Работа и расчет раскосной решетки колонн 236

43 Конструкция и расчет оголовков центрально сжа­тых колонн сплошного сечения 254

При опирании конструкций сверху узел сопря­жения является шарнирным. Вертикальная сила, равная сумме опорных реакций опертых на колонну балок, через строгание торцы опорных ребер балок или опор­ных фланцев ферм передается на опорную плиту и далее с помо­щью ребер колонны переходит на стенку колонны и равномерно распределяется по ее сечению.

Опорную плиту, обычно строганую, устанавливают на фрезеро­ванный торец стержня колонны, а сварные швы прикрепления пли­ты назначают конструктивно с минимальным размером катета для данной толщины стыкуемых элементов. Толщину плиты назначают конструктивно 20. ..30 мм, а размеры в плане принимают так, чтобы плита выходила за контур колонны на 15 мм. Длину опорных ребер 2 (высоту оголовка) назначают из условия размещения сварных швов, обеспечивающих передачу силы N с ре­бер на стенку колонны, но не более 85 k_f b_f где k_f - высота катета шва. Толщину ребра в пределах t_r ~ 14 ... 20 мм, но не менее 0,5 sqrt(Е / R_y) на смятие его ширины b_r определяют расчетом на смятие N/(2b_rt_rR_py_c)< 1.

Опорное ребро балки должно опи­раться на плиту оголовка всей поверхностью. Возмож­ный при изготовлении или монтаже перекос фланца из плоскости балк может вызвать неравномер­ное давление на опорные ребра , в результате чего они в свою очередь будут оказывать местное давление на стенку колонны из ее плоскости и могут искривить ее. Для исключения этого низ опорных ребер об­рамляют поперечными ребрами , размеры которых и швов их креп­ления принимают конструктивно.

(50) Определяем толщину ребра оголовка из условия среза:

        ,                  (СНиП II-23-81* ф.(5));

          R_s=0,58×R_у=0,58×240=139,2 МПа;

h_p принимаем конструктино (больше высоты призмы продавливания);

Толщину опорной плиты и центрирующей прокладки принимаем конструктивно

Расчет длины шва из условия среза

Принимаем l_{w =} l_р

Расчет вертикального шва

K_f,min£ K_f £ K_f,max

Проверка ребра оголовка на смятие

В оголовке сквозной колонны опорное давление с опорной плиты передается на диафрагму через строганый торец, а далее через сварные вертикальные швы прикрепления диафрагмы к ветвям распределяется по стенкам ветвей. Если имеются затруднения по плотной пригонке диафрагмы к плите, давление можно попытаться передать через горизонтальные сварные швы, определив высоту катета по фор­муле
kf =N/2 b_d (b gw Rw)min gc

Высоту диафрагмы определяют из условия размещения сварных швов прикрепления ее к ветвям hd = N/[4kf(b y_w R_w )_min y_c].

44 Конструкция и расчет оголовков центрально сжа­тых колонн сквозного сечения ???

там же

45 Конструкция и расчет баз центрально сжатых ко­лонн при шарнирном сопряжении колонн с фунда­ментом 252

Конструкция базы должна отвечать принятому в расчетной схеме колонны способу сопряжения ее с основанием. Пришарнирном сопря­жении база при действии случайных моментов должна иметь возмож­ность некоторого поворота относительно фундамента, при жестком со­пряжении необходимо обеспечить сопряжение базы с фундаментом, не допускающее поворота.

В колоннах с большими расчетны­ми усилиями целесообразно фрезеровать торец базы. В этом случае плита, что­бы равномерно передать нагрузку па фундамент, должна иметь значи­тельную толщину.. При шарнирном сопряжении колонны с фундаментом анкерные бол­ты ставятся лишь для фиксации проектного положения колонны и за­крепления ее в процессе монтажа. Анкеры в этом случае прикрепляют­ся непосредственно к опорной плите базы; благодаря гибкости плиты обеспечивается необходимая податливость сопряжения при действии случайных моментов (рис. 8.18, а и б). При жестком сопряжении анке­ры прикрепляются к стержню колонны через выносные консоли и затя­гиваются с напряжением, близким к расчетному сопротивлению, что устраняет возможность поворота колонны (рис. 8.18, в).

Для возможности некоторой передвижки колонны в процессе се установки диаметр отвер­стия для анкерных болтов принимается в 1,5— -2 раза больше диаметра анкеров. На анкерные болты надевают шайбы с отверстием, которое на 3 мм больше диаметра болта, и после натяжения болта гайкой шайбу приваривают к базе.

2. Расчет иконструктивное оформление баз с траверсой и консольными ребрами

После выбора типа базы расчетом устанавливают размеры опорной плиты в плане и ее толщину (рис. 8.19).

A_тр = N / R_b

где /V - расчетная нагрузка на колонну; Rb — расчетное cопротнвлечие сжатию матгрпула фундаменту (бетона).

Размеры плиты В и L определяются в пределах требуемой нагрузки и-.; конструктивным соображениям в зависимости от размещении ветdей траверсы или укрепляющих плиту ребер.

Плита работает как пластинка на упругом основании, воспринима­ющая давление от ветвей траверсы и ребер. Опыты показали, что дав­ление на фундамент распределяется неравномерно, однако для простоты расчета давление под плитой принимается равномерно распределенным. Плиту рассчитывают как пластину, нагруженную снизу равномерно распределенным давлением фундамента и опертую на элементы сечения стержня п базы колонны

В соответствии с конструкцией базы плита может иметь участки, опертые на четыре канта — контур, на три канта , на два канта и консольные

Обычно толщину плиты принимают в пределах 20—40 мм. При рез­ком отличии моментов по величине на различных участках плиты надо внести изменения в схему опирания плиты, чтобы по возможности выровнять величины моментов, что должно привести к облегчению базы.

Уснлие стержня колонны передается на траверсу через сварные швы, длину которых и определяет высоту траверсы.

Если ветви траверсы прикрепляются к стержню колонн четырьмя швами, то получить требуемую высоту траверсы можно по формуле

Hтр=N/ 4 kf (b gw Rw)min

Высоту траверсы следует принимать не больше 85 k_m.

Швы, прикрепляющие ветви траверсы к опорной плите, рассчиты­вают па полное усилие.

46 Конструкция и расчет баз центрально сжатых ко­лонн при жестком сопряжении колонн с фундамен­том ???

47 Балочные клетки. Типы. Передача сил в балоч­ных клетках. Типы узлов в балочных клетках

систему несущих балок - балоч­ная клетка.

Балочные клетки подразделяют на три основных типа: упрощенный, нормальный и усложненный

В упрошенной балочной клетке  нагрузка на пере­крытие передается через настил на балки настила, располагаемые обыч­но параллельно меньшей стороне перекрытия на расстояниях а (шаг балок) и через них на стены или другие несущие конструкции, ограни­чивающие площадку. Из-за небольшой несущей способности настила поддерживающие его балки приходится ставить часто, что рационально лишь при небольших пролетах их. При частом размещении длинных ба­лок возникает противоречие между получаемой мощностью и требуемой жесткостью, что неэкономично; в нормального же типа балочной клетке нагрузка с настила передастся на балки настила, ко­торые в свою очередь передают ее на главные балки, опирающиеся на колонны, стены или другие несущие конструкции, ограничивающие пло­щадку. Балки настила обычно принимают прокатными.

В усложненной балочной клетке  вводятся еще до полнительные, вспомогательные балки, располагаемые между балками пастила и главными балками, передающими нагрузку на колонны. В этом типе балочной клетки нагрузка передастся на опоры наиболее длинно. Чтобы снизить трудоемкость перекрытия, балки настила и вспо­могательные балки обычно принимаются прокатными.

Выбор типа балочной клетки снизан и с вопросом о сопряжении ба­лок между собой по высоте. Сопряжение балок может быть этажное, в одном уровне и пониженное.

Основные размеры балочной клетки в плане и по высоте, т. е. пол­ные размеры площадки, расстояния между промежуточными опорами-колоннами, высота помещения под перекрытием и отметка верха насти­ла, обычно задаются технологами или архитекторами ис­ходя из требований размещения оборудования и удобной эксплуатации помещений.

Главные балки обычно опирают на колонны и располагают вдоль больших расстояний. Расстояние между балками настила определяется несущей способностью настила и обычно бывает 0,6—1,0м при стальном и 2—3,5 м при железобетонном настиле.

Расстояние между вспомогательными балками обычно назначается в пределах 2—5 м, и оно должно быть кратно пролету главной балки. При выборе этого расстояния надо стремиться получить минимальное число вспомогательных балок, причем прокатных.

При этом следует принимать наиболее простой тип балочной клетки с наиболее коротким путем передачи нагрузки на опоры.

   В проектировании можно исходить из принципа полного использования несущей способности перекрывающей конст­рукции, в этом случае задаются наиболее удобным размером сечения балки (например, распространенным номером прокатного двутавра) и исходя из действующей на нее нагрузки определяют расстояния между балками или пролет, при котором эта балка может быть полностью использована; этот пролет может быть заменен в сторону уменьшения при увязке размеров всей балочной клетки с размерами одной ее ячейки и увязке с шагом и пролетом смежных основных конструкций исходя из требований типизации и унификации конструкций;

экономичности, при котором исходят из того, чтобы стоимость ба­лочной клетки и поддерживающих ее опор была наименьшей; этот прин­цип, широко используемый в мостостроении, определяет  по оптимальный стоимости.

Связи в рабочих площадках

Связи-—это важные элементы стального каркаса, которые необхо­димы для;

обеспечения неизменяемости пространственной системы каркаса и устойчивости его сжатых элементов;

восприятия п передачи на фундаменты некоторых нагрузок (ветро­вых);

обеспечения совместной работы поперечных рам при местных нагруз­ках (например, крановых);

создания жесткости каркаса, необходимой для обеспечения нормаль­ных условии эксплуатации;

обеспечения условий высококачественного и удобного монтажа.

Связи подразделяются па связи между колоннами н св/пи между фермами .

Система связей между колоннами обеспечивает во время эксплуата­ции и монтажа геометрическую неизменяемость каркаса н ею несущую способность в продольном направлении (воспринимая при этом неко­торые нагрузки), а также устойчивость колонн из плоскости попереч­ных рам.

Для выполнения этих функций необходимы хотя бы одни вертикаль­ный жесткий диск по длине температурного блока В жесткие диски включены две колонны, подкрановая балка, горизонтальные распорки и решетка, обеспечивающая при шарнирном соединении всех элементов диска геометрическую неиз­меняемость, Решетка чаще проектируется крестовая, элементы которой работают на растяжение при любом направлении сил, передаваемых на диск и треугольной, элементы которой работают на растяжение н сжатие Схема решётки выбирается так, чтобы ее элементы было удобно крепить к колоннам (углы между вертикалыо и элементами решетки близки к 45").

Верхние вертикальные связи следует размещать не только в торцо­вых панелях здания, но и в панелях, примыкающих к температурным швам, так как это повышает продольную жесткость верхней части кар­каса; кроме того, в процессе возведения цеха каждый температурный блок может в течение некоторого времени представлять собой самостоя­тельный конструктивный комплекс.

Вертикальные связи между колоннами ставят по всем рядам колонн здания; располагать их следует между одними и теми же осями.

При проектировании связен по средним рядам колонн в подкрано­вой части следует иметь в виду, что довольно часто по условиям техно­логии необходимо иметь свободное пространство между колоннами.

В этих случаях конструируют портальные связи.

Связи, устанавливаемые в пределах высоты ригелей в связевом бло­ке и торцовых шагах, проектируют в виде самостоятельных ферм (мон­тажного элемента), в остальных местах ставят распорки.

Продольные элементы связей в точках крепления к колоннам обес­печивают несмещаемость этих точек из плоскости поперечной рамы (рис. 11.8,а). Эти точки в расчетной схеме колонны могут быть приняты шарнирными опорами. При большой высоте нижней части ко­лонны бывает целесообразна установка дополнительной распорки, которая закрепляет нижнюю часть колонны посередине ее вы­соты и сокращает расчетную длину колонны.

Связи кроме условных поперечных сил, возникающих при потере устойчивости колонн из плоскости поперечных рам, воспринимают так­же усилии от ветра, направленного на торец здания.

Сечения связей выполняются из уголков, швеллеров, прямоугольных и круглых труб.

При большой длине элементов связи, воспринимающие небольшие усилия, ассчитываются по предельной гибкости

58 Настилы в балочных клетках (виды и основы рас­чета)

В качестве несущего настила чаще всего применяют плоские сталь­ные листы или пастил из сборных железобетонных плит. Очень часто поверх несущего настила устраивают защитный настил, который может быть из дерева, асфальта, кирпича и других материалов.

В последнее время начинают использовать щитовой настил, состоя­щий из несущего стального листа, имеющего сверху защитный слой и подкрепленного снизу продольными и поперечными ребрами. Щиты па­стила укладываются на балки перекрытий. Такой настил индустриален и значительно ускоряет монтаж.

Полезная нагрузка настила перекрытий задается равномерно распре­деленной интенсивностью до 40 кН/м², а предельный относительный про­гиб принимают не более 1/150.

Стальной настил. Простейшая конструкция несущего настила состоит из стального листа, уложенного на балки и приваренного к ним. Расстояние между балками, поддерживающими настил, опреде­ляется его несущей способностью или жесткостью. Наиболее выгодное решение по расходу материала получается при минимальной толщине настила, так как в двутавровых балках, работающих на изгиб, материал используется лучше, чем в настиле прямоугольного сечения. Однако уве­личение числа балок при тонком настиле резко увеличивает трудоем­кость перекрытия, что нежелательно.

Приварка на­стила к балкам делает невозможным сближение опор настила при его прогибе под нагрузкой, что вызывает в нем растягивающие цепные уси­лия /, улучшающие работу настила в пролете Кроме того, приварка защемляет настил, создавая опорные моменты, и снижает моменты в пролете настила под нагрузкой. Однако в запас жесткости защемление обычно не учитывают и принимают опирание настила шарнирно-неподвижным, считая, что в опорном сечении может образоваться пластический шарнир.

При нагрузках, не превышающих 50 кН/м², и предельном относи­тельном прогибе не более 1/150 прочность шарнирно закреплённого по краям стального настила всегда будет обеспечена и проверяется только прогиб.

Сварной шов крепления настила рассчитывается на цепное усилие.

\ ,        

59 Организация проектирования стальных конст­рукций

Проектирование зданий и сооружений осуществляют на основе проектного задания, выданного заказчиком и согласованного с заин­тересованными службами администрации и инспекциями (пожарной, санитаркой, экологической и др.). С учетом функцио­нальных требований и условий эксплуатации при строгом соблюде­нии строительных норм и правил (СНиП) разрабатывают компо­новочное решение, которое также согласовывают и утверждают в установленном порядке. После этого приступают к проектированию стальных конструкций.

Проектирование выполняют в одну или две стадии:

в одну стадию - рабочий проект (для технически несложных объектов, а также для объектов, строительство которых будет осу­ществляться по типовым или повторно применяемым проектам);

в две стадии - проект и рабочая документация (для сложных объ­ектов, проектирование которых осуществляют впервые).

На стадии проекта дают краткое описание и обоснование архи­тектурно-строительных решений, определяют конструктивную схе­му здания и подбирают соответствующие типовые конструкции. Разрабатывают основные чертежи: планы и разрезы со схематиче­ским изображением несущих и ограждающих конструкций.

В состав рабочей документации металлических конструкций входят рабочие чертежи КМ (конструкции металлические) и деталировочные чертежи КМД (конструкции металлические деталировочные).

Чертежи КМ выполняет проектная организация на основе ут­вержденного проекта. Решаются вопросы компоновки металличе­ских конструкций с увязкой их с технологической, архитектурно-строительной, транспортной и другими частями проекта. В состав рабочих чертежей КМ входят: пояснительная записка, данные о на­грузках, расчеты конструкций, общие компоновочные чертежи, схемы расположения конструкций и самостоятельных элементов в составе здания (сооружения) с таблицами сечений, расчеты и черте­жи наиболее важных узлов и полная спецификация металла по профилям.

По чертежам КМ заказывают металл и разрабатывают деталировочные чертежи КМД. Эти чертежи обычно разрабатывают в конструкторском бюро завода-изготовителя с учетом технологиче­ских возможностей завода.