Основные виды индустриальных конструкций из дерева и пластмасс

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ НЕИЗМЕНЯЕМОСТИ

КОНСТРУКЦИЙ

9.1. Функции связей. Классификация

Плоскостные конструкции (балки, арки, рамы, фермы) предназначены для восприятия нагрузок, действующих только в их плоскости.

Сооружение, выполненное только из одних плоских элементов, расположенных в вертикальной плоскости, будет геометрически изменяемым в пространстве. Поэтому для обеспечения пространственной жесткости и геометрической неизменяемости плоские конструкции объединяют между собой в геометрически неизменяемый пространственный каркас при помощи связей.

В каркасных зданиях связи выполняют следующие функции:

создание геометрической неизменяемости сооружения;

обеспечение устойчивости сжатых элементов путем уменьшения их расчетной длины (поясов стропильных ферм, колонн, ригелей);

восприятие нагрузок, действующих из плоскости несущих конструкций (давление ветра, торможение крана), и передача их через другие элементы каркаса на фундаменты;

перераспределение нагрузок между элементами каркаса (например, при торможении крана, действии случайных эксплуатационных нагрузок);

фиксирование положения и обеспечение устойчивости конструкции во время монтажа.

По положению (расположению) связи бывают:

Связевые фермы располагают поперек здания в плоскости верхнего пояса или поверху основных ферм, балок, арок, рам непосредственно у торцевых стен или между ближайшими к ним несущими конструкциям и в промежутках не реже чем 30 м (в тех же секциях располагают вертикальные связи между колоннами). Связевые фермы у торцов здания могут не устраиваться, если торцевые каменные и железобетонные стены в состоянии воспринимать горизонтальные нагрузки.

В качестве поясов поперечных связевых ферм используются верхние пояса или все сечение стропильных конструкций.

Решетка применяется раскосной из деревянных элементов или пере-крестной из стальных тяжей. В качестве стоек связевых ферм могут быть использованы прогоны или продольные ребра плит покрытия.

Связевые жесткие диски выполняют в виде двойных дощатых перекрестных настилов, из сборных дощатых щитов панелей покрытия, однако при этом должно быть обеспечено надежное крепление одних элементов, образующих диск, к другим, а также к раскрепляемым конструкциям.

Жесткость покрытий с одинарным настилом или обрешеткой без диагональных элементов недостаточна для восприятия ветровой нагрузки и закрепления плоскостных деревянных конструкций в проектное положение. В этом случае при наличии деревянных каркасных стен необходимо устройство в плоскости верхних поясов несущих конструкций горизонтальных (скатных) связей.

Отдельные элементы изготавливают из цельной древесины при длине до 6,5 м, иначе применяют связи двухъярусные, металлические, клееные.

9.2. Конструктивные решения связевых ферм

Связевые фермы аналогичны по конструкциям стропильным фермам, но в состав фермы включаются элементы несущих и ограждающих конструкций. Поясами связевых ферм являются пояса ригелей (ферм, клеефанерных балок) или все сечения несущих конструкций (дощатых рам, арок, стоек). Стойками ферм служат прогоны или ребра каркаса.

Решетки крестовые выполняют из металлических тяжей с муфтами. Раскосные выполняются деревянными. При частом расположении прогонов (через 1,5 ÷ 2 м) рекомендуется применять полураскосную решетку.

Вертикальные связи, расположенные в плоскости стен, выполняют (рис. 9.2) либо металлическими крестовыми в виде тяжей с муфтами, либо деревянными.

Расположенные по глухим стенам вертикальные связи целесообразно выполнять деревянными в виде раскосных или полураскосных ферм.

Связи, размещенные в местах оконных проемов, рекомендуется выполнять металлическими крестовыми из тяжей или портальными. Они не затемняют оконных проемов, не нарушают внешнего вида и интерьера здания.

Соединение элементов связей с основной несущей конструкцией выполняется различными вариантами (рис. 9.3): а – присоединение деревянных раскосов в полдерева на гвоздях; б – то же, с опиранием на деревянную прибоину ; в – то же, с помощью металлической полосы, пропускаемой в вертикальный пропил и закрепляемой болтами; г – то же, с опиранием на металлический уголок с приваренными полосами и прикреплением болтами; д – присоединение металлических раскосов и деревянных распорок с помощью фасонки и башмака; е – то же, металлических раскосов из тяжей и трубчатой распорки с помощью фасонок на болтах или глухарях.

Рис. 9.3. Узлы соединения элементов связей с основной несущей конструкцией: 1 – основная несущая конструкция; 2 – прогон; 3 – дощатый раскос; 4 – болт; 5 – прибоина (брус); 6 – брусчатый раскос; 7 – полосовая сталь толщиной 2 – 3 мм; 8 – планка; 9 – уголок; 10 – ребро жесткости; 11 – полоса толщиной 4 – 5 мм; 12 – фасонка ; 13 – тяж или полоса; 14 – глухарь; 15 – башмак из листовой стали толщиной 4 – 5 мм; 16 – деревянная распорка; 17 – натяжная муфта; 18 – металлическая трубчатая распорка

Варианты конструктивных решений связевых систем при различных узловых соединениях

Каркасные деревянные здания с плоскими конструкциями в зависимости от особенностей узловых соединений элементов каркаса между собой и фундаментами можно разделить на четыре основных типа.

Первый тип – здания с защемленными во всех направлениях колоннами и линейными элементами покрытия (т.е. жесткое защемление колонн и жесткое соединение колонн с элементами покрытия). Такой каркас является устойчивым как в продольном, так и в поперечном направлении и не требует постановки связей при условии, что все элементы каркаса закреплены в узлах от взаимных смещений. Иногда в таких зданиях могут устанавливаться связи, препятствующие перекосу здания при возможной неравномерной осадке грунта, если такая осадка представляет опасность для здания (рис. 9.4).

Второй тип – здания с каркасом из плоских трехшарнирных рам или арок. Поперечная устойчивость таких зданий обеспечена геометрически неизменяемыми конструкциями рам или арок без постановки связей, а продольная – не обеспечена.

При отсутствии связей на рис. 9.5 показаны возможные перемещения участков каркаса (1, 2). Деревянные прогоны, а также продольные ребра панелей, выполняют роль распорок и являются элементами связей, но существующие способы их крепления к несущим конструкциям каркаса позволяют получить лишь шарнирные соединения. Они не препятствуют возможным перемещениям 1 и 2, поэтому для предотвращения этих деформаций и обеспечения продольной устойчивости в зданиях устраивают связи.

В рамных зданиях эти связи выполняют раздельно: по стенам – вертикальные ВС (1) и в покрытиях – наклонные (НС ) или скатные (СС) (2) (рис. 9.6). В арочных зданиях – это скатные (или наклонные) связи. Две смежные арки, рамы, объединенные между собой, создают жесткий пространственный блок, состоящий из связевых ферм. Такие блоки создаются в торцах здания и через 25 ÷ 30 м.

Третий тип – здания с защемленными в поперечном направлении колоннами и плоскими стропильными конструкциями (двухшарнирная рама) (рис. 9.7). Поперечная устойчивость здания обеспечивается без связей самой конструкцией двухшарнирной рамы.

Для обеспечения продольной устойчивости деформации 1 и 3 должны быть устранены постановкой вертикальных связей по колоннам ВС (1) и в шатре 3 (рис. 9.8). Связи шатра 3 при пролетах стропильных конструкций до 18 м достаточно располагать посередине пролета, при больших пролетах их устраивают у опор ферм (балок) или в четвертях (третях) пролета. Эти связи размещают по длине здания через 25 ÷ 30 м. Иногда для удобства монтажа фермы или балки соединяют вертикальными связями 3 попарно.

При действии ветровой нагрузки на торец здания стропильные конструкции, раскрепленные лишь связями 3 могут иметь деформации 2. Во избежание повреждения кровли или излома ферм в горизонтальном направлении деформации 2 должны быть устранены связевыми поперечными фермами 2. Такие же связевые фермы 3 выполняются через 25 ÷ 30 метров по длине здания.

Четвертый тип – здания с шарнирно опертыми колоннами и плоскими стропильными конструкциями (рис. 9.9).

Четвертый тип здания отличается от третьего тем, что в нем не обеспечена поперечная устойчивость, т.е. есть деформации 4, а при жестких торцевых стенах и поперечные деформации прогонов 5. Для устранения этих двух деформаций и обеспечения геометрической неизменяемости поперечника каркаса необходимо устройство продольной связевой фермы 5 (рис. 9.10) в плоскости верхних поясов, опорами которой являются поперечные диаграммы жесткости 4, устраиваемые по торцам через 25 ÷ 30 метров по длине здания в виде защемленных колонн или трехшарнирных рам.

Рис. 9.10. Схема расстановки связей в здании с шарнирно опертыми колоннами:

1 – вертикальные связи; 2 – скатные связи; 3 – вертикальные связи шатра; 4 – поперечная диафрагма жесткости; 5 – продольная связевая ферма; 6 – продольная горизонтальная ферма в плоскости нижних поясов стропильной конструкции

Продольную горизонтальную связевую ферму в плоскости нижних поясов стропильных конструкций (6) следует выполнять лишь в том случае, если в гибком нижнем поясе стропильной фермы с нисходящим опорным раскосом может возникнуть сжимающее усилие от действия поперечной ветровой нагрузки.