Каркасы большепролетных зданий. Область применения и классификация. Балочные, рамные и арочные системы большепролетных зданий.
Каркас здания- это комплекс несущих конструкций, воспринимающий и передающий на фундаменты нагрузки от веса ограждающих конструкций, технологического оборудования, атмосферные нагрузки и воздействия, нагрузки от внутрицехового транспорта (мостовые, подвесные, консольные краны), температурные технологические воздействия и т.п.
Современные производственные здания могут быть:
1. Многоэтажные и одноэтажные,
2. Схемы и конструкции достаточно многообразны.
3. По числу пролетов одноэтажные здания подразделяются на однопролетные и многопролетные (с пролетами одинаковой и разной высоты).
4. По материалу несущих конструкций каркаса - из железобетона, смешанные (т.е. часть конструкций — железобетонные, часть — стальные) и стальные. Выбор материала каркаса является важной технико-экономической задачей.
5. По виду внутрицехового транспорта - на бескрановые, с мостовыми кранами, с подвесными кранами, с подвесными конвейерами. Выбор вида транспорта определяется массой грузов, траекториями их перемещения.
Расчетные схемы рам при расчете на постоянные нагрузки
1 — подстропильная ферма
2 — стропильные фермы
3 — колонны
К временным нагрузки на раму от мостовых кранов:
1 - подкрановые балки; 2 - колонны,
3 - тележка крана; 4 - крановый мест; 5 – груз
Область применения:
- жилые дома;
- общественные здания различного назначения;
- многоэтажные производственные здания.
Основные особенности многоэтажных зданий:
- разделение конструкций на несущие и ограждающие;
- каркасы могут быть железобетонными, стальными и смешанным;
- стальной каркас защищают от пожара и коррозии;
- каркас воспринимает значительные нагрузки:
вертикальные (собственная масса здания, снег, полезные нагрузки помещений),
горизонтальные (ветровые и сейсмические),
температурные воздействия.
- основные конструктивные элементы каркаса - колонны, балки и связи.
Схемы деформирования рамных систем
Конструктивные элементы каркаса:
- Колонны
- Болтовые соединения
- Ригели междуэтажных перекрытий
Классификация
1. Большепролетные покрытия с плоскими несущими конструкциями
1.1 Балочные конструкции
1.2 Рамные конструкции
1.3 Арочные конструкции
2. Пространственные конструкции покрытия
2.1 Плоские сетчатые покрытия (структура)
2.2 Сетчатые цилиндрические оболочки
2.3 Купола
3. Висячие покрытия
3.1 Однопоясные покрытия с гибкими нитями
3.2 Однопоясные покрытия с изгибно-
жесткими нитями
3.3 Двухпоясные покрытия
3.4 Перекрестные системы двоякой кривизны
3.5 Металлические оболочки-мембраны
4. Комбинированные системы
В балочных, рамных и арочных системах покрытий, состоящих из отдельных несущих элементов, нагрузка передаётся только в одном направлении — вдоль несущего элемента. В этих системах покрытий несущие элементы соединены между собой лёгкими связями, которые не предназначены для перераспределения нагрузок между несущими элементами, а только обеспечивают их пространственную устойчивость, т.е. с их помощью обеспечивается жёсткий диск покрытия.
Балочные системы (как правило, фермы) включаются в состав поперечных рам, что улучшает статическую схему работы. Балочные большепролётные конструкции покрытий состоят из главных несущих поперечных конструкций в виде плоских или пространственных ферм (пролёт ферм от 40 до 100 м) и промежуточных конструкций в виде связей, прогонов и кровельного настила.
По очертанию фермы бывают: с параллельными поясами, трапециевидные, полигональные, треугольные, сегментные
По сечению: коробчатые, трехгранные, плоские.
Рамные конструкции для покрытий зданий применяют при пролёте
L=40 — 150м, при пролёте L > 150м они становятся неэкономичными.
Преимущества рамных конструкций по сравнению с балочными — это меньший вес, большая жёсткость и меньшая высота ригелей.
Недостатки — большая ширина колонн, чувствительность к неравномерным осадкам опор и изменениям температур.
Рамные конструкции эффективны при погонных жесткостях колонн, близких к погонным жесткостям ригелей, что позволяет перераспределить усилия от вертикальных нагрузок и значительно облегчить ригели.
При перекрытии больших пролётов применяют, как правило, двухшарнирные и бесшарнирные рамы самых разнообразных очертаний. Бесшарнирные рамы более жёсткие и экономичные по расходу материала, однако, они требуют устройства мощных фундаментов, чувствительны к изменению То.
При больших пролётах и нагрузках ригели рам конструируют как тяжёлые фермы, при сравнительно малых пролётах (40-50м) они имеют такие же сечения и узлы, как лёгкие фермы.
Поперечные сечения рам аналогичны балочным фермам.
Компоновка каркаса и покрытия из рамных конструкций аналогична решению каркасов промышленных зданий и балочных покрытий.
Тяжелые сквозные рамы рассчитывают как решёточные системы с учётом деформации всех стержней решётки.