Каркасы зданий
Однотипность основных элементов рам позволяет глубоко унифицировать узлы их соединений. Основным типом жестких узлов рамных конструкций являются фланцевые соединения на высокопрочных болтах. Использование фланцевых соединений позволяет, помимо сокращения расхода стали на стыковочные детали и количества высокопрочных болтов, получать элементы полной заводской готовности, не требующие дополнительной подгонки и выверки при монтажной сборке. Важным преимуществом фланцевых соединений является и то, что их монтаж не требует высокой квалификации по сравнению со сварными узлами и трудоемких операций по подготовке контактирующих поверхностей, применяемых в соединениях со сдвигоустойчивыми высокопрочными болтами.
Соединение элементов ригелей рам между собой в пролете выполняется на фланцах, имеющих болты с наружной стороны растянутой полки (рис. 39 а). При действии знакопеременных изгибающих моментов фланцевое соединение имеет болты с обеих сторон (рис. 39 б). Применение фланцевых соединений без наружных болтов возможно в сжатых элементах, а также при действии незначительных изгибающих моментов. Применение изгибаемых соединений без наружных болтов в некоторых зарубежных конструкциях можно объяснить преимущественным действием постоянных нагрузок, что позволяет использовать конструкции с податливыми соединениями. Для уменьшения толщины фланцы могут иметь подкрепляющие ребра, устанавливаемые с наружной стороны растянутой полки (рис. 39 в). В тех случаях, когда монтаж элементов ригеля производится «в навес», к фланцам привариваются специальные фиксаторы, как это показано на рис. 39 г. Жесткое сопряжения ригелей рам со стойками также выполняются при помощи фланцевых соединений. Вид узла сопряжения зависит от типа применяемых элементов рам. При сопряжении элементов типа P1 в ригеле и типа Р2 в стойке, в основном используются узлы, подобные приведенным на рис. 40 а, б, в. При сопряжении элементов типа P1 и Р2 более предпочтителен узел, показанный на рис. 40 а, так как в этом случае сжимающая сила действующая в стойке разгружает фланцевое соединение, в то время, как для узла на рис. 40 б, она вызывает сдвиг в зоне контакта фланцев. Диагональные зебра в отсеках узла следует ставить в тех случаях когда не обеспечивается устойчивость стенки отсека или требуется установка в этом месте распорок, связей и т. д.
Размещение фланцев под углом ко внутреннему поясу ригеля (рис. 40 в) имеет преимущества при раздельном монтаже стоек и ригеля, но требует дополнительной обрезки стенки ригеля. Наилучшими показателями по технологичности и металлоемкости обладают узлы, в которых сопрягаются элементы ригеля и стойки, относящиеся к типу P1 (рис. 40 г). В этом случае количество дополнительных деталей минимально, а сами узлы аналогичны узлам сопряжения элементов ригеля в пролете. Для восприятия локальных усилий, передающихся с внутренних поясов на стенку и обеспечения ее прочности и местной устойчивости, бывает необходимой установка дополнительных ребер по всей высоте сечения или на ее части. В наружной зоне узла могут устанавливаться ребра для передачи усилий с растянутых полок и уменьшения свободного пролета фланца. Вынос соединения за пределы узла в зону нулевого момента (рис. 40 д) позволяет уменьшить толщину фланца практически до уровня конструктивных ограничений, однако сложность изготовления, транспортировки и монтажа элементов в большинстве случаев делает применение таких узлов нерациональным. Сопряжение элементов пространственных рам осуществляется либо шарнирно, либо жестко, в зависимости от выбранной статической схемы. Шарнирные сопряжения проще в изготовлении и монтаже рам как конструктивно, так и благодаря возможности компенсации неточностей изготовления и монтажа. Шарнирные сопряжения пространственных рам аналогичны узлам сопряжения балок в балочных клетках, как это показано на рис. 41 а, б. При конструировании шарнирных узлов сопряжения следует стремиться к уменьшению крутящего момента возникающего в основном элементе рамы из-за эксцентриситета передачи опорной реакции передающегося с примыкающей рамы. На рис. 41 а показано принципиальное решение узла с малым эксцентриситетом, а на рис. 41 б — с большим эксцентриситетом.
Из-за большой податливости, к шарнирным может быть условно отнесено и сопряжение элементов рам через фланцевое соединение (рис. 41 в, г). С одной стороны, это допущение идет в запас несущей способности примыкающей рамы, но с другой стороны, некоторая жесткость узла приводит к кручению основной рамы. Кроме того, такие узлы требуют повышенной точности при изготовлении и монтаже конструкций и имеют ограничения, связанные с заведением примыкающей рамы в пределы сечения основной рамы при монтаже. Жесткое сопряжение может выполняться при помощи специальных элементов, сечение которых соответствует сечениям сопрягаемых элементов пространственных рам, а фланцевые соединения при этом выносятся за пределы узла. Более простое решение представлено на рис. 42 а, где фланцы поперечных рам привариваются непосредственно к основным рамам, имеющем в этом месте прорезное ребро. При необходимости примыкания рам под углом друг к другу, может применяться узел, показанный на рис. 42 б.
Расчет фланцевых соединений пространственных рам по сути не отличается от расчета соединений плоских рам. При проектировании таких узлов должны быть выполнены дополнительные проверки поясов основных рам на совместное действие напряжений σх от изгиба основных рам и напряжений σу, передающихся с примыкающих рам, по формулам сложного сопротивления. Опирание ригелей на средние стойки многопролетных рам, в основном, осуществляется шарнирно. Шарнирное опирание ригеля производится через центрирующую прокладку (рис. 43 а), центрирующее прорезное ребро (рис. 43 б) или непосредственно через фланцы (рис. 43 в). Опирание ригеля на стойки через фланцы позволяет обходится без дополнительных элементов и производить монтаж рам попролетно с опиранием монтируемых элементов непосредственно на средние стойки. К недостаткам узла относится то, что фланцевое соединение находится в зоне действия максимального изгибающего момента, а это приводит к повышенному расходу низколегированной стали на фланцы. Шарнирное опирание ригеля на крайние стойки производится через торцевое ребро или центрирующую пластину (рис. 43 г). Опирание ригеля по всей поверхности торцевой пластины (серия «Канск») нежелательно, так как из-за неточностей изготовления и монтажа трудно обеспечить плотный и однозначный контакт по поверхности стыка (рис. 43 д). Во всех случаях, при опирании ригеля на средние или крайние стойки, должна быть обеспечена его устойчивость от опрокидывания при действии вертикальных и горизонтальных нагрузок.
Жесткое сопряжение ригеля со средними стойками многопролетных рам встречается относительно редко и обычно осуществляется при помощи фланцев и высокопрочных болтов. При этом ригель, в большинстве случаев, выполняется неразрезным и опирается на стойку сверху. Применение вутов в опорных узлах ригеля, как это сделано в серии «Канск» (рис. 44 а) крайне нежелательно, так как приводит к большим трудозатратам при изготовлении элементов. Жесткое опирание ригеля непосредственно на среднюю стойку показано на рис. 44 б. Ригель рамы в этом месте должен быть проверен на совместное действие глобальных и локальных напряжений.
Жесткое примыкание ригелей сбоку стоек встречается, в основном, в многоэтажных зданиях, когда поэтажная разрезка колонн становится невыгодной (рис. 44 в). Применение таких узлов в одноэтажных зданиях нерационально из-за увеличенного числа соединительных деталей и метизов, и, в основном, из-за разрезки ригеля в месте действия наибольших моментов. Опирание крайних стоек рам в большинстве случаев выполняется шарнирным, как это показано на рис. 45 а. В стойках, имеющих большую высоту сечения, для обеспечения шарнирности выполняются скосы поясов (рис. 45 б). В исключительных случаях могут устраиваться тангенциальные опоры (рис. 45 б).
Жесткое сопряжение крайних стоек с фундаментами выполняется сравнительно редко, так как приводит к существенному развитию фундаментов из-за увеличения горизонтальных усилий распора и появлению значительных опрокидывающих моментов в опорном сечении стойки. Горизонтальные усилия распора, возникающие в крайних стойках рам, воспринимаются либо непосредственно фундаментами, либо специальными затяжками, соединяющими противоположные стойки рам или фундаментами. Передача распора на фундаменты осуществляется за счет сил трения между опорной пластиной стойки и бетоном фундамента или при помощи специальных противосдвиговых устройств. Затяжки устраиваются для рам с большими пролетами или когда развитие фундаментов для восприятия распора становится нерациональным. Средние стойки могут иметь как жесткое сопряжение с фундаментом, так и шарнирное. С одной стороны, шарнирное сопряжение позволяет избежать изгибающих моментов в стойке, которая работает как центрально-сжатый стержень, но, с другой стороны, создает трудности при монтаже. Применение тонких опорных пластин и разнесенных анкерных болтов позволяет монтировать стойки как жестко опертые, без дополнительных монтажных раскреплений, а податливость такого узла существенно уменьшает изгибающие моменты в них, приближая работу стойки к случаю центрального сжатия. Конструктивные решения узлов стоек при жестком опирании принимаются как для обычных центрально-сжатых колонн имеющих двутавровое или замкнутое сечение.
|