Расчет и конструктивное оформление баз с траверсой и консольными ребрами

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

Рис. К расчету базы колонны

Требуемая площадь плиты

, (1)

где N – расчетная нагрузка на колонну;

R_pb – расчетное сопротивление сжатию материала фундамента (бетона).

Размеры плиты В и L определяются в пределах требуемой нагрузки по конструктивным соображениям в зависимости от размещения ветвей 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, с пиками в местах передачи нагрузки. 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 и базы колонны (ветви траверсы, диафрагмы, ребра и т. п.).

В соответствии с конструкцией базы плита может иметь участки, опертые на четыре канта - контур 1, на три канта – 2,на два канта - 3и консольные – 4 на рис.

Наибольшие изгибающие моменты, действующие на полосе шириной 1 см, в пластинках, опертых на 3 или 4 канта, определяют по формулам:

при опирании на три канта

, (2)

при опирании на четыре канта

, (3)

где q - расчетное давление на 1 см² плиты, равное напряжению на фундамент.

α и β - коэффициенты, зависящие соответственно от отношения более длинной стороны b к более короткой а и от отношения закрепленной стороны пластинки b₁к свободной а₁. Разме­ры а и b берутся между кромками ветвей траверсы или ребер.

При отношении сторон расчетный момент определяется как для однопролетной балочной плиты по формуле

. (4)

При отношении сторон плита рассчитывается как консоль.

При опирании плиты на два канта, сходящихся под углом, для по­вышения запаса прочности можно пользоваться формулой (3). Для этой цели следует принимать размер а₁ по диагонали между кантами, размер b₁ равным расстоянию от вершины угла до диагонали (рис.).

Изгибающий момент на консольном участке плиты определяется по
формуле

. (5)

По наибольшему из найденных для различных участков плиты из­гибающих моментов определяется момент сопротивления плиты шири­ной 1см , а по нему требуемая толщина плиты:

. (6)

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 выравнить величины моментов, что должно привести к облегчению базы.

Усилие стержня колонны передается на траверсу через сварные швы, длина которых и определяет высоту траверсы.

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

. (7)

Высота углового шва принимается не более 1 - 1,2 толщины ветви тра­версы, которая из конструктивных соображений устанавливается равной 10 - 16 мм. Высоту траверсы следует принимать не больше 85 ∙ k_f.

Швы, прикрепляющие ветви траверсы к опорной плите, рассчиты­вают на полное усилие, действующее в колонне.

14.5.Связи

Связи - это важные элементы стального каркаса, которые необхо­димы для:

· обеспечения неизменяемости пространственной системы каркаса и устойчивости его сжатых элементов;

· восприятия и передачи на фундаменты некоторых нагрузок (ветро­вых, горизонтальных от кранов);

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

· создания жесткости каркаса, необходимой для обеспечения нормаль­ных условий эксплуатации;

· обеспечения условий высококачественного и удобного монтажа.

Связи подразделяются на связи между колоннами и связи между фермами (связи шатровые).

Связи между колоннами

Система связей между колоннами предназначены для обеспечения во время эксплуата­ции и монтажа геометрическую неизменяемость каркаса и его несущую способность в продольном направлении (воспринимая при этом неко­торые нагрузки), а также устойчивость колонн из плоскости попереч­ных рам. Для этого необходимы хотя бы один вертикаль­ный жесткий диск по длине температурного блока и система продоль­ных элементов, прикрепляющих колонны, не входящие в жесткий диск, к последнему. В жесткие диски (рис.) включены две колонны, под­крановая балка, горизонтальные распорки и решетка, обеспечивающая при шарнирном соединении всех элементов диска геометрическую неиз­меняемость. Решетка чаще проектируется крестовой (рис. а), элементы которой работают на растяжение при любом направлении сил, передаваемых на диск, и треугольной (рис. б), элементы которой работают на растяжение и сжатие. Схема решетки выбирается так, чтобы ее элементы было удобно крепить к колоннам (углы между вертикалью и элементами решетки близки к 45°). При больших шагах колонн в нижней части колонны целесообразно устройство диска в виде двухшарнирной решетчатой рамы, а в верхней - использование подстро­пильной фермы (рис. в). Распорки и решетка при малых высо­тах сечения колонн (например, в верхней части) располагаются в одной плоскости, а при больших высотах (нижняя часть колонны) - в двух плоскостях. На связевые диски передаются крутящие моменты, и по­этому при расположении вертикальных связей в двух плоскостях они соединяются горизонтальными решетчатыми связями.

При размещении жестких дисков (связевых блоков) вдоль здания нужно учитывать возможность перемещений колонн при температурных деформациях продольных элементов (рис. а). Если поставить дис­кипо торцам здания (рис. б), то во всех продольных элементах (подкрановые конструкции, подстропильные фермы, распорки связей) возникают значительные температурные усилия. Поэтому при небольшой длине здания (температурного блока) ста­вится вертикальная связь в одной панели (рис. а).

Рис. Схемы конструкций жестких дисков связей между колоннами

Рис. Расположение связей между колоннами

а - в коротких зданиях (или температурных отсеках); б - в длинных; 1-колонны; 2 - распорки; 3 - ось температурного шва; 4 - подкрановые балки

При большой длине здания (или блока) для колонн в торцах возрастают неупругие перемещения за счет податливости креплений продольных элементов к колоннам. Расстояние от торца до диска ограничивается с целью за­крепления колонн, расположенных близко к торцу, от потери устойчи­вости. В этих случаях вертикальные связи ставятся в двух панелях (рис. б), причем расстояния между их осями должно быть таким, чтобы температурные усилия не были очень велики. Предельные расстояния между дисками зависят от возможных перепадов температур (разных для отап­ливаемых и неотапливаемых зданий, строящихся в районах с разнымирасчетными зимними температурами) и установлены нормами.

По торцам здания крайние колонны иногда соединяют между собой гибкими верхними связями (рис. а). Вследствие относительно ма­лой жесткости надкрановой части колонны расположение верхних свя­зей в торцовых панелях лишь незначительно сказывается на темпера­турных напряжениях. Верхние торцовые связи также делают в виде крестов (рис. б), что целесообразно с точки зрения монтажных ус­ловий и однотипности решений.

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.

Таблица - Предельные размеры между вертикальными связями, м

Примечание. Размеры в скобках даны для зданий, эксплуатируемых при расчетных зимних температурах наружного воздуха от —40 до —65 ⁰С.

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

Связи по покрытию

Связи между фермами, создавая общую пространственную жесткость каркаса, обеспечивают: устойчивость сжатых элементов ригеля из плоскости ферм; перераспределение местных нагрузок (например, крано­вых), приложенных к одной из рам, на соседние рамы; удобство мон­тажа; заданную геометрию каркаса; восприятие и передачу на колонны некоторых нагрузок. Система связей покрытия состоит из горизонтальных и вертикаль­ных связей. Горизонтальные связи располагаются в плоскостях нижне­го, верхнего поясов ферм и верхнего пояса фонаря. Горизонтальные свя­зи состоят из поперечных и продольных.

Рис. Связи между колоннами и расчетные схемы колонн из плоскости рам

Рис. Работа связей между колоннами при воздействии

а - ветровой нагрузки на торец здания; б - мостовых кранов

Рис. Связи между фермами

а - по верхним поясам ферм; б - по нижним поясам ферм; в - вертикальные; 1 - распорка в коньке; 2 - поперечные связевые фермы; 3 - про­дольная связевая ферма; 4 - растяжка по ниж­нему поясу; 5 - вертикальные связи

Рис. Связи между фонарями

Для закрепления плит и прогонов от продольных смещений устраи­ваются поперечные связи по верхним поясам ферм, которые целесообразно располагать в торцах цеха с тем, чтобы они (вместе с поперечны­ми горизонтальными связями по нижним поясам ферм и вертикальны­ми связями) обеспечивали пространственную жесткость покрытия. При большой длине здания или температурного блока (более 144 м) уста­навливаются дополнительные поперечные связевые фермы. Это умень­шает поперечные перемещения поясов ферм, возникающие вследствие податливости связей.

Необходимо обращать особое внимание на завязку узлов ферм в пре­делах фонаря, где нет кровельного настила. Здесь для раскрепления узлов верхнего пояса ферм из их плоскости предусматриваются распор­ки

В зданиях с мостовыми кранами необходимо обеспечить горизонталь­ную жесткость каркаса как поперек, так и вдоль здания. При работе мостовых кранов возникают усилия, вызывающие поперечные и про­дольные деформации каркаса цеха. Если поперечная жесткость карка­са недостаточна, краны при движении могут заклиниваться, и наруша­ется нормальная их эксплуатация. Чрезмерные колебания каркаса соз­дают неблагоприятные условия для работы кранов и сохранности ог­раждающих конструкций. Поэтому в однопролетных зданиях большой высоты (Н₀ >18 м), в зданиях с мостовыми кранами грузоподъемно­стью ³ 10 т, с кранами тяжелого и весьма тяжелого режимов работы при любой грузоподъемности обязательна система связей по нижним поясам ферм.

Горизонтальные силы от мостовых кранов воздействуют в попереч­ном направлении на одну плоскую раму или две-три смежные. Связи обеспечивают совместную работу системы плоских рам, вследствие че­го поперечные деформации каркаса от действия сосредоточенной силы значительно уменьшаются. Жесткость этих связей долж­на быть достаточной для того, чтобы вовлечь в работу соседние рамы, и их ширина обычно назначается равной длине первой панели нижнего пояса фермы.

Прилегающие к опорам панели нижнего пояса ферм, особенно при жестком сопряжении ригеля с колонной, могут быть сжатыми, и в этом случае продольные связи обеспечивают устойчивость нижнего пояса из плоскости ферм.

Поперечные связи закрепляют продольные, а в торцах здания они необходимы и для восприятия ветровой нагрузки, направленной на то­рец здания.

Рис. Схемы систем связей по покрытию

Вертикальные связи вместе с поперечными связевыми фермами по верхним и нижним поясам обеспечивают создание жестких простран­ственных блоков у торцов здания. К этим блокам распорками и растяж­ками привязывают промежуточные фермы.