Фермы и структурные плиты покрытий

Оси стержней ферм и структур должны быть, как правило, центрированы во всех узлах. Центрирование стержней следует производить в сварных фермах по центрам тяжести сечений (с округлением до 5 мм), а в болтовых - по рискам уголков, ближайшим к обушку.

Смещение осей поясов ферм при изменении сечений допускается не учитывать, если оно не превышает 1,5% высоты пояса.

При наличии эксцентриситетов в узлах элементы ферм и структур следует рассчитывать с учетом соответствующих изгибающих моментов.

При приложении нагрузок вне узлов фермы пояса должны быть рассчитаны на совместное действие продольных усилий и изгибающих моментов.

При пролетах ферм покрытий свыше 36 м следует предусматривать строительный подъем, равный прогибу от постоянной и длительной нагрузок. При плоских кровлях строительный подъем следует предусматривать независимо от величины пролета, принимая его равным прогибу от суммарной нормативной нагрузки плюс 1/200 пролета.

При расчете ферм с элементами из уголков или тавров соединения элементов на фасонках в узлах ферм, а также при соединениях элементов ферм без фасонок допускается принимать шарнирными,. При двутавровых, Н-образных и трубчатых сечениях элементов расчет ферм по шарнирной схеме допускается, когда отношение высоты сечения к длине элементов не превышает: 1/10 — для конструкций, эксплуатируемых во всех климатических районах, кроме I₁, I₂, II₂ и II₃; 1/15 - в районах I₁, I₂, II₂ и II_3, а соединение элементов осуществляется с помощью фасонок.

При превышении этих отношений, а также при соединениях элементов ферм без фасонок следует учитывать дополнительные изгибающие моменты в элементах от жесткости узлов. Учет жесткости узлов в фермах разрешается производить приближенными методами; осевые усилия допускается определять по шарнирной схеме.

Расстояние между краями элементов решетки и пояса в узлах сварных ферм с фасонками следует принимать не менее а = 6 t - 20 мм, но не более 80 мм (здесь t — толщина фасонки, мм).

Между торцами стыкуемых элементов поясов ферм, перекрываемых накладками, следует оставлять зазор не менее 50 мм.

Сварные швы, прикрепляющие элементы решетки фермы к фасонкам, следует выполнять в следующей последовательности:

выполнить сварку шва по перу уголка (III1) с началом у края фасонки и окончанием на середине торца уголка;

выполнить сварку шва по обушку уголка (III2) с началом у края фасонки и окончанием на середине торца уголка с перекрытием шва Ш1 на 20-30 мм;

выполнить при необходимости обеспечения расчетных величин катетов, дополнительные проходы швов III1 и III2 по обушку и по перу со смещением начала каждого последующего прохода на 10 мм.

Начало швов III1 и III2 выполнять с отступлением от края фасонки не менее чем на 10мм.

В узлах ферм с поясами из тавров, двутавров и одиночных уголков крепление фасонок к полкам поясов встык следует осуществлять с проваром на всю толщину фасонки. В конструкциях группы 1, а также эксплуатируемых в климатических районах I₁, I₂, II₂ и II₃ примыкание узловых фасонок к поясам следует выполнять согласно поз. 7 табл. 83.

Колонны

Отправочные элементы сквозных колонн с решетками в двух плоскостях следует укреплять диафрагмами, располагаемыми у концов отправочного элемента.

В сквозных колоннах с соединительной решеткой в одной плоскости диафрагмы следует располагать не реже чем через 4 м.

Двутавровые колонны с продольно-гофрированными стенками необходимо укреплять диафрагмами, расположенными не реже чем через 4 м.

Поперечно-гофрированные стенки двутавровых колонн следует выполнять с гофрами треугольного очертания, имеющими шаг гофров не более 60 t_w , где t_w – толщина стенки, а высоту волны гофров не менее 30 + h_w / 30 мм, где h_w - высота стенки двутавра в мм.

Продольно-гофрированные стенки колонн должны иметь шаг гофров не более 40 t_w, а высоту не менее 30 + h_w / 30 мм, радиус закругления R = 5 t_w.

Толщины гофрированных стенок двутавровых колонн из технологических соображений следует назначать не менее 1,5 мм.

При работе в агрессивных средах толщина гофрированных стенок должна быть увеличена на величину возможной коррозии за время эксплуатации конструкций.

В центрально-сжатых колоннах и стойках с односторонними поясными швами согласно п. 12.9,в том числе с поперечно- и продольно-гофрированными стенками, в узлах крепления связей, балок, распорок и других элементов в зоне передачи усилия следует применять двусторонние поясные швы, выходящие за контуры прикрепляемого элемента (узла) на длину З0 k_f с каждой стороны.

Угловые швы, прикрепляющие фасонки соединительной решетки к колоннам внахлестку, следует назначать по расчету и располагать с двух сторон фасонки вдоль колонны в виде отдельных участков в шахматном порядке, при этом расстояние между концами таких швов не должно превышать 15 толщин фасонки.

В конструкциях, возводимых в климатических районах I₁, I₂, II₂ и II₃, а также при применении ручной дуговой сварки швы должны быть непрерывными по всей длине фасонки.

Монтажные стыки колонн следует выполнять с фрезерованными торцами, сварными встык, на накладках со сварными швами или болтами, в том числе высокопрочными. При приварке накладок швы следует не доводить до стыка на 30 мм с каждой стороны. Допускается применение фланцевых соединений с передачей сжимающих усилий через плотное касание, а растягивающих — болтами.

Связи

Вкаждом температурном блоке здания следует предусматривать самостоятельную систему связей.

Нижние пояса подкрановых балок и ферм пролетом свыше 12 м следует укреплять горизонтальными связями.

Вертикальные связи между основными колоннами ниже уровня подкрановых балок при двухветвевых колоннах следует располагать в плоскости каждой из ветвей колонны.

Ветви двухветвевых связей, как правило, следует соединять между собой соединительными решетками.

Поперечные горизонтальные связи следует предусматривать в уровне верхнего или нижнего поясов стропильных ферм в каждом пролете здания по торцам температурных блоков. При длине температурного блока более 144 м следует предусматривать промежуточные поперечные горизонтальные связи.

Стропильные фермы, не примыкающие непосредственно к поперечным связям, следует раскреплять в плоскости расположения этих связей распорками и растяжками.

В местах расположения поперечных связей следует предусматривать вертикальные связи между фермами.

При наличии жесткого диска кровли в уровне верхних поясов следует предусматривать инвентарные съемные связи для выверки конструкций и обеспечения их устойчивости в процессе монтажа.

В покрытиях зданий и сооружений, эксплуатируемых в климатических районах I₁, I₂, II₂ и II₃, следует, как правило, предусматривать (дополнительно к обычно применяемым) вертикальные связи посредине каждого пролета вдоль всего здания.

Продольные горизонтальные связи в плоскости нижних поясов стропильных ферм следует предусматривать вдоль крайних рядов колонн в зданиях:

с кранами групп режимов работы 6К-8К по ГОСТ 25546;

в покрытиях с подстропильными фермами;

- в одно- и двухпролетных зданиях с мостовыми кранами грузоподъемностью 10 т и более, а при отметке низа стропильных конструкций свыше 18м - независимо от грузоподъемности кранов.

В зданиях с числом пролетов более трех горизонтальные продольные связи следует размещать также вдоль средних рядов колонн не реже чем через пролет в зданиях с кранами групп режимов работы 6К-8К по ГОСТ 25546 и через два пролета в прочих зданиях.

Горизонтальные связи по верхним и нижним поясам разрезных ферм пролетных строений транспортерных галерей следует конструировать раздельно для каждого пролета.

При применении крестовой решетки связей покрытий допускается расчет по условной схеме в предположении, что раскосы воспринимают только растягивающие усилия.

При определении усилий в элементах связей обжатие поясов ферм, как правило, учитывать не следует.

При устройстве мембранного настила в плоскости нижних поясов ферм допускается учитывать работу мембраны.

В висячих покрытиях с плоскостными несущими системами (двухпоясными, изгибно-жесткими вантами и т. п.) следует предусматривать вертикальные и горизонтальные связи между несущими системами.

Балки с плоскими стенками

Применять пакеты листов для поясов сварных двутавровых балок, как правило, не разрешается.

Для поясов балок на высокопрочных болтах допускается применять пакеты, состоящие не более чем из трех листов, при этом площадь поясных уголков следует принимать равной не менее 30% всей площади пояса.

Поясные швы сварных балок, а также швы, присоединяющие к основному сечению балки вспомогательные элементы (например, ребра жесткости), должны выполняться непрерывными.

При применении односторонних поясных швов в сварных двутавровых балках, несущих статическую нагрузку, должны быть выполнены следующие требования:

расчетная нагрузка должна быть приложена симметрично относительно поперечного сечения балки;

должна быть обеспечена устойчивость сжатого пояса балки в соответствии с п. 5.16, а;

в местах приложения к поясу балки сосредоточенных нагрузок, включая нагрузки от ребристых железобетонных плит, должны быть установлены поперечные ребра жесткости.

В ригелях рамных конструкций у опорных узлов следует применять двусторонние поясные швы.

В балках, рассчитываемых согласно требованиям пп. 5.18 - 5.23 настоящих норм, применение односторонних поясных швов не допускается.

Ребра жесткости сварных балок должны быть удалены от стыков стенки на расстояние не менее 10 толщин стенки. В местах пересечения стыковых швов стенки балки с продольным ребром жесткости швы, прикрепляющие ребро к стенке, следует не доводить до стыкового шва на 40 мм.

В сварных двутавровых балках конструкций групп 2-4 следует, как правило, применять односторонние ребра жесткости с расположением их с одной стороны балки.

В балках с односторонними поясными швами ребра жесткости следует располагать со стороны стенки, противоположной расположению односторонних поясных швов.

Подкрановые балки

Расчет на прочность подкрановых балок следует выполнять согласно требованиям п. 5.17 на действие вертикальных и горизонтальных нагрузок.

Расчет на прочность стенок подкрановых балок (за исключением балок, рассчитываемых на выносливость, для кранов групп режимов работы 7К в цехах металлургических производств и 8К по ГОСТ 25546) следует выполнять по формуле (33), в которой при расчете сечений на опорах неразрезных балок вместо коэффициента 1,15 следует принимать коэффициент 1,3.

Расчет на устойчивость подкрановых балок следует выполнять в соответствии с п. 5.15.

Проверку устойчивости стенок и поясных листов подкрановых балок следует выполнять согласно требованиям разд. 7 настоящих норм.

Подкрановые балки следует рассчитывать на выносливость согласно разд. 9 настоящих норм, при этом следует принимать = 0,77 при кранах групп режимов работы 7К (в цехах металлургических производств) и 8К по ГОСТ 25546 и = 1,1 в остальных случаях.

В подкрановых балках для кранов групп режимов работы 7К (в цехах металлургических производств) и 8К по ГОСТ 25546 стенки дополнительно следует рассчитывать на прочность согласно п. 13.42 и на выносливость согласно п. 13.43.

Расчет подкрановых балок на прочность и на выносливость следует производить на действие крановых нагрузок, устанавливаемых согласно требованиям СНиП по нагрузкам и воздействиям.

В сжатой зоне стенок подкрановых балок из стали с пределом текучести до 400 МПа (4100 кгс/см²) должны быть выполнены условия:

(169)

(170)

(171)

(172)

где

(173)

b - коэффициент, принимаемый равным 1,15 для расчета разрезных балок и 1,3 - для расчета сечений на опорах неразрезных балок.

В формулах (173):

М, Q - соответственно изгибающий момент и поперечная сила в сечении балки от расчетной нагрузки;

- коэффициент увеличения вертикальной сосредоточенной нагрузки на отдельное колесо крана, принимаемый согласно требованиям СНиП по нагрузкам и воздействиям;

F - расчетное давление колеса крана без учета коэффициента динамичности;

l_ef - условная длина, определяемая по формуле

l_ef = c (174)

где с - коэффициент, принимаемый для сварных и прокатных балок 3,25, для балок на высокопрочных болтах — 4,5;

J_1f - сумма собственных моментов инерции пояса балки и кранового рельса или общий момент инерции рельса и пояса в случае приварки рельса швами, обеспечивающими совместную работу рельса и пояса;

M_t - местный крутящий момент, определяемый по формуле

M_t = F_e + 0,75 Q_th_r, (175)

где е - условный эксцентриситет, принимаемый равным 15 мм;

Q_t - поперечная расчетная горизонтальная нагрузка, вызываемая перекосами мостового крана и непараллельностью крановых путей, принимаемая согласно требованиям СНиП по нагрузкам и воздействиям;

h_r - высота кранового рельса;

- сумма собственных моментов инерции кручения рельса и пояса, где t_f и b_f - соответственно толщина и ширина верхнего (сжатого) пояса балки.

Все напряжения в формулах (169) - (173) следует принимать со знаком „плюс".

Расчет на выносливость верхней зоны стенки составной подкрановой балки следует выполнять по формуле

0,5 0,4s _{loc ,y} +0,5s _{f y}£R_n , (176)

где R_n - расчетное сопротивление усталости для всех сталей, принимаемое равным соответственно для балок сварных и на высокопрочных болтах: R_n = 75 МПа (765кгс/см²) и 95 МПа (930кгс/см²) для сжатой верхней зоны стенки (сечения в пролете балки); R_n = 65 МПа (665 кгс/см²) и 89 МПа (875 кгс/см²) для растянутой верхней зоны стенки (опорные сечения неразрезных балок).

Значения напряжений в формуле (176) следует определять по п. 13.42 от крановых нагрузок, устанавливаемых согласно требованиям СНиП по нагрузкам и воздействиям.

Верхние поясные швы в подкрановых балках для кранов групп режимов работы 7К (в цехах металлургических производств) и 8К по ГОСТ 25546 должны быть выполнены с проваром на всю толщину стенки.

Свободные кромки растянутых поясов подкрановых балок и балок рабочих площадок, непосредственно воспринимающих нагрузку от подвижных составов, должны быть прокатными, строгаными или обрезанными машинной кислородной или плазменно-дуговой резкой.

Размеры ребер жесткости подкрановых балок должны удовлетворять требованиям п. 7.10. при этом ширина выступающей части двустороннего ребра должна быть не менее 90 мм. Двусторонние поперечные ребра жесткости не должны привариваться к поясам балки. Торцы ребер жесткости должны быть плотно пригнаны к верхнему поясу балки; при этом в балках под краны групп режимов работы 7К (в цехах металлургических производств) и 8К по ГОСТ 25546 необходимо строгать торцы, примыкающие к верхнему поясу.

В балках под краны групп режимов работы 1К - 5К по ГОСТ 25546 допускается применять односторонние поперечные ребра жесткости с приваркой их к стенке и к верхнему поясу и расположением согласно п. 13.27.

Расчет на прочность подвесных балок крановых путей (монорельсов) следует выполнять с учетом местных нормальных напряжений в месте приложения давления от колеса крана, направленных вдоль и поперек оси балки.

Лекция 30

Тема лекции 30.Принципы обеспечения сейсмостойкости многоэтажных зданий из стальных конструкций

План лекции

· Стальные конструкции многоэтажных зданий.

· Контроль качества сварных соединений.

Тезисы лекции.

1. Стальные конструкции многоэтажных зданий. Конструктивные схемы каркасов многоэтажных зданий для сейсмических районов. Рамные, связевые и рамно-связевые каркасы. Каркасы с рамными ядрами жесткости. Материал металлических каркасов. Конструктивные формы колонн и ригелей рамных каркасов. Узловые соединения рамных каркасов. Узел жесткого сопряжения ригелей с колонной. База колонн.

2. Современные методы сейсмозащиты зданий. Основные принципы конструирования сейсмозащищенных стальных каркасов многоэтажных зданий. Сейсмозащита каркасных зданий с помощью стальных энергопоглащающих элементов.

Основное содержание лекции

При проектировании стальных каркасов в ригелях, диафрагмах, опорных траверсах колонн рекомендуется предусматривать определенные участки, а в стальных связях - специальные конс­труктивные элементы, предназначенные для работы в условиях возможного развития неупругих
деформаций при сейсмических нагрузках, превы­шающих расчетные.

Для элементов, работающих в упругопластической стадии, должны применяться пластичные углеродистые стали обыкновенного качества с низким содержанием углерода и низколегирован­ные стали с относительным удлинением не менее 20%.

Участки развития пластических деформаций в элементах стальных конструкций должны быть вынесены за пределы сварных и болтовых соеди­нений.

Стальные колонны рамных каркасов мно­гоэтажных зданий рекомендуется проектировать замкнутого коробчатого сечения, равно устойчивого относительно главных осей, а рамно-связевых
каркасов - двутаврового сечения.

Стыки колонн каркасов рекомендуется отно­сить от узлов рам. В колоннах рамных каркасов на уровнях поясов ригелей должны быть установ­лены диафрагмы.

Стальные ригели каркасов рекомендуется выполнять из прокатных и сварных двутавров.

Опорные сечения ригелей рамных каркасов рекомендуется развивать за счет увеличения ши­рины полок или устройства вутов.

В стальных связях зданий, возводимых в сейсмических районах, допускается предусмат­ривать специальные конструктивные элемен­ты энергопоглотители (кольцевые, трубчатые, фрикционные и др.), в которых, при усилиях, пре­вышающих расчетные, могут развиваться пласти­ческие деформации.

В горизонтальных швах между плитами перекрытий (покрытий) и стальными ригелями должны быть предусмотрены связи, воспринима­ющие усилия растяжения и сдвига.

Для обеспечения пространственной жест­кости и устойчивости покрытия и его элементов следует предусматривать систему связей между несущими конструкциями покрытия.

При проектировании зданий и сооружений необходимо принимать конструктивные схемы, обеспечивающие прочность, устойчивость и пространственную неизменяемость зданий и сооружений в целом, а также их отдельных элементов при транспортировании, монтаже и эксплуатации.

Расчетные схемы и основные предпосылки расчета должны отражать действительные условия работы стальных конструкций.

Стальные конструкции следует, как правило, рассчитывать как единые пространственные системы.

При разделении единых пространственных систем на отдельные плоские конструкции следует учитывать взаимодействие элементов между собой и с основанием.

Выбор расчетных схем, а также методов расчета стальных конструкций необходимо производить с учетом эффективного использования ЭВМ.

Расчет стальных конструкций следует, как правило, выполнять с учетом неупругих деформаций стали.

Для статически неопределимых конструкций, методика расчета которых с учетом неупругих деформаций стали не разработана, расчетные усилия (изгибающие и крутящие моменты, продольные и поперечные силы) следует определять в предположении упругих деформаций стали по недеформированной схеме.

При соответствующем технико-экономическом обосновании расчет допускается производить по деформированной схеме, учитывающей влияние перемещений конструкций под нагрузкой.

Элементы стальных конструкций должны иметь минимальные сечения, удовлетворяющие требованиям настоящих норм с учетом сортамента на прокат и трубы. В составных сечениях, устанавливаемых расчетом, недонапряжение не должно превышать 5 %.

Физические характеристики материалов, применяемых для стальных конструкций, следует принимать согласно прил. 3.