Стальные арочные покрытия больших пролетов. Арочные большепролётные металлич покрытия.

Стальные арочные покрытия больших пролетов. Арочные большепролётные металлич покрытия.

По очертанию арки бывают параболическими, круговыми, треугольными, реже втречаются арки, очерченные по цепной линии, эллиптические, коробовые и ползучие. В зависимости от стрелы подъёма делятся на пологие и подъёмистые. По наличию или отсутствию опорных и ключевых шарниров арки делят на трёхшарнирные, двухшарнирные и бесшарнирные. Для арок характерны большие пролёты. Они начинают успешно конкурировать с фермами при пролётах более30 м. нередко арками перекрывают пролёты около60 м, а рекордные пролёты достигают 100м.

Распор арок воспринимается непосредственно фундаментом или жёсткими опорными конструкциями. Арки пологие, используемые как несущие конструкции перекрытий, имеют как правило, затяжки. Арки подъёмистые, устанавливаемые на грунтовые основания, передают распор фундаментам, которые рассчитываются на полную опорную реакцию. Если грунт слабый и имеется опасность сдвига фундамента, то в плоскости пола или под полом дополнительно устанавливают затяжки. Чем положе арка, тем больше распор.

Арки, очертание осей которых сливается с кривой давления, испытывают только сжатие.(уравнение кривой давления y(x) находят из формулы арочного момента Mx=Mx-F_hy). В случае расхождения этих линий в арке возникает изгибающий момент.

По конструкции арки могут быть сплошностенчатыми или сквозными.Сплошностенчатые арки сравнительно небольших пролётов можно изготавливать из прокатных профилей. Рабочее сечение более мощных арок компонуют в виде двутавровых или коробчатых профилей. высота сечения арки при пролётах до 60 м оставляет 1/50…1/60 пролёта, при больших пролётах 1/60 …1/80. рёбра жёсткости устанавливают на расстояниях, примернр равных высоте сечения арки. Сплошностенчатые арки рассчитывают на прочность как сжато-изгибаемые элементы.

Сквозные арки(решётчатые). Пояса таких арок компонуют из прокатных профилей и труб. Решётка обычно треугольная, часто с дополнительными стойками. Высота арок пролётом до 60м составляет 1/30…1/45 пролёта, больших пролётов 1/45…1/60. опорные шарниры арок бывают трёх типов: плиточные, пятниковые и балансирные.

Статический расчёт арок: начинается с определения опорных реакций,далее определяются изгибающий момент, продольная и поперечная силы.для конструктивного расчёта арок достаточно знания М,N и Q в характерных точках(на опорах, в середине и четвертях пролёта).для оценки устойчивости арки в плоскости изгибанеобходимо представить себе вероятный вид её деформирования. Различают 2 вида потери устойчивости- симметричный и несимметричный. Устойчивость арки в плоскости изгиба определяют при расчётной длине, равной расстоянию между точками крепления связей. Утойчивость оценивается критической силой Ncr=²EI/ l²_ef.

Основные физико-механич сво-ва дерева и пластмасс .

Наиболее важными физико-механич сво-вами древесины являются расчётное сопротивление R и жёсткость древесины, определяемая модулем упругости Е.

СНиП даёт расчётное сопротивление R для древесины из сосны и ели. Для других пород его получают путём умножения расчётного сопротивления сосны и ели на переходные коэффициенты m_n.Строительные конструкции из дерева могут эксплуатироваться в различных температурно-влажностных режимах и их сопротивления зависят от условий работы и эксплуатации.

R^,=Rxm_nxm_вxm_бxm_сл

R – расчётное сопротивление древесины сосны и ели

m_n– переходный коэффициент для породы древесины, принимаемый из таблицы

m_в– коэф-т, учитывающийтемпературно-влажностный режим эксплуатации

m_б- коэф-т, учитывающий абсолютную высоту деревянного элемента(клееного)

m_сл- коэф-т для клееной древесины, учитывающий толщину клееных досок.

Модуль упругости реальной древесины любой породы принимается для конструкций, эксплуатируемых в нормальных температурно-влажностных условиях, равным 10⁴МПа.

Модуль упругости пластмасс не превышает10⁴МПа. Расчётное же сопротивление сжатию и растяжению наиболее прочных стеклопластиков достигает 100МПа.

Технология перекрытия больших пролетов пространственными системами. Пространственные перекрестные конструкции покрытий.

Пространственные конструкции покрытий больших пролетов

Металлические складчатые покрытия, особенно, перекрестно-стержневые позволяют получить значительный архитектурный и экономический эффект при пролетах до 50 м. Такие решетчатые (перекрестно-стержневые) складки, составленные из трехметровых трубчатых стержней, при высоте 2,12 м позво- ляют перекрывать пролет до 30 м, а при устройстве двух и трехрешетчатой системы с увеличением высоты конструкций – до 54 м. Перекрестно-стержневая конструкция при плане помещения, приближающейся к квадрату, превращается в пространственную сетку, состоящую из перекрещивающихся поясных стержней и пространственной решетки, поставленной по диагонали квадратных ячеек (рис. 35).

Рис. 35. Перекрестно - стержневые конструкции

Типы перекрестно-стержневых конструкций: а - покрытия большого пролета;    б - пространственная  конструкция  покрытия  36x36  м.Типы  сеток  и  опирание:     в -   е - павильонные покрытия; ж - неразрезная конструкция    покрытия; с треугольной сеткой. Применение перекрестно-стержневых     конструкций:   л -  пространственная  конструкция теплицы; м - пространственная конструкция выставочного павильона; н — рамная конструкция спортивного зала

Возможности такой конструкции (структуры) очень широки, т. к. ее можно опирать на колонны в любой точке. Модульная сетка пространственных перекрестно-стержневых конструкций строится по ортогональной (преимущественно 3x3 м) треугольной или шестиугольной системам (рис. 35, в-е). Такие конструкции применяют для самых разнородных покрытий с опиранием по контуру на внутриконтурные колонны (рис. 35, л-н). Для разгрузки основного пролета целесообразно устройство консольных свесов структурной плиты с вылетом консолей в 0,2 - 0,25 основного пролета. Структурные конструкции выполняют с пролетами от 18 до 200 м и применяют для перекрытий общественных зданий. Возможно применение перекрестно – стержневых конструкций в качестве несущей части стен большой высоты (рис. 36).

Пространственные конструкции покрытий больших пролетов

Рис. 36. Конструкция перекрестного покрытия над залом Дома мебели в Москве:

а – план расположения перекрестных ферм; б – деталь узла А; 1 – башенный кран Т- 266 грузоподъемностью 3 т ; 2 – контур перекрытия подвала; 3 – временные монтажные стойки

Другим примером перекрестной конструкции может служить перекрытие над зрительным залом Дворца съездов в Кремле (рис.37) Перекрытие состоит из стальных поперечных балок, с шагом 6,4 м, и двух продольных стальных балок, отстоящих от опор 12,8 м. Поперечные балки сплошные двутавровой формы, продольные – решетчатые; высота балок 3,5 м. Расстояние между осями поперечник диафрагм называемой пролетом оболочки, а между осями бортовых элементов – длиной волны. Цилиндрический свод-оболочка – безраспорная конструкция, работающая на поперечный изгиб как балка пространственной формы, свод – распорная конструкция, работающая преимущественно на осевые усилия. Для обеспечения последнего условия кривая свода принимается пологой, в то время как для повышения жесткости свода – оболочки целесообразна большая кривизна формы, наконец, продольная ось длинного цилиндрического свода – оболочки размещается параллельно перекрываемому пролету, а продольная ось свода – перпендикулярно ему. Стабильность формы цилиндрической оболочки обеспечивается торцовыми диафрагмами жесткости. Статическая работа, геометриче- ская форма и размещение в пространстве цилиндрического свода-оболочки существенно отличаются от работы свода.

Покрытия промышленных зданий. Ограждающие конструкции покрытий промышленных зданий

В состав ограждающей части по­крытия могут входить :

- кровля (во­доизоляционный слой) – рулонный ковер, асбестоцемент­ные волнистые листы, стальные листы;

- выравнивающий слой – стяжка из асфальта или це­мен­тного раствора (при необходимости);

- теплозащитный слой, который в зависимости от мест­ных условий может состоять из плит пенобетонных, керамзитобетонных, минеральной пробки и т. п.;

- пароизоляция, предохраняющая теплоизоляцион­ный слой от увлажнения водяными парами, проникающими в покрытие из помещения;

- несущий на­стил, под­держивающий ограждающие элементы покрытий – прогоны или плитф покрытия.

В неотапливаемых помещениях или в го­рячих цехах со значительными выделе­ниями производственной теп­лоты (остывочные пролеты прокатных цехов и др.) ограждения покрытия проекти­руют холодными (термоизоляцион­ный слой не укладывают), в отаплива­емых – утепленными, исходя из требо­вания исключения возмож­ности кон­денсации влаги на их внутренней по­верхности.

В зданиях с не­значительными избыточными тепловыделениями (цехи термические, горя­чей штамповки и т. п.) также устраивают утепленные покрытия.

В зависимости от требуемого эксплуатационного режима ограж­дающая часть покрытий может быть вентилируемой, частично вентили­руемой и невентилируемой .

Невентилируемые ограждения проектируют над помещениями с сухим и нормальным влажностным режимом (φ

Вентилируемые и частично вентилируемые устраивают над отапли­ваемыми помещениями с влажным и мокрым режимом (φ > 60 %), когда недопустима конденсация влаги на внутренней поверхности ограждения, если другие конструктивные меры не обеспечивают нормальной влажно­сти покрытия.

Для естественной вентиляции покрытий в ограждении предусматри­вают воздушные прослойки, каналы или борозды, сообщающиеся с наруж­ным воздухом через отверстия в карнизной части стены, коньке и около световых фонарей.

Вентиляционные продухи, отводя из-под кровельного ковра водяные пары, способствуют высыханию утеплителя.

Ограждающую часть покрытия можно укладывать на прогоны, а крупноразмерные панели непосредственно на стропильные конструкции.

Покрытия по прогонам

Покрытия с прогонами применяют для кровель с асбестоцемент­ными, алюминиевыми и др. легкими настилами, а также в тех случаях, ко­гда необходимо иметь много технологических отверстий.

Покрытия по прогонам:

1 – стропильная конструкция (ферма, балка); 2 – прогон; 3 – плита покрытия

Для отапливаемых зданий в качестве плит покрытия, укладываемых по прогонам могут быть использованы :

– плиты из легкого бетона , для изготовления плит исполь­зуют бетоны марок 100–150 и сварные арматурные сетки; швы между пли­тами заливают цементно-песчаным раствором;

– асбестоцементная панель , плиты состоят из двух фигур­ных асбестоцементных листов, соединенных заклепками или на клею, тор­цевых листов и минерального утеплителя, толщина листов 8–10 мм., плиты укладывают на прогоны и крепят к ним кляммерами, а между собой – стальными накладками, швы заделывают упругими прокладками и масти­кой по плитам устраивают рулонную или мастичную кровлю;

– каркасная асбестоцементная панель , панель состоит из четырех асбестоцементных швеллеров, между которыми уложен эф­фективный утеплитель, сверху и снизу конструкция обшита плоскими асбестоцементными листами; длина панели 1,5; 3 м;

– монопанели, это утепленное покрытие с металлическим профилированным настилом; стальные профлисты штампуют из оцинко­ванных листов толщиной 1–1,75 мм, шириной 600–1000 мм, и высотой 40–80 мм. Профлист крепят к прогонам при помощи заклепок или самонаре­зающимися болтами.

Вантовые покрытия. Общие сведения о вантовых покрытиях

Вантовые покрытия составляют одну из основных групп пространственных покрытий, к которым относятся также висячие оболочки, мембраны, тентовые конструкции и др. Для вантовых покрытий характерно наличие в качестве основных несущих элементов провисающих вант, работающих в основном на растягивающие усилия. Ванты могут быть как гибкими, так и достаточно жёсткими, способными воспринимать не только растягивающие усилия, но также изгибающие моменты.

плиты ограждения и опорный контур, воспринимающий усилия от

В любом вантовом покрытии можно выделить три части: несущую конструкцию, элементами которой служат И растянутые ванты,

пролётной конструкции. Характерными Д усилиями, передающимися на

опорный контур, являются горизонтально направленные усилия распора, достигающие при малых стрелках провиса вант значительных величин. Поэтому одной из важных задач проектирования вантовых покрытий является определение оптимальной формы и конструктивного решения опорного контура.

К недостаткам вантовых покрытий следует отнести необходимость принятия специальных мер, ограничивающих деформативность. Кроме того, наличие распорных усилий ограничивает использование вантовых покрытий в прямоугольных в плане зданиях, где эти усилия могут быть восприняты ценой существенных затрат на устройство опорного контура.

Схемы металлических ферм. Чертежи металлических ферм

Проекты стальных ферм

Тема конструирования стальных стропильных систем весьма востребованная. И как следствие выкладываю в качестве примеров свои труды по этой теме. Прежде всего отмечу, мои чертежи металлических ферм проходят все этапы расчётов элементов и узлов. А рабочие проекты соответствуют нормам их оформления. К каждой конструкции всегда индивидуальный подход, даже если геометрически схожа со серийным вариантом!

Конечно же данные конструкции входят в состав полного проекта КМ. Потому что, заказывать отдельную ферму могут позволить себе организации в штате у которых есть инженеры.

Заказчикам расчетов стропильных ферм:

Стропильная ферма обычно проектируется из профильной трубы по типу Молодечно. Это объясняется тем, что это данный вид прост в изготовлении и облегченный за счёт хорошей работы сечения. Это самый оптимальный вариант хотя доступно выполнять расчёты и проектировать всех видов, форм и пролётов.

Нет разницы она треугольная, односкатная и криволинейная. Имеем ввиду что из парных уголков это прошлый век и экономически не целесообразно. Из двутавра применяются только при тяжелых условиях эксплуатации. Из круглый трубы самая лёгкая из всех возможных, но изготовлении дорогостоящее. ЛСТК актуально только при частом шаге их.

Всегда для больших площадей покрытия кровли — необходимо заказывать работу конструктору, а не проектировщику! Расчёт уникальной геометрии и нагрузки в зависимого от вашего города. Обычно любители берут готовую большую конструкцию и изымают сечения профилей!

При заказе проекта — вы получаете КМ чертежи металлических ферм, с которыми можете обратиться в строительно-монтажную компанию. А можете получить детализированные — КМД, по которым самостоятельно наймя бригаду сварщиков изготовить конструкции и получите экономию как минимум на НДС!

Самый большой пролет здания. Металлические конструкции бьют рекорды.

ЛМК обладает широкими оптимизационными возможностями и, благодаря своим свойствам, является на сегодняшний день единственным материалом для изготовления самых высоких и больших зданий. 

Токийская башня, или как ее называют японцы «Токио тава» – самое высокое в мире здание. Также она считается самой высокой металлической конструкцией . Количество этажей башни – 100, при этом ее высота составляет 333 метра. Здание изготовлено из ЛМК, что и обеспечивает его прочность и позволяет достичь таких огромных размеров. Сама башня это конструкция из стальных балок. В отличие от, например, Останкинской башни, Токио тава не закреплена на подземном фундаменте, а стоит прямо на земле, что повышает ее сейсмостойкость.

  Конструкции Эйфелевой башни, находящейся в Париже, и Токийской башни похожи. Различие их в том, что высота первой больше на 13 метров, при весе всего 4000 тон. Вес второй почти в два раза больше и составляет 7000 тон. 
Токио тава была построена в 1958 году. Ее задачей было обеспечение столицы и близлежащих районов телевизионной и радиотрансляцией. Для того чтобы башня была более заметна для самолетов, ее окрасили в оранжевый и белый цвета - для этого необходимо 28 тысяч литров краски. В ночное время башню освещают 164 прожектора. 
В г. Эверетт, штат Вашингтон, США, расположено самое большое здание из ЛМК – ангар копании Боинг. Размеры этого великана делают его не только самым большим металлическим зданием в мире, но и самым большим зданием среди всех существующих типов. Ангар записан в Книгу рекордов Гиннеса как самое большое здание по объему – пространство, занимаемое им, составляет 17 миллионов кубических метров. Площадь, отведенная под ангар – 39 гектаров. Большего здания в мире не существует.
Еще одно металлическое чудо, построенное руками человека – ангар во Франкфуртском аэропорту. Он построен для компании «Lufthansa» и является обладателем самого большого пролета в мире. Франкфуртский аэропорт является ведущим по объему грузоперевозок континента, занимает второе место по числу пассажиров в Европе, но его главным преимуществом не смотря ни на что, по праву считают ангар с самым большим пролетом в мире, который принадлежит компании «Lufthansa».  
Ангар поражает своими размерами: его длина 350 метров, ширина 140 метров и высота 45. С такими объемами в нем запросто можно уложить Эйфелеву башню. Также ангар делает возможным техническое обслуживание самого крупнейшего в мире пассажирского самолета – аэробуса А380.

Стальные фермы. Архитектура металлической фермы: элементы, узлы и напряжение

Итак, металлическая ферма – это сварная или сборная система труб и жестких крепежных узлов. Состоит такая конструкция из определенных элементов:

• Пояса, верхний и нижний, которые служат каркасом.
• Решетки, которая связывает оба уровня.
• Стоек, которые смонтированы перпендикулярно к поясу.
• Раскосов, которые присоединены под углом к нижнему и верхнему уровню.
• Шпренгеля – вспомогательного раскоса.
• Узел – это точка, в которой сходится сразу несколько стержней. Здесь трубы соединяют при помощи фасонки – специального металлического листа.
• Панель – это расстояние между соседними узлами, а пролет – расстояние между опорами стропильных систем.

Верхний пояс металлической фермы изготавливают из профильной трубы или двутавровых балок, с применением фланцевого соединения. Нижний – из этих же материалов.

Только, если ферма станет подвергаться нагрузке на уровне панелей, тогда дополнительно необходимо установить парные швеллеры. А внутренние стойки и раскосы изготавливают из круглой трубы, уголка или профильной трубы.

Решетки внутри фермы располагают по самым разным схемам, и все они продиктованы исключительно практическими соображениями. Чем больше поперечных элементов, тем прочнее сама конструкция, и тем дороже она обходится (материала-то уходит больше!). Например, вот в каких вариантах изготавливают треугольную ферму:

Внутренний рисунок металлической фермы подбирают в зависимости от конструктивных требований и планируемого уровня нагрузок. И выбранный тип обрешетки влияет на вес конструкции, ее внешний вид, трудоемкость и бюджет на изготовление самой металлической фермы .

Давайте рассмотрим стандартные виды внутренних решеток металлических ферм:

• Меньше всего узлов в треугольной решетке, которая чаще всего встречается в параллельной и трапециевидной ферме. Причем такая решетка считается наиболее экономной, т.к. у нее минимальная суммарная длина стержней.
• Шпренгельная решетка нужна там, где основная нагрузка приходится на верхний пояс. А потому ее используют, когда нужно сохранить расстояние между прогонами.
• Раскосную ферму делают, когда стойкам приходится противостоять большим усилиям.
• Крестовая разновидность нужна для каркасов, в которых расчетная нагрузка идет сразу в обоих направлениях.
• Перекрестная решетка нужна для ферм, которые делают из тавров.
• Полураскосная и ромбическая решетка нужна для ферм с такой большой высотой, как при создании мостов и мачт. Такие рамы получаются с высокой жесткостью благодаря двум системам раскосов.

В жизни выглядят все эти фермы так:

Вот, например, как выглядит не так часто встречающаяся шпренгельная ферма:

Кровельные металлические фермы, в свою очередь, бывают двускатные, односкатные и прямые. За счет ребер жесткости металлические фермы не деформируются даже на больших пролетах, хотя с виду довольно хрупкие.

Также металлические фермы делят на виды по количеству поясов. Это плоские фермы, где узлы и стержни находятся в одной плоскости, и пространственные, более сложные, в которых пояса находятся в параллельных плоскостях.

Конструкции покрытий. Виды покрытий и их составные части

Несущая часть покрытия может быть образована из отдельных плоскостных элементов, работающих на изгиб каждый в своей плоскости (балки, фермы, плиты) или осуществлена в виде пространственной конструкции — такой, как купол, оболочка (рис. 1), которая не может быть расчленена на отдельно работающие элементы. В такой конструкции нельзя провести четкое разграничение несущих и ограждающих элементов, поскольку тонкостенная криволинейная, обычно железобетонная оболочка, работающая в основном на сжатие в двух направлениях, является несущим элементом; вместе с тем, образуя сплошную поверхность покрытия, она является одновременно и ограждающей конструкцией.

Рис. 1. Основные виды железобетонных пространственных конструкций покрытий: а - оболочка двоякой кривизны; б - цилиндрическая оболочка

Железобетонные оболочки размерами в плане 36x36 и 24x24 м могут применяться для зданий без мостовых кранов и подвесного транспорта; размерами 18X36; 18X30 и 18x24 м — для зданий безмостовых кранов, а размерами 12x36; 12x30 и 12X24 м — для зданий с мостовыми кранами, подвесными кранами и без кранового оборудования.
В покрытиях с оболочками достигается экономия бетона до 38% и стали до 28 %. Однако вследствие большей сложности и более высокой трудоемкости пространственные покрытия применяются в промышленном строительстве сравнительно редко. Поэтому ниже рассматриваются только покрытия из плоскостных элементов.

Несущие конструкции такого покрытия в виде железобетонных или стальных балок или ферм поддерживают ограждающие элементы покрытия и передают нагрузки на колонны каркаса или несущие стены. В состав ограждающих элементов покрытия (для случая отапливаемого здания) входят:

• а) настил, образующий сплошную поверхность покрытия; настил чаще всего делают из крупнопанельных железобетонных плит, опирающихся непосредственно на несущие конструкции (рис. 2,а,б).
  В отдельных случаях, когда применяют настил из мелких плит, в состав покрытия входят прогоны (рис. 2, в).
• б) утеплитель, укладываемый поверх настила и служащий теплоизоляцией;
• в) кровля — водоизоляционный слой, препятствующий проникновению атмосферных вод в толщу покрытия и внутрь здания.

Поверх настила (но ниже утеплителя) необходима пароизоляция, преграждающая доступ парам внутреннего воздуха в слой утеплителя. При влажности до 60% пароизоляцию делают обмазочную — из расплавленного битума, наносимого кистью; при влажности выше 60% — оклеенную — из пергамина или рубероида, приклеиваемых битумной мастикой к выровненной поверхности настила. При рулонной кровле поверх утеплителя для наклейки кровли необходим выравнивающий слой.