Схемы покрытий одноэтажных производственных зданий

· плиты покрытий;

· балки покрытий (см. вопрос 39);

· фермы покрытий (см. вопрос 40);

· подстропильные конструкции;

· арки (см. вопрос 42).

Плиты покрытий

Плиты беспрогонных покрытий представляют собой купные ребристые панели, которые опираются непосредственно на ригели поперечнх рам;. Плиты прогонных покрытий имеют значительно меньшие размеры. Они опираются на желе­зобетонные прогоны, а те, в свою очередь, — на ригели поперечных рам.

Плиты беспрогонных покрытий представляют собой купные ребристые панели, которые опираются непосредственно на ригели поперечнх рам;. Плиты прогонных покрытий имеют значительно меньшие размеры. Они опираются на желе­зобетонные прогоны, а те, в свою очередь, — на ригели поперечных рам.

v Продольные ребра армируют напрягаемой стержневой или канатной арматурой, по­перечные ребра и полки — сварными каркасами и сетками

Плиты двухконсольные 2Т размерами 3X12 и 3X6 м имеют продольные ребра, расположенные на расстоянии 1,5м, и консольные свесы полок

Крупноразмерные плиты 3X18 м и 3X24 м, опираю­щиеся па балки пролетом 6 или 12 м, разработаны для покрытий со скатной и малоуклонной кровлей

Подстропильные конструкции

Подстропильные конструкции в виде балок или ферм применяют в покрытиях одноэтажных про­мышленных зданий при шаге стропильных конструкций 6 м и шаге колонн 12 м.

Нагрузка от стропильной фермы передается в виде сосредоточенной силы, приложенной в середине пролета к нижнему узлу подстропильной фермы. Подстропильные фермы рассчитывают по прочности и трещиностойкости с учетом жесткости узлов.

Балки покрытий

Балки покрытий могут быть с параллельными поясами и скатные. Балки покрытий делают предварительно напряженными из тяже­лого бетона классов В25...В50; из бетона на пористых заполните­лях классов В25...В40, армируют их высокопрочными стержнями, канатами, пучками, проволокой (одиночной или сгруппированной по 2...3 проволоки, семипроволочные канаты.

Расчетные значения изгибающих моментов и поперечных сил определяют как для свободно лежащей однопролетной балки. В балках с параллельными полками целесообразно уменьшать (обрывать) сечения арматуры в соответствии с эпюрой изгибаю­щих моментов. В двускатных балках более опасным оказывается сечение не в середине пролета, а на расстоянии (0,35...0,40)l от опоры (при уклоне верхней грани 1/12). Поперечную арматуру определяют из расчета прочности балки по наклонным сечениям. Балки покрытий рассчитывают также по деформациям и образованию или раскрытию трещин. Прочность и трещиностойкость балки проверяют также в период ее предварительного обжатия, складирования, транспортирова­ния и монтажа.

Типы ферм и их конструкции

 

Рис. 5.3. Конструктивные схемы железобетонных ферм

а -- сегментные; б — арочная раскосная; в,г—полигональные; д,е—с параллельными поясами; ж — тре­угольная; з - арочная безраскосная.

 

Усилия в элементах ферм рассчитывают обычными спо­собами строительной механи­ки, чаще всего построением диаграммы Кремоны. Все усилия от покрытия прикла­дывают в узлы верхнего по­яса, а нагрузки от подвес­ного транспорта — в узлы нижнего пояса. Влияние жесткости узлов в расчете обычно не учитывают, кроме арочных безраскосных ферме редким расположением стоек. Расчет сечения элементов ве­дут по формулам внецентрен-ного сжатия или растяжения с учетом случайных эксцен­трицитетов.

Расчетную длину сжатых элементов фермы при учете продольного изгиба принима­ют 0,8—0,9 / в зависимости от. назначения элемента (пояс, решетка), эксцентрицитета е₀ и других параметров по табл. 33 СНиП [9], где I — расстояние между центрами смежных закрепленных уз­лов.

 

РАСЧЕТ ФЕРМ

При расчете выбирают то сочетание по­стоянной нагрузки и вре­менной, которые дают наибольшее значение осевого усилия в рассматри­ваемом элементе. Если на верхнем поясе имеется внеузловая нагрузка, то кроме нормальных сил в сечениях пояса должны быть учтены изгибаю­щие моменты, определяемые как в неразрезной балке с пролетами, равными расстоянию между узлами. В этом случае следует учитывать также предварительное напряжение конструк­ции. Деформации фермы при предва­рительном обжатии нижнего пояса и вызванные ими изгибающие моменты в элементах фермы могут быть определены лю­бым методом строительной механики.

Укорочение нижнего пояса от предварительного обжатия уси­лием Р

∆=Р*l/( A_red* Еь)

где L — длина нижнего пояса; A_red — площадь поперечного сече­ния; Еь — модуль упругости бетона.

Далее перемещение концов всех элементов фермы определяют с помощью диаграмм.

По этим перемещениям находят моменты защемления элементов ферм в основной системе метода перемещений М_0.

Затем производят распределение неуравновешенных моментов в узлах методом последовательного приближения. В предвари­тельных расчетах приближенно можно принимать

M_i = 0,7M_a.

По осевым усилиям и изгибающим моментам подбирают сечения арматуры и бетон в элементах фермы. При этом панели верхнего пояса и сжатые стержни решетки рассчитывают как сжатые эле­менты с расчетной длиной lо; растяну­тые стержни решетки — как внецентренно растянутые элементы, нижний растянутый пояс фермы при отсутствии внеузловой на­грузки — как центрально-растянутый, поскольку в нем моменты вследствие предварительного напряжения не оказывают существен­ного влияния. При внеузловой нагрузке нижний пояс рассчитывают как внецентренно растянутый элемент.

 

ТИПЫ АРОК И ИХ КОНСТРУКЦИИ

Арочные железобетонные конструкции применяют для перекрытий пролетов более 36 м. Арки могут быть бесшарнирные, двух- и трехшарнирные с затяжками или на устоях. Бесшарнирные арки более просты по конструкции однако они чувствительны к неравномерным осадкам опор, влиянию ползучести, усадке бетона и темпе­ратурным деформациям. Чаще дру­гих применяют арки двухшарнирные с затяжками. Трехшарнирные арки используют в том случае, если существует опасность перемещения опор, а также для уменьшения веса монтажных элементов в сборных конструкциях.

Сечения арок принимают прямо­угольными при сравнительно не­больших пролетах; двутавровые, коробчатые — при больших проле­тах; составные из двух поясов, соеди­ненных решеткой, — при очень боль­ших пролетах; складчатые сечения выбирают когда в покрытии отсутствуют вспомогательные кон­струкции кровельного ограждения.

Очертание оси арки устанавливают так, чтобы она макси­мально приближалась к кривой давления от преобладающей на­грузки. Очертание кривой давления находят, полагая арочный момент равным нулю (М, = 0). Тогда из выражения М_Х = М₀ —Ну; у = Мо /Н, где М₀ — балочный момент, Н — распор арки. Оси пологих арок выбирают по очертанию квадратной параболы, дуги круга.

Конструктивные решения арок разработаны для монолитного и сборного изготовления; в последнем случае арку монтируют из сборных блоков. Конструирование арок производят, как для сжатых элементов. Продольную арматуру в сечении размещают симметрично: при удачно принятом очертании оси арки изгибающие моменты получаются небольшими. Железобетонные затяжки сле­дует делать предварительно напряженными.

В местах анкеровки напрягаемой арматуры предусматривают усиление косвенным арми­рованием сварными сетками. Против провисания затяжек устраивают железобетонные подвески.

 

РАСЧЕТ АРОК

Арки рассчитывают на нагрузки от покрытия и арки, снега, расположенного по всему пролету или на половине пролета, и сосредоточенную нагрузку от подвесного транспорта. Двухшарнирная арка с затяжкой является статически неопределимой системой с одним неизвестным. В расчетной схеме очертание пологой двухшарнирной арки принимают по квадратной параболе (f<1/4L)

y=4f*x*(L-x)/(L*L)

Расчет ведется с учетом влияния перемещений от изгибающих моментов и нормальных сил.

Площадь сечения арматуры затяжки предварительно подбирают по распору (без учета продольных сил в арке)

H=0,9*q*L²/(8*f)

Далее определяют распор параболических арок для различных частных случаев загружения.

Значения изгибающих моментов, продольной и поперечной сил в произвольном сечении арки:

М_х = М₀ - Ну;

N_x=Q₀sinφ + Hcosφ;

Q = Q₀cos φ - Hsinφ,

где М₀ и Q₀ — изгибающий момент и поперечная сила в основной системе (балочные момент и поперечная сила).

Предварительное напряжение затяжки уменьшает подвижность опор арки и приближает ее работу под нагрузкой к работе арки c неподвижными пятами. При этом распор Н увеличивается, а изгибающий момент арки уменьшается.

В процессе предварительного напряжения затяжки сила обжатия Р, действующая на всю конструкцию, распределяется между затяжкой и аркой, вызывая сжатие в затяжке и изгиб со сжатием в арке. Перемещение X системы от усилия Р можно определить из условия равенства суммы реактивных сил затяжки и арки силе предварительного обжатия бетона:

(r_а+r,)Х = Р.

Усилия в затяжке и арке, вызванные единичными перемеще­ниями,

r1 = 1/δ³ г_а = 1/б^а

Усилия обжатия затяжки N₁ и арки N_a и изгибающий мо­мент М_а в ключе арки

N₁₌ r1*X; N_a= r1*X; М_а= N_a* f.

По вычисленным от различных воздействий усилиям и моментам в арке и усилиям в затяжке определяют максимальные и минимальные их значения и по ним производят подбор поперечных

сечений арки и затяжки, а затем арматуры. Затяжки рассчитывают на прочность и трещиностойкость. При расчете арок учитывают их продольный изгиб.

 

ТИПЫ РАМ И ИХ КОНСТРУКЦИИ

Рамы — плоские стержневые системы, геометрическая неизменяемость которых обеспечивается жесткими соединениями в узлах.

В зависимости от числа пролетов и этажей рамы подразделяют на однопролетные и многопролетные, одноэтажные и многоэтажные. Часть соединений стоек с ригелями и фундаментами в раме могут быть не жесткими, а шар­нирными.

В каркасах одноэтажных зданий в рамах из сборных элемен­тов ригели обычно соединяют с колоннами шарнирно и с фунда­ментами — жестко. В многоэтажных рамах карка­сов многоэтажных зданий соединение ригелей с колоннами осуществляют преимущественно жестким.

Стойки рам могут соединяться с фундаментами жестко и шар­нирно.

Применение предварительно напряженных ригелей позволяет существенно увеличить пролеты рамных конструкций.

Рамы конструируют в соответствии с характером и значе­ниями ординат огибающих эпюр осевых сил и моментов, получен­ных в результате расчета при различных расположениях вре­менных нагрузок. Стойки рам армируют как внецетренно сжатые элементы, ригели — как изгибаемые (осевые усилия в них невелики и могут в расчете не учитываться).

В угловых узлах монолитных рам напряжения сжатия концентрируются вблизи внутренней грани угла.

Наибольшие растягивающие напряжения образуются не у внешней грани, а в пределах средней части диагонального сечения, поэтому при конструировании растянутую арматуру у внешней грани угла обычно плавно закруг­ляют. Криволинейная арматура, стремясь выпрямиться под действием усилия F, вызывает откол бетона по внутренней грани узла, поэто­му во входящих углах устанавливают дополнительную поперечную арматуру

В последние годы значительное распространение нашли рамные конструкции с использованием предварительного напряжения.