нагрузок, кроме постоянной). В большинстве случаев максимальные расчетные моменты для подкрановой части колонн получаются в нижнем сечении у опоры. Расчетная комбинация, как правило, соответствует дополнительному сочетанию нагрузок. В рамах, в узлах присоединения ригелей к колоннам (особенно по внутренним рядам), от вертикальной нагрузки, действующей на ригель, возникают большие опорные моменты. Их можно избежать, применив такую упругопластическую конструкцию прикрепления верхнего пояса фермы к колонне, которая могла бы передать нагрузку только до определенной величины, после чего, дойдя до предела текучести, она деформировалась бы и не могла бы воспринять больший момент. Испытания показали, что самым слабым местом в этих каркасах являются соединения элементов конструкций и их деталей, в особенности места присоединения подкрановых балок к колоннам, которые первыми воспринимают на себя динамическую нагрузку от кранов (удары). Назад на оглавление 6 Определение расчетных сочетаний усилий (РСУ) Подбор сечений элементов каркаса выполняется на самые неблагоприятные сочетания нагрузок и соответствующих им усилий. Эти сочетания устанавливаются на основе анализа возможных вариантов одновременного воздействия различных нагрузок согласно СНиП 2.01.07–85*. Этими нормами предусмотрены два вида основных сочетаний и одно особое. Основное сочетание с одной кратковременной нагрузкой допускает одновременно учитывать все постоянные, все временные длительные и одну кратковременную нагрузку с коэффициентом сочетаний = 1. Назад на оглавление Основное сочетание с несколькими кратковременными нагрузками допускает одновременно учитывать любые нагрузки, кроме особых. При этом постоянные нагрузки применяются с коэффициентом = 1, временные длительные – с = 0,95, а кратковременные – с = 0,9. В особых сочетаниях учитываются постоянные На раму действует постоянная и 3 кратковременных нагрузки: снег, кран и ветер. Ветер может действовать либо слева, либо справа (2 варианта загружения). Кран воздействует посредством вертикального давления и горизонтального торможения (6 вариантов загружения). Максимальное крановое давление может быть либо на левой колонне (тележка с грузом слева), либо на правой колонне (тележка справа), т. е. 2 варианта расположения грузов (пп. 5 и 6 табл. 6.1). Каждому варианту кранового давления может сопутствовать любой из четырех вариантов кранового торможения (пп. 7–10 табл. 6.1) независимо от положения тележки и направления тормозного усилия. В каждом отдельном случае выбирается наиболее опасная комбинация вертикальной и горизонтальной крановой нагрузки. Для каждого намеченного сечения 1, 2, 3 и 4 необходимо составить РСУ по трем критериям: – нагрузки, вызывающие +M max (максимальный положительный момент); – нагрузки, вызывающие –M max (максимальный отрицательный момент); – нагрузки, вызывающие –N max (максимальную сжимающую силу). Анкерные болты работают на растяжение. Поэтому РСУ для их расчета выявляется при действии большого изгибающего момента, который стремится оторвать болты, и малой сжимающей продольной силы, которая разгружает эти болты. Назад на оглавление 7 Связи по колоннам каркаса одноэтажного производственного здания Связи устанавливают по всем продольным рядам колонн здания. Назначение связей: • Создание продольной жесткости каркаса, необходимой для нормальной его эксплуатации; • Обеспечение устойчивость колонн из плоскости поперечных рам; • Воспринимают ветровую нагрузку, действующую на торцевые стены здания; • Воспринимают продольные инерционные воздействия мостовых кранов (связи в подкрановой части колонн). Подразделяются на: горизонтальные; вертикальные (основные). Горизонтальные Ставятся в торцах здания, при большой высоте для восприятия горизонтальных нагрузок со стоек фахверка. Вертикальные Расположение: В надкрановой части колонн вертикальные связи следует предусматривать в торцах температурных блоков и в местах расположения нижних вертикальных связей (при длине здания или температурного отсека более 144 м). Целесообразность установки верхних связей в торцах здания обусловлена, в первую очередь, необходимостью создания кратчайшего пути для передачи ветровой нагрузки на фундаменты. В подкрановой части колонн вертикальные связи следует предусматривать в середине температурного блока, обеспечив тем самым свободу температурным перемещениям по обе стороны от связевого блока, и передачу горизонтальной продольной нагрузки от мостового крана по кратчайшему пути на фундаменты. Назад на оглавление 8 Связи по покрытию каркаса одноэтажного производственного здания Конструктивно геометрически неизменяемый диск покрытия образуют путем создания нескольких связевых жестких пространственных блоков и присоединения к ним других стропильных ферм. При этом различают несколько типов связей: • В плоскости верхних поясов стропильных ферм – поперечные связевые фермы и продольные элементы между ними; • В плоскости нижних поясов стропильных ферм – поперечные и продольные связевые фермы, а также иногда продольные растяжки между поперечными связевыми фермами; • Между стропильными фермами – вертикальные. Пространственные блоки формируют из двух смежных ферм, объединенных горизонтальными связями между поясами ферм и вертикальными - между стойками решетки. Связевые блоки устраивают в торцах здания или температурного отсека, а при длине здания или температурного отсека более 144 м следует предусматривать также в промежутке. Связи по верхним поясам ферм Включают поперечные связевые фермы и продольные распорки по всей длине температурного отсека. Такие связи наиболее целесообразно располагать в торцах цеха, чтобы вместе с поперечными горизонтальными связями, расположенными по нижним поясам ферм, и вертикальными связями обеспечить пространственную жесткость покрытия. Элементы верхнего пояса стропильных ферм сжаты, а потому необходимо обеспечить их устойчивость при продольном изгибе из плоскости ферм. Распорки закрепляют пояса ферм от смещений, обеспечивая их устойчивость. Распорки следует устанавливать по коньковым узлам и в обязательном порядке в пределах фонаря, где нет кровельного настила, а также в опорной части стропильных ферм – вдоль колонн. Последние используют также для закрепления стропильных конструкций в процессе монтажа. Расстояние между распорками назначают так, чтобы гибкость верхнего пояса каждой фермы из ее плоскости не превышала предельного значения 220 в условиях монтажа и 180 60 в условиях эксплуатации. Функции распорок по верхним поясам могут выполнять прогоны или ребра железобетонных панелей, если они приварены к верхним поясам ферм и соединены с жесткими блоками. Следовательно, в уровне верхних поясов можно использовать лишь инвентарные съемные связи для выверки конструкций и обеспечения их устойчивости в процессе монтажа. Связи по нижним поясам ферм включают в свою структуру поперечные и продольные связевые фермы, а также растяжки. Поперечные связевые фермы устанавливают в торцах здания, у температурных швов, а при большей длине температурных блоков – в их средних частях с расстояниями между связями 60 м. Воспринимают горизонтальную нагрузку от ветра, действующую на торец здания. Развязку связевых блоков с нижними поясами других стропильных ферм осуществляют продольными связевыми фермами, распорками и растяжками. Продольные связевые фермы совместно с поперечными образуют неизменяемый диск в уровне нижних поясов стропильных ферм. Они обеспечивают пространственную работу каркаса при локальных горизонтальных воздействиях торможения тележки крана, перераспределяя их между поперечными рамами и обеспечивая их совместную работу. В случае жесткого сопряжения ригеля с колоннами продольные связи обеспечивают устойчивость сжатых панелей нижних поясов стропильных ферм из плоскости поперечных рам. А при наличии кранов с тяжелым режимом работы распорки необходимо ставить для увеличения собственной частоты колебания нижних поясов в горизонтальной плоскости. Вертикальные связи Служат для устранения сдвиговых деформаций в блоке покрытия вдоль здания. Совместно со связями по верхнему и нижнему поясам образуют геометрически неизменяемый брус. Вертикальные связевые фермы устанавливают в связевых блоках в плоскостях вертикальных стоек стропильных ферм по их торцам, по коньку и под наружными стойками фонарей. Также служат для облегчения монтажного процесса. Назад на оглавление 9 Типы внецентренно сжатых колонн каркаса производственного здания В каркасах ОПЗ применяются стальные колонны 3х типов: 1. постоянного сечения (нагрузка от мостовых кранов передается на стержень колонны через консоли, стержень колонны м/б сплошного или сквозного сечения. Достоинства: конструктивная простота. Применяют при небольшой грузоподъёмности кранов до 20т и небольшой высоте до 10м.); 2 Переменного сечения (Ступенчатые. При большой грузоподъёмности выгоднее, ступенчатые колонны. Подкрановая балка опирается на уступ нижнего участка колонн и располагается по оси подкрановой ветви). 3. В виде двух стоек не жестко связанных м/у собой (Раздельные. Подкрановая стойка и шатровая ветвь связаны гибкими в вертикальной плоскости горизонтальными планками, поэтому подкрановая стойка воспринимает только вертикальные усилия от кранов, а шатровые работает в системе поперечной рамы и воспринимает остальные нагрузки. Такие колонны рациональны при низком расположении кранов большой грузоподъёмности). Назад на оглавление 10 Расчетные длины внецентренно-сжатых колонн каркаса производственного здания. Расчетная длина колонны (или ее участка) с постоянным моментом инерции в плоскости рамы определяется по формуле. Назад на оглавление Назад на оглавление 11 Расчет сплошных внецентренно-сжатых колонн каркаса производственного здания Верхняя часть ступенчатой колонны проектируется из прокатного или сварного симметричного двутавра; нижняя часть – несимметричное составное сечение. В процессе компоновки установлены размеры высоты сечения верхней и нижней частей колонны hв и hн, а также их геометрические размеры. Из табл. РСУ выбираются наиболее невыгодные комбинации усилий. требуемую площадь сечения колонны определяют из условия устойчивости По сортаменту подбирают подходящий прокатный двутавр, у которого площадь сечения близка к тр Aтр. Для подобранного сечения вычисляют гибкости в плоскости и из плоскости изгиба и сравнивают с предельным значением гибкости [λ], установленным СНиП II-23–81*. Если предельная гибкость в плоскости изгиба не обеспечена, следует изменить сечение двутавра, увеличив его пояса; если не обеспечена из плоскости изгиба, уменьшают ly путем постановки распорок вдоль ряда колонн. Далее следует оценить местную устойчивость полок и стенки двутавра. Если местная устойчивость не обеспечена, требуется корректировка сечения. Устойчивости стенки добиваются путем увеличения ее толщины либо постановкой продольного ребра жесткости, либо исключением из работы неустойчивой части стенки. Для оценки устойчивости из плоскости изгиба необходимо построить эпюру изгибающих моментов в колонне от расчетного сочетания усилий. Рассмотрим это на примере расчета верхней части ступенчатой колонны. Назад на оглавление Назад на оглавление Назад на оглавление Назад на оглавление 12 Расчет сквозных внецентренно-сжатых колонн каркаса производственного здания Назад на оглавление Сечения решетчатых (сквозных) колонн компонуются из двух ветвей, соединенных между собой решеткой. Сечения крайних рядов несимметричные, средних – симметричные. Наружная (шатровая) ветвь для удобства примыкания стены имеет швеллерную форму; внутренняя (подкрановая) ветвь – двутавровую Назад на оглавление Расчетные усилия определяются из табл РСУ Расчетные усилия с положительным и отрицательным изгибающим моментом могут сильно отличаться друг от друга по величине. Поэтому сечение сквозной колонны проектируют несимметричным. Нейтральная ось x–x будет смещена в сторону более нагруженной ветви Величина продольной сжимающей силы от РСУ, будет: – в подкрановой ветви – в шатровой ветви По наибольшим значениям уточненных усилий производится проверка устойчивости ветвей колонны в плоскости и из плоскости изгиба, расчет раскосной решетки и проверка колонны как единого стержня в плоскости изгиба. Проверка устойчивости ветвей колонны производится по формулам центрального сжатия. Делаем проверка устойчивости шатровой ветви, расчет раскосов и распорок, проверяем условие устойчивости раскоса. Далее проверка устойчивости как единого стержня в плоскости изгиба -усл устойчивости. Если устойчивость колонны не обеспечена или λx >[ λ] , необходима корректировка сечения путем развития его в плоскости рамы. Сечение колонны считается подобранным удовлетворительно, если запас несущей способности хотя бы по одной из проверок не превышает 5 %. Назад на оглавление 13 Стыки внецентренно-сжатых колонн по высоте. Стыки в колоннах приходится делать из-за ограниченной длины прокатной стали, в также для членения колонны на отправочные элементы. Если нельзя выполнить заводские стыки полным проваром то устанавливаются накладки (12). Расчет такого соединения прроводится из условия равнопрочности с основным сечением. Монтажные соединения выполняются встык с полным проваром или на высокопрочных болтах. При соединении встык торцы элементов фрезеруют. Для выверки и фиксации устанавливают монтажные уголки. Сжимающие усилия передаются через фрезерованные торцы колонн, а растягивающие - накладками. Назад на оглавление Для ступенчатых колонн монтажный стык устраивается обычно в месте уступа. Назад на оглавление 14 База сплошной внецентренно-сжатой колонны. Особенности расчета и конструирования. База внецентренно-сжатой колонны включает в себя опорную плиту, траверсы и анкерные болты и развивается в плоскости действия изгибающего момента. Анкерные болты воспринимают растягивающие усилия от момента. Для сквозных колонн большой ширины применяют, как правило, раздельные базы. Ветви сквозных колонн работают на продольные осевые силы, поэтому базы сквозных колонн состоят, по существу, из двух баз центрально сжатых колонн. Поэтому расчет и конструирование базы отдельной ветви производятся так же, как в центрально-сжатых колоннах. Назад на оглавление Для обеспечения жесткости базы и уменьшения толщины опорной плиты устанавливают траверсы, ребра и диафрагмы. Сжимающие усилия передаются через фрезерованные торцы стержня колонны и траверсы на строганую поверхность опорной плиты. Напряжения под плитой (реактивный отпор фундамента) распределены неравномерно. Если под плитой возникают ратягивающие напряжения то они воспринимаются анкерными болтами. Размеры плиты в плане определяются из формулы краевых напряжений из условия прочности бетона фундамента 2 6 N M BL BL (7.22) Ширину плиты принимают на 100-200 мм шире колонны и после вычислений уточняется толщина плиты на всех участках. Расчет траверс, ребер и диафрагм производят на реактивный отпор фундамента, приходящийся на их долю. При этом разделение давления по биссектрисам углов между смежными элементами обычно не принимают во внимание. Грузовые площади для траверс и ребер показаны на рис. 7.23, грузовая площадь для расчета диафрагм (см. рис. 7.21, д) включает в себя участок 5 и половину участка 4. В запас прочности реактивный отпор фундамента принимают равномерно распределенным с интенсивностью, равной максимальному сжимающему краевому напряжению, определенному по формуле (7.22). В базах с общими траверсами последние рассчитывают как однопролетные балки с консолями (рис. 7.23, а). Прочность угловых швов, прикрепляющих траверсу к ветвям колонны, проверяют на опорную реакцию, определяя тем самым высоту траверсы. Толщину траверсы находят из условий прочности при изгибе, причем опорную плиту в расчетное сечение не включают. Одностенчатые и раздельные траверсы, а также ребра рассчитывают как консоли (рис. 7.23, б). В случае крепления траверсы (ребра) к колонне угловыми швами их прочность проверяют по равнодействующей напряжений. Прочность стыковых швов проверяют по приведенным напряжениям Назад на оглавление Высоту диафрагмы определяют из условия прочности односторонних угловых швов, прикрепляющих ее к траверсе, толщину диафрагмы – расчетом на срез. Поскольку нагрузка с ребер передается на траверсы, при расчете последних необходимо учесть соответствующие сосредоточенные силы. Анкерные плиты рассчитывают как однопролетные балки, опертые на траверсы и загруженные силами, равными несущей способности анкерных болтов. При определении момента сопротивления таких балок следует учитывать ослабление их отверстиями, диаметр которых на 5–6 мм больше анкерных болтов. Назад на оглавление 15 База сквозной внецентренно-сжатой колонны. Особенности расчета и конструирования. Базы- опорная часть колонны предназначена для передачи усилий с колонны на фундамент. Состав: плита, траверсы, ребра, анкерные болты и устройства их крепления- столики анкерные плиты. Для сплошных, легких сквозных колонн (при h≤1000мм), применяются общие базы. Для передачи момента на фундамент база внецентренно сжатых колонн развивается в плоскости действия момента. Центр плиты совмещается с центром тяжести колонн. Для обеспечения жесткости плиты и уменьшения толщины устанавливают траверсы и рёбра. Под сквозные колонны при их ширине более 1м устраивают раздельные базы (под каждую ветвь своя база), т.к. ветви работают на продольные осевые силы, базы рассчитывают как базы центрально сжатых колонн. Центр плиты совмещают с центром тяжести ветвей. базу каждой ветви рассчитывают на свою комбинацию изгибающего момента и продольной силы. Анкерные болты работают на растяжение и воспринимают усилия отрывающие базу от фундамента. Усилия в болтах определяют в предположении, что бетон не работает на растяжение и растягивающая сила полностью воспринимается анкерными болтами. Усилия в анкерных болтах: F a =(M-Na)/y; требуемая площадь сечения одного болта: A b , тр =F a /(nR ba γ c ); n- число болтов, R ba -расчетное сопротивление анкерного болта. Назад на оглавление 16 Анкерные болты Анкер - крепёжное изделие, которое различными способами закрепляется в несущем основании и удерживает какую-либо конструкцию. При шарнирном сопряжении колонн с фундаментом и в базах центрально-сжатых стоек анкерные болты выполняют установочную функцию, фиксируя положение базы относительно фундамента. Размеры таких болтов назначают конструктивно, принимая диаметр 20–30 мм. Отверстия или вырезы для болтов в опорной плите базы делают в 1,5 раза больше диаметра болтов. Если болты до установки в фундамент объединяют в пространственные каркасы, то точность их взаимного расположения существенно повышается, что позволяет снизить норму допуска до 6 мм. Как правило, база колонны крепится двумя анкерными болтами, установленными по геометрической оси колонны в плоскости, перпендикулярной плоскости шарнира. Глубину заделки болтов в бетоне принимают равной 15–20 диаметрам болта. Диаметр анкерных болтов для внецентренно сжатых колонн устанавливают по расчету. При этом исходят из предположения, что растягивающая сила ∑N, определяемая растянутой зоной эпюры напряжений (рис.1) полностью воспринимается анкерными болтами. Значение этой силы может быть найдено из уравнения равновесия относительно центра тяжести сжатой треугольной зоны эпюры напряжений, где М, N – расчетный изгибающий момент и соответствующая ему нормальная сила; а, Y – расстояния от центра тяжести сжатой зоны эпюры напряжений под плитой до геометрической оси колонны и до оси анкерных болтов соответственно. Значения М и N в формуле необходимо принимать при самой невыгодной для анкерных болтов комбинации нагрузок, определяя постоянные нагрузки с коэффициентом надежности по нагрузкам, равным 0,9. На другой стороне базы обычно ставят такие же болты. С (рис.1) каждой стороны ба- зы следует устанавливать не более двух болтов, так как при большем их числе усложняется монтаж колонны и не обеспечивается равномерная работа болтов. Поэтому при больших усилиях следует в первую очередь увеличивать диаметры болтов и вылет траверсы. При конструировании базы необходимо следить за тем, чтобы можно было свободно поворачивать гайки при затяжке болтов, поэтому минимальное расстояние от оси болта до траверсы следует принимать не менее 1,5d (где d – диаметр болта). Анкерные болты выносят за опорную плиту не менее чем на 20 мм для того, чтобы во время монтажа колонну можно было двигать, устанавливая по оси. Если базы выполнены без обетонирования, следует предусмотреть меры, предотвращающие возможность развинчивания гаек, – обварку гаек или расчеканку резьбы. Назад на оглавление 17 Общая характеристика подкрановых конструкций. Нагрузки от кранов. Подкрановые конструкции должны воспринимать весь комплекс нагрузок и воздействий: собственный вес, вертикальные, горизонтальные и крутящие воздействия катков крана, нагрузки от веса людей и ремонтных материалов на тормозных конструкциях и площадках. Служат для передвижения кранов и воспринимают, передают на каркас нагрузки от подъёмно транспортного оборудования. Состав: подкрановые балки или фермы (воспринимают вертикальные нагрузки), тормозные балки, фермы (воспринимают поперечные горизонтальные нагрузки), крановые рельсы с элементами крепления и связями (обеспечивают жесткость и неизменяемость подкрановых конструкций). Конструктивные схемы подкрановых балок: сплошные (разрезные и неразрезные). При лёгких кранах до 30т и больших шагах колонн целесообразно решетчато подкрановые балки с жестким верхним поясом. При больших пролетах и кранах большой грузоподъёмности применяются подкраново- подстропильные фермы. Нагрузки от крана передаются на подкрановую конструкцию через колёса крана. подкрановые конструкции рассчитывают от двух сближенных кранов наибольшей грузоподъёмности с тележками приближенными к одному из рядов колонн. Нагрузка прикладывается в любой точке по длине балке и приводит к появлению в стенке сложного напряженного состояния. Основными повреждениями подкрановых балок яв-ся трещины в верхнем поясном шве и околошовной зоне, повреждение элементов узлов крепления балок колоннам. Назад на оглавление 18 Конструктивные решения подкрановых балок. Расчет подкрановых балок. Типы сечений зависят от нагрузки пролёта и режима работы кранов. при пролете 6м. грузоподъёмность до 50т применяют прокатные двутавры, сварные двутавры несимметричного сечения. Для больших пролетов и грузоподъёмностей применяют сварные двутавровые балки с горизонтальной тормозной конструкцией. При грузоподъёмности до 50т рациональны балки составного сечения из широкополочных тавров. Проверка прочности: под действием вертикальных и горизонтальных нагрузок подкрановая балка и тормозная конструкция работают как единый стержень на косой изгиб с кручением. Нормальное напряжение определяется Ϭ=(M x0 /I x0 )y 0 + (M y0 /I y0 )x 0 +(B/I ω )ω≤R y γ c ; Проверка местной устойчивости: Ѵ(Ϭ x /Ϭ cr,x +Ϭ loc,y /Ϭ cr,loc,y ) 2 +(τ xy /τ cr,xy ) 2 ≤γ c ; Назад на оглавление Назад на оглавление Назад на оглавление 19 Опорные узлы подкрановых балок. Способы крепления подкрановых рельсов к балкам. В узлах опирания подкрановых балок на колонны происходит передача больших вертикальных и горизонтальных усилий. Вертикальное давление разрезных подкрановых балок передается на колонну обычно через выступающий фрезерованный торец опорного ребра. Рассчитывают и конструируют опорное ребро как и у обычных балок. Рис. Опорные узлы подкрановых балок. А- разрезных, б – неразрезных. В неразрезных балках вертикальное давление передается через опорные ребра, пристроганные к нижнему поясу, а между поясом и опорной плитой колонны ставят прокладку. (рис. б) В неразрезных подкрановых балках на опоре смежного, незагруженного пролета возникает отрицательная реакция. Анкерные болты, прикрепляющие балку к колонне, должны быть рассчитаны на это усилие. Для восприятия горизонтальных поперечных воздействий кранов устанавливаются дополнительные элементы крепления балок к колоннам, которые рассчитывают на горизонтальное усилие: В неразрезных балках вертикальное давление передается через опорные ребра, пристроганные к нижнему поясу, а между поясом и опорной плитой колонны ставят прокладку. (рис. б) В неразрезных подкрановых балках на опоре смежного, незагруженного пролета возникает отрицательная реакция. Анкерные болты, прикрепляющие балку к колонне, должны быть рассчитаны на это усилие. Для восприятия горизонтальных поперечных воздействий кранов устанавливаются дополнительные элементы крепления балок к колоннам, которые рассчитывают на горизонтальное усилие: Конструкция крепления балок к колоннам в горизонтальном направлении должна обеспечивать передачу горизонтальных поперечных сил, допуская при этом свободу поворота, и продольного смещения опорных сечений. Для того, чтобы обеспечить свободу продольных и вертикальных перемещений элементов крепления, применяют два типа узлов. В узлах 1-го типа поперечные горизонтальные воздействия передаются через плотно пригнанные к полкам колонны элементы (упорные планки), допускающие за счет проскальзывания свободу перемещений опорных сечений. В узлах 2-го типа балки крепятся к колоннам с помощью гибких элементов (листовых элементов и круглых стержней). Способы крепления подкрановых рельсов к балкам. Для мостовых кранов применяются специальные крановые рельсы КР с усиленной шейкой и развитой подошвой. Требуемые тип кранового рельса указывается в стандартах или каталогах на краны. Назад на оглавление Конструктивное решение крепления рельсов к подкрановым балкам зависит от типа рельсов. Крепление должно обеспечивать рихтовку рельса в пределах 20-30 мм, так как в процессе эксплуатации происходит смещение рельса. В зданиях с кранами особого режима работы рекомендуется применять только специальные крановые рельсы КР. Между рельсом и поясом балки устанавливаются упругие прокладки из низкомодульного материала. Прокладки улучшают условия контакта рельса и пояса, сглаживают и уменьшают местные напряжения под колесом крана. При грузоподъемности до 20т прокладки изготавливают из прорезиненной ленты, при большей грузоподъемности – металлорезиновыми. Т.к. при прохождении крана прокладки сжимаются, то применяют различного типа пружинные крепления рельса к поясу. Назад на оглавление 20 Конструктивные решения подкрановых балок и ферм. При пролете балок до 12 м и кранах режимов работы 1К - 6К грузоподъемностью до 50 т для восприятия горизонтальных поперечных сил достаточно развить сечение верхнего пояса (см. рис.1, а, б). При больших пролетах балок и для кранов грузоподъемностью 50 т и более устанавливают специальные тормозные конструкции, тормозные балки или фермы. Фермы экономичнее по расходу стали, но сложнее в изготовлении Рис. 1 Типы сечений сплошных подкрановых балок: а - прокатные двутавры; б - несимметричный составной двутавр; в - симметричный составной двутавр с тормозной конструкцией; г - составное сечение с поясами из тавров; д - то же, с усиленным верхним поясом; е - двухстенчатое сечение; ж - сечение со сменной верхней частью; и - двутавровое клепаное сечение Рис. 2.. Тормозные балки: а, б, в - по крайним рядам; г, д - по средним рядам: 1 - листовой шарнир; 2 - ребро жесткости, 3 - вспомогательная ферма, 4 - связевая ферма монтаже, поэтому при ширине тормозных конструкций (расстояние от оси балки до наружной грани тормозной конструкции на крайних рядах или до оси смежной балки на средних рядах) до 1,25 м обычно применяют тормозные балки со стенкой из рифленого листа толщиной 6 - 8 мм (рис. 2). Применяют также тормозные балки, выполненные из гнутого листа (рис. 2. б). Для крайних рядов поясами тормозной балки являются верхний пояс подкрановой балки и окаймляющий швеллер или пояс вспомогательной фермы. При пролете балок 12 м наружный пояс крепят к стойке фахверка. Для того чтобы горизонтальные смещения балок не передавались на стену здания, это крепление выполняют с помощью листового шарнира (рис. 2., а). По средним рядам поясами тормозной балки являются верхние пояса балок смежных пролетов (рис. 2., г, д). Листы тормозных балок приваривают к поясам сплошным швом с подваркой с нижней стороны или крепят на высокопрочных болтах. Для обеспечения местной устойчивости и предотвращения случайных прогибов тормозные листы снизу укрепляют ребрами жесткости. Назад на оглавление При ширине тормозных конструкций более 1,25 м целесообразно применение тормозных ферм (рис. 3). Для обеспечения большей компактности узлов допускается центрировать элементы решетки на кромку пояса балки. В зданиях с кранами особого режима работы по тормозным конструкциям устраивают проходы для обслуживания путей и кранов. Чтобы избежать чрезмерных колебаний по нижним поясам балок устанавливают легкие связевые вспомогательные фермы. Рис. 3. Схемы тормозных и связевых ферм: а - тормозная ферма по крайнему ряду; б - то же, по среднему ряду; в - связевая ферма по нижним поясам балок Назад на оглавление Назад на оглавление |