Пространственное крепление плоских несущих конструкций

Плоские несущие конструкции предназначены для восприятия нагрузок, направление которых совпадает с плоскостью несущей системы. Однако имеется ряд силовых воздействий (ветер, тормозные усилия кранов, сейсмические, монтажные и аварийные усилия, непредвиденные нагрузки), направление которых не совпадает с плоскостью несущей системы, и восприятие их требует закрепления плоских конструкций в поперечном направлении. Поперечное закрепление плоских конструкций необходимо также для обеспечения устойчивости конструкций. Для этой цели применяются специальные связи жесткости и ветровые связи, которые воспринимают силы, действующие перпендикулярно к плоскости основных несущих конструкций, и передают их на нижележащие несущие конструкции (на капитальные стены, Фундаменты) Связи представляют собой плоские неизменяемые системы, расположенные в горизонтальных, вертикальных или наклонных плоскостях.

В соответствии с этим различают связи:

• горизонтальные для удержания нижних поясов ферм, нагруженных горизонтальной нагрузкой;
• вертикальные для обеспечения вертикального положения конструкций, расположенные, как правило, в плоскости стоек или раскосов основных несущих конструкций;
• скатные, служащие для удержания верхних сжатых поясов ферм, расположенные в плоскости скатов крыши.

Для обеспечения пространственной жесткости покрытия может быть использована конструкция крыши. Например, двойной перекрестный настил образует жесткую в плоскости крыши пластинку, соединенную с прогонами (рис. 132, а). Креплением прогонов к верхнему поясу обеспечивается неизменяемость положения несущих конструкций покрытия в пространстве и устойчивость элементов пояса.

При сборно-щитовой конструкции крыши прогоны, соединенные решеткой в геометрически неизменяемые щиты, прикрепляются к верхним поясам ферм (или к балкам) и образуют жесткую связевую систему в плоскости ската крыши (рис. 132, б).


Трехслойные плиты покрытия, жестко прикрепленные к несущим конструкциям (рис. 132, в), также обеспечивают пространственную жесткость и устойчивость элементов из плоскости.

При отсутствии жесткого ската крыши устраивают специальные скатные фермы жесткости (рис. 132, г и д), поясами которых являются верхние пояса двух соседних ферм покрытия, а стойками — прогоны (или распорки), к элементам покрытия добавляются только раскосы, которые могут выполняться из досок, прибитых гвоздями снизу к прогонам или сверху к поясам ферм (рис. 133, а), а также из круглой стали в виде тяжей (рис. 133, б). Последнее решение предпочтительнее для крупнопанельных ферм; при муфтовых креплениях можно корректировать положение верхних поясов (рис. 133, в).

Для создания неизменяемого пространственного блока покрытия необходимо, кроме скатных ферм жесткости, поставить между двумя соседними фермами вертикальные связи в плоскости опорных стоек (если они есть) и в середине пролета, а также закрепить опорные узлы ферм. При больших пролетах ферм (более 24 м) вертикальные связи ставят еще и в четвертях пролета. Такие неизменяемые блоки образуются в начале и в конце покрытия — по торцам здания. Между концевыми жесткими блоками устраивают промежуточные, чтобы расстояние между ними не превышало 25...30 м (рис. 132, е).

Для восприятия горизонтальных нагрузок на здание и передачи их на фундаменты, а также для устойчивости стоек (колонн) здания устраиваются вертикальные связи по рядам колонн. Эти связи выполняются в виде подкосов или крестов и располагаются в местах устройства жестких блоков покрытия (рис. 132, ж). Если при проверке устойчивости колонны из плоскости ее жесткости оказывается недостаточно, свободная высота колонны уменьшается постановкой горизонтальных распорок. Поверху ряд колонн связан обвязочным брусом, выполняющим роль распорки.


Обычно связи подбираются по гибкости. Сечение сжатых элементов находится по формулам:


где l_x и l_y — свободные длины элемента связи в двух плоскостях. Гибкость сжатых элементов λ=200, растянутых — λ=400. При этом в связях жесткости, раскрепляющих сжатые элементы конструкции, следует учитывать усилия, равные 0,005...0,01 действующего в этом элементе расчетного усилия.

В трехшарнирных арках и рамах сжатые нижние пояса ферм (полуарок, ригелей) и внутренние пояса полурам должны быть раскреплены одним из следующих способов: вертикальными или наклонными связевыми фермами, соединяющими попарно узлы двух соседних ферм между собой и с прогонами крыши (рис. 132, з); горизонтальными или наклонными связевыми фермами, расположенными в плоскости поясов ригелей рам и полуарок или внутренних поясов полурам, что целесообразно при сближенном положении основных несущих конструкций, когда элементы решеток связевых ферм имеют малые длины и нормальные углы наклона к поясам (рис. 132, и, к).

Ветровая нагрузка, действующая на продольные стены здания, воспринимается каркасом стены и передается на основную несущую конструкцию поперечника здания.

Ветровая нагрузка, действующая вдоль здания на торцовые стены, воспринимается каркасом этих стен. Каркас торцовой стены должен состоять из системы вертикальных фахверковых несущих стоек, работающих на изгиб от ветра и передающих горизонтальную нагрузку вниз на фундаменты и вверх на жесткое покрытие или ветровую ферму (рис. 134, а). При отсутствии жесткого покрытия или ветровой фермы торцовый каркас проектируется из фахверковых несущих стоек одинаковой высоты до отметки нижнего пояса фермы покрытия, по верху которых располагается связевая ферма (рис. 134, б). Для такой конструкции торца фахверковые стойки рассчитывают как защемленные внизу консоли.