Билет № 7

1.Размещение колонн в плане при компоновке конструктивной схемы металлического каркаса.

При компоновке конструктивной схемы каркаса решаются вопросы размещения колонн здания в плане, выбирается схема поперечной рамы, устанавливаются внутренние габариты здания, назначаются генеральные размеры основных конструктивных элементов каркаса, решается система связей по колоннам и шатру здания.

 Каркасы производственных зданий в большинстве случаев проектируются так, что несущая способность и жесткость поперек здания обеспечивается поперечными рамами, а вдоль – продольными элементами каркаса, кровельными и стеновыми панелями.

Поперечные рамы каркаса состоят из колонн (стоек рамы) и ригелей (в виде ферм или сплошностенчатых элементов).

Продольные элементы каркаса – это подкрановые конструкции, подстропильные фермы, связи между колоннами и фермами, кровельные прогоны или ребра стальных кровельных панелей.

Конструктивные схемы каркасов различаются видом сопряжений ригеля с колонной (жесткое, шарнирное). Опирание колонн на фундаменты в плоскости рам обычно констуируется жестким.

 

Размещение колонн в плане принимают с учетом технологических, конструктивных и экономических факторов.

Согласно требованиям унификации промышленных зданий, расстояние между колоннами поперек здания (размеры пролетов) назначаются в соответствии с укрупненным модулем, кратным 6 м (иногда 3 м): L=18, 24, 30, 36 м и более. Расстояние между колоннами в продольном направлении (шаг колонн) также принимают кратными 6 м.

Шаг колонн однопролетных зданий а также шаг крайних (наружных) колонн многопролетных зданий не зависит от расположения технологического оборудования и его принимают равным 6 или 12 м. Вопрос о назначении шага колонн крайних рядов (6 или 12 м) для каждого конкретного случая решается сравнением вариантов. Как правило, для зданий больших пролетов (L 30м) и значительной высоты (H>14м) с кранами Q 500кН оказывается выгоднее шаг 12 м. И наоборот, для зданий с меньшими параметрами экономичнее шаг колонн 6 м.

У торцов здания колонны смещаются с модульной сетки на 500 мм для возможности использования типовых ограждающих панелей с номинальной длиной 6 или 12 м.

В многопролетных зданиях шаг внутренних колонн исходя из технологических требований (например, передача продукции из пролета в пролет) часто принимается увеличенным, но кратным шагу наружных колонн.

При больших размерах здания в плане в элементах каркаса могут возникать большие дополнительные напряжения от изменения температуры. Поэтому в необходимых случаях здание разрезают на отдельные блоки поперечными и продольными температурными швами. Нормами проектирования установлены предельные размеры температурных блоков, при которых влияние климатических температурных воздействий можно не учитывать.

 

2. Сплошные подкрановые балки: проверка прочности.

Проверка прочности подкрановых балок. Под действием вертикаль­ных и горизонтальных крановых нагрузок подкрановая балка и тор­мозная конструкция работают как единый тонкостенный стержень на ко­сой изгиб с кручением, и нормальные напряжения в та­кой балке можно определить по формуле

Так как линия действия усилий проходит вблизи центра изгиба, влияние кручения невелико, поэтому при расчете балок используется приближенный подход. Условно принимается, что вертикальная нагруз­ка воспринимается только сечением подкрановой балки (без учета тор­мозной конструкции), а горизонтальная — только тормозной балкой, в состав сечения которой входят верхний пояс подкрановой балки, тор­мозной лист и окаймляющий его элемент (или верхний пояс смежной подкрановой балки). Таким образом, верхний пояс балки работает как навертикальную, так и на горизонтальную нагрузку, и максимальные напряжения в точке А (рис. 15.11,б) можно определить по формуле

Если тормозная конструкция выполнена в виде фермы, то верхний пояс балки помимо напряжения от изгиба в вертикальной плоскости воспринимает осевое усилие (hT — высота тормозной фер­мы) от работы его в составе фермы и местный момент (d — расстояние между узлами тормозной фермы, см. рис. 15.9) от вне-узлового приложения силы Тк (коэффициент 0,9 учитывает неразрезность пояса в узлах).

Устойчивость верхнего пояса из плоскости балки можно проверить по приближенной формуле

Если сечение пояса сильно ослаблено отверстиями, то решающей будет проверка прочности, выполняемая по формуле (15.8).

Прочность стенки на действие максимальных местных напряжений проверяют по формуле

3. Многоэтажные гражданские здания.

В настоящее время основными типами зданий являются каркасно-панельные и крупнопанельные (бескаркасные), монтируемые из крупноразмерных сборных железобетонных изделий заводского изготовления.

Каркасно-панельные здания проектируют с полным или неполным каркасом. При полном каркасе ребристые панели перекрытия опирают по углам на колонны. Колонны и рёбра перекрытий образуют пространственный каркас здания. Панели стен и внутренних перегородок – самонесущие и крепятся к стойкам каркаса. При неполном (внутреннем) каркасе крайних колонн нет, а панели наружных стен несущие. Панели перекрытий опираются на несущие наружные стены и внутренние колонны каркаса.

Широко распространены, особенно в жилищном строительстве, крупнопанельные (бескаркасные) здания; благодаря отсутствию каркаса и повышению степени заводской готовности элементов уменьшается трудоёмкость монтажа и стоимость таких зданий.

В многоэтажных каркасных зданиях размещаются предприятия легкой промышленности (приборостроения, химической, текстильной и пр.), холодильники, склады, гаражи. А также гостиницы, лечебные учреждения и др. Высоту промышленных зданий из условий эксплуатации и экономической целесообразности назначают в пределах семи этажей (до 40м), а гражданских – до 12 этажей; высотные здания имеют 20 этажей и более. Ширину многоэтажных промышленных зданий в целях унификации конструктивных схем принимают равной 18, 24, 36м и более, расстояние между поперечными разбивочными осями (шаг колонн) – 6м (иногда и более – до18м), высоту этажей – кратной модулю 0,6м. Ширина гражданских зданий обычно не превышает 14м. Многоэтажные каркасные здания проектируют с полным каркасом, где стены являются самонесущими или навесными и с неполным каркасом, когда крайние ряды стоек каркаса заменяют несущими стенами. Промышленные здания проектируют преимущественно с полным каркасом.

Многоэтажные каркасные здания представляют собой систему поперечных рам, связанных в продольном направлении жесткими в своей плоскости междуэтажными перекрытиями. Перекрытия могут быть балочными или безбалочными; в последнем случае ригелем рамы служит железобетонная плита, жестко связанная с капителями колонн. Вертикальные нагрузки в каркасных зданиях во всех случаях передаются на поперечные рамы. В зависимости от того, как воспринимаются горизонтальные нагрузки, различают каркасные здания рамной и рамно-связевой конструктивных систем.

В зданиях рамной системы горизонтальные нагрузки (ветровые) полностью передаются через стены и перекрытия на поперечные рамы, которые должны быть рассчитаны на воспринятие таких нагрузок. В зданиях рамно-связевой системы горизонтальные нагрузки через наружные стены передаются на междуэтажные перекрытия, которые, работая как горизонтальные диафрагмы, передают давление на вертикальные связевые диафрагмы. Такими диафрагмами могут быть поперечные и торцевые стены, блоки лестничных клеток и др. Вертикальные связевые диафрагмы работают на горизонтальные нагрузки как консоли, защемленные в фундаменте. При недостаточно жестких вертикальных связевых диафрагмах часть горизонтальных нагрузок передаётся на поперечные рамы.

Каркасные здания рекомендуется проектировать из сборных железобетонных элементов – колонн, ригелей, панелей перекрытий.