Строительные конструкции

Раздел: Строительство

Несущими являются: а) поперечные рамы; б) несущие элементы покрытия; в) подкрановые балки; г) фахверк.

1. Поперечные рамы являются основными несущими конструкциями цеха. Они воспринимают все нагрузки, действующие на цех, и передают их через фундамент на грунт.

Поперечная рама образуется из колонн и ригеля, которым обычно является стропильная ферма.

В зависимости от конструкции сопряжения ригеля с колонной различают рамы: а) с жесткими узлами ( 11.6,6); б) с шарнирным прикреплением ригеля ( 11.6,в). Достоинством бесшарнирной рамы является большая жесткость при воздействии горизонтальных нагрузок. При недостаточной жесткости рамы были случаи заклинивания мостовых кранов из-за перекосов подкрановых путей, что вело к нарушению технолог гического процесса производства в цехе. Жесткие сог- пряжеиня принимают в однопролетных зданиях высотой более 10 м или при кранах грузоподъемностью более 20 т. Горизонтальная жесткость многопролетных рам выше, чем однопролетных, поэтому в них сопряжения ригеля с колоннами обычно устраивают шарнирными.

При фермах с малой высотой на опоре нельзя создать рамный узел, возможно только шарнирное сопряжение ригеля с колонной.

В зданиях с кранами грузоподъемностью менее 20 т и высотой менее 12 м колонны принимают постоянного сечения, а подкрановые балки устанавливают иа консолях. При более тяжелых кранах обычно применяют ступенчатые колонны (см.  11.3,а).

2.         Покрытие (или шатер). Общие сведения о покрытиях приведены в § 1, 2, гл. 10. Нагрузку от ограждающей части воспринимают несущие элементы покрытия: а) плиты или прогоны; б) стропильные фермы; в) подстропильные фермы.

Очевидно, что размер этой нагрузки во многом определяет расход стали на каркас. Самыми тяжелыми являются покрытия с железобетонными плитами размерами 3X6 м или 3X12 м (собственная масса 250—400 кг/м2). Для отапливаемых зданий рационально применять асбестоцементные панели с легким утеплителем из минерального войлока. Плиты размером 0,5X3 м укладывают по прогонам, для беспрогонных покрытий разработаны плнты ПАК размером 1,5X6 м (см.  11.7,6). Собственная масса п.тшт вместе с рулонной кровлей и гравийной защитой составляет ~ 140 кг/м2.

В зданиях, возводимых из легких металлических конструкций (см. ниже) методом конвейерной сборки и блочного монтажа, а также в отдаленных и труднодоступных районах СССР, весьма рациональны покрытия из сплошного, стального, оцинкованного профилированного настила, укладываемого по прогонам. Рулонная кровля наклеивается на плиты утеплителя из пенопласта с объемной массой 100 кг/м . Собственная масса кровли с гравийной защитой, настилом н прогонами составляет 120 кг/м2. Недостатком конструкции является трудоемкость монтажа. Поэтому в ЦНИИПСК (П. Н. Троицким) разработаны стальные панели размером 3X12 м из стального настила, объединенного с прогонами из гнутых швеллеров ( 11.7, а).

В неотапливаемых зданиях наиболее экономично прогонное покрытие из асбестоцементных волнистых листов усиленного профиля, которые совмещают функции кровли и настила (собственная масса их около 40 кг/м2). Но над горячими участками цехов их нельзя укладывать, там следует использовать кровлю из стальных листов.

В многопролетных зданиях шаг средних колонн часто принимают больше шага крайних. В этом случае применяют подстропильные фермы (см.  10.3).

В состав покрытия входят также фонари (см.  11.6, б), связи между стропильными фермами и связи по фонарям (см. § 4).

Краны легкого режима имеют большие перерывы в работе и редко поднимают предельные грузы. У кранов весьма тяжелого режима работы число включений доходит до 600 в час, почти все время используется предельная грузоподъемность, поэтому они оказывают большие динамические воздействия. Режим работы здания принимается таким же, каков режим работы кранов. Далее будут рассматриваться основные положения расчета балок главным образом легкого и среднего режимов работы.

Обычно подкрановые балки устраивают со сплошной стенкой, разрезные, сварные. Ранее часто применялись сквозные, но они плохо зарекомендовали себя в эксплуатации. Неразрезные и рамные подкрановые балки экономнее разрезных по расходу стали, но не удобны в монтаже. Клепаные балки применяют иногда только для кранов большой грузоподъемности и тяжелого режима работы, где особенно важно обеспечить усталостную прочность.

Когда подкрановые рельсы укладывают на верхний пояс балки, езда происходит поверху. Подкрановые балки с ездой понизу очень громоздки, применяют их редко.

Сварные подкрановые балки аналогичны балкам балочных клеток. Их также чаще всего сваривают из трех листов. Но есть и отличия в конструкции я расчете, вызванные следующими особенностями крановой нагрузки.

Первой из них является ее подвижность. Поэтому:

а)         при определении ст и т вводится динамический коэффициент Лдин=1,1, учитывающий удары, возникающие вследствие неровностей пути и перекосов кранового моста (при движении крана часто происходит забегание колес с одной стороны, поэтому кран движется рывками);

б)        максимальный момент от подвижной нагрузки необходимо определять по теореме Винклера или, что много проще, по линиям влияния. Расчет ведется на «поезд» из двух предельно сближенных кранов ( 11.8, г).

Вторая особенность: кран оказывает на балку кроме вертикального давления еще и поперечное горизонтальное — от торможения грузовой тележки и от боковых ударов колес. Горизонтальные силы могут быть направлены как внутрь цеха, так и наружу, поэтому берутся со знаком плюс н минус. Для восприятия их устраивают специальные горизонтальные конструкции — сплошные тормозные балки или сквозные фермы. Стенкой тормозной балки служит лист рифленой стали толщиной 8 мм (он используется также для прохода вдоль балок при осмотре и ремонте), а одним из поясов — верхний пояс подкрановой балки ( 11Д 6, в).

Третьей особенностью крановой нагрузки является, чрезвычайно большие сосредоточенные вертикальные силы от колес крана, иногда превосходящие 50X101 Н (50 т), что примерно в 5 раз больше, чем у самого тяжелого паровоза. Эти силы вызывают большие местные напряжения смятия Ом в стеике балки. Поскольку колеса перемещаются вдоль балки, напряжения стм нельзя передать на торцы ребер жесткости (как это делается при неподвижной нагрузке; см. § 3 гл. 6, п. 4 и пример 8.6). Поэтому: а) верхние поясные швы устраивают с полным проваром на всю толщину стенки, тогда их можно не рассчитывать, так как

они рятюпрочиы с основном металлом; б) для предупреждения вы- иу'чшшипи стенки от о», иногда в промежутках между длинными ребрами жесткости ставят короткие (см.  8.5,г).

Четвертая особенность крановой нагрузки — наличие ряда воздействий, которые пока не учитываются расчетом (например, кручение балок нз-за несовпадения осей рельса и балки). Известны случаи, когда через 2—4 года эксплуатации в балках появлялись трещины. Поэтому для балок с тяжелым режимом работы вводится коэффициент условий работы т=0,9, принимаются увеличенные значения горизонтальных давлений колес.

Есть много предложений по уточнению условного расчета, основные положения которого изложены выше, и по улучшению конструкции подкрановых балок.

Окончательный расчет подкрановой балки выполняют так же, как расчет обычной балкн (см. пример 8.4), но нормальные напряжения вычисляют по формуле (11.1), поясные швы делают с проваром на всю толщину стенки (поэтому их не проверяют), обязательно выполняется проверка прочности стенки на местное смятие по формуле (6.18). Общая устойчивость не проверяется, так как нрн наличии термозной балки (или фермы) она заведомо обеспечена.

4. Фахверк представляет собой систему ригелей и стоек, предназначенных для поддержания- стен (если они выполняются навесными), переплетов остекления и для восприятия ветровой нагрузки. Элементы фахверка опираются па основные колонны, продольные горизонтальные связи и на фундаменты. Устраиваются фахверки вдоль продольных и торцевых стен ( 1L.10). Конструкция фахверка зависит от материала стенового ограждения, иногда (например, при самонесущих стенах)'* он может вовсе отсутствовать.