Конструкції з металу
Балки і балочні конструкції. Одним з найбільш поширених елементів сталевих конструкцій є балка або елемент, працюючий на вигин. Область застосування балок в будівництві надзвичайно широка: від невеликих елементів робочих майданчиків, міжповерхових перекриттів виробничих або цивільних будівель до великопрольотних балок покриттів, мостів, важко навантажених підкранових балок і так званих "хребтових" балок для підвіски котлів в сучасних теплових електростанціях. Прольоти мостових балок досягають 150 ... 200 м, а навантаження на одну хребтовую балку котельного відділення ГРЕС при прольоті до 45 м становить
60 -10 3 кН.Класифікація балок. За статичної схемою розрізняють однопрогонові (розрізні), багатопрольотні (нерозрізні) і консольні балки. Розрізні балки простіше нерозрізних у виготовленні та монтажі, нечутливі до різних осадів опор, але поступаються останнім по витраті металу на 10 ... 12%. Нерозрізні балки розумно застосовувати при надійних підставах, коли немає небезпеки перевантаження балок внаслідок різкої різниці в осаді опор. Консольні балки можуть бути як розрізними, так і багатопрольотні. Консолі розвантажують пролітні перетину балок і тим самим підвищують економічні показни Чи останніх. За типом перерізу балки можуть бути прокатними або складовими: зварні, клепані або болтовими. У будівництві найбільш часто застосовують балки двотаврового перетину. Вони зручні в компонуванні, технологічні та економічні по витраті металу. Так, при дії на балку значних крутних моментів переважніше застосування замкнутих, розвинених в бічній площині перетинів, приклади яких показані. Економічна ефективність перетинів, таким чином, тісно пов'язана з їх тонкостінних. Гранично можлива тонкостінних прокатних балок визначається не тільки вимогами місцевої стійкості стінок, але й можливостями заводський технології прокатки профілів. Місцева стійкість стінок складових перетинів може бути підвищена конструктивними заходами (постановкою ребер жорсткості, гофрированием стінок і т.п.).
Прокатні балки. Прокатні балки застосовують для перекриття невеликих просторів конструктивними елементами обмеженою несучою здібності, що пов'язано з наявною номенклатурою випускаються прокатних профілів. Їх використовують в балкових клітинах; для перекриття індивідуальних підвалів, гаражів, складських приміщень; як прогонів покриттів виробничих будівель; в конструкціях естакад, віадуків, мостів та багатьох інших інженерних спорудах. У порівнянні зі складовими прокатні балки більш металомістких за рахунок збільшеної товщини стінки, але менш трудомісткі у виготовленні і більш надійні в експлуатації
Складові балки. У тих випадках, коли потрібні конструкції, жорсткість і несуча здатність яких перевищує можливості прокатних профілів, використовують складові балки. Вони можуть бути зварними і клепаними, але останні застосовують виключно рідко. Найбільше застосування отримали балки двотаврового симетричного, рідше несиметричного перетинів. Такі балки складаються з трьох елементів - верхнього і нижнього поясів, об'єднаних тонкою стінкою. Перспективними є перерізу у вигляді двутврв, в якості полиць якого використовують прокатні таври і холодногнуті профілі.
Дистальні балки.Зниження металоємності може бути досягнуто за рахунок використання в одній конструкції двох різних марок сталей. Балки, виконані з двох марок сталей, називають бістальнимі. У них доцільно найбільш напружені ділянки поясів виконувати зі сталі підвищеної міцності з R y = R y1 (низьколеговані сталі), а стінку і малонапряженний ділянки поясів - з маловуглецевої сталі з R y = R y2.Автори норм рекомендують при розрахунках міцності таких балок керуватися одним з двох критеріїв.
- Граничних пластичних деформацій: пластичні деформації допускаються не тільки в стінці, але і в поясах; вводиться обмеження на величину інтенсивності пластичних деформацій у стінці е ip, w? > Е ip, lim.
- Граничних напруг у поясах балки: пластичні деформації допускаються лише в стінці; робота поясів обмежена пружною стадією у ѓ? > R y1.
Балки замкнутого перетину. Балки замкнутого перетину мають ряд переваг в порівнянні з відкритими. До них відносяться:
- Більш висока несуча здатність конструкцій або їх елементів при роботі на вигин у двох площинах і на кручення. Матеріал в замкнутих перетинах розташовується в основному в периферійних зонах стосовно центру тяжкості, це обумовлює збільшення моментів інерції та опору щодо осі у (з площини елемента) і моменту інерції на кручення;
- Зважаючи на істотне збільшення (в десятки разів) моменту інерції на кручення в елементах із замкненими перерізами, як правило, виключається згинально-крутильних форма втрати стійкості;
- Елементи з замкнутими перерізами більш стійкі при монтажі, менш схильні до механічних пошкоджень під час транспортування і монтажу.
Незважаючи на названі гідності, конструктивні елементи з замкнутими перерізами не знайшли в даний час широкого застосування. І пояснюється це передусім низькою технологічністю і, як наслідок, більшою трудомісткістю виготовлення.
Конструктивні рішення.Замкнуті, зокрема коробчаті, перетину застосовують при необхідності збільшення жорсткості балок в поперечному напрямку, при відсутності поперечних зв'язків, вигині у двох площинах наявності крутних моментів, при обмеженою будівельної висоті та великих поперечних силах. Подібним силовим впливам при названих конструктивних обмеженнях піддаються балочні конструкції мостів, силових елементів промислових споруд, кранів та ін. Наявність двох стінок робить особливо актуальною завдання зменшення їх товщини при забезпеченні місцевої стійкості. Конструктивно це досягається або перекрученням стінки, або постановкою різного типу зв'язків між стінками в формі діафрагм, стяжних болтів та ін. Діафрагми мають форму пластинки, а при сильно розвиненому сечении - форму рамки з прямокутним чи овальним вирізом. У кутах діафрагми мають скоси такі ж, як і в ребрах жорсткості балок відкритого профілю. Для більш рівномірного розподілу навантаження між елементами перерізу і підвищення просторової жорсткості можливо використовувати раскосную систему розташування діафрагм з відхиленням діафрагм на 30 ... 600 від вертикалі або горизонталі. Однак слід мати на увазі, що трудомісткість виготовлення діафрагм з нахилом значно вище, ніж вертикальних. З метою економії стали, так само як і в балках відкритого профілю, в балках коробчатого перетину при великих прольотах слід передбачати зміну перерізу по довжині балки.
Балки з гнучкою стінкою. Балки з гнучкою (дуже тонкої) стінкою з'явилися вперше у конструкціях каркасів літальних апаратів, де для легкості стінки виконували найчастіше не з металу, а з міцної тканини (перкаль, брезент). Плоска стінка в такій балці втрачає стійкість у початковій стадії навантаження, набуваючи друге стійкий форму - у вигляді похило гофрованої (у опор, де переважає зрушення) або вспорушенной (в зонах з переважати напругами стиску) поверхні. Після зняття навантаження ці деформації стінок, звані часто "хлопунамі", зникають. У будівництві стали застосовувати такі балки в 70-і роки поточного століття. Вони є подальшим втіленням ідеї про тісний зв'язок показників економічної ефективності з поняттям тонкостінних. Зменшення відносної товщини стінки л w = h w / t w в 2 ... 3 рази призводить до зниження витрати металу на стінку на 25 ... 35% і до концентрації металу у поясах, що вигідно за умовами роботи на вигин. Застосування балок з дуже тонкими стінками доречно при стабільному напрямку дії статичних тимчасових навантажень, оскільки робота таких балок при змінних по напряму рухливих і динамічних навантаженнях ще недостатньо вивчена. Особливості роботи конструкції балок. На першій стадії роботи балки її гнучка стінка залишається плоскою, як і в звичайній балці. Але по протяжності ця стадія роботи коротка і закінчується втратою стійкості стінки, тобто переходом у закритичній стадію роботи з появою "хлопунов". У закритичній стадії роботи вже не дотримується лінійна залежність між деформаціями стінки і навантаженням. Розвиваються зони випучіванія стінки з утворенням розтягнутих складок, натяг яких викликає місцевий вигин поясів балки, а також стиснення поперечних ребер жорсткості і вигин опорних ребер в площині стінок. Ця стадія завершується досягненням напругами краю плинності у y або в окремих точках стінки, або у поясах (чи одночасно). У третій стадії розвиваються пластичні деформації в стінці й у поясах. Наростає прогин балки; інтенсивність росту прогину до кінця цієї стадії різко підвищується і у відсіках балки утворюється пластичний механізм - балка приходить в граничний стан з появою надмірних залишкових деформацій. За статичної схемою балки з гнучкою стінкою можуть бути розрізними і нерозрізних, а по обрису - постійної або змінної висоти (двосхилі або односхилі). Застосовують такі балки як прогонів, кроквяних і підкроквяних конструкцій прольотом 12 ... 36 м з співвідношенням постійних і тимчасових навантажень 1/1, 5 ... 1/2, балок жорсткості комбінованих балочної-вантових систем, балок-стінок бункерів, стінок великогабаритних вентиляційних коробів, газоводів і т. п.
Балки з гофрованою стінкою. Одним із шляхів зниження металоємності балок є гофрування їх стінок. У звичайних балках товщина стінок, як правило, визначається не умовою міцності, а вимогами місцевої стійкості. Постанова поперечних ребер пом'якшує ситуацію, дозволяючи зменшити товщину стінок і одночасно підвищуючи крутильну жорсткість балок, так як ребра грають роль діафрагм і забезпечують незмінність контуру поперечного перерізу. Ще в середині 3-го десятиліття XX в. з'явилася ідея гофрування стінок балок, яке ще більш ефективно забезпечить бажані результати. Гнучкість таких стінок можна підвищити до 300 ... 600, до того ж чим тонше стінка, тим легше виконати її гофрування. Товщину гофрованих стінок беруть у межах 2 ... 8 мм, що забезпечує їм всі переваги, обумовлені тонкостінних. У виготовленні стінок з'являється додаткова технологічна операція - гофрування - і дещо ускладнюється зварювання поясних швів, але зменшення товщини стінки і виключення значного числа ребер жорсткості призводять в остаточному підсумку до зниження трудовитрат на виготовлення балок на 15 ... 25%. По трудомісткості виготовлення і витраті металу балки з гофрованою стінкою виграють і у балок з гнучкою стінкою завдяки різкого зниження числа ребер жорсткості, підвищеної крутильної жорсткості балок і високої місцевої стійкості стінки. Виготовлення балок з гофрованою стінкою доцільно вести на заводах металоконструкцій, організовуючи там спеціальні ділянки з пресами або іншими установками для гофрування та стендами для зварювання поясних швів. Зварювальні автомати повинні бути пристосовані для переміщення по ламаним і хвилястим лініях примикання гофрованої стінки до поясу. Плоский лист подається між двома валками, що обертаються назустріч один одному. На поверхні валків передбачені пристрої для закріплення знімних пластин, здійснюють перегини плоского аркуша при повороті валків. Використання знімних пластин різних розмірів дає можливість варіювати параметри гофров. Для створення криволінійних гофров потрібні складніші знімні елементи. Хвилясті гофри можна отримати і пресуванням пластин між двома матрицями, але для варіювання параметрів гофров в цьому випадку потрібно досить великий набір матриць.
Особливості роботи та конструкції балок. Уже перші випробування балок з гофрованими стінками виявили особливості напруженого стану стінок і поясів: нормальні напруги розвиваються в стінках лише у поясів і швидко падають практично до нуля, оскільки жорсткість тонкої стінки впоперек гофров дуже мала; дотичні ж напруги розподіляються за висоті стінки майже рівномірно. Жорстко пов'язані з поясом гофри передають на нього зусилля, викликаючи в поясі змінний по величині і напрямку вигин в його площині. Балки з гофрованою стінкою довше працюють в пружній стадії, ніж балки з гнучкою стінкою тієї ж товщини, аж до втрати стійкості стінки як ортотропної пластинки. Пояси балок з гофрованою стінкою також працюють в кращих умовах, оскільки вони не відчувають вигину в площині стінки. Деформативність балок з гофрованою стінкою на 15 ... 20% нижче, ніж у балок з гнучкою стінкою з тими ж параметрами. Граничний стан балки з гофрованою стінкою, як правило, настає з втратою місцевої стійкості стінки під дією місцевих зосереджених сил, якщо не встановлені ребра жорсткості під ними. У стінках з трикутними гофрами, працюючими на зрушення, спочатку втрачає стійкість пласка смужка гофру, потім втрата стійкості поширюється на кілька гофров, що можна вважати втратою стійкості стінки як ортотропної пластинки. Після цього пояс втрачає стійкість у площині стінки так само. як і в балці з гнучкою стінкою. У балках з досить жорсткими гофрованими стінками граничне стан може наступити через розвиток надмірних залишкових деформацій (друга група граничних станів). Властивості гофра визначаються товщиною стінки і геометричними параметрами гофрування - довжиною хвилі а і висотою хвилі ѓ. У розрахунковій практиці частіше використовують відносні параметри a / h w, ѓ / a і ѓ / t w. Місцева стійкість гофрованих стінок балок може бути підвищена, якщо замість вертикального гофрування застосувати похиле з спадними гофрами. Оптимальний кут нахилу гофрів до верхнього поясу дорівнює 45 ... 50 °.
Балки з перфорованою стінкою. Прагнення підвищити ефективність використання металу в роботі згинальних елементів призвела інженерів ще в перших десятиліттях XX в. до оригінальної ідеї, що дозволяє розширити діапазон використання прокату. Стінка прокатного двотавра (швелера) розрізається по зигзагоподібної ламаної лінії з регулярним кроком за допомогою газового різання або на потужних пресах, і потім обидві половини розрізаної балки з'єднуються зварюванням в суміщених між собою виступах стінки. Кінцевий результат призводить до збільшення висоти балки і дозволяє перерозподілити матеріал перерізу, концентруючи його ближче до периферійних волокнах (полкам) і суттєво підвищуючи такі геометричні характеристики перерізу, як момент інерції і момент опору. Утворюється своєрідна конструктивна форма - балка з вікнами в стінці.
У більшості випадків резерви пластичності матеріалу достатні для того, щоб згладити вплив концентраторів напруг, і на несучу здатність балки останні не мають помітного впливу. Однак слід мати на увазі, що при циклічних чи ударних впливах, особливо в умовах низьких температур, коли розвиток пластичних деформацій сковано, у кутках отворів можуть з'явитися тріщини. У роботі поясних таврів у межах отвору є свої особливості - вони знаходяться під дією поперечних сил, що створюють додатковий вигин. Граничний стан пояса характеризується значним розвитком пластичних деформацій, які пронизують у кута отвори практично всі перетин поясного тавра. Простінок балки працює головним чином на зрушення, і його несуча здатність, як правило, визначається стійкістю. У граничному стані може втратити стійкість і стінка одного з поясних таврів, оскільки вона виявляється стислій або стиснуто-зігнутої. Конструктивні рішення балок з перфорованою стінкою відрізняються великою різноманітністю, що визначаються варіабельністю схем розрізання стінки. Наметове осьову лінію розрізання похило до полиць після розрізання і розвороту одній з половинок балки щодо її центральної вертикальної осі, одержують в результаті з'єднання обох половин балку з похилим поясом. Таким шляхом можливо виготовити балки одне - і двосхилі, з ухилом як у верхньому, так і в нижньому поясі. Для спрощення конструкції іноді в якості нижнього пояса використовується тавр постійного за довжиною перерізу. Прагнення підвищити перетин при помірному ослабленні поясних таврів і простінків призвело до використання пластинчастих вставок між гребенями з'єднуються частин. Це рішення може також виявитися високоефективним при значних прольотах і відносно невеликому навантаженні, особливо в тих випадках, коли потрібна підвищена изгибная жорсткість по умові граничного прогину. Отвори, що знижують концентрацію напруг, вдається отримати при криволінійних похилих різи. Розрізку виконують в цьому випадку з невеликими відходами металу. Відомо також багато інших варіантів розрізання стінок, які мають ті чи інші приватні переваги. Найбільш часто застосовують перфоровані балки з регулярної розрізанням і однаковою висотою поясних таврів (балки симетричного перерізу). Для таких балок дуже зручно використовувати типову потокову лінію, розраховану на одночасну синхронну автоматичну разрезку по копіру двох вихідних двотаврів. Відкриту частину заповнюють вставкою з листової сталі. Цей же прийом (заповнення отвори листовий вставкою) застосовують іноді і в місцях опирання значних зосереджених вантажів, коли вони розташовані над отворами. Для посилення стінки під великими зосередженими вантажами і біля опор балки ставлять поперечні або торцеві опорні ребра.
Колони і елементи стрижневих конструкцій. Колона є найдавнішою будівельною конструкцією. Більше 3000 років тому єгиптяни витісували з каменю колони для надгробних пам'ятників, а в V в. до н.е. колона зайняла центральне місце в колоннадах громадських будівель у стародавніх греків і римлян. Такі колони споруджувалися винятково за емпіричними правилами, запозиченим з навколишнього світу. Колони, стійки, стріли кранів та інші подовжньо стислі конструкції з точки зору їх розрахунку мають спільні риси з окремими елементами, що входять до складу інших конструкцій або стрижневих систем, наприклад зі стрижнями ферм, елементами зв'язків і т.п. Це дозволяє їх розглядати в складі однієї глави, але з різним ступенем деталізації. При всьому різноманітті такі конструкції мають загальні формальні ознаки - всі вони працюють на стиск або на стиск з вигином, а їх довжина в 10 ... 20 разів і більше перевищує розміри поперечних перерізів. Конструкція складається з власне стрижня і опорних пристроїв, технічні рішення яких залежать від призначення конструкції і особливостей, вузлових сполученні. За формою силуету конструкції можуть бути постійного перетину, змінного перерізу і ступінчастими. Зміна перерізу по довжині дозволяє знизити металоємність, але незначно, тому такі стрижні проектують з архітектурних міркувань або коли зниження маси призводить до додатковим ефектам, наприклад в рухомих конструкціях типу кранових стріл. Типовими представниками стислих стрижневих конструкцій є колони і стійки, що складаються з стрижня, оголовка, бази, іноді консолі. Оголовок служить для спирання та кріплення верхніх конструкцій. База виконує дві функції - розподіляє зусилля, що передається колоною на фундамент, знижуючи напругу до розрахункового опору фундаменту, і забезпечує прикріплення до нього колони з допомогою анкерних болтів. На консолі можуть спиратися підкранові балки, стінові панелі, технологічні комунікації і т. п. Потужні стрижні типу колон, стійок, елементів важких ферм виконують з одиночних широкополочних двотаврів або складають їх з декількох прокатних профілів. Складові стрижні можуть бути сплошностенчатимі - суцільними - і наскрізними. Останні в свою чергу ділять на стрижні з безраскосной гратами, гратчасті і перфоровані. Гілки (пояса) безраскосних стрижнів об'єднують планками з листової сталі, жорсткими вставками або перфорованими листами. Перфоровані стрижні можуть бути виконані також гнутозварних з зигзагоподібно розрізаних аркушів або з прокатних профілів, які після попередньої фігурного різання об'єднують в хрестоподібне розтин. При всій своїй привабливості перфоровані стрижні знаходять обмежене застосування, що пов'язано з додатковими операціями і необхідністю мати обладнання для фігурного різання та згинання заготовок у формі гнутих швелерів або куточків. При виготовленні стояків з перфорованих прокатних профілів необхідні операції редагування, так як після різання вихідного профілю отримані заготівлі вигинаються в різні боки внаслідок наявності у вихідному металопрокаті залишкових напружень. Елементи стрижневих конструкцій невеликих поперечних розмірів проектують з круглих або прямокутних труб, одиночних або спарених куточків. По виду напруженого стану стрижні ділять на центрально-стиснуті, позацентрово стиснуті і стиснуто-згинальні. Аналогічну класифікацію використовують для найменування розтягнутих елементів.
Ферми. Фермою називають систему стрижнів (зазвичай прямолінійних), з'єднаних між собою у вузлах і утворюють геометрично незмінну конструкцію. Якщо навантаження прикладена в вузлах, а осі елементів ферми перетинаються в одній точці (центрі вузла), то жорсткість вузлів неістотно впливає на роботу конструкції і в більшості випадків їх можна розглядати як шарнірні. Тоді всі стрижні ферми випробовують тільки осьові зусилля (розтягнення чи стиснення). Завдяки цьому метал у фермах використовується більш раціонально, ніж у балках, і вони економічніші балок по витраті матеріалу, але більш трудомісткі у виготовленні, оскільки мають велике число деталей. Зі збільшенням перекриваються прольотів і зменшенням навантаження ефективність ферм в порівнянні зі сплошностенчатимі балками росте.
Ферми бувають плоскими (всі стрижні лежать в одній площині) і просторовими. Плоскі ферми можуть сприймати навантаження, прикладене тільки в їх площині, і потребують закріплення зі своєї площині зв'язками чи іншими елементами. Просторові ферми утворюють жорсткий просторовий брус, здатний сприймати навантаження, що діє в будь-якому напрямку. Кожна грань такого бруса є плоскою ферму. Прикладом просторового бруса може служити баштова конструкція. Основними елементами ферм є пояси, утворюючі контур ферми, і решітка, що складається з розкосів і стійок.
За статичної схемою ферми бувають: балочні (розрізні, нерозрізні, консольні), аркові, рамні та вантові. У покриттях будівель, мостах, транспортерних галереях та інших подібних спорудах найбільше застосування знайшли балочні розрізні системи. Вони прості у виготовленні і монтажі, не вимагають пристрою складних опорних вузлів, але вельми металлоемки. При великих прольотах (більше 40 м) розрізні ферми виходять негабаритними та їх доводиться збирати з окремих елементів на монтажі. При числі перекриваються прольотів два і більше застосовують нерозрізні ферми. Вони економічніше по витраті металу і володіють більшою жорсткістю, що дозволяє зменшити їх висоту. Досить ефективне застосування комбінованих систем при підсиленні конструкцій, наприклад, підкріплення балки, при недостатньою її несучої здатності, шпренгелем або підкосами. В залежності від обриси поясів ферми підрозділяють на сегментні, полігональні, трапецеїдальних, з паралельними поясами і трикутні. Обрис поясів ферм в значній мірі визначає їх економічність. Теоретично найбільш економічною по витраті сталі є ферма, окреслена по епюрі моментів. Для однопрогоновою балочної системи з рівномірно розподіленим навантаженням це буде сегментна ферма з параболічним поясом. Однак криволінійний обрис пояса підвищує трудомісткість виготовлення, тому такі ферми в даний час практично не застосовують. Більш прийнятним є полігональне обрис з переломом пояса у кожному вузлі. Воно досить близько відповідає параболічного обрису епюри моментів, не вимагає виготовлення криволінійних елементів. Такі ферми іноді застосовують для перекриття великих прольотів і в мостах, тобто в конструкціях, що поставляються на будівельний майданчик "розсипом" (із окремих елементів). Для ферм покриттів звичайних будинків, які постачаються на монтаж, як правило, у вигляді укрупнених відправних елементів через ускладнення виготовлення ці ферми в даний час не застосовують. Ви їх можете зустріти тільки в старих спорудах, побудованих до 50-х років. Ферми трапецеідального обриси, хоча і не зовсім відповідають епюрі моментів, мають конструктивні переваги, насамперед за рахунок спрощення вузлів. Крім того, застосування таких ферм в покритті дозволяє влаштувати жорсткий рамний вузол, що підвищує жорсткість каркаса. При розподіленому навантаженні трикутні ферми мають підвищений витрата металу. Крім того, вони мають ряд конструктивних недоліків. Гострий опорний вузол складний і допускає лише шарнірне з'єднання з колонами. Середні розкоси виходять надзвичайно довгими, і їх перетин доводиться підбирати по граничною гнучкості, що викликає перевитрата металу. Стійки і підвіски працюють тільки на місцеве навантаження. Недоліком трикутної решітки є наявність довгих стислих розкосів, що вимагає додаткової витрати стали для забезпечення їх стійкості. У раскосную системі грати все розкоси мають зусилля одного знака, а стійки - іншого. Так, у фермах з паралельними поясами при висхідному розкосі стійки розтягнуті, а розкоси стислі; при низхідному - навпаки. Очевидно, при проектуванні ферм слід прагнути, щоб найбільш довгі елементи були розтягнуті, а стиснення сприймалося короткими елементами. Раскосную грати більш металомістких і трудомістка в порівнянні з трикутною, оскільки загальна довжина елементів грат більше і в ній більше вузлів. Застосування раскосную решітки доцільно при малій висоті ферм і великих вузлових навантаженнях. Шпренгельними гратами застосовують при внеузловом додатку зосереджених навантажень до верхнього поясу, а також при необхідності зменшення розрахункової довжини пояса. Вона більш трудомістка, але в результаті виключення роботи пояса на вигин і зменшення його розрахункової довжини може забезпечити зниження витрати сталі.
Якщо навантаження на ферму може діяти як в одному, так і в іншому напрямку (наприклад, вітрова навантаження), то доцільно застосування хрестової решітки. Розкоси такої решітки можуть бути виконані із гнучких елементів. У цьому випадку стислі розкоси внаслідок великої гнучкості вимикаються з роботи і решітка працює як раскосную з розтягнутими розкосами і стислими стійками. У фермах з поясами з таврів можна застосувати перехресну грати з одиночних куточків з кріпленням розкосів безпосередньо до стінки тавра. Ромбічна і напіврозкісних решітки завдяки двом системам розкосів володіють великою жорсткістю; ці системи застосовують у мостах, баштах, щоглах, зв'язках для зменшення розрахункової довжини стрижнів. Вони раціональні при великій висоті ферм і роботі конструкцій на значні поперечні сили.
Технологічні майданчики. Майданчики призначені для розміщення технологічного обладнання, організації його обслуговування, ремонту і складаються з несучих балок, настилу, драбин і огорожі. В залежності від величини корисного навантаження та призначення майданчики поділяють на три групи. 1. Майданчики під важке стаціонарне обладнання і рухливу навантаження (робочий майданчик сталеливарних і ливарних цехів, головних корпусів ТЕЦ тощо) з корисним навантаженням р> 20 кН / м 2. 2. Ремонтні майданчики ходових коліс кранів, майданчики під транспортери, трубопроводи, вентилятори з р = 4 ... 20 кН / м 2. 3. Посадкові майданчики на опорні (мостові) і підвісні крани, оглядові майданчики з корисним навантаженням р = 2,0 ... 4,0 кН / м 2. Майданчики першої групи виконують у вигляді самостійних вбудованих в будівлю споруд. Такі майданчики спираються на окремі колони, сітка яких зазвичай кратна модулю, прийнятому в будівництві (М = 6 м або рідше 3 м). По колонах встановлюють систему несучих балок (балочну клітку) і влаштовують настил.
Балкові клітини. Схеми балкових клітин визначаються розташуванням устаткування й типом настилу. Вибирають їх з умови забезпечення найменших витрат металу, бетону і праці на виготовлення та монтаж, для чого схеми балкових клітин застосовують з найбільш коротким і простим шляхом передачі навантаження на колони або інші опори. Балки настилу в плані розміщують з постійним кроком по довжині підтримуючих їх балок (головних чи другорядних), крок цих балок визначається несучою здатністю і жорсткістю настилу, Необхідно мати на увазі, що при зменшенні кроку балок настилу товщина останнього і сумарний витрата матеріалів на настил до підтримуючі його балки зменшуватимуться до певної межі, після якого перерізу балок визначатимуться не умовами міцності, а вимогами жорсткості, і може виявитися доцільним збільшити крок балок. Головні балки орієнтують у напрямку більшого кроку колон (подовжнього або поперечного) і проектують звичайно розрізними. Враховуючи значні прольоти головних балок, складові, як правило, 9 ... 12 м і більше, їх проектують складеного двотаврового перерізу з членуванням за необхідності на відправні елементи. На монтажі відправні елементи об'єднують в єдину конструкцію зварюванням або високоміцними болтами з накладками. Балки настилу проектують двотаврового або рідше швелерного перетину. Необхідно мати на увазі, що в майданчиках з балочної клітиною нормального і ускладненого типів прокатні балки раціональні при прольотах до 8 ... 9 м, навантаженнях до 10 ... 12 кН / м 2 і залізобетонному настилі. Якщо відстань між головними балками більш 9 м. то економічніше переходити на балочну клітку ускладненого типу з 2 ... 3 допоміжними балками, які виконують двотаврового і таврового перетину або з куточків. Балки настилу можна проектувати розрізними і нерозрізних. Остання статична схема зручніше при поверховому сполученні балок (рис. 5.15, в).
Настили. У конструкціях технологічних майданчиків застосовують сталеві суцільні настили з плоского або рифленого аркуша, залізобетонні (зі збірних плит або монолітної плити) і сталезалізобетонні. Вибір матеріалу настилу та його конструктивне рішення (стаціонарний або знімний щитової) вибирають з урахуванням технологічного призначення майданчики, характеру і величини корисного навантаження, температурно-вологісного режиму експлуатації, агресивності середовища, економічного фактора. Поверх несучого настилу часто влаштовують захисний настил (асфальтовий чи бетонну підлогу товщиною 40 ... 60 мм на несучому залізобетонному настилі, дерев'яний з торцевих брусків - на сталевому).
Сходи і перехідні площадки. Настили технологічних майданчиків можуть розташовуватися в один або кілька ярусів у залежності від виду обладнання та його висоти. Для доступу обслуговуючого персоналу до технологічного устаткування влаштовуються драбини у вигляді сходових маршів або драбин. Проектування сходів проводять відповідно до вказівок типової серії 1.459-2 "Сталеві драбини, перехідні площадки та огородження". Тятиву виконують з холодногнутого профілю гн [180х50х4 або прокатних швелерів N16; 18. Розрахункову схему тятиви беруть у вигляді однопрогоновою похилій балки при одномаршових сходах або багатопролітної балки ламаного обрису при двох-і більш маршової прямий драбині. Косоури працюють на поперечний вигин від маси металоконструкцій сходів і корисного навантаження, яка відповідно до вказівок норм приймається у вигляді вертикальної зосередженої сили Р н = 1,5 кН, розташованої на майданчику довжиною 10 см по середині прольоту косоура. Відносний прогин маршу не повинен перевищувати 1/150 при довжині сходів 3 м і 1/120 при довжині 6 м. Коефіцієнт надійності за навантаженням приймають рівним 1,2. Сходинки сходів виготовляють із сталевого листа: гнуті з рифленої сталі t = 4 мм, гнуті із просічно-витяжного листа з відгином подступенка з непросеченной частині аркуша, ребристі з смуг 40х4 чи арматурної сталі 16 ... 20 мм з подступенком з прокатного куточка 1, 50х5 і з штампованих профільованих елементів швелерного перетину. Всі типи ступенів виготовляють шириною 200 мм. Перехідні площадки застосовують при висоті сходів h> 6 м і при влаштуванні поворотів сходових маршів. Ширину майданчиків призначають рівної ширині маршу. Довжину майданчиків (проліт між опорами) приймають в залежності від корисного навантаження в межах 600 ... 6000 мм: при довжині 600 ... 2400 мм, кратної 300 мм, більш 2400 мм - кратної 600 мм. Перехідні площадки складаються із сталевого настилу (застосовують той же матеріал, що і для щаблів маршів), ребер жорсткості і балок майданчики. Настил приварюють до подовжнім балках. Перехідні площадки кріплять до стін і колон каркаса будівлі або несучих елементів технологічного обладнання кронштейнами і консольними балками. Висоту поручнів приймають рівною 900 мм, крок стійок - 600 ... 1000 мм. Драбини застосовують в тих випадках, коли неможливо або недоцільно ставити драбини через їх рідкісного використання (наприклад, підйом одного робочого один-два рази в зміну). Кут нахилу драбин приймають рівним 90 °. ширину 600 мм і висоту від 2400 до 6000 мм. Драбини складаються з тятиви, східців і огородження. Тятиву виготовляють зазвичай з 75х6, до пий приварюють щаблі з прутка 18 мм з кроком 300 мм.
ВИСНОВКИ
Отже, споконвічно метал як найбільш міцний матеріал служив захисним, охоронним цілям — всілякі огородження, ворота, поруччя, ґрати. Кардинальні зміни в його долі відбулися на початку XIX століття, коли замість кам'яних і цегельних стовпів стали використовувати металеві — чавунні. Активний промисловий розвиток зажадало нових масштабів виробничих приміщень і стимулювало появу залізних прокатних балок і ферм, незамінних для перекриття великих прольотів. У цивільному будівництві виникли нові типи будинків — багатоквартирні дохідні будинки, вокзали, універмаги (пасажі). Металевий каркас став ключовим фактором розвитку архітектурної форми, тому що дозволив звільнити тектоніку стіни від її основної функції — несущої, обмежуюче планування архітектурного простору. Згодом це дозволило створювати великі засклені площини, інакше мислити внутрішній простір будинків. Найбільш яскравим прикладом нових форм і масштабів у будівництві з'явився Кришталевий палац британця Джозефа Пекстона (1851 р.). Незабаром метал став улюбленим матеріалом художників і архітекторів. Органічне поєднання скла і металу в бельгійського архітектора Віктора Орта, витончений декоративизм металевих огороджень входів у паризькому метро Гектора Гімара — класичні приклади нового мислення в рамках давно освоєного матеріалу, що сприяв формуванню неповторного стилю епохи модерну. Метал був і залишається одним з основних будівельних матеріалів, що переосмислюється по-новому в кожну наступну віху естетичного формування цивілізації. Метал дозволяє задовольнити в архітектурі практично будь-які запити.
Різноманітні навіси, перекриття, виносні елементи, сходи, облицьовані металом конструкції, а також оформлення вітрин, вивіски — шлях сучасного, але також еклектичного освоєння історичної забудови міста за допомогою металу. Його введення в стабільну структуру будинку осучаснює вигляд старої забудови, залишаючи при цьому недоторканним значеннєва єдність архітектурного ансамблю. Твердий, холодний, дзеркально-полірований гладкий метал у сучасних архітектурних будівлях може зненацька стати текучим, матовим, рельєфним, динамічним. Безсумнівно, метал сучасною архітектурою затребуваний і бажаний. Його варіативність, розмаїтість асоціацій, несподіванка нових утілень при одночасній можливості традиційного використання — усе це багатоаспектна палітра для архітекторів, у якій би творчій манері вони ні працювали.
Список літератури
Стрілецький Н. С., Стрілецький Д. Н., Проектування й виготовлення економічних металевих конструкцій, М., 1964 (Матеріали до курсу металевих конструкцій, в.4);
Мірошників Н. П., Металеві конструкції за кордоном, М., 1971; Будівельні норми і правила, ч. 2, розділ В, гл.3.
Микульський В.Г., Горчаков Г.І. Будівельні матеріали. АВС 2002р.
Маклакова Т. Г. Архітектура двадцятого століття. М., 2001.
1 2