Жесткости каркасов и системы связей

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

Для создания пространственной жесткости и устойчивости конструкций, состоящих из плоских элементов (ферм, балок), к-рые 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.

Пространственная жесткость каркаса обеспечивается горизонтальными решетчатыми кольцами, расположенными по всем ярусам, угловыми стойками-фермами и диагональными связями ( раскосами), расположенными по внутренним граням каркаса.

$$$Особенности изготовления стальных конструкций в сейсмических районах. Показать напряжено-деформированное состояние балки с шарнирным креплением.

Особенности проектирования зданий со стальным каркасом

6.9.1 Стальные колонны многоэтажных каркасов рамного типа следует проектировать замкнутого (коробчатого или круглого) сечения, равноустойчивого относительно главных осей инерций, а колонны рамно-связевых каркасов двутаврового, крестового или замкнутого сечений. Ригели стальных каркасов следует проектировать из прокатных или сварных двутавров, в том числе с гофрированной стенкой.

6.9.2 Стыки колонн следует, как правило, относить от узлов и устраивать в зоне действия наименьших изгибающих моментов. В колоннах рамных каркасов на уровне ригелей должны быть установлены поперечные ребра жесткости. Зоны развития пластических деформаций в элементах стальных конструкций должны быть вынесены за пределы сварных и болтовых соединений.

6.9.3 При применении для ригелей рам сварных двутавров с плоской стенкой ее гибкость hw/tw (где hw и tw — высота и толщина стенки соответственно) должна быть не более 50. Свес поясов сечений ригелей не должен превышать значения f E Ry 0, 25t, где Е и Ry — соответственно модуль упругости и расчетное сопротивление стали; tf — толщина пояса. 6.9.4 Опорные сечения ригелей стальных каркасов многоэтажных зданий следует развивать за счет увеличения ширины полок или устройства вутов с целью снижения напряжений в сварных соединениях в зоне примыкания ригелей к колоннам. Допускается стыки ригелей с колоннами выполнять на высокопрочных болтах без увеличения опорных сечений ригелей.

6.9.5 Для элементов, работающих в упругопластической стадии, должны применять малоуглеродистые и низколегированные стали с относительным удлинением не менее 20 %.

6.9.6 При проектировании одноэтажных производственных зданий с рамами в поперечном направлении и вертикальными связями по колоннам в продольном, вертикальные связи необходимо располагать по каждому продольному ряду колонн здания.

6.9.7 Для обеспечения пространственной жесткости и устойчивости покрытия и его элементов следует предусматривать систему связей между несущими конструкциями покрытия (фермами) в плоскости верхних и нижних поясов, а также в вертикальных плоскостях.

Чтобы вся нагрузка передавалась через ребро оно должно не много выступать, но не более 1, 5 толщины ребра, обычно это 15-20 мм. Ребро необходимо снизу сострогать, чтобы нагрузка передавалась всей площадью ребра.

Т.к. узел шарнирный для фиксации балки достаточно 2-х болтов с одной стороны. Диаметр болтов принимается 16-20 мм. С затяжкой лучше не переусердствовать — это не фрикционное соединение

Толщина опорной площадки обычно принимается 20-25 мм, толщина ребер 8-12 мм.

Если имеется угол кровли, ребро нужно сострогать под необходимым углом и добавить шайбы, имеющие скос для болта.

$$$Особенности проектирования стальных каркасов в сейсмических районах

Особенности проектирования зданий со стальным каркасом

6.9.1 Стальные колонны многоэтажных каркасов рамного типа следует проектировать замкнутого (коробчатого или круглого) сечения, равноустойчивого относительно главных осей инерций, а колонны рамно-связевых каркасов двутаврового, крестового или замкнутого сечений. Ригели стальных каркасов следует проектировать из прокатных или сварных двутавров, в том числе с гофрированной стенкой.

6.9.2 Стыки колонн следует, как правило, относить от узлов и устраивать в зоне действия наименьших изгибающих моментов. В колоннах рамных каркасов на уровне ригелей должны быть установлены поперечные ребра жесткости. Зоны развития пластических деформаций в элементах стальных конструкций должны быть вынесены за пределы сварных и болтовых соединений.

6.9.3 При применении для ригелей рам сварных двутавров с плоской стенкой ее гибкость hw/tw (где hw и tw — высота и толщина стенки соответственно) должна быть не более 50. Свес поясов сечений ригелей не должен превышать значения f E Ry 0, 25t, где Е и Ry — соответственно модуль упругости и расчетное сопротивление стали; tf — толщина пояса. 6.9.4 Опорные сечения ригелей стальных каркасов многоэтажных зданий следует развивать за счет увеличения ширины полок или устройства вутов с целью снижения напряжений в сварных соединениях в зоне примыкания ригелей к колоннам. Допускается стыки ригелей с колоннами выполнять на высокопрочных болтах без увеличения опорных сечений ригелей.

6.9.5 Для элементов, работающих в упругопластической стадии, должны применять малоуглеродистые и низколегированные стали с относительным удлинением не менее 20 %.

6.9.6 При проектировании одноэтажных производственных зданий с рамами в поперечном направлении и вертикальными связями по колоннам в продольном, вертикальные связи необходимо располагать по каждому продольному ряду колонн здания.

6.9.7 Для обеспечения пространственной жесткости и устойчивости покрытия и его элементов следует предусматривать систему связей между несущими конструкциями покрытия (фермами) в плоскости верхних и нижних поясов, а также в вертикальных плоскостях.

$$$Конструктивные требования к элементам каркаса зданий проектируемых в сейсмических районах.

К строительству зданий и сооружений в сейсмических районах предъявляются особые требования, изложенные в Нормах и правилах строительства в сейсмических районах.

Сейсмичность пункта строительства уточняется по картам сейсмического микрорайонирования. Сейсмическое микрорайонирование территорий строительства и населенных мест производится по материалам, характеризующим физико-механические свойства грунтов, геологические и гидрогеологические условия и рельеф местности.

Наиболее благоприятными в сейсмическом отношении грунтами являются невыветренные скальные и полускальные породы, а также плотные и маловлажные крупнообломочные грунты. Неблагоприятными грунтами являются насыщенные водой гравийные, песчаные и глинистые (макропористые), а также пластичные, текучие глинистые (не макропористые) грунты.

Антисейсмические швы (из парных стен или колонн) должны разделять здание на отсеки по всей его высоте. Ширину шва при высоте здания до 5 м принимают 30 мм. На каждые следующие 5 м высоты здания ширину антисейсмических швов увеличивают на 20 мм.

Рисунок 4.1 Схемы расположения несущих стен в зданиях, возводимых в сейсмических районах: а- неправильное расположение (входящие углы 1-4 подвергаются разрушению); б – правильное расположение стен (образующие замкнутые сейсмостойкие отсеки 5, 6, 7; 8 – антисейсмический шов); в- рекомендуемое симметричное расположение поперечных стен; г- нерекомендуемое несимметричное расположение поперечных стен; д- нерекомендуемое расположение стен зданий (сейсмические силы будут стремиться разрушить примыкающие стены).

$$$Особенности конструирования железобетонных плиты перекрытий в стальных каркасных зданиях расположенных в сейсмических районах

Высота каркаса может достигать 200 м и более, а общая масса — десятков тысяч тонн. Стальной каркас высотного здания состоит из колонн и ригелей, соединенных в двух направлениях жесткими сварными узлами в рамные системы, воспринимающие вертикальные и горизонтальные (ветровые) нагрузки. Колонны изготавливают сварными с использованием, по возможности, стандартных прокатных профилей. Наиболее часто встречаемые сечения — двутавровое, квадратное и крестовое. Торцы у колонн обычно фрезеруют. Стыки стальных колонн выполняют с фрезерованными торцами. Во избежание возможного неточного совпадения торцов в плане в верхнем торце предусмотрена строганая плита. Стыки колонн после закрепления болтами и выверки проваривают по контуру.

Стыки колонн каркаса располагают через каждые два, три или четыре этажа на одном уровне и для удобства производства монтажных соединений находятся на высоте 80... 120 см от уровня перекрытий. Для обеспечения долговечности и огнестойкости стальной каркас армируют и обетонируют, что с учетом включения в работу на сжатие бетона приводит в целом к снижению расхода металла.

Стальные ригели каркаса обычно бывают двутаврового сечения, сварные, с уширенной нижней полкой, на которую укладывают плиты междуэтажных перекрытий.

Междуэтажные перекрытия каркаса могут компоноваться:

• из главных и второстепенных балок (при стальном каркасе здания) с укладкой по ним сборных плит или бетонированием монолитного перекрытия;

• только из главных балок (ригелей) с уширенной полкой, на которую укладывают сборные железобетонные плиты перекрытий;

• из распорных железобетонных плит, укладываемых только по оси колонн, с закладными деталями для сопряжения сварными накладками плит смежных пролетов и ригелей;

• из унифицированных, облегченных или многопустотных плит перекрытий, свободно укладываемых в пазы стальных или железобетонных ригелей, но не привариваемых к ним из-за отсутствия закладных деталей.

$$$Конструктивные требования несущим конструкциям покрытиям, расположенных в сейсмических районах.

Несущие конструкции покрытия, являющиеся важнейшим конструктивным элементом здания, принимают в зависимости от величины пролета, характера и значений действующих нагрузок, вида грузоподъемного оборудования, характера производства и других факторов. По характеру работы они бывают плоскостные и пространственные. По материалу конструкции покрытия делят на железобетонные, металлические, деревянные и комбинированные. В связи с характером работы эти конструкции должны быть прочными, устойчивыми, долговечными, архитектурно-художественными и экономичными. Поэтому при выборе несущих конструкций покрытия производят тщательный технико-экономический анализ нескольких вариантов. Так, железобетонные конструкции огнестойкие, долговечные и часто более экономичные по сравнению со стальными. Стальные же имеют относительно небольшую массу, простые в изготовлении и монтаже, имеют высокую степень сборности.

Достаточно эффективными несущими конструкциями покрытий являются стальные стропильные подстропильные фермы. Стропильные фермы применяют для пролетов 18, 24, 30, 36 м и более при шаге 6, 12 м. Пояса и решетку ферм конструируют из уголков или труб и соединяют сваркой с помощью фасонок из листовой стали. Сечения полок поясов, стоек и раскосов принимают по расчету.

Для многоэтажных промышленных зданий применяют балочные и безбалочные перекрытия. Балки перекрытий (ригели) изготовляют из бетона марок 200-400 координационными пролетами 6 и 9 м унифицированной высотой сечения 0, 8 м.Балки могут иметь прямоугольное и тавровое сечение. Ригели прямоугольного сечения делают при больших нагрузках. Соединение с колонной осуществляют путем опирания ригеля на консоль колонны.

Для многоэтажных зданий со сборным безбалочным каркасом с сеткой колонн 6х6 м применяют плоские плиты перекрытий сплошного сечения (надколонные и пролетные) толщиной 150 или 180 мм. Надколонные плиты устанавливают выступами в гнезда капители, предусмотренные по ее периметру, с образованием после замоноличивания железобетонных шпонок.

Для устройства помещений, имеющих значительные размеры, используют большепролетные и пространственные конструкции покрытий. Покрытия в большепролетных зданиях бывают плоскостные, пространственные и висящие. Большепролетными плоскостными покрытиями являются железобетонные и стальные фермы. Железобетонные фермы пролетом до 96 м изготовляют из бетона М500 с предварительно напряженным нижним поясом. Используют также сборные и монолитные рамы и арки, имеющие различные пролеты.

$Общие требования к объемно-планировочным и конструктивным решениям стальных несущих конструкций расположенных в сейсмических районах.

$$$Болтовые соединения. Показать напряжено-деформированное состояние болтовых соединений.

Типы болтов. На болтах обычно соединяют металлические, реже железобетонные конструкции. Для соединения металлических конструкций применяют следующие типы болтов: нормальной, грубой, повышенной точности и высокопрочные с соответствующими гайками и шайбами.

Сборка соединений. Сборка болтовых соединений включает в себя следующие операции: подготовка стыкуемых поверхностей, совмещение отверстий под болты, предварительное стягивание соединяемых деталей стыка, рассверливание отверстий (при необходимости) до проектного размера, установка болтов и окончательная сборка. Особенно тщательно эти операции выполняют при соединении деталей на высокопрочных болтах, где плотное примыкание всех стыкуемых элементов является одним из основных условий надежности работы болтового соединения. Для фиксации взаимного расположения монтируемых элементов и предупреждения их сдвига 1/10 общего числа отверстий заполняют пробками, диаметром равным диаметру отверстий. Отверстия сверлят ручными пневматическими и электрическими машинами. Гайки всех болтов (постоянных и временных) закручивают ручными ключами (обычными или трещоточными). При этом один рабочий удерживает головку болта от вращения, а второй затягивает гайку. На болтах нормальной и повышенной точности устанавливают шайбы - одну под головку болта и не более двух - под гайку. Качество затяжки проверяют, постукивая болты молотком массой 0, 3-0, 4 кг. При этом болты не должны смещаться и дрожать.

При сборке, монтаже металлоконструкций особое внимание уделяют натяжению соединяемых элементов. Существует несколько способов определения усилий натяжения болтов. На строительной площадке часто применяют метод косвенной оценки усилий натяжения через крутящий момент, которых необходимо приложить к гайке.

Крутящий момент М определяют из выражения: М = КР·а, где Р - Усилие натяжения болта, Н; d - номинальный диаметр болта, мм; К - коэффициент закручивания болта.

Натяжение болтов контролируют выборочно: при числе болтов в соединении до 5 - все болты, при 6-20 - не менее 5 болтов и при большем числе - не менее 25 % болтов в соединении. Если при контроле обнаруживается, что хотя бы один болт не удовлетворяет установленным требованиям, то проверяют все болты. Головки проверенных болтов окрашивают, а все соединения зашпаклевывают по контуру

.

$$$Сварные соединения. Показать напряжено-деформированное состояние сварных соединений

Металлические конструкции соединяют сваркой или на болтах. Наиболее распространены сварные соединения, их выполняют ручной электродуговой сваркой. Ручная сварка выполняется на постоянном или переменном токе. Постоянный ток обеспечивает большую стабильность дуги, а, следовательно, и устойчивость сварочного процесса. Его используют для сварки ответственных конструкций, преимущественно из низколегированных сталей, а также для сварки листовых конструкций, работающих под давлением или имеющих малую толщину. Собирают монтажные соединения при помощи прихваток или сборочных приспособлений. Число, размер и длина прихваток в сварных соединениях, воспринимающих монтажные нагрузки, определяют расчетом, как правило, они указываются в рабочих чертежах. В прочих соединениях общая длина прихваток должна составлять не менее 10% длины монтажного шва или не менее 50 мм.

$$$Конструктивные требования к болтовым узлам. Показать напряжено-деформированное состояние болтовых соединений

Болтовые соединения на смятие и срез

$$$Конструктивные требования к сварным узлам. Показать напряжено-деформированное состояние сварных соединений.

5.3.1 Сварные соединения несущих элементов, изготовляемых из нескольких частей, следует выполнять двусторонними стыковыми швами с полным проплавлением. Допускаются односторонние сварные соединения на съемной или остающейся подкладке с обеспечением полного проплавления. При невозможности установки подкладки допускается сварка на весу с контролем 100% длины сварного шва на отсутствие непроваров.

5.3.2 При соединении деталей неодинаковой толщины должен быть достигнут плавный переход от одной детали к другой путем выполнения скоса на детали большей толщины с одной или двух сторон до толщины более тонкой детали под углом 15° к плоскости листа или наклонного расположения поверхности сварного шва. При различии деталей по ширине аналогичные скосы выполняют на концах более широкой детали.

5.3.3 Поперечные стыковые соединения рекомендуется выполнять прямыми (под углом 90° к продольной оси элемента). Поперечные стыки размещают в зонах с наименьшими напряжениями.

5.4 Требования к сварным соединениям и сварным узлам с продольными нагрузками на сварные швы

5.4.1 Продольные сварные швы, соединяющие растянутые поясные элементы со стенками балок, должны быть двусторонними с полным проплавлением. При невозможности двусторонней сварки допустимость применения односторонних швов с частичным проплавлением в соединениях растянутых элементов со стенками балок коробчатого сечения должна быть подтверждена расчетами или испытаниями на сопротивление усталости.

5.4.2 Продольные стыковые швы балок коробчатого сечения, изготовляемых из гнутых (штампованных) или прокатных швеллеров, рекомендуется располагать в плоскости нейтрального слоя поперечного сечения. В случае невозможности выполнения этих швов с полным проплавлением (например, с помощью подкладки) в чертеже должна быть указана наименьшая допустимая толщина шва, подтвержденная расчетами или испытаниями.

5.4.3 При применении в конструкциях хребтовых балок зетового профиля в чертежах следует указывать минимально допустимую толщину продольного стыкового шва, соединяющего верхние полки профилей.

5.4.4 В тавровых соединениях минимальное расстояние от стенки до края поясного элемента рекомендуется принимать равным сумме толщины поясного элемента и катета сварного шва.

5.5 Требования к сварным соединениям в узлах сопряжения элементов сварных конструкций

5.5.1 Поперечные стыки сопрягаемых несущих элементов сварных балок должны быть взаимно разнесены на расстояние не менее 100 мм.

5.5.2 В местах пересечения сварных швов выпуклость ранее выполненного стыкового шва должна быть удалена.

5.5.3 Для обеспечения плавной передачи нагрузок между частями конструкций, сопрягаемыми под разными углами, рекомендуется соединение поясных элементов выполнять стыковыми швами с полным проплавлением через промежуточные элементы, косынки или увеличивать длину концевого участка одного из соединяемых элементов. При этом места перехода вместе с концами швов рекомендуется обрабатывать по радиусу не менее 65 мм.

5.5.4 При применении несущих элементов, изготовленных гибкой или штамповкой в холодном состоянии, выполнение сварных швов в местах деформации допускается при условии, что отношение внутреннего радиуса гиба к толщине металла составляет не менее:

1, 0…………………………………. при толщине до 4 мм включительно;

1, 5………………………….... при толщине св. 4 до 8 мм включительно;

2, 0…………………………... при толщине св. 8 до 12 мм включительно;

3, 0…...……………………... при толщине св. 12 до 24 мм включительно.

Применение замкнутых гнутых профилей в элементах жесткости кузовов с выполнением сварных швов вдоль радиуса гиба для соединения этих элементов между собой и с листами обшивки не рекомендуется.

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться: