ОДНОПОЯСНЫЕ СИСТЕМЫ С ЖЕСТКИМИ ВАНТАМИ В таких покрытиях гнутые двутавры — жесткие ванты, прикрепленные концами к наклонным пилонам, — работают под действием нагрузки на растяжение с изгибом, причем при действии равномерной нагрузки доля изгиба в напряжениях невелика. При действии неравномерной нагрузки жесткие ванты начинают сильно сопротивляться местному изгибу, чем значительно уменьшают деформативность всего покрытия.

ДВУХПОЯСНЫЕ СИСТЕМЫ Две системы вант в покрытиях подобного типа (рис. 19.3,а): несущих, имеющих выгиб вниз, и стабилизирующих, имеющих выгиб вверх,— делают эту систему мгновенно-жесткой, способной восприни-

мать нагрузки, действующие в двух различных направлениях (собственный вес покрытия и снег, действующие вниз, вызывают в несущей нити растяжение, а в стабилизирующей — сжатие и отсос ветра, действующий вверх, вызывает в нитях усилия обратного знака) независимо от жесткости кровли. Поэтому в большинстве покрытий данного типаприменялась легкая кровля (обычно

щитовая из оцинкованных металлических листов с утеплителем и гидроизоляцией).

СЕДЛОВИДНЫЕ НАПРЯЖЕННЫЕ СЕТКИ Сетка покрытия, имеющая выгнутые вниз несущие и выгнутые вверх стабилизирующие тросы, принимается по поверхности двоякой кривизны (чаще всего по поверхности гиперболического параболоида); такая форма поверхности позволяет предварительно напрягать сетку.

МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ОБОЛОЧКИ-МЕМБРАНЫ Главным преимуществом этих систем являются совмещение несущей и ограждающей функций и индустриальность изготовления. Утеплитель и гидроизоляцию кровли в них укладывают непосредственно на несущую оболочку, не применяя кровельных плит.

43.В зависимости от планировки помещений и высоты здания применяются три типа несущих систем многоэтажных зданий: каркасные, бескаркасные (в виде пластинок или оболочек) и смешанные.

Наиболее распространенными являются каркасные системы, которые

подразделяются на связевые, рамные и рамно-связевые.

Связевые системы проектируют в виде вертикальных связей, расположенных на некотором расстоянии одна от другой и соединенных между собой горизонтальными жесткими дисками (рис. 20.2, а), рамные системы — в виде рамных конструкций, расположенных по каждому ряду колонн, также связанных горизонтальными дисками (рис. 20.2,6).

В первом случае горизонтальная жесткость каркаса обеспечивается системой вертикальных и горизонтальных дисков, принимающих на себя всю ветровую нагрузку. Остальные элементы каркаса — колонны и балки, не входящие в систему дисков, конструируются как обычная балочная система с шарнирным сопряжением в узлах; они воспринимают ишь вертикальную нагрузку.

Во втором случае горизонтальная жесткость каркаса обеспечивается рамными системами, расположенными по каждому ряду колонн с жесткими сопряжениями балок с колоннами.

Рамно-связевые системы имеют вертикальные связи, воспринимающие горизонтальные нагрузки совместно с рамами, расположенными в одной или разных плоскостях со связями.

36.По условиям производства работ возможно усиление под нагрузкой с частичной разгрузкой и с частичным демонтажем конструкции. Наиболее выгодно (но не всегда возможно) усиление под нагрузкой, которое обеспечивает наименьшие трудности для производства, размещенного в здании.

По конструктивному признаку способы усиления можно подразделить на три вида:

• усиление с изменением статической схемы или мест передачи нагрузок;

• усиление с изменением сечения элементов и

• комбинированный метод, при котором изменяется статическая схема и увеличиваются сечения отдельных элементов.

При выборе способа изменения статической схемы каркаса или его

элементов требуется тщательный анализ вариантов.

38.Большие пролеты, перекрываемые металлическими конструкциями,

применяются в зданиях общественного и специального назначения и

производственных зданиях. Системы, перекрывающие большие пролеты, проектируют, как правило, однопролетными, что вытекает из основного эксплуатационного требования — отсутствия промежуточных опор.

Различия в назначении большепролетных сооружений, условиях их эксплуатации и предъявляемых к ним архитектурных требованиях определяют применение весьма разнообразных конструктивных решений — балочных, рамных, арочных, пространственных и висячих — вантовых.

Балочные

и рамные

системы чаще используются в большепролетных перекрытиях зданий с прямоугольным планом. Арочные системы имеют преимущества в архитектурном

отношении: они экономичны при пролетах 80 м и более

Наиболее экономичны по затрате металла пространственные системы в виде

сетчатых или сплошных оболочек и складок, плоских структурных конструкций, куполов или шатров — при круглом или многоугольном плане здания.

Конструкции висячих систем, в которых основными несущими элементами являются ванты из высокопрочных материалов, работающих на растяжение (стальные канаты, пучки высокопрочной проволоки и т. п.), получаются наиболее легкими, что является их существенным преимуществом. Они просты в изготовлении и монтаже. В основном большепролетные перекрытия имеют прямоугольное очертание в плане. Однако здания общественного назначения могут иметь также прямоугольную, круглую или овальную форму.

39.В пространственных системах связи усиливаются и привлекаются к распределению усилий и передаче их на опоры. В результате этого основные несущие элементы облегчаются, структура всей конструкции меняется. Приложенная к пространственной конструкции нагрузка передается в двух направлениях; пространственная конструкция обычно получается легче плоскостной. Пространственные конструкции могут быть плоскими (плиты) и

криволинейными (оболочки).

Плоские пространственные системы (исключая висячие) для обеспечения необходимой жесткости должны быть двухслойными. Оболочки могут быть и однослойными, и двухслойными. Однослойные конструкции имеют

криволинейную сетчатую поверхность и называются односетчатыми. Двухслойные конструкции имеют две параллельные сетчатые поверхности, соединенные между собой жесткими, также решетчатыми связями; они получили название двухсетчатых.

В пространственных сетчатых конструкциях принцип концентрации материала заменен принципом многосвязности системы, вследствие чего конструктивная

форма пространственных систем существенно отличается от обычных плоскостных.

Структурная конструкция представляет собой многократно статически неопределимую систему. Точный расчет структурной конструкции сложен и выполняется с помощью ЭВМ. При упрощенном подходе конструкция рассматривается как ортотропная пластинка с упругими характеристиками и граничными условиями, соответствующими стержневой конструкции.

При такой расчетной схеме учитываются действия как изгибающих, так и крутящих моментов. При упрощенном подходе структуры рассчитывают как изотропные плиты или как системы перекрестных ферм (при квадратных ячейках

сеток поясов) без учета крутящих моментов. Величины моментов и поперечных сил определяют по таблицам для расчета плит. Получив из расчета плиты величины расчетных усилий, можно перейти к расчетным усилиям в стержнях по формулам:

для схемы по рис. 18.2, а:

Прогибы также вычисляют по таблицам для изотропных плит и перекрестных ферм. При этом для схемы по рис. 18.2,а цилиндрическая жесткость D = 0,37 К, для схемы по рис. 18.2,б D = 0,4 К, для схемы по рис. 18.2, в D = 0,46 К,

Этот метод расчета дает запас прочности. Наиболее эффективно структуры работают на сосредоточенные нагрузки, и чем больше влияние на величину усилий сосредоточенных нагрузок по сравнению с равномерно распределенной, тем рациональнее по расходу стали применение структурной системы.

40.Висячими называют покрытия, в которых основные элементы пролетной несущей конструкции работают на растяжение. В растянутых элементах наиболее полно используются высокопрочные материалы, поскольку их несущая способность определяется прочностью, а не устойчивостью. Во многих покрытиях несущая конструкция выполнена из стальных канатов-тросов, свитых из высокопрочной проволоки (σв = 1200..2400 МПа). Работа на растяжение, позволяющая полностью использовать всю площадь сечения ванта, и высокая прочность материала приводят к тому, что масса несущей конструкции относительно мала, а следовательно, эффективность применения висячих конструкций возрастает с увеличением пролета.

Ряд висячих покрытий выполнен в виде стальных оболочек-мембран, работа

которых на растяжение в двух направлениях делает их также малометаллоемкими.

ОДНОПОЯСНЫЕ СИСТЕМЫ С ГИБКИМИ ВАНТАМИ представляют собой предварительно напряженные железобетонные оболочки, работающие на растяжение. Напряженной арматурой в них является система из гибких вант, на которые во время монтажа укладывают сборные железобетонные плиты.

31.Решетчатые системы экономически целесообразны для подкрановых балок пролетом свыше 12 м под краны небольшой грузоподъемности (Q<30 т) легкого и среднего режимов работы. Подкрановые фермы проектируют обычно с параллельными поясами и треугольной решеткой с дополнительными стойками.

Высоту ферм h_ф принимают в пределах 1/6—1/8 пролета (с учетом предельного железнодорожного габарита). Длину панели назначают приблизительно равной высоте, но не более 3 м, с тем чтобы верхний пояс можно было выполнить из широкополочного двутавра. Поскольку верхний пояс дополнительно воспринимает местный момент от внеузловой передачи нагрузки от колеса крана, высоту его сечения следует брать не менее 1/5—1/7 длины панели d.

Решетку подкрановых ферм центрируют, как правило, на нижнюю кромку верхнего пояса, что упрощает конструкцию узла крепления решетки к поясу и несколько его разгружает. Решетку ферм выполняют из спаренных уголков, нижний пояс — из тавров или спаренных уголков. Фасонки ферм принимают толщиной не менее 10 мм и приваривают к верхнему поясу с проваром на всю толщину. Для снижения концентрации напряжений концы швов должны быть зачищены для обеспечения плавного перехода от фасонки к поясу.

В узлах примыкания решетки к верхнему поясу стенку пояса следует укреплять ребрами жесткости.

Верхний пояс фермы работает на сжатие с изгибом в двух плоскостях. Решающей является проверка устойчивости, которую можно произвести по приближенным формулам:

32. Подкраново-подстропильные фермы (ППФ) целесообразно применять при больших пролетах (24 м и более) и тяжелых кранах. ППФ воспринимает нагрузку от кранов и одновременно является опорой для стропильных ферм, совмещая таким образом функции подкрановых балок и подстропильной фермы. Благодаря возможности развития высоты ППФ вверх, а также использованию принципов совмещения функций и концентрации материала ППФ экономичнее по затрате стали, чем подкрановая балка и ППФ, выполненные раздельно. Кроме того, балки пролетом 36 м и более имеют высоту, превышающую 3,9 м, и требуют устройства продольного монтажного стыка в стенке, что усложняет монтаж. Высота ППФ (в осях) Нф принимается в пределах (1/6…1/8, высота h жесткого нижнего пояса— (1/5…1/7) d (d — наибольшая длина панели). Длина панели из условия опирания стропильных ферм принимается кратной 6 м. Нижний пояс ППФ, по которому перемещаются мостовые краны, работает кроме растяжения и изгиба еще и на кручение, поэтому его проектируют сварного коробчатого сечения, остальные

элементы решетки принимают из широкополочных или сварных двутавров. В узлах фермы коробчатый нижний пояс укрепляют сплошными диафрагмами, между узлами фермы также ставят сплошные или сквозные диафрагмы на расстоянии 1,2...1,5) h, но не реже чем через 4 м.

34.В узлах опирания подкрановых балок на колонны происходит передача больших вертикальных и горизонтальных усилий. Вертикальное давление разрезных подкрановых балок передается на колонну обычно через выступающий фрезерованный торец опорного ребра.

Рассчитывают и конструируют опорное ребро так же, как и

у обычных балок.

В неразрезных балках вертикальное давление передается через

опорные ребра, пристроганные к нижнему поясу, а между поясом и опорной плитой колонны ставят прокладку.

В неразрезных подкрановых балках на опоре смежного, незагруженного пролета возникает отрицательная (направленная вниз) реакция. Анкерные болты, прикрепляющие балку к колонне, должны быть рассчитаны на это усилие. Для восприятия горизонтальных поперечных воздействий кранов устанавливают дополнительные элементы крепления балок к колоннам.

Эти элементы рассчитывают на горизонтальное усилие Н:

При наличии нескольких элементов крепления (например, стержней и накладок крепления тормозных конструкций к колонне) горизонтальное давление Fт распределяется между ними пропорционально жесткостям. В запас несущей

способности можно каждый элемент крепления рассчитывать на полное давление Fт.

Изгибающий момент в элементе крепления, возникающий от перемещений, определяется как в балке с защемленными концами

От перекоса опорного ребра балки на крепление передается также дополнительное горизонтальное усилие Н_е (см. рис. 15.18, г), возникающее за счет смещения равнодействующей опорного давления F_R с оси балки:

По экспериментальным исследованиям величину е можно принять равной 1/6 ширины опорного ребра b.

В зданиях с большим перепадом температур при расчете элементов крепления следует также учитывать усилия, возникающие от температурных воздействий, или

проектировать крепления, обеспечивающие свободу перемещений (например, с передачей усилий через упорные элементы).

35.При реконструкции промышленных предприятий возникает необходимость оценить состояние несущих и ограждающих конструкций, выявить возможность их эксплуатации, а в ряде случаев запроектировать усиление отдельных элементов или конструкций каркаса. Все работы при этом можно подразделить на три основных этапа:

• обследование существующих конструкций, выявление резервов несущей способности каркаса и необходимости его усиления;

• выбор способа усиления, расчет и конструирование усиленной конструкции;

• производство работ по усилению конструкций.