Введение
Рассмотрим систему связей #стального #каркаса одноэтажного здания, затронем вопросы компоновки конструктивных схем.
Важное замечание – в статье рассмотрены основные принципы, без учета некоторых особенностей для зданий с мостовыми опорными кранами или зданий, возводимых в сейсмических районах.
О чем речь?
Все считают, что самым сложным в работе конструктора является выполнить #расчет стального каркаса, определить профили, проверить узлы и т.п.
На самом деле один из самых важных и сложных этапов начинается, когда Вам предоставлен планы и разрезы АР или ТХ и далее необходимо создать компоновку будущего каркаса, определиться с конструктивной схемой. Если Вы решили проскочить этот этап и «просто посчитать», то наверняка получите на выходе не оптимальный каркас, с перезаложенными профилями, наличие бесполезных и отсутствие необходимых элементов. На этом этапе задача конструктора максимально отбиваться (в прямом смысле) от «современных и эффективных» предложений АР, ТХ и Заказчика, Подрядчика.
Вы должны помнить – есть принципы, описанные сотни раз в учебниках, применение которых позволяет Вам использовать стандартные методы расчетов и конструирования. Когда Вы начинаете изобретать что-то свое – будьте готовы отвечать на неприятные вопросы. Если уверены в себе – вперед!
Общие принципы
Первое что необходимо запомнить – все нагрузки, приложенные к зданию и сооружению Вы должны в конечном счете передать на условно несмещаемый диск – грунт. Причем чем короче этот путь, тем лучше.
Если мы говорим о стальном каркасе одноэтажного здания, то классический способ это сделать – использовать рамно-связевую схему.
Что это такое?
Давайте разберемся с терминами (по-простому)
Поперечная рама – это плоская конструкция, состоящая из колонн и ригеля, устанавливаемая по короткой стороне и воспринимающая все вертикальные нагрузки и горизонтальные нагрузки, направленные поперек здания.
Ригель – это горизонтальный несущий элемент покрытия, может быть сплошным (балки) или решетчатым (фермы).
Что такое колонны объяснять не хочу.
Далее представьте, что мы привезли колонны, #фермы, собрали из них плоские поперечные рамы, установили все на #фундаменты. Чего-то не хватает, да? Что будет если одну из рам толкнуть вдоль здания? Что не позволит им всем сложиться?
Связи – это система элементов, которые объединяют плоские поперечные рамы в пространственную систему, чтобы обеспечить устойчивость и жесткость каркаса в целом.
Связи бывают:
- - связи по колоннам каркаса (СК)
- - горизонтальные связи по покрытию (СГ)
- - вертикальные связи между фермами (СВ)
- - распорки (РС)
Также к функциям связей напрямую относятся раскрепление и обеспечение устойчивости сжатых элементов, уменьшение расчетных длин верхних поясов, колонн и других элементов каркаса.
Как известно, протяженные здания должны быть разделены #температурными швами. Это делается потому, что происходит накопление температурных деформаций, что при большой длине вызывает ненужные усилия в элементах. Кроме того в каждом узле есть люфт, чернота отверстий, и когда этих узлов тысяча штук - передача усилий (например, по распоркам) между рамами уже не столь прямая. В общем, стараются этого избегать.
Предельные расстояния между температурными швами вы найдете в табл. 44 СП 16.13330.2017.
Если Вам очень хочется превысить эти расстояния, то будьте добры – учитывайте температурные климатические воздействия и податливость узлов.
Каждый температурный блок здания, разделенный швами, должен иметь независимую систему связей.
Связи по колоннам
Устанавливаются в центре температурного блока (желательно).
Расстояние от торца здания до ближайшей связи по колоннам для неотапливаемых зданий составляет 75 м при расчетной температуре воздуха до минус 45 градусов и 50 м при расчетной температуре воздуха ниже минус 45 градусов. Для отапливаемых зданий эти расстояния составляют 90 и 60 м соответственно.
Из практики.
Для зданий длиной 40-60 м стараются установить одну связь в центре. Для зданий 60-100 м – можно уже установить пару связей с расстоянием между ними в 24-30 м.
Более протяженные здания уже имеет смысл разрезать температурными швами и в каждом из блоков организовать самостоятельную систему связей.
Колонны поперечных рам соединяют по верху (как минимум) со связевым блоком распорками. Если высота колонны большая, возможно имеет смысл протянуть промежуточный ряд распорок, чтобы уменьшить расчетную длину колонны из плоскости рам.
Связи по покрытию
Устанавливаются в торцах каждого температурного блока.
Служат для того чтобы воспринять горизонтальные нагрузки на торец, направленные вдоль здания, обеспечить устойчивость плоских ферм покрытия, раскрепить сжатые пояса ферм.
Связи по покрытию состоят из горизонтальных связей по нижним и верхним поясам, распорок, вертикальных связей между фермами.
За счет этих элементов пары крайних ферм по торцам превращаются в пространственный единый блок, к которому цепляют через распорки промежуточные фермы.
Обычно обходятся связями по покрытию только в торцах. Если у Вас длинный температурный блок и/или наличие крана – стоит подумать насчет промежуточного связевого блока по покрытию.
Компоновка связей по покрытию зависит, в том числе от того по прогонам решена кровля или у вас беспрогонная система, а также тип фермы, каким поясом она оперта на колонну.
Далее рассмотрим пару таких вариантов.
Здание 60х24. Высота колонн 10 м.
Вариант №1
Покрытие с прогонами, без кранов, ферма прямоугольная, с опиранием нижними поясом.
В таком случае необходимо устраивать горизонтальные связи в уровни нижнего пояса в обязательном порядке. Причем таким образом, чтобы усилия по ним перетекали в продольные распорки, устроенные по верху колонн.
Кроме этого устанавливаем вертикальные связи между фермами – в плоскости опорных стоек и в коньке (для ферм пролетом до 30 м). Можно чаще.
Связи по верхнему поясу устанавливаем исходя из необходимости сокращения расчетной длины сжатого пояса ферм.
Конструктивные схемы подобной системы
Вариант №2
Покрытие с прогонами, без кранов, ферма по типу «Молодечно», с опиранием верхним поясом.
Горизонтальные связи устанавливаем в уровне верхнего пояса, а по нижнему пускаем ряд распорок, приходящими в вертикальные связи по фермам на торцах.
Тут необходимо сделать одно замечание. Вы должны не забывать, что верхний пояс ферм сжат, его расчетная длина из плоскости равна расстоянию между точками раскрепления. Этими точками обычно являются узлы с распорками, которые в свою очередь уперты в горизонтальную связь на торце здания.
Прогоны могут служить распорками, при следующих условиях:
- -они сами уперты в несмещаемые узлы на торцах;
- - рассчитаны как сжато-изогнутые элементы;
Немного о фахверке
Фахверк – опорная система для крепления ограждающих конструкций.
Фахверк бывает несущим, т.е выполнен по стоично-ригельной системе (несущие колонны + балки) либо ненесущим – тогда на торце установлена ферма и к ней в верхнем узле примыкает фахверковая стойка (через листовой шарнир).
Спросите Вы – при чем тут связи? Да при том что эти стойки #фахверка должны стоять по линиям расположения распорок и упираться в раскрепленный узел фермы! Иначе как корректно передавать горизонтальные нагрузки с торца? Наверняка АР или ТХ будут жутко сопротивляться, когда вы начнете двигать стойки фахверка на торцах, - но зато у Вас будет оптимальная система.
На сегодня все.
На самом деле тема обширная, но на ранних этапах вредно сразу много информации.
Постарайтесь переработать в голове то что сказано.
И пожалуйста подпишитесь на мой блог!
Всем спасибо.
Хорошей работы!
Домашнее задание
Необходимо набросать конструктивную схему стального каркаса здания.
Один пролет, кровля - сэндвич панель по прогонам, кранов нет, высота до низа ферм - 8 м. Имеется встройка в торце здания.
Планы - см. ниже.
Результаты работ направляем также в группу.
И тут небольшой бонус для тех кто дочитал.
Тому кто пришлет адекватную схему каркаса по заданию ниже (без подробностей, но принципиально верно и оптимально) - я пришлю 500 рублей.
Можно потратить на вкусный кофе или обед)