ГОССТРОЙ СССР

СОЮЗМЕТАЛЛОСТРОЙНИИПРОЕКТ

Центральный ордена Трудового Красного Знамени
научно исследовательский и проектныЙ институт
строительных металлоконструкций
имени Н.П. Мельникова

ЦНИИПРОЕКТСТАЛЬКОНСТРУКЦИЯ им. Мельникова

РУКОВОДСТВО
ПО ПОДБОРУ СЕЧЕНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ
СТРОИТЕЛЬНЫХ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

ЧАСТЬ 3

Москва 1988

руководство по подбору сечений элементов строительных стальных конструкций, часть 3. М., ЦНИИпроектстальконструкция им. Мельникова, 1988.

В Руководстве приведены данные по расчету колонн одноэтажных промышленных зданий и вспомогательные таблицы по подбору сечений.

В составлении Руководства принимали участие инженеры П.И. Суздалов - руководитель работы, А.А. Бычков, С.Д. Курина, Л.Б. Музыкантская (ЦНИИпроектстальконструкция им. Мельникова) и канд. тех. наук В.Б. Барский (УКРниипроектстальконструкция).

Руководство предназначено для инженерно-технических работников проектных организаций. Все замечания и предложения направлять по адресу: г. Москва, 117393, ул. архитектора Власова, 49, технический отдел института.

СОДЕРЖАНИЕ

КОЛОННЫ И ФАХВЕРКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ

1. Колонны

Классификация колонн

1.1. Стальные колонны могут быть трех типов: постоянного по высоте колонны сечения, ступенчатые и раздельные.

Колонны постоянного по высоте сечения (т.е. без изменения габарита сечения, но при этом площадь сечения колонны может меняться по высоте колонны в зависимости от расчетных усилий) применяются:

в зданиях без мостовых кранов;

в зданиях с кранами с опиранием подкрановых балок на консоли;

в многоэтажных зданиях;

в рабочих площадках и фахверке зданий.

Колонны ступенчатые являются наиболее рациональными в производственных зданиях с кранами грузоподъемностью более 20 т. Колонны раздельного типа применяются сравнительно редко, лишь в частных случаях:

при низком расположении кранов большой грузоподъемности;

при многоярусном расположении кранов;

при реконструкции цехов (например, при увеличении числа пролетов).

По типу поперечных сечений, колонны или отдельные участки колонн могут быть сплошностенными, имеющими сплошную стенку между поясами, и сквозными, в которых пояса соединены решеткой или планками.

Определение размеров колонн и привязка их к разбивочным осям

1.2. Размеры поперечных сечений колонн должны определяться:

исходя из условий обеспечения прочности, устойчивости и жесткости колонны и всего здания;

в увязке с размещением подвижного и стационарного технологического оборудования, габаритов приближения и пролетов мостовых кранов, наличием проходов вдоль крановых путей;

с учетом доступности для сварки как ручной, так и автоматической.

Для определения ориентировочных размеров высоту сечения колонн рекомендуется принимать:

для колонн постоянного сечения 1/15 - 1/20 высоты колонны;

для верхней части ступенчатой колонны 1/6 - 1/10 высоты надкранового участка;

для нижней части ступенчатых колонн 1/15 - 1/22 полной высоты колонны.

1.3. Расстояние от разбивочной оси до наружной грани крайней колонны принимается 250 мм. При больших высотах колонн и значительных нагрузках - 500 мм.

Расстояние от разбивочной оси здания до оси подкранового пути принимается:

для кранов грузоподъемностью до 50 т при отсутствии проходов - 750 мм и при наличии проходов вдоль крановых путей - 1000 мм;

для кранов грузоподъемностью 80 - 125 т - 1000 мм;

для кранов грузоподъемностью более 125 т - 1250 мм.

Компоновка сечений

1.4. Сечения сплошностенчатых колонн обычно выполняют из широкополочных двутавров типа К или Ш, или сварного профиля двутаврового сечения из толстолистовой стали. Применение колонн двутаврового сечения с одной осью симметрии допускается, если изгибающий момент одного знака значительно больше изгибающего момента другого знака. Компоновка сечения должна быть такой, чтобы все поперечное сечение колонн было включено в работу.

Сечения сквозных колонн компонуют из двух ветвей. Сечения средних колонн - симметрично в виде широкополочных двутавров типа Б или Ш или сварных. В крайних колоннах для облегчения крепления стеновых панелей шатровая ветвь может быть выполнена швеллерного сечения. Соединительную решетку рекомендуется применять двухплоскостную из одиночных уголков. Решетка должна быть раскосная без стоек, чтобы в элементах решетки не возникали дополнительные усилия от обжатия поясов.

Подбор сечений элементов колонн

1.5. Подбор сечений элементов колонн производится по расчетным усилиям N, М и Q, получаемым в результате комбинации усилий от отдельных загружений с учетом возможных для колонн в целом или отдельных элементов неблагоприятных сочетаний нагрузок и воздействий с учетом п. 5.29 (1). Подбор сечений элементов колонн производится в соответствии со следующими пунктами (1):

а) проверка прочности пп. 5.1, 5.24, 5.25, 5.28;

б) проверка устойчивости по пп. 5.3, 5.5, 5.6, 5.26, 5.27; 5.30 - 5.35;

в) проверка местной устойчивости стенки колонн по пп. 7.16 - 7.19;

г) проверка местной устойчивости полок колонн по пп. 7.23 - 7.27;

л) определение предельной гибкости по п. 6.15;

е) определение расчетных длин колонн по пп. 6.8 - 6.13.

В табл. 1 приведены числовые значения вспомогательных коэффициентов, имеющих частое употребление в формулах [1].

Вспомогательные материалы по подбору сечений колонн приведены в приложениях 1 - 6.

1.6. При проверке устойчивости сквозных колонн по формулам (7) или (51) пп. 5.3 и 5.27 [1] следует обращать внимание на следующее.

Основным допущением расчетной схемы, принятым при выводе формул табл. 7 (1) для сквозных стержней с решетками, является то, что число отсеков по длине должно быть достаточно большим. При небольших же высотах зданий число отсеков (участков между узлами решетки одной ветки) бывает от 2 до 5. В этом случае колонны являются стержневыми системами типа ферм, в которых несущая способность определяется, главным образом, устойчивостью отдельных ветвей на участках между их закреплениями. Поскольку на колонны действует общая продольная сжимающая сила, необходимо учесть при этом взаимодействие отдельной ветви и всего элемента в целом при расчете его по деформированной схеме. В этом случае для практических расчетов может быть рекомендован следующий приближенный прием расчета.

Если гибкость отдельной ветви на участке между узлами  то расчетное сопротивление при проверке сквозного стержня с решетками по формулам (7) или (51) [1] может быть принято равным j₁R_y (в правых частях этих формул будем иметь j₁R_yg_с); здесь j₁ - коэффициент продольного изгиба для отдельной ветви при ее расчетной гибкости 0,7λ₁. Коэффициенты j и j_с в формулах (7) и (51) [1] необходимо принимать соответственно по табл. 72 и 75 [1] при указанной выше расчетной сопротивлении (j₁R_y) в зависимости от λ_ef и  При   значение j₁ принимается равным 1,0, а в интервале 2,5 < λ₁ < 3,2 - по линейной интерполяции между 1,0 и значением j₁ при  При этом могут быть сняты требования п. 5.6 [1] в части ограничения гибкостей отдельных ветвей между узлами (последний абзац п. 5.6 [1] на стр. 11). Естественно, что наряду с указанной проверкой сквозных стержней с решетками, расположенными в плоскостях, параллельных плоскостей изгиба, необходимо выполнять все другие проверки, требуемые [1].

Таблица 1

Вспомогательные величины для расчёта сжатых и изгибаемых элементов в функции от расчетного сопротивления стали R_y

Примечания: 1. В = 7,15∙10^-6 (2330 - Е/R_y)∙R_y.

2. Максимальное значение Q_fic = В∙А (кН).

где А - площадь сквозного стержня.

Оголовок колонны

1.7. При опирании балок, стропильных и подстропильных ферм и надколонников сверху оголовок колонны конструируют в соответствии с черт. 1. Ребра оголовка (a) и сварные швы, прикрепление их к стенке колонны, рассчитываются с коэффициентом 1,5, учитывающим возможную неравномерность передачи опорного давления F₁.

Толщину ребра (a)t₁ определяют из условия сопротивления его торца сжатию

                                                  (1)

где число 3 - размер двух скосов в см.

Высоту ребра h₁ определяют по срезу ребра на участке h₁.

                                                        (2)

Катет сварных швов, прикрепляющих ребра к станку колонны, определяют исходя из усилия 1 см длины шва, равного  при этом расчетная длина сварных швов должна быть не более 85b_fk_f1 (b_f - коэффициент, принимаемый по табл. 34 [1]).

Черт. 1. Оголовок колонны

1.8. Толщину опорной плиты определяют из условия сопротивления срезу при возможном смещении опорных ребер балок или ферм с ребра оголовка

                                                       (3)

1.9. Если на оголовок колонны опираются подстропильные фермы, следует проверить местные напряжения в стенке оголовка по формуле (31), пункт 5.13 [1], а в случае необходимости в стенке делают вставку или стенку колонны усиливают приваркой деталей (δ) на черт. 1.

1.10. Поясные сварные швы колонн должны воспринимать долю опорного давления F_f, приходящегося на полки колонн. С некоторым запасом поясные швы колонн в место оголовка могут быть рассчитаны на срез от воздействия поперечной силы в колонне и части опорного давления F_f, определяемого по формуле

                                                                 (4)

При приложении силы F на оголовок колонны с эксцентриситетом численное значение F_f определяется по формуле

                                                           (5)

В формулах 1 - 5:

A_f и А - площадь сечения полки и площадь всего сечения колонны;

J₁ и J - момент инерции двух поясов относительно нейтральной оси сечения колонны и момент инерции всего сечения колонны;

F - суммарное опорное давление на оголовок колонны;

М - суммарный момент от внецентренного приложения силы F;

h_w - высота стенки колонны.

Расчетная длина поясных швов в колонне при воздействии силы F_f принимается равной высота ребра a (h₁) или длине усиленного участка стенки (при наличии вставки).

1.11. Стенка колонны должна быть равнопрочна при работе на срез поясным сварным швам, а также сварным швам, прикрепляющим ребра оголовка и опорные столики.

1.12. При передаче опорной реакции балок непосредственно на полки колонны производят расчет на смятие торцевой поверхности полок и в случае необходимости увеличивают их сечение.

Опорные столики

1.13. Опирание балок или стропильных ферм на колонну сбоку выполняют через опорные столики. Торец опорного ребра балки или фермы и верхнюю кромку столика строгают. Для небольших опорных реакций столик выполняют из уголка со срезанной полкой; для опорных реакций 300 - 4000 кН - из толстолистовой стали. Расчет сварных швов, прикрепляющих столик к колонне, производят с коэффициентом k = 1,5, учитывающим неравномерность распределения реакции между сварными швами, с учетом изгибающего момента, возникающего в сварных швах. Для увеличения общей длины сварных швов в столике делают вырезы. Подбор сечений столиков и швов производят по табл. 2.

Таблица 2

Примечания: 1. При расчете швов, прикрепляющих столики, учтены изгиб и срез углового шва; введен коэффициент запаса К = 1,5 на возможную неравномерность передачи усилия.

2. Вид сварки - полуавтоматическая, проволокой диаметром 1,4 - 2 мм, положение шва - нижнее.

Подкрановые консоли

1.14. Для опирания подкрановых балок (под краны небольшой грузоподъемности) или других конструкций в колоннах делают консоли, привариваемые к стержню колонны на заводе-изготовителе (если позволяют габариты перевозки). Консоли для опирания подкрановых балок следует проектировать, как правило, одностенчатыми. Конструктивное примыкание одностенчатых консолей в зависимости от типа колонн показано на черт. 2.

Черт. 2. Подкрановые консоли одностенчатые

а - в сплошностенчатой колонне

б - в решетчатой колонне

Консоли и сварные швы, прикрепляющие их к колонне, рассчитывают предполагая, что изгибающий момент М воспринимается только полками консоли, а вертикальное давление F (поперечная сила) - стенкой консоли. В этом случае нормальные и касательные напряжения в полках и стенке консоли определяют по формулам:

                                                           (6)

                                                           (7)

где: А_f и A_w - площади сечений полки и стенки консолей;

М - момент в опорном сечении консоли от вертикального давления F, равный Fl.

Напряжения местного смятия в станке консоли проверяют по формуле

                                                        (8)

(Обозначения см. п. 5.13 [1]).

Верхний пояс консоли проверяют на срез силой, равной опорной реакции подкрановой балки, в случае возможного смещения с оси консоли.

В месте опирания подкрановых балок на консоль стенка консоли укрепляется ребрами жесткости.

1.15. Ребра в колонне принимаются такой же толщины, как и полки консоли; сварные швы, прикрепляющие их к колонне, определяют по усилиям, действующим в основании консоли, принимая расчетную длину швов не более 85b_fk_f (см. п. 12.8г [1]).

1.16. В стенке колонн в месте примыкания консоли возникает сложное напряженное состояние, вызванное действием на стенку нормальных и касательных напряжений. В этом сечении стенки должны выполняться условия:

                                                          (9)

                                                              (10)

где: s_х - суммарное нормальное напряжение в краевом участке стенки колонны (у поясных швов), возникающее от нормальных сил N и внешнего момента М в колонне на уровне верхнего ребра;

τ_xy - суммарное касательное напряжение в стенке от поперечной силы Q и горизонтальной силы Н, равное

                                                             (11)

А_w - площадь сечения стенки колонны.

1.17. Крепление одностенчатой консоли к решетчатой колонне (черт. 20) рассчитывают так же, как примыкание консоли к сплошностенчатой колонне. Горизонтальная сила  воспринимается сварными швами, соединяющими полки консоли с полками ветви консоли. Сечение жесткой вставки в колонне принимается, как правило, таким же, как и сечение консоли.

Пример опирания двухступенчатых консолей на решетчатую колонну в случае, когда общая длина консоли превышает габарит перевозки, показан на черт. 3. При расчете каждой ветви консоли необходимо учитывать возможную (или условную) неравномерность передачи вертикальной силы F, принимая на каждую ветвь 0,6F.

Черт. 3. Подкрановые консоли двухступенчатые

Подкрановые траверсы

1.18. В ступенчатых решетчатых колоннах для прикрепления верхнего надкранового участка, с опирания подкрановых балок в месте ступенчатого изменения сечения колонии ставят траверсы (черт. 4), проектируемые, как правило, одностенчатыми. Применение двустенчатых траверс допускается лишь в случаях, когда по действующим усилиям или по конструктивным соображениям нельзя применять одностенчатую траверсу. Конструкция траверсы должна обеспечивать доступность и удобство наложения сварных швов на все прикрепленные элементы. При расчете подкрановых траверс принимаются следующие условности расчета:

а) расчетную схему траверса принимают в виде балки на двух опорах с пролетом l, равным расстоянию между прикреплением траверсы и ветвями нижней части колонны;

б) считают, что стенка прикрепленного участка колонны не участвует в передаче усилий на траверсу и усилие полностью передается через полки подкранного участка колонны в виде сосредоточенных сил F₁ и F₂.

в) в расчетное сечение одностенчатых траверс включают только вертикальную стенку, ввиду условностей, принятых при расчете траверсы, и чтобы обеспечить ей достаточную жесткость.

При передаче давления подкранных балок N_oc непосредственно через траверсу, опорная реакция траверсы увеличиваются на величину N_ot при наличии прорези в стенке подкрановой ветви и на величину 0,6N_ot при отсутствии прорези (коэфф. 0,6 учитывает неравномерность распределения N_ot между траверсой и ребром).

Напряжения смятия в местах передачи давления надкрановых балок не должны превышать R_p. Толщину опорной балки t₁ проверяют на срез силой N_сt, учитывая возможное смещение опорных ребер балок. Толщину ребра t_s принимают не менее толщины стенки верхней части колонны. Толщину нижнего пояса траверсы принимают конструктивно равной:

t₄ = 10 мм - при h₃ = 500 мм;

t₄ = 12 мм - при h₃ = 700 мм;

t₄ = 14 мм - при h₃ = 900 мм.

1.19. Сварные швы Ж1, прикрепляющие полки верхнего участка колонны траверса, принимают одинаковыми для двух полок и рассчитывают на усилие от максимальной силы F₁ или F₂, вводя в расчет длину швов, равную 85b_fk_f (см. п. 12.8г [1]). Швы Ш2 и Ш3, крепящие траверсу к стенке ветви колонны (при отсутствии прорези), рассчитывают на усилие от давления надкрановой части колонны, а от давления подкрановой балки - длину швов принимают равную 85b_fk_f.

В месте опирания траверсы, стенку ветви необходимо проверить на срез по формуле

                                                           (12)

где А - большая из величин опорных реакций траверсы от воздействий надкранового участка колонны. При t > R_s - необходимо делать вставку в стенке ветви колонны.

Черт. 4. Подкрановая траверса

Проем в стенке колонны для прохода

1.20. Проем в стенке колонны для прохода вдоль подкрановых путей выполняется только в том случае, когда габариты мостовых кранов не позволяют организовать проход вдоль подкрановых путей вне стенки надкрановой части колонны. Размеры проема для прохода должны быть не менее 400 мм по ширине и 1800 мм по высоте (черт. 5). Ослабленный проемом участок стенки необходимо усилить. Усиление стенки производят в зависимости от ширины стенки колонны. При b₀ £ 200 мм усиление выполняется из двух листов, привариваемых к стенке сварными швами с разделкой кромок (подварка корня сварного шва выполняется обязательно). При b₀ > 200 мм усиление выполняется из одного листа, привариваемого к стенке колонны угловыми швами. Для возможности установки листа «в вилку» он должен состоять из двух частей с последующей стыковкой частей между собой.

Черт. 5. Проем в стенке колонны для прохода

а - конструктивное оформление прохода; б - расчетная схема

1.21. Сечение колонны в месте прохода необходимо проверить расчетом на ту комбинацию усилий, по которой было подобрано основное сечение надкрановой части колонны. Это делается для того, чтобы основное и усиленное сечения были равнопрочными. Ветвь колонны в месте прохода проверяют как сжато-вогнутый стержень по формулам [1] на следующие воздействия:

                                                                (13)

                                                                (14)

где: М, N и Q - усилия в основном сечении надкрановой части колонны. При этом расчетную длину ветви в плоскости действия момента принимают равной высоте прохода, а из плоскости - принимают равной расстоянию между точками закрепления надкрановой части колонны вдоль здания, т.е. такой же, как и при подборе основного сечения. Катет сварных швов Ш1 определяют по усилию

N = A₁ ∙ R_y,                                                                    (15)

где А₁ - площадь листа усиления прохода колонны.

Таблица 3

Схема для подбора сечений опорных плит баз колонн

Базы колонн

1.22. База является опорной частью колонны и предназначена для передачи усилия с колонны на фундамент. Конструкция базы должна соответствовать принятому в расчетной схеме колонны способу сопряжения ее с фундаментом (сопряжение шарнирное или жесткое) и иметь минимальное число деталей и количество сварных швов. Как правило, базы проектируют с учетом опирания колонны на заранее установленные, выверенные и подлитые опорные плиты, с верхней строганной или фрезерованной поверхностью. Усилия от колонны на плиту передаются через фрезерованный торец колонны. При негабаритных размерах нижних частей колонн следует предусматривать контактный стык с фрезерованными торцами выше базы на отметке, близкой к нулевой.

1.23 Расчет плит баз выполняют на расчетный отпор фундамента, который предполагается распределенным по всей площади опорной плиты. В рабочую площадь включают только те участки опорной плиты, работа которых на изгиб обеспечивает передачу усилия от колонны на фундамент. Для баз колонн при шарнирном сопряжении с фундаментом и для раздельных баз решетчатых колонн напряжение в колонне под плитой определяют по формуле

                                                         (16)

и соответственно для баз колонн с жестким защемлением в фундаменте по формуле

                                                     (17)

где: N и M - нормальная сила и изгибающий момент внизу колоны и ее ветви;

R_b,loc - расчетное сопротивление бетона смятию по п. 3.39 [5];

А и W - расчетные площади и моменты сопротивления плиты.

При расчетах обычно принимается R_b,loc = 1,05 кН/см² для бетона марки В15.

Расчетная схема плиты устанавливается в зависимости от ее размеров и конструктивного решения базы. Опорная плита базы плата разбивается на участки, которые рассчитываются как консольные, однопролетные и многопролетные плиты с консолями, а также плиты, опертые по двум, трем или четырем сторонам. Наибольший изгибающий момент, действующий на этих участках на полосе шириной 1 см вычисляется по формулам табл. 3.

Для оптимального подбора сечения плиты, ребра траверсы, при необходимости их устройства, следует располагать так, чтобы изгибающие моменты для отдельных участков плиты были близки по величине друг другу, т.к. определение толщины плиты производится по наибольшему значения изгибающих моментов. Эту задачу, в основном, решают соответствующим выбором размеров консольных участков плиты.

Плиту, опертую по трем и четырем сторонам, следует рассчитывать как шарнирно опертую только при малых вылетах консольных участков, в остальных случаях следует учитывать разгружающее влияние консолей и производить расчет по схемам 1, 3 табл. 3. При отношении сторон  плиту рассчитывают как однопролетную или двухпролетную балку с консолями (схемы 8 и 9 табл. 3), вылет которых выбирают из условия выравнивания пролетных и опорных моментов.

Толщину опорной плиты базы определяют по формуле

                                                               (18)

где М - расчетный момент в плите, отнесенный к полосе шириной 1 см;

R_y - расчетное сопротивление изгибу опорной плиты.

1.24. Расчет траверс и ребер базы выполняют на нагрузку, передаваемую на них опорной плитой с соответствующей грузовой площади. Расчетную схему этих элементов принимают в виде консолей или балок на двух опорах в зависимости от конструкции базы.

Опорные плиты баз колонн, к которым крепятся вертикальный связи, должны быть приварены к специальным закладным элементам, заделанным в фундамент. Швы рассчитывают на горизонтальную составляющую от усилия в вертикальной связи, на это же усилие, в случае передачи вертикальной нагрузки через фрезерованные торцы ствола колонны и траверс на строганную поверхность опорной плиты, должны быть рассчитаны швы, крепящие ствол колонны к опорной плите.

В опорных плитах баз колонн следует предусматривать отверстия диаметром 80 - 100 мм для удаления воздуха, который может скапливаться под плитой во время подливки раствора; число отверстий назначают из расчета - одно отверстие на 1 м² плиты.

Анкерные плиты рассчитывают как балки, опорами для которых являются ребра и траверсы, а нагрузками - силы, равные несущей способности принятых фундаментных болтов. При определении момента инерции анкерных плит следует учитывать ослабление их отверстиями, диаметр которых принимают на 8 мм больше диаметра шпилек фундаментных болтов.

1.25. Расчетное усилие в фундаментных болтах, прикрепляющих базу внецентренно-сжатой колонны (без учета развития пластических деформаций в бетоне), определяется, исходя из предположения, что растягивающая сила, соответствующая растянутой зоне эпюры напряжений, полностью воспринимается фундаментными болтами по формуле

                                                       (19)

где: М и N - соответствующие значения момента и продольной силы при отрывной комбинации;

а, y - размеры по нижеприведенной схеме на черт. 6.

Сечение фундаментных болтов по найденным усилиям подбирается по табл. 3 приложения 3.

Соединительные планки центрально- и внецентренно-сжатых составных колонн

1.26. Соединительные планки центрально-сжатых составных колони рассчитываются на условную поперечную силу Q_fic, принимаемую постоянной по всей длине стержня в соответствии с п. 5.8 [1]. Расчет соединительных планок и их прикрепления выполнять в соответствии с п. 5.9 [1].

Соединительные планки составных внецентренно-сжатых стержней должны рассчитываться на поперечную силу, равную большей из величин: фактической поперечной силы или условной поперечной силы Q_fic, вычисленной согласно указаниям п. 5.8 [1].

Черт. 6. Эпюра напряжений в бетоне при расчете анкерных болтов при упругой стадии расчета бетона

В случае, когда фактическая поперечная сила больше условной, соединение ветвей составных внецентренно-сжатых колонн с помощью планок не рекомендуется.

Вертикальные связи по колоннам

1.27. Вертикальные связи по колоннам при наличии мостовых кранов проектируются двух типов: основные - выполняемые на всю высоту колонн, и дополнительные - располагаемые выше подкрановых балок. Основные вертикальные связи воспринимают все продольные усилия и обеспечивают неизменяемость каркаса в продольном направлении. Основные связи необходимо располагать в соответствии с требованиями п. 13.5 [1].

Дополнительные связи рекомендуется устанавливать по краям температурных отсеков, а также в тех панелях, где расположены поперечные связи покрытия. Дополнительные связи предназначены обеспечивать передачу продольных усилий с торцов здания и конструкций покрытия на продольные конструкции (подкрановые балки и распорки).

Типы вертикальных связей по колоннам приведены на черт. 7.

Черт. 7. Типы вертикальных связей по колоннам

а - полураскосные; б - раскосные; в - крестовые; г - портальные.

1.28. Расчет вертикальных связей выполняют на большую из величин: сумма реальных продольных усилий (ветер, торможение крана, горизонтальные технологические нагрузки) или условную поперечную силу Q_fic, определяемую по указаниям п. 5.8 [1], при этом количество колонн, от которых определяется Q_fic, принимают, исходя из следующего:

 но не менее 2,                                                (20)

где n_расч. - расчетное количество колонн, от которых определяют Q_fic;

n - количество колонн в ряду.

2. Фахверк

Схемы фахверка

2.1. Схема фахверка определяется местом расположения стен здания - наружные или внутренние, торцевые, поперечные или продольные; материалом стен; конструкцией стен (панелей) - несущие, самонесущие, навесные; наличием проемов.

Фахверк состоит из стоек, ригелей, элементов, передающих нагрузки с фахверка на каркас (ветровые фермы и т.д.), и элементов, обеспечивающих устойчивость фахверка.

Для обеспечения передачи горизонтальных усилий в узлы связей покрытия, стойки фахверка располагают по разбивочным осям здания. При небольшой высоте здания передача горизонтальных усилий на каркас осуществляется только в уровне покрытия (чаще на связи по нижним поясам фермы); при большой высоте зданий выполняются ветровые связи, устанавливаемые с шагом 10 - 15 м по высоте. В качестве ветровых связей используются тормозные конструкции путей мостовых кранов, торцевые переходные площадки.

Наличие ригелей в схеме фахверка диктуется материалом и конструкцией стен. Ригели фахверка могут воспринимать только горизонтальную нагрузку (ветровые) и одновременно нагрузку от стен (несущие).

Нагрузки и расчет элементов фахверка

2.2. Стойки фахверка рассчитываются как сжато-изогнутые стержни на нагрузки от стен, ветра, технологических нагрузок (перекрытия встроенных помещений, трубопроводы и т.д.).

2.3. Ветровые ригели фахверка рассчитывают как изгибаемые элементы в случае, если они не являются одновременно распорками, а несущие ригели рассчитывают на изгиб в двух плоскостях (вертикальной и горизонтальной). При включении ригелей фахверка в систему продольных связей они рассчитываются как сжато-изогнутые стержни.

2.4. Расчет столиков для опирания стеновых панелей из легких бетонов производится на «отгиб» опорной плиты с учетом распределения опорного давления на минимальной площади, располагаемой возможно ближе к опорной части плиты (черт. 8).

                                                         (21)

где: а - минимальная ширина по смятию бетона;

b - длина площадки смятия;

R_b - призменная прочность бетона;

γ_b - коэффициент условия работы бетона;

F - полная нагрузка на столик.

Черт. 8. Столики для опирания стеновых панелей

Погонный изгибающий момент в опорной плите на единицу ширины

                                                         (22)

Требуемая толщина опорной плиты столика определяется по формуле

                                                          (23)

где R_y - расчетное сопротивление стали изгибу.

Швы, прикрепляющие столики к колоннам или стойкам фахверка, должны быть рассчитаны на совместное действие среза от полной силы F и изгиба М = F ∙ (0,5а ± 0,03) кН∙м.

Колонии здания и стойки фахверка в местах установки столиков должны быть проверены и при необходимости усилены для обеспечения восприятия сечениями усилий, передаваемых столиками.

2.5. Конструкции фахверка не должны препятствовать свободной деформации элементов каркаса, т.е. не воспринимать вертикальной нагрузки от них, поэтому крепление стоек фахверка к каркасу осуществляется листовыми шарнирами, передающими только горизонтальные нагрузки.

Приложение 1

Центрально-сжатые колонны из двутавров по ГОСТ 26020-83

В таблицах Приложения 1 приведены значения предельных усилий центрально сжатых колонн с шарнирными закреплениями концов из двутавров по ГОСТ 26020-83 при значениях минимального радиуса инерции i_y и расчетных длинах в плоскости наименьшей жесткости, а также значения отношений максимального радиуса инерции к минимальному i_x/i_y.

Приняты марки стали ВСт3пс6, ВСт3пс6-1, ВСт3сп5-2, ВСт3сп5, ВСт3с5-1 и 09Г2С категории 6, 9, 12 и 15.

Максимальная гибкость колонн принята равной 150. Значения гибкости λ ³ 120 отделены сплошной линией. Интервал расчетных длин принят равным 0,5 м. Промежуточные значения предельных нормальных усилий принимаются по интерполяции. При закреплениях концов колонн, отличных от шарнирных, расчетная условная длина колонны определяется по формуле (67) [1].

В тех случаях, когда выполняется условие  расчет на устойчивость в плоскости наибольшей жесткости можно не производить, в противном случае расчет с помощью таблиц осуществляется с использованием приведенной длины стержня, определяемой по формуле

При подборе сечений основных колонн с гибкостью λ более 120 предельные усилия в соответствии с табл. 19 п. 6.15 СНиП II-23-81 должны определяться по формуле  где λ - гибкость основной колонны; N_n - несущая способность колонны по таблицам.

Ниже приведены примеры подбора сечений колонн с помощью таблиц.

Пример 1.

Требуется подобать сечение колонны из двутавров типа Ш по ГОСТ 26020-83 из стали марки 09Г2С-6 по ГОСТ 19281-73.

Расчетное усилие N = 3500 кН. Расчетные длины: l_x = 8 м, l_y = 5 м. Отношение расчетных длин l_x/l_y = 1,6. По табл. 2 принимаем сечение двутавра 5052 с N_n = 3580 > 3500 кН и l_x/l_y = 3,03. Поскольку отношение расчетных длин l_x/l_y < i_x/i_y устойчивость в плоскости наибольшей жесткости обеспечена.

Пример 2.

Требуется подобрать сечение колонны из двутавров типа Ш по ГОСТ 26020-83 из стали марки ВСт3сп5-2 по ТУ 14-1-3023-80.

Расчетное усилие N = 2000 кН.

Расчетные длины: l_x = 12 м; l_y = 4 м.

Отношение l_x/l_y = 3.

По табл. 2 принимаем сечение двутавра I 35Ш2 с N_n = 2110 кН и i_x/i_y = 2,46.

Поскольку отношение l_x/l_y > i_x/i_y, то определяем приведенную длину

и по табл. 2 находим требуемое сечение I 40Ш для которого при l_y = 5,0; N_n = 2430 > 2000, т.е. интерполяции проводить не нужно.

Таблица 1

Нормальные двутавры

Таблица 2

Широкополочные двутавры

Таблица 3

Колонные двутавры