|
I. Общие сведения. Различают два
основных типа зданий: с несущими стенами и каркасные. В каркасных зданиях
стены выполняют только ограждающие функции, а все нагрузки, действующие на
здание, воспринимаются каркасом.
Элементы каркаса любого здания могут быть разделены на
несущие конструкции и связи.
Основное назначение несущих конструкций — восприятие
вертикальных нагрузок, действующих на сооружение: собственной массы, полезной
нагрузки, давлений мостовых кранов и т п. Чаще всего несущие конструкции
представляют собой плоские системы — балки, фермы, рамы, арки и т. д. Как
известно, плоские системы могут воспринимать только такие нагрузки, которые
действуют в их плоскости. Сооружение, составленное из одних только плоских
несущих элементов, расположенных в вертикальных плоскостях, нельзя
эксплуатировать: эти элементы неустойчивы, они опрокинутся при небольшом
дуновении ветра. В строительной механике такие сооружения называются
геометрически изменяемыми в пространстве. Поэтому несущие элементы
объединяются между собой в геометрически неизменяемый пространственный каркас
при помощи связей.
2. Геометрически неизменяемые системы — это прежде всего
шарнирный треугольник и любые конструкции из ряда треугольников, например
фермы (см. 10.2). Примером геометрически изменяемой системы является
шарнирный четырехугольник, который может изменить свою форму"
(превратиться в параллелограмм), а длина всех его стержней останется
неизменной ( 11.1,а).
В строительном деле, как правило, должны применяться
конструкции с геометрически неизменяемой схемой.
Четырехугольник из земли, двух стоек и ригеля можно
превратить в геометрически неизменяемую систему, поставив так называемые
связи — одну или две диагонали ( 11. 1,6). Если к этой системе присоединить
новый узел двумя стержнями (нележащими на одной прямой), то снова получится
геометрически неизменяемая конструкция ( 11.1, о).
3. Проектирование схемы связей основывается на
вышеуказанном правиле: создается жесткий блок в виде плоской связевой фермы,
к которой при помощи распорок присоединяется каждый новый узел системы (см.
11.3,6). Чтобы обеспечить пространственную геометрическую неизменяемость
сооружения, необходимо поставить плоские связи в продольном и поперечном
направлениях и в плане (см. 11.3 и 11.4).
В связевых фермах решетка создается из элементов связей, а
поясами являются несущие элементы — колонны или пояса ферм и балок. Очень
часто применяется крестовая решетка ( 11.2,а, г), так как при этой системе в
каждой панели одна диагональ будет сжата, а другая растянута. Расчет ведется
в предположении, что сжатая диагональ выпучилась, а всю поперечную силу
воспринимает только растянутая. Поэтому диагонали крестовых связей проверяют
только на растяжение, что позволяет выполнить их из легких одиночных уголков
большой гибкости и дает экономию.
В последнее время элементы связей выполняют из труб и
гнутых профилей, радиус инерции которых много больше, чем уголков, поэтому
для связевой фермы стала рациональной треугольная система решетки ( 11.4 и
11.11).
Оптимальный тангенс угла наклона раскосов близок к
единице. Он не должен быть менее I : 2 (и более 2:1), поэтому, если высота
связевой фермы больше удвоенной панели, то применяют полураскосную решетку
или крестовую со стойками (см. 11,2, в, г).
Усилия в элементах связен обычно небольшие и сечеиия их
часто приходится назначать из условия, чтобы гибкость была меньше предельной
(см. 6.1).
Элементы связей крепят черными болтами, а в зданиях с
тяжелыми кранами и тяжелым режимом работы — монтажной сваркой.
4. Роль связей в зданиях с металлическим каркасом.
I) создание геометрической неизменяемости
сооружения;
II) обеспечение устойчивости сжатых элементов
(колонн и поясов стропильных ферм) путем уменьшения их расчетной длины;
III) восприятие горизонтальных нагрузок, действующих
вне плоскости несущих элементов (давление ветра, торможение кранов);
IV) . выравнивание перегрузки несущих
конструкций (например, при поперечном торможении крана ближайшая к крану рама
каркаса нагружена больше остальных, связи передают часть перегрузки на
соседние рамы), в результате чего повышается общая жесткость сооружения;
V) фиксирование положения собираемых конструкций и
обеспечение их устойчивости во время монтажа.
Опыт показал, что здания со слабыми связями имеют
недопустимо большие деформации, что ведет к авариям (были известны случаи
выпадения стенового заполнения). Много аварий происходило во время монтажа
сооружений из-за запаздывания с постановкой связей.
|