Система связей в покрытиях производственных зданий

Связи в покрытиях предназначены для обеспечения пространственной жесткости, устойчивости и неизменяемости каркаса здания, для восприятия горизонтальных ветровых нагрузок, действующих на торцы здания и фонари, горизонтальных тормозных усилий от мостовых опорных и подвесных кранов и передачи их на элементы каркаса.

Связи подразделяются на горизонтальные (продольные и поперечные) и вертикальные . Система связей зависит от высоты здания, величины пролета, шага колонн, наличия мостовых кранов и их грузоподъемности. Кроме того, конструкция всех видов связей, необходимость их установки, местоположение в покрытии определяется расчетом в каждом конкретном случае и зависит от вида несущих конструкций покрытия.

В данном разделе рассмотрены примеры устройства системы связей в покрытиях с плоскостными несущими конструкциями из металла, железобетона и дерева.

Связи в покрытиях с металлическими плоскостными несущими конструкциями

Система связей в покрытиях зданийс металлическимифермами зависит от типа ферм, шага стропильных конструкций, условий района строительства и других факторов. Она состоит из горизонтальных связей в плоскости верхних и нижних поясов стропильных ферм и вертикальных связей между фермами.

Горизонтальные связи по верхним поясам стропильных ферм чаще всего предусматривают только при наличии фонарей и располагают в подфонарном пространстве.

Горизонтальные связи в плоскости нижних поясов стропильных ферм предусмотрены двух типов. Связи первого типа состоят из поперечных и продольных связевых ферм, распорок и растяжек. Связи второго типа состоят только из поперечных связевых ферм, распорок и растяжек.

Поперечные связевые фермы располагают в торцах температурного отсека здания. При длине температурного отсека более 96 м устанавливают промежуточные поперечные связевые фермы через каждые 42-60 м.

Продольные горизонтальные связевые фермы по нижним поясам стропильных ферм для связей первого типа располагают в одно-, двух - и трехпролетных зданиях вдоль крайних рядов колонн. В зданиях с количеством пролетов более трех продольные связевые фермы располагают также и вдоль средних рядов колонн с таким расчетом, чтобы расстояние между смежными связевыми фермами не превышало двух-трех пролетов.

Связи первого типа являются обязательными в зданиях:

а) с мостовыми опорными кранами, требующими устройства галерей для прохода вдоль крановых путей;

б) с подстропильными фермами;

в) с расчетной сейсмичностью 7 - 9 баллов;

г) с отметкой низа стропильных конструкций более 24 м, (для однопролетных зданий - более 18 м);

д) в зданиях с кровлей по железобетонным плитам, оборудованных мостовыми опорными кранами общего назначения грузоподъемностью более 50 т при шаге ферм 6 м и грузоподъемностью более 20 т при шаге ферм 12 м;

е) в зданиях с кровлей по стальному профилированному настилу –

в одно - и двухпролетных зданиях, оборудованных мостовыми опорными кранами грузоподъемностью более 16 т и в зданиях с количеством пролетов более двух с мостовыми опорными кранами грузоподъемностью более 20 т.

В остальных случаях должны применяться связи второго типа , при этом при шаге стропильных ферм 12 м и наличии стоек продольного фахверка вдоль колонн крайних рядов следует предусматривать продольные связевые фермы.

Вертикальные связи располагают в местах размещения поперечных связевых ферм по нижним поясам стропильных ферм на расстоянии 6 (12) м друг от друга.

Монтажные крепления связей к конструкциям покрытия принимаются на болтах или на сварке в зависимости от величины силовых воздействий. Элементы связей разработаны из горячекатаных и гнутосварных профилей.

На рисунках 5.2.1 – 5.2.10 приведены схемы расположения связей в покрытии с фермами из парных уголков. Связи в покрытиях с применением широкополочных тавров, широкополочных двутавров и круглых труб решаются аналогично. Конструктивное решение вертикальных связей пролетом 6 и 12 м приведены на рисунке 5.2.11, 5.2.12

Связи в покрытии с фермами из замкнутых гнутосварных профилей типа «Молодечно» приведены на рисунках 5.2.13 - 5.2.16.

За основу неизменяемости покрытия в горизонтальной плоскости принят сплошной диск, образованный профилированным настилом, закрепленным по верхним поясам ферм. Настил развязывает верхние пояса ферм из плоскости по всей длине и воспринимает все горизонтальные силы, передающиеся на покрытие.

Нижние пояса ферм развязаны из плоскости вертикальными связями и распорками, которые передают все усилия с нижнего пояса ферм на верхний диск покрытия. Вертикальные связи устанавливаются через 42 – 60 м по длине температурного отсека.

В зданиях с конструкциями покрытия типа «Молодечно» с уклоном верхнего пояса 10% расположение вертикальных связей и распорок аналогично приведенному на рисунках 5.2.14 - 5.2.16. Вертикальная связь в этом случае выполняется V-образной пролетом 6 м (рис. 5.2.11).

Рис.5.2.5. Схемы расположения вертикальных связей в покрытиях

с применением профилированного настила

(разрезы обозначены на рис. 5.2.1, 5.2.2)

Рис.5.2.8. Схема расположения вертикальных связей в покрытиях с применением железобетонных плит

Усилия от ветровой нагрузки, действующей на наружные стены, собираются в плоскостях перекрытий и покрытия и далее передаются к вертикальным элементам несущего каркаса. В большинстве случаев несущие конструкции перекрытий и покрытия образуют жесткие диски, способные передавать ветровые нагрузки с наружных стен на каркас здания. В противном случае требуется устройство специальных горизонтальных связей. В многоэтажных зданиях горизонтальные связи достаточно иметь в плоскости каждого второго или третьего перекрытия. Несущая способность колонн в большинстве случаев достаточна для восприятия ветровой нагрузки с грузовой площади высотой два-три этажа.

Плиты перекрытий могут выполнять функции горизонтальных ветровых связей только после того, как они приобретут требуемую прочность после бетонирования, поэтому на период монтажа каркаса необходимы временные связи, которые позднее могут быть сняты.

Ветровые связи необходимы не по всей площади покрытия или междуэтажного перекрытия, а размещение их должно быть таким, чтобы была обеспечена передача горизонтальных усилий на вертикальные связи.

1. Вертикальные связи расположены вокруг лестничной клетки в трех плоскостях. Горизонтальная связевая ферма в продольном направлении здания образована постановкой раскосов между рандбалками и поясом параллельно наружной стене. Поперечная горизонтальная связевая ферма образована между двумя балками перекрытия, служащими ее поясами.

2. Вертикальные связи в плоскостях торцовых стен и между двумя внутренними колоннами. Горизонтальная связевая ферма в продольном направлении здания образована между рандбалками и прогонами, идущими в плоскости вертикальных связей. Поясами поперечной связевой фермы служат две балки перекрытия.

3. Вертикальные связи в плоскостях торцовых стен и между двумя внутренними колоннами. Горизонтальная связевая ферма в продольном направлении здания образована между двумя рядами внутренних колонн (удачное решение при планировке центрально расположенного коридора).

Поперечная горизонтальная связевая ферма образована между двумя средними рядами балок перекрытия.

4. Горизонтальные связи в плоскости верхних поясов балок перекрытия и рандбалки Раскосы из уголков. Фасонка и головки болтов могут мешать укладке гофрированных листов настила.

5. Связи установлены в плоскости нижнего пояса балки перекрытия.

6. Крепление раскосов из уголков в узле примыкания рандбалки и балки перекрытия к колонне.

7. При отсутствии продольной балки, являющейся одновременно поясом связевой фермы, необходим дополнительный элемент (здесь один швеллер).

8. Крепление пересекающихся связевых стержней к балке перекрытия.

9. Если балки перекрытия лежат на прогонах, то наилучшим решением будет размещение связей в плоскости нижних поясов балок.

Чтобы обеспечить пространственную устойчивость металлических сооружений, используются специальные стальные элементы - вертикальные связи между колоннами. Производственное объединение «Ремстроймаш» предлагает металлоконструкции собственного изготовления для различных производственных и строительных предприятий.

В ассортименте предприятия:

• Стержни.
• Балки.
• Фермы.
• Рамы и прочие системы связей.

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

Разновидности связей металлоконструкций

Изделия отличаются по методам изготовления и сборки:

• Сварные изделия.
• Сборные (болтовые, винтовые).
• Клепаные.
• Комбинированные.

Материалами изготовления связующих металлоконструкций служат черная и нержавеющая стали. Благодаря уникальным техническим характеристикам, изделия из нержавейки не требуют дополнительной обработки против коррозии.

Схемы вертикальных связен:
А крестовая; Б двухъярусная крестовая, В — раскосная наклонная, Г — многоярус¬ная раскосная наклонная

Примеры связей

СВЯЗЕВАЯ КОНСТРУКТИВНАЯ СХЕМА КАРКАСНЫХ ЗДАНИЙ

РАМНО-СВЯЗЕВАЯ КОНСТРУКТИВНАЯ СХЕМА КАРКАСНЫХ ЗДАНИЙ

РАМНАЯ КОНСТРУКТИВНАЯ СХЕМА КАРКАСНЫХ ЗДАНИЙ

Для строительства многоэтажных П. з. применяют главным образом железобетонные каркасы рамного типа, воспринимающие горизонтальные усилия жёсткими узлами рам либо решенные по рамно-связевой схеме с передачей горизонтальных усилий на диафрагмы, стены лестничных клеток и лифтовых шахт. Каркасы многоэтажных П. з., как правило, выполняют сборными или сборно-монолитными с балочными или безбалочными конструкциями междуэтажных перекрытий.

Рамная схема каркасного несущего остова зданий представляет собой систему колонн, ригелей и перекрытий, соединенных в конструктивных узлах в жесткую и устойчивую пространственную систему воспринимающую горизонтальные (ветровые и другие) усилия.Пространственный каркас несущего остова при рамной схеме должен обладать необходимой жесткостью не только в одной плоскости, но и в перпендикулярном направлении, что достигается жестким решением всех узловых стыков вертикальных и горизонтальных элементов конструкций как в продольном, так и в поперечном направлении.

Рамный каркас многоэтажного здания может быть выполнен в монолитном и сборном железобетоне или в стальных конструкциях, которые в целях противопожарной безопасности объекта должны быть обетонированы.

Жесткость и устойчивость каркасного здания обеспечиваются решением его несущего остова по рамной, связевой или рамно-связевой схеме.Рамно-связевая схема(см. рисунок справа) состоит из ряда плоских рам, расположенных в вертикальных плоскостях всех поперечных осей. Рамы обеспечивают поперечную жесткость и устойчивость здания, но ограничивают свободу планировки этажей. Продольная жесткость достигается введением на некоторых участках вертикальных стенок жесткости. Стенки жесткости выполняют из железобетонных панелей. Вставляемых в просветы, ограниченные с двух сторон колоннами, а сверху и снизу ригелями перекрытий. Стенки жесткости устанавливают одну над другой на всю высоту здания. Что в сочетании с жесткими дисками перекрытий образует устойчивый каркасный остов. В ж-б стенках жесткости можно устанавливать проемы для дверей или окон при условии соответствующего усиления отверстия обрамляющим бортом с дополнительным армированием по расчету. Вертикальность поперечных поэтажных рам каркаса обеспечивают продольными стенами жесткости. Жесткие диски междуэтажных перекрытий и покрытий, монтируемых из крупных панелей, фиксируют прямолинейность ригелей по всей их длине и их параллельность друг другу. Жесткость перекрытий обеспечивается соединением связевых и рядовых панелей между собой и ригелями путем сварки закладных деталей и заполнением раствором швов в цельный жесткий диск так же, как в крупнопанельных зданиях. В несущем остове каркасного многоэтажного здания, в котором поперечные стены жесткости размещаются по каждому поперечному ряду колонн, все поперечные рамы не имеют ригелей, а панели перекрытий опираются непосредственно на стены жесткости так же, как в крупнопанельных домах, что частично разгружает колонны от вертикальных нагрузок.

Рамно-связевая схема применяется главным образом при строительстве жилых многоэтажных зданий (гостиничного типа), административных и т.п.

Связевая схема отличается от рамной тем, что в ней конструктивные узлы могут иметь не только неподвижное – жесткое, но и подвижное – шарнирное решение, причем все горизонтальные усилия полностью передаются на систему дополнительных связей жесткости.

Существует три варианта связей жесткости: в виде наклонных(чаще всего диагональных) растяжек с натяжными устройствами (4), жестких косых стержней которые после установки и замоноличивания образуют стенку жесткости (5), сборных стенок или панелей жесткости, монтируемых из ж-б плит, вставляемых между стойками и ригелями каркаса (5) с жестким креплением к ним (на сварке или на болтах) не менее чем в восьми местах – по два крепления на каждой стороне контура панели. В зданиях со связевым каркасом стенки жесткости распологают с интервалами в несколько конструктивных шагов(второй рисунок). Это позволяет при необходимости в каждом этаже выделять большие помещения (с редко стоящими стойками) для научных, проектных организации и др., а также торговых залов универмагов и т. п. Каркасный остов связевого типа имеет широкое применение при строительстве многоэтажных, повышенной этажности, а также высотных жилых и общественных зданий.

Вертикальные связи между стальными колоннами а - связи-распорки; б - крестовые; в - портальные; 1 - ось температурного шва; 2 - связевой блок; 3 - подкрановые балки; 4 - распорки

Связевая схема отличается от рамной тем, что в ней конструктивные узлы могут иметь не только неподвижное – жесткое, но и подвижное – шарнирное решение, причем все горизонтальные усилия полностью передаются на систему дополнительных связей жесткости. Существует три варианта связей жесткости: в виде наклонных(чаще всего диагональных) растяжек с натяжными устройствами (4), жестких косых стержней которые после установки и замоноличивания образуют стенку жесткости (5), сборных стенок или панелей жесткости, монтируемых из ж-б плит, вставляемых между стойками и ригелями каркаса (5) с жестким креплением к ним (на сварке или на болтах) не менее чем в восьми местах – по два крепления на каждой стороне контура панели. В зданиях со связевым каркасом стенки жесткости распологают с интервалами в несколько конструктивных шагов(второй рисунок). Это позволяет при необходимости в каждом этаже выделять большие помещения (с редко стоящими стойками) для научных, проектных организации и др., а также торговых залов универмагов и т. п. Каркасный остов связевого типа имеет широкое применение при строительстве многоэтажных, повышенной этажности, а также высотных жилых и общественных зданий.

В связевом каркасе соединение колонн и ригелей шарнирное, поэтому необходимы вертикальные связи жесткости (крестообразные, портальные и т. п.) или диафрагмы жесткости (специальные железобетонные перегородки). Соединенные между собой плиты перекрытия образуют жесткий горизонтальный элемент здания.

Устойчивость стальных колонн в продольном направлении обеспечивается вертикальными связями между колоннами. Связи располагают по середине здания или температурного отсека. При длине здания или температурного отсека более 120 м между колоннами ставят две системы вертикальных связей.

Вертикальные связи между стальными колоннами а - связи-распорки; б - крестовые; в - портальные; 1 - ось температурного шва; 2 - связевой блок; 3 - подкрановые балки; 4 - распорки

Наиболее простая схема вертикальных связей крестовая. При небольшом шаге, но большой высоте колонн устанавливают две крестовые связи по высоте нижней части колонны. Вертикальные связи ставят по всем рядам здания. При большом шаге колонн средних рядов, а также, чтобы не мешать передаче продукции из пролета в пролет, конструируют портальные связи. Связи между колоннами на уровне опорных частей стропильных ферм в связевом блоке и торцовых шагах проектируют в виде фермы, а осталь-ных местах ставят распорки.

Связи по конструкции покрытия здания для обеспечения пространственной жесткости каркаса располагают:

В плоскости верхних поясов стропильных ферм - поперечные связевые фермы и продольные распорки между ними;

В плоскости нижних поясов стропильных ферм - поперечные и продольные связевые фермы;

Между стропильными фермами в плоскости конька - вертикальные связи;

По фонарям - горизонтальные связи в уровне верхних поясов фонарей и вертикальные связи между фонарями (также как связи между стропильными фермами).

Связи по покрытию: а - по верхним поясам ферм; б - по нижним поясам ферм; в - вертикальные связи между фермами

Выполняют связи из уголков или швеллеров. Крепление связей осуществляется болтами, а иногда заклепками.

8. ОБЪЁМНО-БЛОЧНАЯ КОНСТРУКТИВНАЯ СИСТЕМА ЗДАНИЙ(16)

2.3.2. Связи между колоннами

Назначение связей: 1) создание продольной жесткости каркаса, необходимой для нормальной его эксплуатации; 2) обеспечение устойчивости колонн из плоскости поперечных рам; 3) восприятие ветровой нагрузки, действующей на торцевые стены здания, и продольных инерционных воздействий мостовых кранов.

Связи устанавливают по всем продольным рядам колонн здания. Схемы вертикальных связей между колоннами даны на рис.2.34. Схемы (рис. 2.34, в, г, е ) относятся к зданиям бескрановым или с подвесным крановым оборудованием, все остальные - к зданиям, оборудованным мостовыми опорными кранами.

В зданиях, оборудованных мостовыми опорными кранами, основными являются нижние вертикальные связи. Они в совокупности с двумя колоннами, подкрановыми балками и фундаментами (рис. 2.34 д, ж...л ) образуют геометрически неизменяемые неподвижные в продольном направлении диски. Свобода или стесненность деформации присоединенных к таким дискам других элементов каркаса существенно зависят от количества жестких блоков и их расположения вдоль каркаса. Если вы расположите связевые блоки по торцам температурного отсека (рис. 2.35, а ), то при повышении температуры и отсутствии свободы деформаций ( t 0) возможна потеря устойчивости сжатых элементов. Вот почему вертикальные связи лучше размещать в середине температурного блока (рис. 2.34, а...в , рис. 2.35, б ), обеспечив свободу температурных перемещений по обе стороны от связевого блока (Δ t 0) и исключив появление дополнительных напряжений в продольных элементах каркаса При этом расстояние от торца здания (отсека) до оси ближайшей вертикальной связи и расстояния между связями в одном отсеке не должны превышать значений, приведенных в табл. 1.2.

В надкрановой части колонн вертикальные связи следует предусматривать в торцах температурных блоков и в местах расположения нижних вертикальных связей (см. рис. 2.34 а, в ). Целесообразность установки верхних связей в торцах здания обусловлена, в первую очередь, необходимостью создания кратчайшего пути для передачи ветровой нагрузки R w на торец здания по продольным связевым элементам или подкрановым балкам на фундаменты (рис. 2.36). Эта нарузка равна опорной реакции горизонтальной связевой фермы (см. рис. 2.30) или двух ферм в многопролетных

Рис. 2.35. Влияние схем расположения связевых блоков на развитие температурных деформаций:
a - при расположении связевых блоков по торцам; б - то же, по середине здания

зданиях. Аналогично передаются на фундаменты силы от продольного торможения кранов F кр (рис. 2.36). Расчетную силу продольного торможения принимают от двух кранов одного или смежных пролетов. В длинных зданиях указанные силовые воздействия распределяют поровну на все вертикальные связевые фермы между колоннами в пределах температурного блока.

Конструктивная схема связей зависит от шага колонн и высоты здания. Различные варианты решения связей приведены на рис. 2.34. Самой распространенной является крестовая схема (рис. 2.34, г-и ), так как она обеспечивает наиболее простую и жесткую завязку колонн здания. Количество панелей по высоте назначают в соответствии с рекомендуемым утлом наклона раскосов к горизонтали (α = 35°...55°). При необходимости использования пространства между колоннами, что часто обусловлено технологическим процессом, связи нижнего яруса проектируют портальными (рис. 2.34 к ) или полупортальными (см. рис. 2.34, л ).

Вертикальные связи между колоннами используют также для закрепления в узлах распорок (рис. 2.34 е...и ), если они предусмотрены для уменьшения расчетных длин колонн из плоскостей рам.

В колоннах, имеющих постоянную высоту сечения h ≤ 600 мм, связи располагают в плоскости осей колонн; в ступенчатых колоннах связи выше

Рис. 2.36. Схемы передачи ветровой (с торца здания) и продольной крановой нагрузок:
а, б - здания с мостовыми опорными кранами; в, г - здания с подвесными кранами

тормозной конструкции (верхние вертикальные связи) при h ≤ 600 мм устанавливают по осям колонн, ниже подкрановой балки (нижние вертикальные связи) при h > 600 мм - в плоскости каждой полки или ветви колонны. Узлы связей между колоннами показаны на рис. 2.37.

Крепят связи на болтах грубой или нормальной точности и после выверки колонн могут приваривать к фасовкам. В зданиях с мостовыми кранами групп режимов работы 6К...8К фасонки связей следует обваривать либо выполнять соединения на высокопрочных болтах.

При расчете связей вы можете воспользоваться рекомендациями п.6.5.1 .