Вертикальные связи, как наиболее экономичные конструкции, в большинстве случаев надежно обеспечивают жесткость зданий со стальным каркасом.

1.1. Со статической точки зрения они являются защемленными в земле изгибаемыми консольными балками.

1.2. В узких вертикальных связях возникают значительные усилия, а сами стержни претерпевают большие деформации по длине, что способствует большим деформациям фасада при малом шаге колонн.

1.4. Жесткость узких ветровых связей может быть повышена объединением их с наружными колоннами.

1.5. Такое же действие оказывает высокая горизонтальная балка (например, в техническом этаже высотного здания). Она уменьшает перекос верхнего ригеля фахверка и отклонение здания от вертикали.

Расположение вертинальных связей в плане

В плане вертикальные связи необходимы в двух направлениях. Сплошные или решетчатые вертикальные связи внутри здания препятствуют свободному использованию помещений; их располагают внутри стен или перегородок с небольшим числом проемов.

2.1. Вертикальные связи окружают лестничную клетку.

2.2. Здание с тремя поперечными связями и одной продольной связью. При узком ядре жесткости в высоких зданиях обеспечение жесткости целесообразно по схемам 1 .4 или 1.5.

2.3. Поперечные связи в безоконных торцовых стенах экономны и эффективны; продольная связь в одном пролете между двумя внутренними колоннами.

2.4. Вертикальные связи расположены в наружных стенах. Таким образом, вид здания находится в прямой зависимости от конструкций.

2.5. Высотное здание с квадратным планом и вертикальными связями между четырьмя внутренними колоннами. Необходимая жесткость в обоих направлениях обеспечивается применением схем 1.4 или 1.5.

2.6. В высотных домах с квадратным или близким к квадратному планом расположение связей в наружных стенах позволяет получить особенно рентабельные строительные конструкции.

Расположение связей в каркасе

3.1. Все связи расположены друг над другом.

3.2. Вертикальные связи отдельных этажей не лежат друг над другом, а взаимно смещены. Междуэтажные перекрытия передают горизонтальные усилия от одной вертикальной связи к другой. Жесткость каждого этажа должна быть обеспечена в соответствии с расчетом.

3.3. Решетчатые связи вдоль наружных стен, участвующие в передаче вертикальных и горизонтальных нагрузок.

Влияние вертикальных связей на основание

Колонны здания, как правило, являются одновременно элементами вертикальных связей. Они испытывают усилия от ветра и от нагрузки на перекрытия. Ветровая нагрузка вызывает в колоннах усилия растяжения или сжатия. Усилия в колоннах от вертикальных нагрузок всегда сжимающие. Для устойчивости здания нужно, чтобы в подошве всех фундаментов преобладали усилия сжатия, однако в некоторых случаях усилия растяжения в колоннах могут быть больше, чем усилия сжатия. В этом случае вес фундаментов учитывается как балласт.

4.1. Угловые колонны воспринимают незначительные вертикальные нагрузки, однако при большом шаге связей усилия, возникающие в этих колоннах от ветра, также незначительны, а потому искусственной пригрузки угловых фундаментов обычно не требуется.

4.2. Внутренние колонны воспринимают большие вертикальные нагрузки, а из-за незначительной ширины ветровых связей и большие усилия от ветра.

4.3. Ветровые усилия такие же, как на схеме 4.2, но уравновешиваются небольшими вертикальными нагрузками благодаря наружным колоннам. Пригрузка фундаментов в этом случае необходима.

4.4. Пригрузка фундаментов необязательна, если наружные колонны стоят на высокой подвальной стене, которая в состоянии уравновесить силы растяжения от действия ветра.

5. Жесткость зданий в поперечном направлении обеспечивается с помощью решетчатых связей в безоконных торцовых стенах. Связи скрыты между наружной стеной и внутренней огнестойкой облицовкой. В продольном направлении здание имеет вертикальные связи в коридорной стене, но расположены они не друг над другом, а смещаются в разных этажах. - Ветеринарно-медицинский факультет в Западном Берлине. Архитекторы: д-р Люкхардт и Вандельт.

6. Жесткость каркаса обеспечивается в поперечном направлении решетчатыми дисками, которые проходят через оба корпуса здания, выходя наружу в промежутках между зданиями. Жесткость здания в продольном направлении обеспечена связями между внутренними рядами колонн. - Высотный дом «Феникс-Рейнрор» в Дюссельдорфе. Архитекторы: Хентрих и Петчниг.

7. Трехпролетное здание с шагом колонн в поперечном направлении 7; 3,5; 7 м. Между четырьмя расположенными попарно внутренними колоннами узкие поперечные связи, между двумя внутренними колоннами одного ряда - продольная связь. Вследствие незначительной ширины поперечных связей расчетные горизонтальные деформации от действия ветра очень велики. Поэтому во втором и пятом этажах в четырех связевых плоскостях установлены напрягаемые раскосы к наружным колоннам.

Напрягаемые стержни выполнены в виде поставленных на ребро стальных полос. Они предварительно напрягаются (напряжение контролируется тензометрами) настолько, что при действии ветра напряжение растянутого раскоса одного направления удваивается, а в другом направлении обращается почти в нуль. - Здание главной администрации фирмы «Беваг» в Западном Берлине. Архитектор проф. Баумгартен.

8. Здание имеет только наружные колонны. Балки перекрывают пролет 12,5 м, шаг наружных колонн 7,5 м. В высокой части ветровые связи расположены на всю ширину здания между наружными колоннами. Наружные колонны воспринимают большие нагрузки, что компенсирует растягивающие усилия от ветра. Фронтон высокой части здания выдается перед колоннами на 2,5 м. Расположенные в торцовых стенах связи продолжаются в пределах первого скрытого этажа между колоннами с передачей горизонтальных усилий от верхней связи к нижней по горизонтальной связи в нижнем междуэтажном перекрытии. Для передачи суммарных опорных усилий служит сплошная балка из стальных листов на высоту этажа, расположенная в техническом этаже между предпоследней и последней колоннами. Эта балка образует консоль до фронтонной стены. - Высотное здание телецентра в Западном Берлине. Архитектор Тепец. Конструктор дипл. инж. Трептов.

9. Обеспечение жесткости здания с помощью наружных связей, передающих часть вертикальных нагрузок промежуточным колоннам. Детали - Административное здание фирмы «Алкоа» в Сан-Франциско. Архитекторы: Скидмор, Оуингс, Меррил.

10. Обеспечение жесткости здания в поперечном направлении: в нижней части благодаря тяжелой железобетонной стене, в верхней части с помощью расположенных перед фасадом связей, которые смещаются в шахматном порядке. В каждом этаже по шесть связей. Стержни связей изготовлены из трубчатых профилей. Жесткость в продольном направлении обеспечена установкой фахверковых связей в средних рядах колонн. Детали - Жилой высотный дом на улице Крулебарб в Париже. Архитекторы: Альбер-Буало и Лябурдет.

СВЯЗИ в конструкциях - легкие конструктивные элементы в виде отдельных стержней или систем (ферм); предназначены для обеспечения пространственной устойчивости основных несущих систем (ферм, балок, рам и т. п.) и отдельных стержней; пространственной работы конструкции путем распределения нагрузки, приложенной к одному или нескольким элементам, на все сооружение; придания сооружению жесткости, необходимой для нормальных условий эксплуатации; для восприятия в отдельных случаях ветровых и инерционных (например, от кранов, поездов и т. п.) нагрузок, действующих на сооружения. Системы связей компонуются так, чтобы каждая из них выполняла несколько из перечисленных функций.

Для создания пространственной жесткости и устойчивости конструкций, состоящих из плоских элементов (ферм, балок), которые легко теряют устойчивость из своей плоскости, они соединяются по верхним и нижним поясам горизонтальными связями. Кроме того, по торцам, а при больших пролетах и в промежуточных сечениях ставятся вертикальные связи - диафрагмы. В результате образуется пространственная система, обладающая большой жесткостью при кручении и изгибе в поперечном направлении. Этот принцип обеспечения пространственной жесткости используется при проектировании многих сооружений.

В пролетных строениях балочных или арочных мостов две главные фермы соединяются горизонтальными системами связей по нижним и верхним поясам ферм. Эти системы связи образуют горизонтальные фермы, которые, помимо обеспечения жесткости, принимают участие в передаче ветровых нагрузок на опоры. Для получения необходимой жесткости при кручении ставятся поперечные связи, обеспечивающие неизменяемость поперечного сечения мостового бруса. В башнях квадратного или многоугольного сечения с этой же целью устраиваются горизонтальные диафрагмы.В покрытиях промышленных и общественных зданий с помощью горизонтальных и вертикальных связей две стропильные фермы соединяются в жесткий пространственный блок, с которым прогонами или тяжами (связями) соединяются остальные фермы покрытия. Такой блок обеспечивает жесткость и устойчивость всей системы покрытия.Наиболее развитую систему связей имеют стальные каркасы одноэтажных промышленных зданий.

Системы горизонтальных и вертикальных связей решетчатых ригелей рам (ферм) и фонарей обеспечивают общую жесткость шатра, закрепляют от потери устойчивости сжатые элементы конструкции (например, верхние пояса ферм), обеспечивают устойчивость плоских элементов в процессе монтажа и эксплуатации.Учет пространственной работы, обеспечиваемой соединением основных несущих конструкций системами связей, при расчете сооружений дает снижение веса конструкций. Так, например, учет пространственной работы поперечных рам каркасов одноэтажных промышленных зданий дает снижение расчетных величин моментов в колоннах на 25-30%. Разработана методика расчета пространственных систем пролетных строений балочных мостов. В обычных случаях связи не рассчитываются, а их сечения назначаются по предельной гибкости, устанавливаемой нормами.

Поперечная устойчивость каркаса деревянных зданий достигается путем защемления основных стоек в фундаментах при шарнирном соединении конструкции покрытия с этими стойками; применения рамных или арочных конструкций с шарнирным опиранием; создания жесткого диска покрытия, что используется в небольших зданиях.Продольная устойчивость здания обеспечивается постановкой (примерно через 20 м) специальной связи в плоскости каркасных стен и среднего ряда стоек. В качестве связей могут быть использованы и стеновые щиты (панели), соответствующим образом скрепленные с элементами каркаса.

Для обеспечения пространственной устойчивости плоскостных несущих деревянных конструкций ставятся соответствующие связи, принципиально аналогичные связи в металлических или железобетонных конструкциях.В арочных и рамных конструкциях, помимо обычного (как в балочных фермах) раскрепления сжатого верхнего пояса, предусматривается раскрепление нижнего пояса, имеющего, как правило, при односторонних нагрузках, сжатые участки. Это раскрепление осуществляется вертикальными связями, попарно соединяющими конструкции. Таким же образом обеспечивается устойчивость из плоскости нижних поясов в шпренгельных конструкциях. В качестве горизонтальных связей могут быть использованы полосы косого настила и щиты кровли. Пространственные деревянные конструкции в специальных связях не нуждаются.

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.

I. ПОПЕРЕЧНЫЕ СВЯЗИ МЕЖДУ ВЕРХНИМИ ПОЯСАМИ ФЕРМ

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:

Рис.1. Поперечные связи между верхними поясами ферм, По 2-2 - вертикальные связи a) в плоскости фермы - стержень, потерявший устойчивость, останется в плоскости фермы. Это значит, что при взгляде на ферму сверху потери устойчивости не будет заметна. Как видно из рис.2, расчетная длина при проверке устойчивости верхнего пояса "и плоскости" фермы соответствует расстоянию - между узлами, то есть длине одной панели;

Рис.2. Расчетная длина верхнего пояса в плоскости фермы, (пунктир)

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.

2. ВЕРТИКАЛЬНЫЕ СВЯЗИ МЕЖДУ ФЕРМАМИ

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.

Рис.7. Прикрепление связей к верхним поясам ферм

Рис.8. Узлы покрытия и связей при шаге ферм 12 м (см. рис. 6);
а) Прикрепление связей, выполненных из замкнутых профилей к фермам с поясами из широкополочных двутавров
б) Узел Б


Рис.9. Вертикальные связи между фермами:
а) положение центра тяжести,
б) фермы-диски и распорки,
в) схемы решеток ферм,
г) связи в покрытиях с шагом ферм 12 м и со шпренгельыми прогонами

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

ПРОДОЛЬНЫЕ ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ СВЯЗИ ПО НИЖНИМ ПОЯСАМ РИГЕЛЕЙ

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.

Рис.11. Связи по нижним поясам ригелей рам


Рис.12. Схема воспринятая поперечных горизонтальных нагрузок продольными связями по нижним поясам:
а) смешение рам от вертикального внецентренного приложения крановой нагрузки и от торможения;
б) передача поперечных нагрузок на связи

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).

Рис.14. Сжатие в нижнем поясе ригеля вблизи опор

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. ПОПЕРЕЧНЫЕ СВЯЗИ В ПЛОСКОСТИ НИЖНИХ ПОЯСОВ РИГЕЛЕЙ

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

5. ВЕРТИКАЛЬНЫЕ СВЯЗИ МЕЖДУ КОЛОННАМИ

Различают верхний ярус вертикальных связей между колоннами (связи, расположенные выше подкрановых балок) и нижний я ниже балок (рис.20).

Рис.19. Узел связей по нижнему поясу из прямоугольных гнуто-сварных профилей

Рис.20. Схема вертикальных связей между колоннами

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"

6. РАСЧЕТ СВЯЗЕЙ

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).

1. СНиП II-23-81*. Стальные конструкции,- М., Стройиздат, 1988, - 96 с.
2. Беленя Е.И. и др. Металлические конструкции.- М., Стройиздат, 1989.- С.272-279.
3. СНиП 2.01.07.-85. Нагрузки и воздействия.- М., Стройиздат, 1989.
4. ЦНИИ Проектстальконструкция им. Мельникова, Типовые строительные конструкции, изделия и узлы. Серия 2.440-2, Узлы конструкций производственных зданий промышленных предприятий: Выпуск 4. Узлы тормозных конструкций и вертикальных связей. Чертежи КМ. Москва, 1989. 49 с.
5. Пособие по проектированию стальных конструций (к СНиП 23-81*) - М., Центральный институт типового проектирования, 1989 -148с.

Система связей в покрытиях производственных зданий

Связи в покрытиях предназначены для обеспечения пространственной жесткости, устойчивости и неизменяемости каркаса здания, для восприятия горизонтальных ветровых нагрузок, действующих на торцы здания и фонари, горизонтальных тормозных усилий от мостовых опорных и подвесных кранов и передачи их на элементы каркаса.

Связи подразделяются на горизонтальные (продольные и поперечные) и вертикальные . Система связей зависит от высоты здания, величины пролета, шага колонн, наличия мостовых кранов и их грузоподъемности. Кроме того, конструкция всех видов связей, необходимость их установки, местоположение в покрытии определяется расчетом в каждом конкретном случае и зависит от вида несущих конструкций покрытия.

В данном разделе рассмотрены примеры устройства системы связей в покрытиях с плоскостными несущими конструкциями из металла, железобетона и дерева.

Связи в покрытиях с металлическими плоскостными несущими конструкциями

Система связей в покрытиях зданийс металлическимифермами зависит от типа ферм, шага стропильных конструкций, условий района строительства и других факторов. Она состоит из горизонтальных связей в плоскости верхних и нижних поясов стропильных ферм и вертикальных связей между фермами.

Горизонтальные связи по верхним поясам стропильных ферм чаще всего предусматривают только при наличии фонарей и располагают в подфонарном пространстве.

Горизонтальные связи в плоскости нижних поясов стропильных ферм предусмотрены двух типов. Связи первого типа состоят из поперечных и продольных связевых ферм, распорок и растяжек. Связи второго типа состоят только из поперечных связевых ферм, распорок и растяжек.

Поперечные связевые фермы располагают в торцах температурного отсека здания. При длине температурного отсека более 96 м устанавливают промежуточные поперечные связевые фермы через каждые 42-60 м.

Продольные горизонтальные связевые фермы по нижним поясам стропильных ферм для связей первого типа располагают в одно-, двух - и трехпролетных зданиях вдоль крайних рядов колонн. В зданиях с количеством пролетов более трех продольные связевые фермы располагают также и вдоль средних рядов колонн с таким расчетом, чтобы расстояние между смежными связевыми фермами не превышало двух-трех пролетов.

Связи первого типа являются обязательными в зданиях:

а) с мостовыми опорными кранами, требующими устройства галерей для прохода вдоль крановых путей;

б) с подстропильными фермами;

в) с расчетной сейсмичностью 7 - 9 баллов;

г) с отметкой низа стропильных конструкций более 24 м, (для однопролетных зданий - более 18 м);

д) в зданиях с кровлей по железобетонным плитам, оборудованных мостовыми опорными кранами общего назначения грузоподъемностью более 50 т при шаге ферм 6 м и грузоподъемностью более 20 т при шаге ферм 12 м;

е) в зданиях с кровлей по стальному профилированному настилу –

в одно - и двухпролетных зданиях, оборудованных мостовыми опорными кранами грузоподъемностью более 16 т и в зданиях с количеством пролетов более двух с мостовыми опорными кранами грузоподъемностью более 20 т.

В остальных случаях должны применяться связи второго типа , при этом при шаге стропильных ферм 12 м и наличии стоек продольного фахверка вдоль колонн крайних рядов следует предусматривать продольные связевые фермы.

Вертикальные связи располагают в местах размещения поперечных связевых ферм по нижним поясам стропильных ферм на расстоянии 6 (12) м друг от друга.

Монтажные крепления связей к конструкциям покрытия принимаются на болтах или на сварке в зависимости от величины силовых воздействий. Элементы связей разработаны из горячекатаных и гнутосварных профилей.

На рисунках 5.2.1 – 5.2.10 приведены схемы расположения связей в покрытии с фермами из парных уголков. Связи в покрытиях с применением широкополочных тавров, широкополочных двутавров и круглых труб решаются аналогично. Конструктивное решение вертикальных связей пролетом 6 и 12 м приведены на рисунке 5.2.11, 5.2.12

Связи в покрытии с фермами из замкнутых гнутосварных профилей типа «Молодечно» приведены на рисунках 5.2.13 - 5.2.16.

За основу неизменяемости покрытия в горизонтальной плоскости принят сплошной диск, образованный профилированным настилом, закрепленным по верхним поясам ферм. Настил развязывает верхние пояса ферм из плоскости по всей длине и воспринимает все горизонтальные силы, передающиеся на покрытие.

Нижние пояса ферм развязаны из плоскости вертикальными связями и распорками, которые передают все усилия с нижнего пояса ферм на верхний диск покрытия. Вертикальные связи устанавливаются через 42 – 60 м по длине температурного отсека.

В зданиях с конструкциями покрытия типа «Молодечно» с уклоном верхнего пояса 10% расположение вертикальных связей и распорок аналогично приведенному на рисунках 5.2.14 - 5.2.16. Вертикальная связь в этом случае выполняется V-образной пролетом 6 м (рис. 5.2.11).

Рис.5.2.5. Схемы расположения вертикальных связей в покрытиях

с применением профилированного настила

(разрезы обозначены на рис. 5.2.1, 5.2.2)

Рис.5.2.8. Схема расположения вертикальных связей в покрытиях с применением железобетонных плит

Стальные конструкции одноэтажных промышленных зданий

Стальной каркас промышленного здания состоит из тех же элементов, что и ж/б, только материал каркаса - сталь.

Применение стальных конструкций целесообразно при:

1. для колонн: при шаге 12 м и более, высоте здания более 14,4 м., двухъярусном расположение мостовых кранов, при грузоподъемности кранов 50 т и более, при тяжелых режимах работ;

2. для стропильных конструкций: в отапливаемых зданиях пролетом 30 м и более; в неотапливаемых зданиях 24 м и более; над горячими цехами, в зданиях с большими динамическими нагрузками; при наличии стальных колонн.

3. для подкрановых балок, фонарей, ригелей и стоек фахверка

Колонны

Колонны разработаны:

· одноветвевыми сплошностенчатыми постоянного сечения при высоте зданий 6 - 9,6 м, пролетом 18, 24 м.(серия 1,524-4, вып.2),

· двухветвевыми при высоте здания 10,8-18 м., пролетом 18,24,30,36 м. (серия 1,424-4, вып.1 и 4),

· раздельного типа , применяемые в зданиях большой грузоподъемностью и высотой более 15 м.

Подвесное оборудование

При высоте зданий до 7,2 не предусмотрены мостовые краны, только подвесное оборудование с грузоподъемностью до 3,2 т.; в зданиях 8,4-9,6 могут применяться мостовые краны грузоподъемностью до 20 т.

Колонны разработаны в двух вариантах: с проходами и без проходов. Для колонн без проходов расстояние от разбивочной оси до оси кранового рельса 750 мм, для колонн с проходами -1000 мм. Верхняя часть колонны двутавровая, нижняя из двух ветвей, соединенных решеткой из прокатных уголков, которые приваривают к полкам ветвей.

Проектирование колонн

Шаг колонн рекомендован для бескрановых зданий и с подвесным оборудованием по крайним рядам-6 м., средним- 6, 12 м.; с мостовыми кранами по крайним и средние рядам- 12 м. В целях унификации колонн их нижние торцы нужно располагать на отметке - 0,6 м. Для защиты от коррозии подпольную часть колонн вместе с базой покрывают слоем бетона.

Основные параметры колонны по высоте:

· Н в - высота верхней части,

· Н н -высота нижней части, отметка головки кранового рельса, высота сечения ветви h.

В средних рядах с перепадом высоты в каркасах можно установить один ряд колонн, но по линии перепада необходимо предусмотреть две разбивочные оси со вставкой между ними. Верхняя часть таких колонны принята одинаковая с верхней часть крайних колонн, т.е. имеет привязку 250 мм. Вторая разбивочная ось совмещена с наружной гранью верхней части колонн.

Фермы

Фермы покрытия используются в одно и многопролетных зданиях с ж/б или стальными колоннами длиной 18,24,30,36 м., шаг колонн принимается 6,12 м. состоят из самой фермы и опорных стоек. Опирание фермы на колонны или подстропильные фермы приняты шарнирными.

Изготавливаются трех типов: с параллельными поясами, полигональные, треугольные.

Конструкции ферм:

· Фермы с параллельными поясами пролетом 18 м. имеют уклоны 1,5 % только верхнего пояса, остальные как верхнего, так и нижнего поясов. Высота фермы на опоре 3150 мм.- по опушкам, и 3300 мм.-полная высота со стойкой, номинальная длина меньше пролета на 400 мм. (по 200 мм крайних отсеков). Ж/б плиты непосредственно опираются на верхний пояс стропильной фермы, усиленной накладками в местах опирания и привариваются. В покрытиях с проф. настилом применяют прогоны длиной 6 м., которые устанавливаются на верхний пояс и крепятся болтами, решетчатые прогоны длиной 12 м. привариваются.

· Фермы из круглых труб (экономичнее на 20%, менее повержены коррозии из-за отсутствие щелей и пазух) серия 1,460-5. предназначены только под проф. настил, нижний пояс горизонтален, верхний с уклоном 1,5%, высота на опоре 2900 мм., полная 3300, 3380 мм., номинальная длина также на 400 мм. короче.

· Фермы с уклоном верхнего пояса 1:3,5 (треугольные) , предназначены для однопролетных бесфонарных, неотапливаемых складских помещений с наружным водоотводом, серия ПК-01-130/66 для покрытия с прогонами.

· Подстропильные фермы запроектированы с параллельными поясами, высота по обушкам 3130 мм., полная 3250 мм. Опорную стойку подстропильной фермы выполняют из сварного двутавра со столиком в нижней части для опирания стропильных ферм. Подстропильные конструкции пролетом 12 м устанавливают на ж/б или стальные фермы. Пролетом 18,24 м только на стальные.

· Фахверк в стальном каркасе устраивают: при стенах из листового материала или панелей, в зданиях высотой более 30 м независимо от конструкции стены, в зданиях с тяжелым режимом работы кранов при кирпичных стенах, в сборно-разборных зданиях, для временных переносных торцевых стен при строительстве здания в несколько очередей. Фахверк состоит их стоек и ригелей. Их количество и месторасположение определяется шагом колонн, высотой здания, конструкцией стенового заполнения, характером и величиной нагрузки, расположением проемов. Верхние концы стоек фахверка крепятся к фермам покрытия или связям с помощью изогнутых пластин.

Система связей:

Система связей в покрытие состоит из горизонтальных в плоскости верхних и нижних поясов стропильных ферм и вертикальных между фермами.

Система предназначена для обеспечения пространственной работы и придания пространственной жесткости каркаса, восприятия горизонтальных нагрузок, обеспечения устойчивости во время монтажа, если здание состоит из нескольких блоков, каждый блок имеет самостоятельную систему.

Если покрытие здание из ж/б плит, то связи по верхнему поясу состоят из распорок и растяжек, горизонтальные связи предусмотрены только в фонарных зданиях и располагаются в подфонарном пространстве. Крепятся связи на болтах.

Горизонтальные связи по нижним поясам

Горизонтальные связи по нижним поясам различают двух типов:

Первый тип поперечных связевых ферм применяется при шаге крайних колонн 6 м. и располагается в торцах температурного отсека, при длине отсека более 96 м. устанавливаются дополнительные фермы с шагом 42-60 м. кроме того применяют продольные горизонтальные фермы, которые располагаются по крайним колоннам, по необходимости и по средним.

Эти связи применяются в зданиях: одно-, двухпролетных с кранами грузоп. 10 т. и более; в зданиях трех- и более пролетных с общей грузоп. 30 т. и более.

В остальных случаях используют связи типа 2 - второй тип используется при шаге крайних колонн 12 м. и распологаются аналогично первому типу.

Крепятся связи на болтах, при тяжелом режиме работ на сварке.

Вертикальные связи

Вертикальные связи располагаются вдоль пролетов, в местах размещения поперечных горизонтальных ферм через 6 м., крепятся на болтах или сварке, в зависимости от усилий.

При использование в покрытие проф. настила применяют прогоны, которые располагаются с шагом 3 м., при наличии перепадов высот допускается 1,5 м. проф. настил крепится к прогонам с помощью саморезов.

Вертикальные связи между стальными колоннами , предусматриваемые в каждом продольном ряду колонн, подразделяются на основные и верхние.

Основные обеспечивают неизменяемость каркаса в продольном направление, располагаются по высоте подкрановой части колонны в середине здания или температурного отсека. Проектируются крестовые, портальные или полупортальные.

Верхние связи, обеспечивающие правильность установки оголовков колонн в период монтажа и передачу продольных усилий с верхних участков торцевых стен на основные связи, размещаются в пределах надкрановой части колонны по краям температурного отсека. Кроме этого, эти связи устраивают в тех панелях, где расположены вертикальные и поперечные горизонтальные связи между фермами покрытия. Их проектируют в виде подкосов, крестов, распорок и ферм.

Изготавливают связи из швеллеров и уголков, крепят к колоннам черными болтами, в зданиях большой грузоподъемностью тяжелого режима работы – монтажной сваркой, чистыми болтами или заклепками.

Подкрановые конструкции

Подвесные пути выполняют обычно из прокатных двутавров типа М с устройством стыков вне опор. Эти пути подвешиваются к нижним поясам несущих конструкций с помощью болтов с последующей обваркой.

Подкрановые конструкции для мостовых кранов состоят из подкрановых балок, воспринимающие вертикальные и местные усилия от катков кранов; тормозных балок или ферм, воспринимающих горизонтальные воздействия кранов; вертикальных и горизонтальных связей , обеспечивающих жесткость и неизменяемость конструкций.

Подкрановые стальные балки в зависимости от статической схемы делятся на разрезные и неразрезные. Преимущественно используются разрезные. Они просты в конструктивном отношении, менее чувствительны к осадкам опор, несложны в изготовлении и монтаже, но по сравнению с неразрезными имеют большую высоту и осложняют условия эксплуатации подкрановых путей и требуют большего расхода стали.

По типу сечения подкрановые балки могут быть сплошного и сквозного (решетчатого) сечения

Подкрановые балки серия 1,426-1 в виде сварного двутавра с симметричными поясами или нет, пролетом 6, 12, 24 м., высоты: при длине 6 м.-800, 1300 мм.; при длине 12 м.-1100,1600 мм. Высота сечения сплошных балок 650-2050 мм с градацией 200 мм. Балки снабжены ребрами жесткости для обеспечения устойчивости стенок, располагаемые через 1,5 м. Балки бывают средние и крайние (располагаются по торцам и у температурного шва, одна из опор отодвинута на 500 мм). Опирание балок на консоли колонн приняты шарнирным: к рядовым – на болтах, к связевым- на болтах и монтажной сварке.

Тормозные конструкции представляют собой связи по верхним поясам подкрановых балок, которые выбираются в зависимости от наличия проходов и пролета балки.

В уровне подкрановых путей пролетов с мостовыми кранами тяжелого режима работы предусматриваются площадки для сквозных проходов . Площадки принимаются шириной не менее 0,5 м. с перилами и лестницами. В местах расположения колонн проходы устраивают сбоку или через проемы в них.

В зависимости от грузоподъемности кранов и типа ходовых колес для подкрановых путей применяются железнодорожные рельсы, рельсы профиля КР или брускового профиля. Крепление рельсов к балкам может быть неподвижным и подвижным.

Неподвижное крепление, допускаемое при легком режиме работы кранов грузоподъемностью до 30 т и среднем ежимее грузоподъемностью до 15 т, обеспечивается приваркой рельса к балке. В большинстве случаев рельсы крепят к балкам подвижным способом, позволяющим производить рихтовку рельсов. На концах подкрановых путей устраивают упоры-амортизаторы, исключающие удары о торцевые стены здания.

В промышленных зданиях используют смешанные каркасы (ж/б колонны и мет. фермы) при условиях:

· необходимости создания больших пролетов;

· для снижения веса от элементов покрытия.

Крепление стальных ферм к ж/б колоннам выполняется с помощью болтовых соединений с последующей обваркой. Для этого в оголовке колонны предусмотрены анкерные болты.