Кирсанов Н.М. Текст лекций

СВЯЗИ в конструкциях - легкие конструктивные элементы в виде отдельных стержней или систем (ферм); предназначены для обеспечения пространственной устойчивости основных несущих систем (ферм, балок, рам и т. п.) и отдельных стержней; пространственной работы конструкции путем распределения нагрузки, приложенной к одному или нескольким элементам, на все сооружение; придания сооружению жесткости, необходимой для нормальных условий эксплуатации; для восприятия в отдельных случаях ветровых и инерционных (например, от кранов, поездов и т. п.) нагрузок, действующих на сооружения. Системы связей компонуются так, чтобы каждая из них выполняла несколько из перечисленных функций.

Для создания пространственной жесткости и устойчивости конструкций, состоящих из плоских элементов (ферм, балок), которые легко теряют устойчивость из своей плоскости, они соединяются по верхним и нижним поясам горизонтальными связями. Кроме того, по торцам, а при больших пролетах и в промежуточных сечениях ставятся вертикальные связи - диафрагмы. В результате образуется пространственная система, обладающая большой жесткостью при кручении и изгибе в поперечном направлении. Этот принцип обеспечения пространственной жесткости используется при проектировании многих сооружений.

В пролетных строениях балочных или арочных мостов две главные фермы соединяются горизонтальными системами связей по нижним и верхним поясам ферм. Эти системы связи образуют горизонтальные фермы, которые, помимо обеспечения жесткости, принимают участие в передаче ветровых нагрузок на опоры. Для получения необходимой жесткости при кручении ставятся поперечные связи, обеспечивающие неизменяемость поперечного сечения мостового бруса. В башнях квадратного или многоугольного сечения с этой же целью устраиваются горизонтальные диафрагмы.В покрытиях промышленных и общественных зданий с помощью горизонтальных и вертикальных связей две стропильные фермы соединяются в жесткий пространственный блок, с которым прогонами или тяжами (связями) соединяются остальные фермы покрытия. Такой блок обеспечивает жесткость и устойчивость всей системы покрытия.Наиболее развитую систему связей имеют стальные каркасы одноэтажных промышленных зданий.

Системы горизонтальных и вертикальных связей решетчатых ригелей рам (ферм) и фонарей обеспечивают общую жесткость шатра, закрепляют от потери устойчивости сжатые элементы конструкции (например, верхние пояса ферм), обеспечивают устойчивость плоских элементов в процессе монтажа и эксплуатации.Учет пространственной работы, обеспечиваемой соединением основных несущих конструкций системами связей, при расчете сооружений дает снижение веса конструкций. Так, например, учет пространственной работы поперечных рам каркасов одноэтажных промышленных зданий дает снижение расчетных величин моментов в колоннах на 25-30%. Разработана методика расчета пространственных систем пролетных строений балочных мостов. В обычных случаях связи не рассчитываются, а их сечения назначаются по предельной гибкости, устанавливаемой нормами.

Поперечная устойчивость каркаса деревянных зданий достигается путем защемления основных стоек в фундаментах при шарнирном соединении конструкции покрытия с этими стойками; применения рамных или арочных конструкций с шарнирным опиранием; создания жесткого диска покрытия, что используется в небольших зданиях.Продольная устойчивость здания обеспечивается постановкой (примерно через 20 м) специальной связи в плоскости каркасных стен и среднего ряда стоек. В качестве связей могут быть использованы и стеновые щиты (панели), соответствующим образом скрепленные с элементами каркаса.

Для обеспечения пространственной устойчивости плоскостных несущих деревянных конструкций ставятся соответствующие связи, принципиально аналогичные связи в металлических или железобетонных конструкциях.В арочных и рамных конструкциях, помимо обычного (как в балочных фермах) раскрепления сжатого верхнего пояса, предусматривается раскрепление нижнего пояса, имеющего, как правило, при односторонних нагрузках, сжатые участки. Это раскрепление осуществляется вертикальными связями, попарно соединяющими конструкции. Таким же образом обеспечивается устойчивость из плоскости нижних поясов в шпренгельных конструкциях. В качестве горизонтальных связей могут быть использованы полосы косого настила и щиты кровли. Пространственные деревянные конструкции в специальных связях не нуждаются.

Чтобы обеспечить пространственную устойчивость металлических сооружений, используются специальные стальные элементы - вертикальные связи между колоннами. Производственное объединение «Ремстроймаш» предлагает металлоконструкции собственного изготовления для различных производственных и строительных предприятий.

В ассортименте предприятия:

• Стержни.
• Балки.
• Фермы.
• Рамы и прочие системы связей.

Основное назначение связей металлоконструкций

При помощи легких конструктивных элементов образуются пространственные системы, обладающие уникальными свойствами:

• жесткость при изгибе и поперечном скручивании;
• устойчивость против ветровых нагрузок, инерционных воздействий.

При сборке связующие системы выполняют перечисленные функции, направленные на повышение устойчивости против внешних воздействий. Ветровые связи металлоконструкций придают готовым сооружениям дополнительную парусную устойчивость при эксплуатации. Пространственная жесткость и устойчивость зданий, колонн, мостов, ферм и пр. обеспечивается, благодаря связям, установленным в горизонтальных плоскостях в виде верхних и нижних поясов.

Одновременно на торцах и в промежутках между пролетами устанавливаются специальные связи металлоконструкций вертикального расположения - диафрагмы. Полученная система связей обеспечивает требуемую пространственную жесткость готового сооружения.


Поперечные связи пролетных строений
а - конструкция основных узлов связей; б - схема поперечных связей

Разновидности связей металлоконструкций

Изделия отличаются по методам изготовления и сборки:

• Сварные изделия.
• Сборные (болтовые, винтовые).
• Клепаные.
• Комбинированные.

Материалами изготовления связующих металлоконструкций служат черная и нержавеющая стали. Благодаря уникальным техническим характеристикам, изделия из нержавейки не требуют дополнительной обработки против коррозии.

Схемы вертикальных связен:
А крестовая; Б двухъярусная крестовая, В — раскосная наклонная, Г — многоярус¬ная раскосная наклонная

Примеры связей

Связи по фермам предназначены для:

– создания (совестно со связями по колоннам) общей пространственной жесткости и геометрической неизменяемости каркаса ОПЗ;

– обеспечения устойчивости сжатых элементов ферм из плоскости ригеля путём сокращения их расчетной длины;

– восприятия горизонтальных нагрузок на отдельные рамы (поперечного торможения крановых тележек) и перераспределения их на всю систему плоских рам каркаса;

– восприятия и (совестно со связями по колоннам) передачи на фундаменты некоторых продольных горизонтальных нагрузок на конструкции машзала (ветровых действующих на торец здания и крановых);

– обеспечения удобства монтажа ферм.

Связи по фермам подразделяют на:

─ горизонтальные;

─ вертикальные.

Горизонтальные связи располагают в плоскости верхних и нижних поясов ферм.

Горизонтальные связи, расположенные поперёк здания называют поперечными, а вдоль – продольными.

Связи по верхним поясам ферм

Связи по нижним поясам ферм

Вертикальные связи по фермам

Поперечные горизонтальные связи в плоскости верхних и нижних поясов ферм совместно с вертикальными связями между фермами устанавливают по торцам здания и в средней его части, там, где размещены вертикальные связи по колоннам.

Они создают жесткие пространственные брусья у торцов здания и в средней его части.

Пространственные брусья у торцов здания служат для восприятия ветровой нагрузки, действующей на торцевой фахверк и передачи ее на связи по колоннам, подкрановые балки и далее на фундамент.

Иначе их называют ветровыми связями.

2. Элементы верхнего пояса стропильных ферм сжаты и могут потерять устойчивость из плоскости ферм.

Поперечные связи по верхним поясам ферм вместе с распорками закрепляют узлы ферм от перемещения в направлении продольной оси здания и обеспечивают устойчивость верхнего пояса из плоскости ферм.

Продольные связевые элементы (распорки) снижают расчетную длину верхнего пояса ферм, если они сами закреплены от смещения жестким пространственным связевым брусом.

В беспрогонных покрытиях ребра панелей закрепляют узлы ферм от смещения. В покрытиях по прогонам узлы ферм от смещения закрепляют сами прогоны, если они закреплены в горизонтальной связевой ферме.

Во время монтажа верхние пояса ферм закрепляют распорками в трёх или более точках. Это зависит от гибкости фермы в процессе монтажа. Если гибкость элементов верхнего пояса фермы не превышает 220 , распорки ставят по краям и в середине пролёта. Если 220 , то распорки ставят чаще.

В беспрогонном покрытии это закрепление производят с помощью дополнительных распорок, а в покрытиях с прогонами распорками являются сами прогоны.

В нижнем поясе также ставят распорки для уменьшения расчетной длины элементов нижнего пояса.

Продольные горизонтальные связи по нижним поясам ферм предназначены для перераспределения горизонтальной поперечной крановой нагрузки от торможения тележки на мосту крана. Эта нагрузка действует на отдельную раму и при отсутствии связей вызывает значительные поперечные перемещения.

Поперечное смещение рамы от действия крановой нагрузки:

а) при отсутствии продольных связей по нижним поясам ферм;

б) при наличии продольных связей по нижним поясам ферм

Продольные горизонтальные связи вовлекают в пространственную работу соседние рамы, вследствие чего поперечное смещение каркаса значительно уменьшается.

Поперечное смещение каркаса зависит также от конструкции кровли. Кровля из железобетонных панелей считается жесткой. Кровля из профилированного настила по прогонам то она не может в значительной мере воспринимать горизонтальные нагрузки. Такая кровля считается не жесткой.

Продольные связи по нижним поясам ферм размещают в крайних панелях ферм вдоль всего здания. В машинных залах электростанций продольные связи размещают только в первых панелях нижних поясов ферм, прилегающих к колоннам ряда А. С противоположной стороны ферм продольные связи не ставят, т.к. силу поперечного торможения крана воспринимает жесткая деаэраторная этажерка.

В зданиях пролётом 30 м для закрепления нижнего пояса от продольных перемещений устанавливают распорки в средней части пролета. Эти распорки уменьшают расчетную длину, а, следовательно, и гибкость нижнего пояса ферм.

Вертикальные связи по фермам располагают между фермами. Их выполняют в виде самостоятельных монтажных элементов (ферм) и устанавливают совместно с поперечными связями по верхним и нижним поясам ферм.

По ширине пролета вертикальные связевые фермы располагают по опорным узлам ферм и в плоскости вертикальных стоек ферм. Расстояние между вертикальными связями по фермам от 6 до 15 м.

Вертикальные связи между фермами служат для устранения деформаций сдвига элементов покрытия в продольном направлении.

Металлический каркас состоит из многих несущих элементов (ферма, рама, колонны, балки, ригели), которые необходимо «связывать» друг с другом для сохранения устойчивости сжатых элементов, жесткости и геометрической неизменяемости конструкции всего здания. Для соединения конструктивных элементов каркаса служат металлические связи . Они воспринимают основные продольные и поперечные нагрузки и передают их на фундамент. Металлические связи также равномерно распределяют нагрузки между фермами и рамами каркаса для сохранения общей устойчивости. Важным их назначением является противодействие горизонтальным нагрузкам, т.е. ветровым нагрузкам.

Саратовский резервуарный завод производит связи из горячекатаных сортовых уголков, гнутых уголков, гнутых профильных труб, горячекатаных профильных труб, круглых труб, горячекатаные и гнутых швеллеров и двутавр. Общая масса используемого металла должна составлять приблизительно 10% от общей массы металлоконструкции здания.

Основными элементами, которые соединяют связи, являются фермы и колонны.

Металлические связи колонн

Связи колонн обеспечивают поперечную устойчивость металлической конструкции здания и его пространственную неизменяемость. Связи колонн и стоек являются вертикальными металлоконструкциями и конструктивно представляют собой распорки или диски, которые формируют систему продольных рам. Назначение жестких дисков - крепление колонн к фундаменту здания. Распорки соединяют колонны в горизонтальной плоскости. Распорки представляют собой продольные балочные элементы, например, межэтажные перекрытия, подкрановые балки.

Внутри связей колонн различают связи верхнего яруса и связи нижнего яруса колонн . Связи верхнего яруса располагают выше подкрановых балок, связи нижнего яруса, соответственно, ниже балок. Основными функциональными назначениями нагрузок двух ярусов являются способность передачи ветровой нагрузка на торец здания с верхнего яруса через поперечные связи нижнего яруса на подкрановые балки. Верхние и нижние связи также способствуют удерживанию конструкции от опрокидывания в процессе монтажа. Связи нижнего яруса к тому же передают нагрузки от продольного торможения кранов на подкрановые балки, что обеспечивает устойчивость подкрановой части колонн. В основном в процессе возведения металлоконструкций здания используются связи нижних ярусов.

Схема вертикальных связей между колоннами

Металлические связи ферм

Для придания пространственной жесткости конструкции здания или сооружения металлические фермы также соединяются связями. Связь ферм представляет собой пространственный блок с прикрепленными к нему смежными стропильными фермами. Смежные фермы по верхним и нижним поясам соединены горизонтальными связями ферм , а по стойкам решетки - вертикальными связями ферм .

Горизонтальные связи ферм по нижним и верхним поясам

Горизонтальные связи ферм бывают также продольными и поперечными.

Нижние пояса ферм соединяются поперечными и продольными горизонтальными связями: первые фиксируют вертикальные связи и растяжки, за счет чего уменьшается уровень вибрации поясов ферм; вторые служат опорами верхних концов стоек продольного фахверка и равномерно распределяют нагрузки на соседние рамы.

Верхние пояса ферм соединяются горизонтальными поперечными связями в виде распорок или прогонов для сохранения запроектированного положения ферм. Поперечные связи объединяют верхние пояса фермы в единую систему и становятся «замыкающей гранью». Распорки как раз предотвращают смещение ферм, а поперечные горизонтальные фермы/связи предотвращают от смещения распорки.

Вертикальные связи ферм необходимы в процессе возведения здания или сооружения. Их как раз и называют зачастую монтажными связями. Вертикальные связи способствуют сохранению устойчивости ферм из-за смещения их центра тяжести выше опор. Вместе с промежуточными фермами они образуют пространственно-жесткий блок с торцов здания. Конструктивно вертикальные связи ферм представляют собой диски, состоящие из распорок и ферм, которые располагаются между стойками стропильных ферм по всей длине здания.

Вертикальные связи колонн и ферм

Конструкции металлических связей стального каркаса

По конструкции металлические связи также бывают:

перекрестные связи, когда элементы связей пересекаются и соединяются между собой посередине

угловые связи, которые располагаются несколькими частями в ряд; применяются в основном для строительства малопролетных каркасов

портальные связи для каркасов П-образного вида (с проемами) имеют большую площадь поверхности

Основным типом соединения металлических связей - это болтовое, так как такой вид крепления максимально эффективен, надежен и удобен в процессе монтажа.

Специалисты Саратовского резервуарного завода спроектируют и изготовят металлические связи из любого профиля в соответствии с механическими требованиями к физико-химическим свойствам материала в зависимости от технико-эксплуатационных условий.

Надежность, устойчивость и жесткость металлического каркаса Вашего здания или сооружения во много зависит от качественного изготовления металлических связей.

Как заказать изготовление металлических связей на Саратовском резервуарном заводе?

Для расчета стоимости металлоконструкций нашего производства, Вы можете:

• связаться с нами по телефону 8-800-555-9480
• написать на электронную почту технические требования к металлоконструкциям
• воспользоваться формой " ", указать контактую информацию, и наш специалист свяжется с Вами

Специалисты Завода предлагают комплексные услуги:

• инженерные изыскания на объекте эксплуатации
• проектирование объектов нефтегазового комплекса
• производство и монтаж различных металлоконструкций

2.3.2. Связи между колоннами

Назначение связей: 1) создание продольной жесткости каркаса, необходимой для нормальной его эксплуатации; 2) обеспечение устойчивости колонн из плоскости поперечных рам; 3) восприятие ветровой нагрузки, действующей на торцевые стены здания, и продольных инерционных воздействий мостовых кранов.

Связи устанавливают по всем продольным рядам колонн здания. Схемы вертикальных связей между колоннами даны на рис.2.34. Схемы (рис. 2.34, в, г, е ) относятся к зданиям бескрановым или с подвесным крановым оборудованием, все остальные - к зданиям, оборудованным мостовыми опорными кранами.

В зданиях, оборудованных мостовыми опорными кранами, основными являются нижние вертикальные связи. Они в совокупности с двумя колоннами, подкрановыми балками и фундаментами (рис. 2.34 д, ж...л ) образуют геометрически неизменяемые неподвижные в продольном направлении диски. Свобода или стесненность деформации присоединенных к таким дискам других элементов каркаса существенно зависят от количества жестких блоков и их расположения вдоль каркаса. Если вы расположите связевые блоки по торцам температурного отсека (рис. 2.35, а ), то при повышении температуры и отсутствии свободы деформаций ( t 0) возможна потеря устойчивости сжатых элементов. Вот почему вертикальные связи лучше размещать в середине температурного блока (рис. 2.34, а...в , рис. 2.35, б ), обеспечив свободу температурных перемещений по обе стороны от связевого блока (Δ t 0) и исключив появление дополнительных напряжений в продольных элементах каркаса При этом расстояние от торца здания (отсека) до оси ближайшей вертикальной связи и расстояния между связями в одном отсеке не должны превышать значений, приведенных в табл. 1.2.

В надкрановой части колонн вертикальные связи следует предусматривать в торцах температурных блоков и в местах расположения нижних вертикальных связей (см. рис. 2.34 а, в ). Целесообразность установки верхних связей в торцах здания обусловлена, в первую очередь, необходимостью создания кратчайшего пути для передачи ветровой нагрузки R w на торец здания по продольным связевым элементам или подкрановым балкам на фундаменты (рис. 2.36). Эта нарузка равна опорной реакции горизонтальной связевой фермы (см. рис. 2.30) или двух ферм в многопролетных

Рис. 2.35. Влияние схем расположения связевых блоков на развитие температурных деформаций:
a - при расположении связевых блоков по торцам; б - то же, по середине здания

зданиях. Аналогично передаются на фундаменты силы от продольного торможения кранов F кр (рис. 2.36). Расчетную силу продольного торможения принимают от двух кранов одного или смежных пролетов. В длинных зданиях указанные силовые воздействия распределяют поровну на все вертикальные связевые фермы между колоннами в пределах температурного блока.

Конструктивная схема связей зависит от шага колонн и высоты здания. Различные варианты решения связей приведены на рис. 2.34. Самой распространенной является крестовая схема (рис. 2.34, г-и ), так как она обеспечивает наиболее простую и жесткую завязку колонн здания. Количество панелей по высоте назначают в соответствии с рекомендуемым утлом наклона раскосов к горизонтали (α = 35°...55°). При необходимости использования пространства между колоннами, что часто обусловлено технологическим процессом, связи нижнего яруса проектируют портальными (рис. 2.34 к ) или полупортальными (см. рис. 2.34, л ).

Вертикальные связи между колоннами используют также для закрепления в узлах распорок (рис. 2.34 е...и ), если они предусмотрены для уменьшения расчетных длин колонн из плоскостей рам.

В колоннах, имеющих постоянную высоту сечения h ≤ 600 мм, связи располагают в плоскости осей колонн; в ступенчатых колоннах связи выше

Рис. 2.36. Схемы передачи ветровой (с торца здания) и продольной крановой нагрузок:
а, б - здания с мостовыми опорными кранами; в, г - здания с подвесными кранами

тормозной конструкции (верхние вертикальные связи) при h ≤ 600 мм устанавливают по осям колонн, ниже подкрановой балки (нижние вертикальные связи) при h > 600 мм - в плоскости каждой полки или ветви колонны. Узлы связей между колоннами показаны на рис. 2.37.

Крепят связи на болтах грубой или нормальной точности и после выверки колонн могут приваривать к фасовкам. В зданиях с мостовыми кранами групп режимов работы 6К...8К фасонки связей следует обваривать либо выполнять соединения на высокопрочных болтах.

При расчете связей вы можете воспользоваться рекомендациями п.6.5.1 .