Поперечные рамы

Однопролетные цехи

Примерами однопролетных цехов могут служить кузнечно-ковочные, прессовые, термические цехи, здания нагревательных колодцев, дворы изложниц, миксерные здания и т. п. Обычно это цехи средней мощности или тяжелые цехи, требующие из-за необходимости устройства жестких в горизонтальном направлении подкрановых путей большой поперечной жесткости.

Такому требованию лучше всего отвечает поперечная конструкция цеха в виде рамы.

Рамы могут быть трех типов: двухшарнирные с шарнирами в углах, двухшарнирные с шарнирами на опорах и безшарнирные.


Схемы поперечных рам

Схемы поперечных рам


Рама безшарнирного типа является наиболее жесткой и экономичной, почему она и является основным типом поперечной конструкции стального каркаса промышленных зданий.

Различают два типа ригеля рамы — решетчатый (стропильная ферма) и сплошной (балочного типа).

Наиболее распространенным типом ригеля является решетчатый как более легкий и жесткий.

Сплошной ригель наряду с серьезными недостатками (большой вес, меньшая жесткость) имеет и некоторые преимущества перед решетчатым: меньшую строительную высоту (высота ригеля около 1/18 / 1/20 пролета), удобство транспортировки, меньшую трудоемкость изготовления (особенно при применении автоматической сварки), удобство монтажа. Поскольку, однако, вес сплошных ригелей заметно возрастает с увеличением пролета, применение их ограничено.


Опорный момент в раме с решетчатым ригелем

Опорный момент в раме с решетчатым ригелем


Стропильную ферму, являющуюся, как уже указывалось, в промышленных зданиях со стальными колоннами элементом рамы — ригелем, в целях большей поперечной жесткости цеха, как правило, жестко соединяют с колоннами. При такой конструкции ферма получается защемленной по концам, в результате чего на опоре, кроме опорной реакции, возникает еще и опорный момент М0.

Разделив опорный момент М0 на высоту фермы у опоры h0, получим горизонтальные силы Н (пара сил), которые воздействуют на ферму и на колонны:

 

Формула (1.IX)

Опорные моменты определяются при решении рамы общими методами строительной механики. В зависимости от направления горизонтальных сил Н одни элементы фермы этими силами догружаются (дополнительно к вертикальным нагрузкам), другие — разгружаются.

Обычно определяют усилия в стержнях от двух комбинаций опорных моментов, создающих наихудшие условия для работы поясов и для работы раскосов.


Расчетные комбинации моментов в опорных сечениях ферм

Расчетные комбинации моментов в опорных сечениях ферм


Построив диаграмму Максвелла — Кремоны от найденных горизонтальных сил Н, получают дополнительные усилия в стержнях ферм.

Расчетным усилием в каждом из стержней фермы будет сумма усилия от вертикальных нагрузок, найденного как в статически определимой ферме, и усилия от опорного момента. При этом в случае, если опорный момент вызывает разгрузку элементов фермы, то это уменьшение усилий обычно не учитывают, считая, что могут быть такие случаи, когда ферма будет работать как статически определимая система, без разгружающего влияния опорных моментов (т. е. только от одних вертикальных нагрузок).


Жесткое соединение фермы с колонной

Жесткое соединение фермы с колонной


Жесткое соединение фермы с колонной осуществляется по типу, показанному на фигуре. Здесь в нижнем опорном узле передача опорного давления и горизонтальной силы H (появляющейся в результате углового момента рамы) осуществляется раздельно.

Опорная фасонка, выполненная в виде сварного тавра, передает опорное давление А на опорный столик (через строганые поверхности), причем опорная планка для большей четкости передачи выпускается на 10 — 20 мм. Ее толщина принимается равной 16 — 20 мм.

Опорный столик из обрезка уголка или толстого листа (δ = 30 мм), приваренного к колонне, делается несколько шире опорной планки. Каждый из вертикальных швов, которыми столик приваривается к колонне, из-за возможной неравномерности в передаче нагрузки рассчитывается на 2/3 А.

Горизонтальные силы Н могут вызывать в узле сжатие и растяжение (отрыв узла от колонны); последнее воспринимается черными болтами. Сила Н, приложенная на уровне осевой линии пояса фермы, как правило, не совпадает с центром болтового соединения.

Условно предполагается, что возникающее при этом вращение узла происходит вокруг линии, проходящей через ось болтов, наиболее удаленных от точки приложения силы Н (примерно на 40 — 80 мм ниже верха фасонки).

Тогда усилие, приходящееся на наиболее нагруженный болт, расположенный внизу, определится по формуле

Формула (2.IX)

где z — расстояние от оси нижнего пояса фермы (линии приложения силы Н) до оси наиболее удаленных болтов (условной оси вращения узла);

l1 — расстояние между крайними болтами;

Σl2i — сумма квадратов расстояний между осями болтов и осью вращения узла (в данном примере на чертеже Σl2i = l22 + l22);

1/2 — коэффициент, указывающий на наличие двух болтов в каждом горизонтальном ряду соединения.

Отверстия для болтов в опорной планке делают на 3 — 4 мм больше диаметра болтов для того, чтобы черные болты не могли принять на себя опорную реакцию в случае незначительных отклонений в прикреплении опорного столика по высоте. Эти болты предназначены для работы только на растяжение.

Сварной шов С, при помощи которого фасонка соединяется с опорной планкой, находится в сложном напряженном состоянии. Он передает на колонну опорное давление А и эксцентрично приложенную силу H. Наибольшее напряжение испытывает нижняя точка шва.

Проверочный расчет производится по условной формуле

Формула (3.IX)

Здесь

Формула

где hш — толщина шва;

lш — длина шва;

z — эксцентриситет силы Н по отношению к середине шва.

«Проектирование стальных конструкций»,
К.К.Муханов

Связи

Для придания цеху пространственной жесткости, а также для обеспечения устойчивости элементов рам устраиваются связи, располагаемые между рамами. Различают связи: горизонтальные — в плоскости верхних и нижних поясов ферм — и вертикальные — как между фермами, так и между колоннами. Назначение горизонтальных связей по верхним поясам ферм было рассмотрено в разделе Подбор сечений элементов ферм. Эти…

Многопролетные цехи

Выбор поперечного профиля многопролетных цехов зависит не только от заданного полезного габарита цеха и габарита мостовых кранов, но и от ряда общестроительных требований, в первую очередь от организации отвода воды с крыши и от устройства освещения средних пролетов. Отвод воды может быть как наружным, так и внутренним. Наружные водостоки устраиваются в нешироких цехах, а также…