Металеві конструкції покриття великих прольотів

ЛЕКЦІЯ 14

 Металеві конструкції покриття великих прольотів

1. Області застосування й класифікація конструкцій покриття

Металеві конструкції покриття великих прольотів застосовуються для перекриття громадських, виробничих та спеціальних будов. Громадські будови – це театри, виставочні павільйони, концертні і спортивні зали, криті стадіони, ринки, вокзали тощо. Виробничі будови – складальні цехи у літако-, судно-, та машинобудуванні. Спеціальні будови – лабораторні корпуси, ангари, гаражі, тролейбусні парки тощо.

Як правило, це однопрольотні споруди індивідуального проекту. Розрізняють таки типи конструкцій: балочні, рамні, арочні, просторові (оболонки, складки, структури, куполи), висячі (вантові й мембранні).

План будов може бути найскладніший.

Звичайно конструкції покриття великих прольотів працюють на сприйняття навантаження від власної ваги, тому зменшення цього навантаження має велике значення. Вигідно застосовувати сталі високої міцності або алюмінієві сплави, полегшені матеріали й конструкції покриття.

4.2.2. Балочні та рамні конструкції покриття великих прольотів

Балочні конструкції застосовують у випадку, коли опори не можуть сприймати розпірних зусиль. Вони важчі за рамні чи арочні конструкції, але простіші у виготовлення. Застосовують у громадських будівлях. Як правило, це ферми прольотом 50...70 м /іноді до 120 м/, бо балки при таких прольотах неекономічні. Пояси і гратки ферм можуть виконуватись із двотаврів на зварюванні, а вузли й на болтах високої міцності /рис. 95, 96/. Доцільне застосування попередньо напружених сталевих ферм /рис.97/ трикутного поперечного перерізу /з двома верхніми поясами/.

При прольотах понад 42 м одна з опор балочної конструкції повинна бути рухомою, фермам треба надавати будівельний нахил.

Рами застосовують двошарнірні та безшарнірні. Останні економічніші, але вони потребують потужних фундаментів і вони більш чутливі до температурних впливів. Застосовуються рами суцільні та наскрізні. Суцільні рами застосовують при прольотах до 50...60 м. Найчастіше це двошарнірні рами із затяжкою на рівні підлоги.

В ангаробудуванні поширені крізні рами при прольотах 100...120 м, звичайно двошарнірні /рис.98/ із ламаним ригелем, але можуть бути й безшарнірні крізні рами /проліт до 150 м/.

Для спрощення статичного розрахунку крізні легкі рами приводять до еквівалентних суцільних. Зусилля в елементах потужних крізних рам визначають із врахуванням деформацій усіх стержнів. Добирають переріз елементів рами, як і для звичайних суцільних або гратчастих конструкцій.

4.2.3. Арочні конструкції великих прольотів

        Арочні конструкції застосовують у павільйонах, критих ринках, спортивних залах, ангарах. За витратами матеріалу арки вигідніші, ніж балочні або рамні системи.

       Системи та обриси арок можуть бути різноманітними /рис.99, 100/. Найдоцільніші двошарнірні арки з паралельними поясами, вони прості у виготовленні /проліт 120...150 м/. Безшарнірні арки потребують влаштування потужних опор та розрахунків на температурні впливи /проліт до 180 м/.

Рис.95. . Вузол важкої ферми на болтах високої міцності: 1 – болти

Рис. 96. Вузол важкої ферми на зварюванні: 1 - діафрагми

Рис. 97 Покриття із попередньо напруженою фермою

Рис. 98 Схема наскрізної рами

Рис. 99. Системи арок: а – двошарнірна

                                               б – тришарнірна

в - безшарнірна

При опиранні на стіни застосовують арки із затяжками, які можуть використовуватись для кріплення підвісної сталі або створення попереднього напруження в арці.

Обриси осі арки вибирають близькими до лінії тиску. При рівномірному навантаженні це квадратна парабола, але в проектуванні й виготовленні зручніший круговий обрис.

Висота перерізу суцільних арок 150...1/80 прольоту, у крізних арках – 1/30...1/60 прольоту. Така мала висота пояснюється незначними згинальними моментами.

Арки можуть бути суцільними або крізними. Суцільні арки проектують у вигляді зігнутих двотаврів. Крізні конструюються як ферми з кутових профілів або таврів.

Розраховують арки на вертикальні та вітрові навантаження. Розпір у двошарнірних арках можна визначати за формулою:

N = M/f ,

де M – балковий згинальний момент

f– стріла підйому арки.

     Зусилля у паралельних поясах крізних арок знаходиться за формулою

N_n = M/2+M/h

Зусилля в розкосі

N_p = Q/sinL

Переріз елементів визначають аналогічно, як і в фермах. Стиснені пояси розкріплюють системою зв’язків. Необхідна перевірка загальної стійкості арок.

          Найскладнішим місцем в арках є опорні та ключові шарніри /рис.101/. Опорні шарніри бувають трьох типів: плиткові, п’ятникові та балансирні. В крізних та суцільних арках опорні шарніри однакові.

           Найпростіший шарнір – плитковий, він застосовується при невеликих навантаженнях. П’ятникові шарніри мають спеціальні опорні гнізда. Балансирні шарніри застосовують у найважчих арках та рамах. Циліндрична шліфована цапфа щільно приганяється до таких самих гнізд балансирів. Ключові шарніри виконують плитковими або балансирними.