Продольные и поперечные связи
Связи располагаются по всему температурному отсеку здания так, чтобы достичь неизменяемости. Связи представляют собой горизонтальные распорки и решетку, которые крепятся к колоннам. Решетка как правило выполняется в форме креста. Гибкие элементы решетки крепятся шарнирно, оставляя возможность для работы на растяжение. Решетка подбирается такой, чтобы обеспечить удобство монтажа к запроектированным колоннам. Если между колоннами большой шаг, то в нижней части выполняют диск в виде решетчатой рамы, в верхней часты выполняют подстропильную ферму.
При выборе места расположения колонн учитывают следующие факторы:
- связи в торцах зданий приводят к возникновению значительных температурных усилий;
- в одном температурном блоке связь ставится в одной панели;
- в двух температурных отсеках расстояние между связами определяется согласно нормативам в зависимости от наличия отопления;
- чтобы обеспечить удобство прохода в среднем ряду колонн связи как правило выполняют портальными.
Предельное расстояние между торцом блока и вертикальной связью в отпяливаемом здании составляет 90 метров, а между осями в одном блоке должно быть не менее 50 метров. В неотапливаемых зданиях и горячих цехах связь устанавливается на расстоянии в 75 метров от торца и на расстоянии 50 метров от другой связи в блоке.
Рисунок 2. Пример размещения связей между колоннами. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
По форме связи бывают трех типов, а именно, треугольные, крестовые, портальные. Как правило, крестовые используются при шаге в 6 метров, а портальные при шаге в 12 метров.
Связевым блоком называется система из двух колонн, соединенная связями. Верхний ярус связевого блока находится выше подкрановых балок, а нижний после них.
В диске покрытия также выполняется система связей. Она работает на общую пространственную жесткость каркаса. Связи по покрытию состоят из горизонтальных продольных и поперечных поясов ферм, связей по нижним и верхним поясам ферм, распорок, вертикальных связей по оси колонны и в местах крепления горизонтальных связей. Вертикальные и горизонтальные связи размещают в одних осях.
Основное назначение связей металлоконструкций
При помощи легких конструктивных элементов образуются пространственные системы, обладающие уникальными свойствами:
- жесткость при изгибе и поперечном скручивании;
- устойчивость против ветровых нагрузок, инерционных воздействий.
При сборке связующие системы выполняют перечисленные функции, направленные на повышение устойчивости против внешних воздействий. Ветровые связи металлоконструкций придают готовым сооружениям дополнительную парусную устойчивость при эксплуатации. Пространственная жесткость и устойчивость зданий, колонн, мостов, ферм и пр. обеспечивается, благодаря связям, установленным в горизонтальных плоскостях в виде верхних и нижних поясов.
Одновременно на торцах и в промежутках между пролетами устанавливаются специальные связи металлоконструкций вертикального расположения — диафрагмы. Полученная система связей обеспечивает требуемую пространственную жесткость готового сооружения.
Поперечные связи пролетных строений
а — конструкция основных узлов связей; б — схема поперечных связей
Составные элементы каркаса одноэтажных промышленных зданий
Как пример однопролетное здание, оборудованное мостовым краном (рис.1).
В состав каркаса входят следующие основные элементы:
- Колонны, расположенные с шагом Ш вдоль здания; основное назначение колонн поддерживать подкрановые балки и покрытие.
- Несущие конструкции покрытия (стропильные* балки или фермы), которые опираются непосредственно на колонны (если их шаг совпадает с шагом колонн) и образуют вместе с ними поперечные рамы каркаса.
- Если шаг несущих конструкций покрытия не совпадает с шагом колонн (например, 6 и 12 м), в состав каркаса вводят расположенные в продольных плоскостях подстропильные конструкции (также в виде балок или ферм), поддерживающие промежуточные несущие конструкции покрытия, расположенные между колоннами (рис.1,б).
- В некоторых (редких) случаях в состав каркаса вводятся прогоны, опирающиеся на несущие конструкции покрытия и располагаемые на расстояниях 1,5 или 3 м.
- Подкрановые балки, опирающиеся на колонны и несущие пути мостовых кранов. В зданиях с подвесными или напольными кранами подкрановые балки не нужны.
- Фундаментные балки, опирающиеся на фундаменты колонн и поддерживающие наружные стены здания.
- Обвязочные балки, опирающиеся на колонны и поддерживающие отдельные ярусы наружной стены (если она не по всей своей высоте опирается на фундаментные балки).
- При расстоянии между основными колоннами каркаса, в плоскостях наружных стен 12 м и более, а также в торцах здания устанавливают вспомогательные колонны (фахверк), облегчающие конструкцию стен.
Рис. 1. Каркас одноэтажного однопролетного здания (схема):
а — при одинаковом шаге колонн и несущих конструкций покрытия; б — при неодинаковом шаге колонн и несущих конструкций покрытия; 1 — колонны; 2 — несущие конструкции покрытия; 3 — подстропильные конструкции; 4 — прогоны; 5 — подкрановые балки; 6 — фундаментные балки; 7 — обвязочные балки; в — продольные связи колонн; 9 — продольные вертикальные связи покрытия; 10 — поперечные горизонтальные связи покрытия; 11 — продольные горизонтальные связи покрытия.
В стальных каркасах обвязочные балки также относят к фахверку (рис. 2, а). Каркас в целом должен надежно и устойчиво работать под действием крановых, ветровых и других нагрузок.
Рис. 2 Схемы фахверка
а — фахверк продольной стены, б — торцовой фахверк, 1 — основные колонны, 2 — колонны фахверка, 3 — ригель фахверка, 4 — ферма покрытия
Вертикальные нагрузки Р от мостового крана (рис.3), передаваемые через подкрановые балки на колонны с большим эксцентриситетом, вызывают внецентренное сжатие тех колонн, против которых расположен в данный момент мост крана.
Рис. 3. Схема мостового крана
1 — габарит крана, 2 — тележка, 3 — мост крана, 4 — крюк, 5 — колесо крана; 6 — крановый рельс; 7 — подкрановая балка; 8 — колонна
Торможение тележки мостового крана при ее движении вдоль кранового моста (поперек пролета) создает горизонтальные поперечные тормозные силы Т1 действующие на те же колонны.
Торможение мостового крана в целом при его движении вдоль пролета создает продольные тормозные силы Т2, действующие вдоль рядов колонн. При грузоподъемности мостовых кранов, достигающей 650 т и выше, передаваемые ими на каркас нагрузки бывают очень велики. Подвесные краны движутся по путям, подвешенным к несущим конструкциям покрытия, и через них передают свои нагрузки на колонны.
Ветровые нагрузки при различных направлениях ветра могут действовать на каркас как в поперечном, так и в продольном направлениях.
Для обеспечения устойчивости отдельных элементов каркаса в процессе его монтажа и совместной пространственной их работы при воздействии на каркас различных нагрузок в состав каркаса вводят связи.
Конструкции металлических связей стального каркаса
По конструкции металлические связи также бывают:
перекрестные связи, когда элементы связей пересекаются и соединяются между собой посередине
угловые связи, которые располагаются несколькими частями в ряд; применяются в основном для строительства малопролетных каркасов
портальные связи для каркасов П-образного вида (с проемами) имеют большую площадь поверхности
Основным типом соединения металлических связей — это болтовое, так как такой вид крепления максимально эффективен, надежен и удобен в процессе монтажа.
Специалисты Саратовского резервуарного завода спроектируют и изготовят металлические связи из любого профиля в соответствии с механическими требованиями к физико-химическим свойствам материала в зависимости от технико-эксплуатационных условий.
Надежность, устойчивость и жесткость металлического каркаса Вашего здания или сооружения во много зависит от качественного изготовления металлических связей.
Как заказать изготовление металлических связей на Саратовском резервуарном заводе?
Для расчета стоимости металлоконструкций нашего производства, Вы можете:
- связаться с нами по телефону 8-800-555-9480
- написать на электронную почту технические требования к металлоконструкциям
- воспользоваться формой » «, указать контактую информацию, и наш специалист свяжется с Вами
Специалисты Завода предлагают комплексные услуги:
- инженерные изыскания на объекте эксплуатации
- проектирование объектов нефтегазового комплекса
- производство и монтаж различных металлоконструкций
Вертикальные связи между фермами и колоннами
Связи в каркасе объединяют плоские элементы в единую системы, которая способна воспринимать воздействия с любого направления.
В силу того, что стержни системы имеют относительно большие длины при небольших сечениях, сложно обеспечить требуемую гибкость, существует риск потери устойчивости. С помощью связей мы уменьшаем расчетную длину элемента.
Вертикальны связи между фермами также называют монтажными, потому что из задачей является удержание ферм в проектном положении под воздействием нагрузок. Эти связи располагают цепочкой распорок вдоль здания. С целью экономии для соединения применяют верхние и нижние распорки. Решетка таких ферм может быть выбрана произвольно, как правило она собирается из уголков или труб. Располагают вертикальные связи между фермам каждые 15 метров.
У связей между колоннами два яруса:
- связи, расположенные на верхнем ярусе передают ветровые усилия, а также обеспечивают устойчивость колонны из плоскости, уменьшая расчетную длину колонны;
- связи, расположенные в нижнем ярусе, передают усилия от ветра от верхнего яруса, служат в качестве монтажных при возведении и установке колонн.
На нижнем ярусе связи не крепят к подкрановым балкам, поскольку это может привести в сжатию раскосов из-за движения оборудования. В верхнем ярусе связи могут быть прикреплены к тормозным ригелям с помощью болтов.
При конструировании узла крепления связей верхний ярус обычно ориентирован по оси колонны, нижние связи делают двойными, они расположены как у наружной, так и во внутренней ветви. Относительно температурного блока связи лучше разместить в центре, избегая крайних шагов. Таким образом обеспечивается свободное деформирование при температурных колебания.
При выполнении расчетов достаточно сложно точно вычислить величину усилий, которые будут воспринимать связи. Поэтому руководствуются предельной гибкостью элементов. При сжатии задаются гибкостью 200.
По усилиям выполняют расчет связей между колонн, поперечных связей в нижнем поясе, продольных горизонтальных связей.
Связи, так же как и остальные элементы каркаса проектируются в программно-расчетных комплексах тип Лира, Компас и т. п. После задания начальных условий система сама подбирает сечение элемента, который будет отвечать предъявляемым требованиям, что в разы быстрее ручных вычислений.
Связи по покрытию
Горизонтальные связи в плоскости верхних (сжатых) поясов ферм обязательны во всех случаях. Они состоят из раскосов и сто-ек, образующих совместно с поясами стропильных ферм горизон-тальные связевые фермы с крестовой решеткой. Горизонтальные связи располагают между крайними парами ферм в торцах здания (или в торцах температурного отсека), но не реже, чем через 60 м.
Для связи между верхними поясами промежуточных стропиль-ных ферм ставят специальные распорки над опорами и у коньково-го узла при пролете ферм до 30 м; при больших пролетах добавля-ют промежуточные распорки для того, чтобы расстояние между ними не превышало 12 м. Горизонтальные связи по верхним по-ясам ферм обеспечивают устойчивость сжатых поясов из плоско-сти фермы во время монтажа: в этот период расчетная длина таких поясов равна расстоянию между распорками. В процессе эксплуа-тации здания смещению верхних узлов из плоскости фермы пре-пятствуют ребра кровельных плит или прогоны, но только при ус-ловии, что они закреплены от продольных смещений связями, рас-положенными в плоскости кровли.
Горизонтальные связи по нижним поясам ферм устанавливают в зданиях с крановым оборудованием.
Они состоят из поперечных и продольных связевых ферм и рас-порок. В зданиях с кранами легкого и среднего режима работы час-то ограничиваются только поперечными связевыми фермами, рас-полагаемыми между нижними поясами соседних ферм по торцам здания (или температурного отсека). Если длина здания или отсека велика, то устанавливают дополнительную поперечную связевую ферму, чтобы расстояние между такими фермами не превышало 60 м. Ширину продольной связевой фермы обычно принимают рав-ной опорной панели нижнего пояса стропильной фермы.
Горизонтальные связевые фермы воспринимают горизонталь-ные нагрузки от ветра и торможения (поперечного и продольного) кранов.
Стропильные фермы обладают незначительной боковой жест-костью, поэтому процесс монтажа без их предварительного взаим-ного раскрепления невозможен. Эту функцию выполняют верти-кальные связи между фермами, располагающиеся в плоскости опор-ных стоек ферм и в плоскости средних стоек (в фермах пролетом до 30 м) или стоек, ближайших к коньковому узлу, но не реже, чем че-, рез 12 м. Чаще всего вертикальные связи проектируют с крестовой решеткой, но при шаге ферм 12 м может быть применена и тре-угольная решетка. Средние стойки стропильных ферм, к которым прикрепляют вертикальные связи, проектируют крестового сечения.
Виды каркасов
Каркас представляет собой систему, образованную элементами, расположенными в трех направлениях, — это вертикальные колонны, поперечные фермы или балки и продольные балки. По типу опоры могут быть шарнирно-подвижные, шарнирно-неподвижные и защемляющие. Опора является также пространственной конструкцией, выступающей частью системы.
По типу соединения этих элементов каркасы делятся на следующие виды:
- рамный. Жесткое соединение конструктивных узлов создает устойчивую пространственную систему, которая может противостоять любым нагрузкам;
- рамно-связевый. Этот каркас также имеет жесткие узлы, но помимо прочего геометрическая неизменяемость обеспечивается и диагональными связями, на которые передается часть усилий. В таком каркасе перемещения ограничены;
- связевый. Сопряжение вертикально и горизонтально ориентированных элементов может быть и жестким, и шарнирным. Все усилия передаются на жесткую диафрагму.
У каждого типа каркасов есть свои возможности и ограничения. В связевых каркасах связи располагаются на расстоянии, не превышающем 48 метров для сборного железобетона и 54 для монолита. Такую систему мы часто видим в общественных зданиях и высотных зданиях. Если объект имеет высоту боле 250 метров, то применяется система типа труба в трубе, где центральная труба работает как несущий ствол.
Помимо перечисленных систем может использоваться и их комбинация.
Определение 1
Жесткое защемление – это тип крепления элемента в опоре, при котором исключены любые угловые перемещения. По типу заделка может быть жесткой, скользящей и бискользящей.
Рисунок 1. Вертикальные связи между колоннами в каркасе промышленного здания. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Связи в каркасе
При проектировании каркаса важно обеспечить геометрическую неизменяемость системы. Достигается неизменяемость введением связей
Работу каркасе легко можно проиллюстрировать даже на небольшом макете, собранном из спичек. Склеим поперечные рамы и установим их в пенопластовое основание, между спичечными рамами положим условные спичечные продольные подкрановые балки, которые свяжут наш каркас в единое целое. Перед нами модель каркаса будущего здания. Мы можем прилагать вертикальные усилия в узлах, точечно и в виде распределенной нагрузки, может применять продольные и поперечные усилия и наблюдать как будет реагировать система.
При приложении достаточно большой продольной нагрузки к одной из крайних рам, можно наблюдать, как каркас начнет терять заданные геометрические характеристики, расстояние между поперечными рамами сократится, и вся система может потерять устойчивость
Эта иллюстрация того, насколько важно учитывать системность работы всех элементов и направление работы. Поперечные рамы жесткие и прекрасно обеспечивают неизменяемость в поперечном направлении, но без диска покрытия и достаточного количества продольных связей система геометрически изменяема
На нашем примере небольшое усилие сместило поперечные рамы друг к другу, в реальной жизни такое смещение может вызвать даже ветер.
Но все элементы системы находятся на своих местах, нам не требуются дополнительные колонны, фермы или балки, каждый элемент выполняет свою работу. Чтобы обеспечить неизменяемость мы вводим систему дополнительные элементы, которые называются связи.
Связи нужны для того чтобы:
- обеспечить геометрическую неизменяемость каркаса;
- обеспечить необходимую несущую способность каркаса в продольном направлении;
- воспринимать нагрузки, приходящиеся в торец здания и от торможения моста крана;
- повысить устойчивость колонн.
Рисунок 1. Схема несущих элементов каркаса. Между колоннами выполнена связь. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Связи располагают между колоннами, но не в каждом шаге. Как правило, размещают до трех связей, обеспечивающих жесткость и неизменяемость во всех направлениях.
Определение 1
Портальная связь – это связь, которая имеет решетку в форме портала, что с одной стороны не препятствует ее задачам, а с другой оставляет возможность для перемещения между блоками.