Для  студентов архитектурных специальностей

Металлические конструкции

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Рамы представляют собой плоские конструкции, состоящие из прямолинейных, ломаных или криволинейных пролетных элементов, называемых ригелями рамы, и жестко связанных с ними вертикальных или наклонных элементов, называемых стойками рамы. Благодаря жесткому сопряжению ригеля и стоек в рамных конструкциях но сравнению с аналогичной поперечной рамой в виде фермы или балки, шарнирно опертой на колонны, достигается более эффективное использование металла и значительно повышается жесткость ригеля. Рамы целесообразно проектировать при пролетах более 60 м, однако они могут успешно конкурировать с фермами и балками при пролетах 24—60 м.

В статическом отношении рамы могут быть трехшарнирными, двухшарнирными и , бесшарнирными. Трехшарнирные рамы наиболее металлоемки, поэтому их использование ограничено небольшими пролетами и высотами. Их применяют в том случае, когда пролет и высота позволяют полностью изготовить полураму в заводских условиях и транспортировать на строительную площадку. Двухшарнирные рамы ( 145,6) имеют наиболее широкое применение, так как в них достаточно полно проявляется эффект защемления ригеля в стойках и они мало чувствительны к осадке фундаментов.

Самые экономичные по расходу материала — бесшарнирные рамы ( 145,в), поэтому их используют при самых больших пролетах, характерных для рам. Однако такие рамы очень чувствительны к осадке опор и температурным воздействиям. Их можно проектировать для скальных или полускальных грунтов основания.

Большепролетные рамные конструкции находят применение в зданиях и сооружениях общественного назначения — выставочных павильонах, театрах и зрелищных залах, крытых рынках и крупных универсамах, стадио-. нах и спортивных залах; в зданиях и сооружениях промышленного назначения — авиасборочных цехах, ангарах, судостроительных эллингах, автопарках, универсальных промышленных зданиях и пр. Применение рамных конструкций обеспечивает высокую архитектурно-планировочную гибкость сооружения и позволяет решать практически любые архитектурно-строительные и технологические задачи при значительной экономии стали. Взаимное расположение ригеля и стоек дает возможность получать разнообразные конструктивные формы рам, удовлетворяющие конкретному объемно-планировочному решению.

Двухшарнирные сплошные рамы имеют двутавровые, как правило, переменные сечения ригеля и стоек, соответствующие эпюре сил ( 146). Чаще всего применяют сварное сечение из трех листов, как наименее трудоемкое в изготовлении ( 146, а—в). Высоту сечения сплошных рам принимают х/зо—'До пролета, но не более 2 м из экономических соображений. Соотношения толщины стенкн и полок, а также высоты сечення к его ширине подчиняются законам проектирования двутавровой балки.

Наиболее распространенная форма сплошной рамы — однопролетная двухшарнирная с горизонтальным или наклонным ригелем ( 147, а, б). С увеличением пролета до 60 м рамы с ломаным ригелем становятся более экономичными, но требуют постановки затяжки между узлами сопряжения ригеля со стойками для погашения распора ( 147, в). При необходимости ригель рамы нлн стойки рамы могут быть наклонными для организации уклонов кровли илн по архитектурным соображениям проектируемого сооружения ( 147,5, е). В таких рамах входящие острые углы следует проектировать не менее 45° для предупреждения возникновения сильных концентраторов напряжений в сжатой зоне узла.

Благодаря малой деформативности сплошные рамы хорошо работают в сооружениях с мостовыми нли подвесными кранами ( 147, ж, з). В том и в другом случае высота ригеля рамы может быть принята '/го— 'До пролета. В однопролетных рамах, загруженных тяжелыми мостовыми кранами грузоподъемностью более 25 т, рекомендуется устраивать затяжку, расположенную на уровне опорных шарниров ниже уровня пола ( 147, ж).

Высокими техннко-экономнческимн показателями обладают неразрезные многопролетные рамы ( 147,и), однако ввиду трудоемкости возведенияг их применение определяется лишь специальными требованиями, например достижением минимальных прогибов нлн использованием пластической стадии работы материала.

Наряду с однопролетными рамами, имеющими две стойки ( 147,а—ж), в практике строительства могут применяться одностоечные Г- илн Т-образные рамы ( 147, к, л) нлн сложные рамы с наклонным нлн горизонтальным ригелем. Высоту ригеля в месте его заделкн в стойку рамы принимают lU—'/6 вылета консолн при условии обеспечения нормальной эксплуатации кровли.

При пролетах более 60—80 м сплошные рамы заменяют сквозными (решетчатыми) рамами, сечения ригеля и стоек которых проектируют аналогичными решетчатым фермам (рнс. 148). Двухшарнирные сквозные рамы проектируют с шарнирами на уровне фундаментов. В.таких рамах высота ригеля по сравнению со сплошными увеличивается до Ve—Vi5 пролета ( 149,а—в).

Сквозные бесшарннрные рамы обладают большей жесткостью, чем двухшарнирные, поэтому высоту ригеля в таких рамах можно уменьшить до V12—V20 пролета. Эффективность сквозных рам повышается при соизмеримости жесткостей стойки и ригеля рамы. С этой целью ширину стоек сквозной рамы принимают равной панели ригеля (3—6 м). В этом случае линейная жесткость стойки. (отношение жесткости к длине элемента) становится больше жесткости ригеля, благодаря чему эффект .защемления ригеля возрастает.

Наибольший эффект разгружения сквозной рамы достигается с помощью использования предварительного напряжения ригеля н стоек рамы. Введение предварительного напряжения создает в системе рамы изгибающие моменты, обратные по знаку моментам от вертикальной нагрузки. Значение усилия предварительного напряжения подбирают из условия получения минимума массы конструкции. Напрягаемую затяжку в рамных конструкциях выполняют на монтаже и располагают в растянутых зонах, по очертаниям, соответствующим эпюре изгибающих моментов от вертикальной статической нагрузки.

В специальных сооружениях (ангарах, эллингах и т. п.) целесообразно проектировать неразрезные двух-пролетные предварительно напряженные рамы ( 149, и), позволяющие размещать локальные прямолинейные затяжки. Такой прием упрощает решение узлов в предварительно напряженных рамах.

Компоновочная схема рамных покрытий по своей структуре близка к схеме покрытия одноэтажного производственного здания с шарнирным сопряжением ригеля с колоннами ( 150). Однако рамные конструкции всегда требуют постановки горизонтальных связей по нижним поясам вдоль покрытия, так как в зонах, прилегающих к узлам сопряжения ригеля со стойками возникают сжимающие усилия в нижних поясах. Кроме того, в жестких блоках по горцам покрытия две крайние рамы связывают горизонтальными связями по верхним и нижним поясам, а вертикальные связи между рамами ставят на расстоянии не более 18 м.

При пролетах до 90 м рамы проектируют плоскими с шагом 6 или 12 м. При больших пролетах и отсутствии подкрановых балок целесообразно увеличивать шаг до 18—24 м, а в некоторых случаях и до 36 м. Между рамами в этом случае устанавливают решетчатые фермы с параллельными поясами, привязываемые в одном уровне с верхними или нижними поясами рам. В зоне выступающей рамы, развязанной связями с фермами, устраивают фонари.

При пролетах более 90 м для устойчивости, как правиле, иреектируют спаренные рамы ( 151, в) или рами треугольного поперечного сечения. Шаг рам в этом случае может достигать 60 м. Такие решения целесообразны в ангаростроении, т. е. там, где рамы из функциональных соображений размещают в направлении большего размера плана здания, а не поперек его продольной оси. Шаг ферм, устраиваемых между рамами, целесообразно проектировать равным 6 м для укладки по ним непосредственно плит покрытия без прогонов. При большем шаге по фермам укладывают прогоны и в каждом отсеке устраивают системы связей, аналогичные компоновочным схемам покрытий из ферм.