Железобетонные фермы (24 м, 18 м): стропильная, жби, бетонная
Железобетонные фермы – это специальные несущие элементы для разных типов кровли, которые применяются в каркасных сооружениях и зданиях. Основная функция фермы – создание опоры для кровли, а также равномерное распределение общей нагрузки на фундамент и колонны здания.
Фермы ЖБИ рассчитываются и производятся в условиях заводов, так как даже минимальные неточности в столь грандиозных конструкциях могут привести к непоправимым последствиям и стать причиной обрушения здания. Монтируются фермы с привлечением специальной строительной техники, так как обладают огромным весом.
Что представляют собой фермы
Железобетонная ферма – это конструкция специального назначения из бетона и соединенных между собой стержней стальной арматуры, которая предназначена для монтажа крыши и выступает каркасом для будущего здания.
Находящиеся вверху прутья называются верхним поясом, нижние стержни – нижним поясом. Элементы конструкции, которые располагаются в вертикальной плоскости, называются стойками.
Находящиеся под определенным углом части – это раскосные элементы. В свою очередь, стойки и раскосные элементы формируют решетку всей конструкции. Места соединения расположенных вертикально стоек и раскосных блоков называются узлами железобетонной балки.
Основные преимущества, которые обеспечивает железобетонная ферма:
- Высокий уровень прочности и надежности всего здания
- Железобетонный каркас создает жесткую структуру, гарантирует способность выдерживать серьезные нагрузки на протяжении долгих лет
- Бетон и сталь не боятся неблагоприятных химических, климатических воздействий, не меняют характеристик под ультрафиолетом, дождем, на морозе и т.д.
- Стропильный элемент полностью отвечает наиболее строгим требованиям стандартов пожарной безопасности
Благодаря современному оборудованию на заводах создают железобетонные фермы в четком соответствии с нормативными требованиями и в минимальные сроки. Вес конструкции с пролетом 18 м составляет больше 7 тонн, если же пролет 24 метра – около 12.3 тонн. Поэтому монтировать фермы можно исключительно с привлечением специальной техники.
Фермы железобетонные бывают двух типов:
- Монолитный элемент с целостной структурой, который создается только в заводских условиях.
- Составная конструкция – включает несколько частей, которые собираются непосредственно на объекте.
Основные виды ферм
В современном строительстве используют фермы двух типов – стропильные и подстропильные. В работе с фермами самым важным этапом считается проектирование – правильные расчеты обеспечат качество монтажа и способность конструкции выдерживать установленные нагрузки, а вот просчеты в проекте нередко приводят к обрушению зданий.
Стропильные конструкции
Стропильная ферма железобетонная – самый сложный вариант. На рынке можно найти и стропильные конструкции, сделанные из металла, бруса (дерева), которые пользуются большей популярностью. Железобетонные конструкции обычно используют лишь там, где другой материал не подходит ввиду недостаточности характеристик и показателей по устойчивости, защите.
Для стропильных конструкций из дерева основным параметром является площадь, на которой планируется размещать объект. Для обеспечения прочности и жесткости строения, исключения риска его обвала под своим весом, важно верно рассчитать площадь, определить устойчивость ферм. Деревянные фермы нужно правильно крепить – для этой задачи обычно привлекают специалистов, не рискуя реализовывать самостоятельно.
Железобетонные фермы – самые надежные и долговечные в сравнении с другими вариантами. Они обладают огромным весом, поэтому используются достаточно редко – в конструкциях с огромными площадями, в регионах со специфическим климатом, в промышленных зданиях и т.д.
Подстропильные конструкции
Эти конструкции применяются не так часто, как стропильные. Они актуальны в строительстве мансард при условии, что величина колонн превышает размер несущей конструкции. В данном случае основой фермы выступает подстропильная балка, длина которой составляет от 12 до 24 метров.
Этот тип ферм выполняется с арматурой пучковой формы, что значительно уменьшает вес, повышает надежность всей конструкции. Фермы устанавливают непосредственно на колонны стропильного типа, соединяют выбранными инструментами. Для железобетонных и металлических конструкций понадобится дополнительно обустроить сварные соединения.
Данные типы ферм применяют там, где внутри здания идут поперечные несущие стены или же все стены поперечные. Только балки подстропильные могут использоваться в возведении мансардных крыш. Стойки вводят непосредственно под ноги (колонны) и тогда конструкция дает меньше давления на здание, оставаясь устойчивой и надежной по максимуму.
Размеры ЖБ ферм
Изготовление бетонных и железобетонных изделий осуществляется в соответствии с ГОСТами, принятыми в стране. Естественно, что железобетонные фермы не являются исключением. В соответствии с установленными нормативами определяются основные размеры элементов, выполняется маркировка.
Основные размеры железобетонных ферм:
- Раскосные – длина от 18 до 24 метров, высота от 2.6 до 3.2 метров, ширина от 0.2 до 0.3 метров.
- Безраскосные – длина 18-24 метра, высота 2.6-3.2 метра, ширина 0.2-0.3 метра.
- Треугольные безраскосные – длина от 2 метров, высота 1.2-2.7 метров, ширина 0.2-0.25 метров.
- Для скатной кровли – от 1 метра длина, высота 2.2 метра, ширина 0. 5 метров.
- Для плиточной кровли – с длиной от 1 метра, высотой 3.3 метра, шириной 0.5 метров.
Самые распространенные размеры – 18/24/36 метров. Максимально допустимый вес элемента, в соответствии с ГОСТом, может составлять 6-50 тонн. В Москве и регионах можно найти железобетонные фермы любых размеров и параметров.
Маркировка дает практически все главные характеристики и показатели ферм – размеры, тип, конструктивные особенности, свойства. Маркировка включает несколько наборов букв и цифр, которые расшифровываются по ГОСТу 23009.
Как расшифровать маркировку изделия:
- 1 группа значений – номер типоразмера, тип изделия, длина (с округлением до метров).
- 2 группа значений – числовой индекс несущей способности, указывается класс арматуры (если она предварительно напряжена), тип бетона (указывается лишь для изделий из легких типов бетона).
- 3 группа значений – есть не всегда, указывает на стойкость к сейсмическим толчкам, агрессивным средам, говорит про наличие закладных, дополнительных отверстий и т. д.
Пример расшифровки маркировки: железобетонная ферма 3ФС длиной 18 метров, с несущей способностью 6 типа, напряженной арматурой А600, залитой легким бетоном, с наличием закладных, обозначается как 3ФС18-6А600Л-1. Типоразмеры и формы разных железобетонных ферм (стропильных/подстропильных), как правило, указываются в специальных таблицах.
Сфера применения
Железобетонные фермы, как и конструкции из других материалов, применяются в возведении разнообразных объектов – пролетов мостов, установки крыши разного типа сооружений, гидротехнических затворов, опор для линий электропередачи.
Ввиду того, что конструкции отличаются целым рядом выгодных преимуществ (защита от трещин, стойкость к морозу и агрессивным воздействиям, прочность и надежность, долговечность и высокая несущая способность), фермы актуальны в самых разных зданиях. Они могут поддерживать кровли, перекрывать пролеты, колонны, служить для создания промежуточных опор для установки последующих конструкций.
Бывает, что фермы используют и в открытом виде – в строительстве промышленных сооружений, участков. Жилое строительство не использует железобетонные фермы вообще.
Классификация ЖБ ферм
По форме конструкции железобетонные фермы бывают раскосными, безраскосными (они же арочные), полигональными. Часто упоминается и такая классификация: типовые, раскосные/безраскосные. Типовых вариантов достаточно много, тут все зависит от числа этажей и величины пролетов.
Особенности применения разных типов ЖБ ферм:
- Безраскосная ферма используется в случае, когда кровля имеет уклон небольшой. Также данный тип ферм актуален для здания с системами коммуникаций, шаг составляет 6/12 метров.
- Объекты без отопления, с крышей из асбестоцементных листов, предполагают использование безраскосных ферм, с пролетом 9/18 метров.
- Сегментные безраскосные и раскосные фермы всегда применяют для создания скатных кровель.
При создании ферм учитывают такие самые важные характеристики: реакция материалов на низкие/высокие температуры, плотность и прочность бетона в смеси, марка стали, реакция на коррозию. В частных домах конструкции не используются, так как самостоятельно их установить невозможно, да и вес элементов такой, что ни один малоэтажный дом не выдержит.
Особенности производства и выбора железобетонных ферм:
- Общий вес системы включает массу стропильной фермы и покрытия кровли.
- Основные нагрузки учитывают: сильный ветер, осадки, снег. Есть также периодические – землетрясения и другие форс-мажорные обстоятельства.
- Каркас фермы включает массу армированных стальных элементов, что обеспечивает максимальную устойчивость.
- С целью уменьшения веса изделия могут использоваться легкие бетоны, что на качестве не сказывается никак.
- Перед заливкой стальная арматура покрывается специальными пропитками, исключающими раннюю коррозию, что делает кровлю стойкой ко влаге, снегу, морозу, ультрафиолету, перепадам температуры.
- Контур фермы включает два пояса для формирования прочного изгиба, а решетка состоит из раскосов и стоек.
- Фермы могут быть полигональными и сегментными, все они отличаются по уклону и форме пояса.
Процесс изготовления ферм из металла и железобетона
Проще всего производятся безраскосные арочные конструкции – узлы ферм легко армируются, незаполненное пространства закрывают отводами (для проводки, систем коммуникации). Чаще всего такие изделия применяются для обустройства кровли плоской, скатной, с малым уклоном.
Для заливки железобетонных ферм используют бетон В30-В60, который демонстрирует высокий уровень прочности. Из готового бетонного раствора формируют большие каркасные конструкции или детали сборных элементов. Потом их транспортируют на место проведения работ с использованием специальной техники. Для этой цели пригоняют фермовозы – специальные машины, перевозящие фермы в готовом виде на объект.
Ввиду того, что ферма представляет собой несущий элемент крыши, до проведения установки осуществляют массу расчетов, все четко проектируют. Ведь даже при малейших погрешностях огромный вес фермы может стать причиной разрушения всего здания.
Как правило, для проектирования и реализации расчетов привлекают архитекторов, инженеров, проектировщиков, монтажников.
Установка железобетонных ферм выполняется также профессионалами – своими руками тут ничего не удастся реализовать. Только при условии верно выполненных расчетов и правильного монтажа ферм можно гарантировать прочность, надежность, долговечность конструкции.
Железобетонные фермы – размеры, расчет и производство
Окончание процесса возведения дома венчает установка крыши. Этот элемент является основополагающим для безопасности строения, а также напрямую оказывает влияние на комфорт его эксплуатации. В качестве несущих элементов кровли могут использоваться стропильные и железобетонные фермы 18 м, при помощи которых осуществляется перераспределение основного и дополнительного веса на стены здания.
На фото – фермы из ж/б
Особенности расчета
Учитывая важность выполняемых функций стропильных и подстропильных ферм, к процессу их расчета, проектировки и монтажа необходимо отнестись максимально серьезно. Мельчайшая неточность может погубить всю конструкцию (читайте также статью «Бетонолом: как на этом инструменте можно заработать, как его выбрать и на что обращать внимание при покупке»).
Наиболее долго и надежно эксплуатируются элементы, выполненные из железобетона. Однако сложность монтажа в совокупности с большим итоговым весом ограничивает использования такого вида стропил. Они чаще всего используются в необычных случаях, когда, к примеру, необходимо сделать одноэтажное здание большой площади.
Железобетонные стропильные фермы различного метража
При расчете не все так легко, как может показаться на первый взгляд. Поэтому для его осуществления необходимым является определенный багаж знаний. В данном случае используется ГОСТ 20213 89 на фермы, изготовленные из железобетона.
Совет: очень важно не упустить ни единого фактора, который может оказать прямое либо косвенное влияние на итоговые прочностные качества.
Именно поэтому подобные расчеты должны проводиться еще на этапе проектирования хорошо ознакомленными с данной сферой людьми. Здесь важна каждая деталь – от выбора самого варианта конструкции стропил до выбора небольших соединительных элементов.
В расчетах необходимо обязательно учитывать три фактора:
Предельная точность во время расчетов поможет не только сэкономить общую смету, но и сделает объект максимально защищенным от всевозможных разрушений.
Ж/б фермы с параллельными поясами
Инструкция требует для изготовления ферм из железобетона применять высокоточное оборудование, которое способно выполнять работу с минимальными погрешностями. При монтаже стропил особенно важно надежно скрепить все элементы, дабы устойчивость объекта не была снижена.
Стропильные фермы из железобетона
Такие конструкции могут существенно разниться по внешнему виду, исходя из своих параметров, в том числе, используемому материалу покрытия и способам их опирания. С их помощью можно возводить сооружения с огромными пролетами (больше 24 м). Кроме того, кровля при этом может быть скатной или же малоуклонной, а на покрытии сооружений могут использоваться фонари.
Стропильная железобетонная ферма 24 метра
Совет: используйте подобные ж/б фермы при возведении складов и других помещений промышленного типа.
Основные преимущества подобных конструкций:
- высокие прочностные качества;
- хорошая жесткость;
- стойкость к воздействию низких температур;
- устойчивость к воздействию агрессивных сред;
- пожаробезопасность.
Скелет сооружения
Изготовление бетонных элементов несущих конструкций
Для производства ж/б ферм используется бетон конструкционного типа (легкий или тяжелый), чаще всего аглопорибетон либо керамзитобетон. Сам процесс изготовления осуществляется в стендах-камерах, имеющих один либо несколько ярусов, на которых монтируются стальные формы с паровой рубашкой.
Для создания стоек и раскосов, закладываемых при армировании, используются вибростолы со специальными кассетными формами.
На фото — железобетонные балки и ж/б фермы
В качестве верхнего пояса при армировании чаще всего используются обычные стержни, а вот нижние пояса оснащаются высокопрочной проволокой, Ø 5 мм, которая собирается в струнопакеты. Для натяжения последних необходимо использование гидродомкратов, после чего туда добавляется бетонная смесь.
Спустя 2-3 часа изделие направляется в цех термообработки. На каждом процессе изготовления осуществляется контроль над качеством заранее напряженных изделий.
Процесс маркировки
Для маркировки такого материала используются буквы и цифры, написанные через дефис.
Буквами обозначают размер и тип заготовки, а цифры отображают, в том числе:
- дополнительные сведения;
- несущую способность;
- марку используемого бетона.
При помощи букв отображается и такая характеристика бетона, как проницаемость, которая показывает, насколько конструкция приспособлена к эксплуатации при агрессивных условиях:
- буква «П» обозначает пониженную приспособленность;
- при помощи буквы «Н» отображается нормальная приспособленность;
- изделия, которые могут выдержать 8-бальные сейсмологические явления, обозначаются буквами «С».
Конструкционные особенности ж/бетонных стропильных ферм
Ферма выступает в качестве скелета, который отображает то, какими очертаниями будет обладать крыша. Для того чтобы каркас отличался жесткостью, прочностью и устойчивостью, он должен быть выполнен с применением большого количества стали и армированных материалов, что значительно усложняет его схему. Только такая конструкция сможет обеспечить сохранность здания даже при экстремальных погодных условиях (узнайте здесь, что лучше — газобетон или газосиликат).
Однако все равно производители пытаются всячески снизить вес подобного «скелета». Достигается это, в первую очередь, благодаря использованию бетонов легких марок, что не оказывает никакого влияния на общую прочность конструкции.
Традиционным компонентом внутренней структуры ж/б ферм является высокопрочная арматурная сталь, легко противостоящая коррозионному воздействию. Благодаря этому попадание влаги или же крепкие морозы никаким образом не смогут повлиять на прочность кровли.
Сегментные и безраскосные конструкции
В качестве ее контура выступают работающие на изгиб два пояса, а вот стойки и раскосы, отвечающие за осевое усилие, являются решеткой.
Существует такие основные разновидности подобных ферм:
Довольно часто полигональные фермы с ровными элементами верхнего пояса заменяют сегментные. Такой способ является более экономически обоснованным.
Кроме того, существует такая классификация ферм:
- раскосые.
- безраскосые.
- типовые.
Сфера применения различных типов ферм
Установка конструкции
При перекрытии одноэтажных зданий с одним или несколькими пролетами рулонными материалами, лучше всего воспользоваться типовыми ЖБИ.
Таких вариантов в настоящее время существует множество, давайте остановимся на их обозначениях:
- ФС – раскосные изделия, используемый на скатных крышах;
- ФБС – безраскосный тип ферм, применяемый для скатных крыш;
- ФП – изделия, используемые в качестве плитного покрытия, длина которого аналогична длине пролета;
- ФПМ – используется на малоуклонных крышах без преднапряжений;
- ФПН – для кровли с малым уклоном и преднапряженными стойками;
- ФБМ – безраскосные изделия, используемые на малоуклонных скатных кровлях;
- ФПС – встречаются на скатных крышах;
- ФТ – фермы безраскосного типа с треугольным очертанием.
Резка железобетона алмазными кругами с помощью УШМ
Нюансы при установке
Перед монтажом подобных конструкций необходимо максимально точно рассчитать несущую способность здания. Крепление осуществляется к расположенным на несущей стене либо колонне закладным деталям.
Совет: не следует начинать установку, не убедившись в полном соответствии качества элементов, а также их размеров.
Кроме того, вам понадобятся услуги сварщика, который должен будет соединить закладные детали и опоры. К первым привариваются и металлические прогоны, благодаря которым достигается оптимальное значение продольной жесткости каркаса.
В зависимости от формы, железобетонная ферма может быть:
Весь процесс изготовления подобных конструкций осуществляется в соответствии с ГОСТ на конструкции бетонные или из ж/б.
Основными характеристиками при этом являются:
- прочность используемого бетона;
- его плотность;
- реакция на воздействие низких температур;
- диаметр слоя, окутывающего арматуру;
- используемая для армирования сталь и ее марка;
- реакция на коррозионное воздействие.
Стропильные готовые ЖБИ
Несмотря на высокие показатели прочности и надежности, подобные конструкции редко можно встретить в частных домах. Объясняется это сложностью установки и значительной массой получаемой кровли. А вот чаще всего данные ЖБИ можно увидеть на зданиях, пролет которых превышает 18 м, а шаг находится в пределах 6-12 м.
Алмазное бурение отверстий в бетоне специальной аппаратурой
Если же пролет менее 18 м, более выгодно будет использовать балки, однако при наличии большого числа коммуникаций, располагающихся внутри каркаса, лучше всего сделать выбор в пользу железобетона. А вот при разработке зданий, пролеты которых превышают 30 м, необходимо учитывать общий вес кровли, который будет значительным. Поэтому рационально будет разбить их на отдельные блоки, однако, при этом цена работ существенно повышается.
Если же смотреть с точки зрения соотношения цена/качество, то наиболее оптимальными вариантами будут сегментные либо арочные. На подобных фермах изменения усилий на поясах практически не происходит, при этом высота их опоры небольшая, в результате чего достигается минимизация общего веса конструкции, а также высоты стен.
Изготовление ж/б ферм
Наиболее простой процесс производства у арочного безраскосного типа, узлы у которого армируются очень просто. Все полученное внутреннее пространство можно заполнить отводами под различные системы коммуникаций. Чаще всего используются при монтаже малоуклонных, плоских или же скатных кровель.
Для производства подобного материала берется бетон марки В30-В60, обладающий высокими прочностными характеристиками. Нижний его пояс могут составлять арматурные канаты, высокопрочная проволока либо же стержневая арматура.
Линия по производству ЖБИ
Кроме того, используются и легкие проволочные каркасы, которые предотвращают образование трещин в процессе эксплуатации. Чтобы нижний пояс было удобно обжимать, рекомендуется использовать длину каркасов меньше трех метров.
А вот для армирования элементов решетки и верхнего пояса применяются сварные арматурные каркасы, которые устанавливаются по двое в опорных узлах. В результате этого увеличивается прочность каркаса по наклонным сечениям. Набор поперечных 6-10 мм стержней, шаг которых 100 мм, составляет сварной каркас, используемый для армирования промежуточных узлов обоих поясов.
Для перевозки уже готовых конструкций используется специально оборудованная техника, к примеру, фермовоз ФКП-16. Вследствие роста спроса на стальные конструкции облегченного типа, спрос на ЖБИ падает. Однако согласно противопожарным требованиям лучшими являются именно ж/б фермы.
Вывод
Приведенные в статье конструкции относятся к массивному строительству, которое не получиться осуществить своими руками, лучше для этого использовать специальную технику. Изготовление данных изделий также следует отдать профессионалам, использующих современные материалы и технологии расчета нагрузки (см.также статью «Бетонная брусчатка или как недорого обустроить место на участке»).
Данные ЖБИ незаменимы при возведении зданий, требующих широкие пролеты. Видео в этой статье поможет найти вам дополнительную информацию по этой тематике.
3ФБС 24 по стандарту: ГОСТ 20213-89
Ферма безраскосная сегментная 3ФБС 24 незаменимые несущие конструкции в строительстве. Их предназначение покрытие пролетов, больших по ширине. Они облегчают конструкцию здания, уменьшая при этом расход применяемых материалов. Применяются фермы при покрытии кровель с уклоном малой величины. Сегментная ферма наиболее экономична по количеству расходуемого материала и по величине статической работы она приближается к арочной ферме.
Железобетонную ферму используют при покрытии здания или сооружения, ширина пролетов которого составляет от 6 до 24 м с шагом 6 м. Стропильными фермами 3ФБС 24 будут пользоваться при возведении крупных строительных сооружений, будь то большой кирпичный или монолитный железобетонный дом. Фермы отличаются прочностью, жесткостью, устойчивостью и равномерно распределяют нагрузку. Их можно применять для строительства на территории Урала или Сибири, отличающихся большой снеговой нагрузкой.
Обозначение маркировки
Марку ферм составляют из букв и цифр, определяющих тип, размеры и основные характеристики. Другими словами, для фермы 3ФБС 24 маркировка содержит следующую информацию:
1. 3 — типоразмер;
2. ФБС тип фермы;
3. 24 — округленная длина фермы, измеряемая в метрах.
Основные характеристики и изготовление
Стропильные фермы 3ФБС 24 изготавливают согласно ГОСТу 20213 89. Они обладают хорошей прочностью, жесткостью, устойчивы к низким температурным режимам и агрессивной среде, а также пожаробезопасны.
Выполняются такие фермы из высокопрочного бетона В30 или В60 и большого количества напрягаемой арматуры. Технология изготовления подразумевает использование стенда — камеры с несколькими ярусами, в которых выполняется монтаж стальных форм. В процессе армирования при создании стойки или раскоса применяют вибростол со специальной кассетной формой. В верхний пояс фермы устанавливают стандартные стержни, нижний пояс оснащается прочной проволокой диаметром 5 мм, собранной в струнопакет. После натяжения арматуры происходит формование изделия с помощью бетонной смеси и его термообработка.
Характеристики и способ изготовления дают железобетонным фермам некоторые преимущества: увеличение срока эксплуатации, возможность покрывать помещения с большой высотой и площадью.
Транспортирование и хранение
Согласно ГОСТу, ферма 3ФБС 24 изготавливается и перевозится целиком. В случае транспортирования ферм на железнодорожных платформах их размещают и крепят согласно проекту, который учитывает тип платформ, конструктивные особенности ферм и массогабаритные характеристики. Если километраж транспортирования ферм не превышает 500 км, используют специализированный автотранспорт фермовозы. Транспортируется ферма в вертикальном положении. По прибытию на место установки фермы хранят рассортированными на специально оборудованной площадке, располагая их вертикально в специальных кассетах. И транспортировка, и хранение ферм производится при наличии установленных на тщательно выровненное основание инвентарных подкладок, выполненных из дерева.
Уважаемые покупатели! Сайт носит информационный характер.
Указанные на сайте информация не являются публичной офертой (ст.435 ГК РФ).
Стоимость и наличие товара просьба уточнять в офисе продаж или по телефону 8 (800) 500-22-52
Фермы железобетонные безраскосые со скатной кровлей, фермы с малоуклонной кровлей, фермы сегментные, подстропильные фермы, фермы железобетонные лдя сельскохозяйственных зданий (ФБ, ФБМ, ФС, ПФ, ФПУ)
Типовые железобетонные стропильные и подстропильные фермы предназначаются для покрытий одно- и многопролетных одноэтажных зданий с пролетами 18 и 24 м и кровлей из рулонных материалов.
Типовые железобетонные треугольные стропильные фермы предназначаются для покрытий однопролетных неотапливаемых зданий с пролетами 6, 9, 12 и 18 м и кровлей из азбестоцементных волнистых листов.
Для зданий со скатными покрытиями применяются фермы ЖБИ трех типов:
- раскосные сегментные фермы с верхним поясом ломанного очертания;
- безраскосые фермы арочного очертания;
- треугольные фермы.
Для зданий с малоуклонной кровлей применяются безраскосые фермы, имеющие на верхнем поясе дополнительные стойки. Малоуклонные покрытия применяют, как правило, в зданиях с большими коммуникационными системами, размещаемыми в пределах фермы. В покрытиях зданий фермы устанавливают с шагом 6 и 12 м; при подвесном транспорте — через 6 м.
Железобетонные стропильные и подстропильные фермы выполняются с предварительно напряженной арматурой в нижнем поясе по ГОСТ 20213-89.
Наша компания рада предложить Вам железобетонные безраскосые фермы со скатной кровлей, фермы с малоуклонной кровлей, а также сегментные, подстропильные железобетонные фермы для сельскохозяйственных зданий (ФБ, ФБМ, ФС, ПФ, ФПУ) всех типоразмеров. Подробности уточняйте у наших специалистов по телефону 8 (495) 642-43-87.
Характеристики ферм покрытия
Марка | Вес 1 шт., т | Штук на 1 а/м | Длина, мм | Ширина, мм | Высота посередине, мм | Высота по торцам, мм | Объем, м3 | Серия |
Фермы покрытия | ||||||||
1. Безраскосые со скатной кровлей | ||||||||
1ФТ 6-1 А III | 1,00 | 5960 | 200 | 1195 | 450 | 0,40 | 1.063.1 — 4.0 | |
1ФТ 6-2 А III | 1,00 | 5960 | 200 | 1195 | 450 | 0,40 | 1.063.1 — 4.0 | |
1ФТ 6-3 А III | 1,00 | 5960 | 200 | 1195 | 450 | 0,40 | 1. 063.1 — 4.0 | |
1ФТ 6-4 А III | 1,00 | 5960 | 200 | 1195 | 450 | 0,40 | 1.063.1 — 4.0 | |
1ФТ 6-5 А III | 1,00 | 5960 | 200 | 1195 | 450 | 0,40 | 1.063.1 — 4.0 | |
1ФТ 6-6 А III | 1,00 | 5960 | 200 | 1195 | 450 | 0,40 | 1.063.1 — 4.0 | |
1ФТ 9-1 А III | 1,80 | 8960 | 200 | 1570 | 450 | 0,72 | 1.063.1 — 4.0 | |
1ФТ 9-2 А III | 1,80 | 8960 | 200 | 1570 | 450 | 0,72 | 1. 063.1 — 4.0 | |
1ФТ 9-3 А III | 1,80 | 8960 | 200 | 1570 | 450 | 0,72 | 1.063.1 — 4.0 | |
1ФТ 9-4 А III | 1,80 | 8960 | 200 | 1570 | 450 | 0,72 | 1.063.1 — 4.0 | |
1ФТ 9-5 А III | 1,80 | 8960 | 200 | 1570 | 450 | 0,72 | 1.063.1 — 4.0 | |
1ФТ 9-6 А III | 1,80 | 8960 | 200 | 1570 | 450 | 0,72 | 1.063.1 — 4.0 | |
ФБ 18 II-6 А IV | 7,96 | 17940 | 240 | 3000 | 3,18 | ТУ 400-1169. 89 | ||
ФБ 24 IV-9 A IV | 14,80 | 23940 | 280 | 3300 | 880 | 5,92 | ТУ 400-1169.89 | |
ФБ 24 V-11 П | 18,25 | 23940 | 280 | 3300 | 880 | 7,30 | 1.463-3 в.4 | |
ФБ 24 V-13 П | 18,25 | 23940 | 280 | 3300 | 880 | 7,30 | 1.463-3 в.4 | |
5 ФБС 24-14 К7 | 18,25 | 23940 | 280 | 3300 | 880 | 7,30 | 1.463-3/87 | |
2. Безраскосые с малоуклонной кровлей | ||||||||
ФБМ 18 II-6 A IV | 8,30 | 17940 | 240 | 3000 | 880 | 3,32 | ТУ 400. 1-169.89 | |
ФБМ 24 IV-9 A IV | 15,10 | 23940 | 280 | 3300 | 880 | 6,04 | ТУ 400.1-169.89 | |
3. Сегментные фермы | ||||||||
3ФС 18-5 А III | 7,80 | 17940 | 250 | 2725 | 780 | 3,12 | ПК-01-129/78 | |
4ФС 18-7 А III | 9,40 | 17940 | 300 | 2735 | 780 | 3,76 | ПК-01-129/78 | |
4ФС 18-8 А III | 9,40 | 17940 | 300 | 2735 | 780 | 3,76 | ПК-01-129/78 | |
3ФС 24-6 А III | 10,50 | 23940 | 300 | 3280 | 780 | 4,20 | ПК-01-129/78 |
Фермы железобетонные
Вернуться на страницу»Железобетонные конструкции»
Ферма железобетонная
Рис. 1. Железобетонные стропильные фермы покрытия: а — сегментная; б — с параллельными поясами; в — полигональная; г — арочная безраскосная.
Железобетонная ферма – это конструкция каркасного типа, состоящая верхнего пояса, нижнего пояса, решетки, места, в которых соединяются наклонные раскосы и вертикальные стойки, называются узлами железобетонной фермы.
Типы железобетонных ферм.
Железобетонная ферма может быть сборной монолитного типа (имеют целостную конструкцию, производится в промышленных условиях) или составной (состоит из ряда конструкционных элементов).
Производство ферм из железобетона
Изготовление железобетонных ферм регламентирует – ГОСТ 20213 – 89. Для изготовления ферм используют бетон классов от В30 до В50. Армирование конструкций выполняют из арматуры АIV и AтV, а также арматурная проволока Вр2. Фермы больших пролетов армируют предварительно напряженной арматурой.
Железобетонные фермы выполняют двух видов:
— железобетонные стропильные фермы;
— фермы подстропильные железобетонные.
По форме различают следующие группы ферм:
первая группа — железобетонные сегментные фермы;
вторая группа – изделия арочного типа;
третья группа – фермы из железобетона полигонального типа.
Наиболее распространенные типовые фермы имеют следующие обозначения:
ФС – раскосные фермы для скатных крыш;
ФБС – безраскосные для скатных крыш;
ФП – под покрытия из плит, равных по длине пролету;
ФПМ – для малоуклонной кровли без преднапряжения;
ФПН – для малоуклонных крыш с преднапряженными стойками;
ФБМ – безраскосные для малоуклонной скатной крыши;
ФПС – для скатной;
ФТ – безраскосные треугольного очертания для скатной
ТИПОВЫЕ СЕРИИ
При проектировании железобетонных ферм могут быть полезны следующие серии:
№ п/п | Номер | Наименование | Примечания |
1 | Серия 1.063.1-4 | Фермы стропильные железобетонные пролетом 6; 9; 12; 15 и 18 м для покрытий зданий с уклоном асбестоцементной кровли 1:4. | Смотреть |
2 | Серия 1.463.1-1/87 | Фермы стропильные железобетонные безраскосные пролетом 18 и 24 м для одноэтажных зданий с малоуклонной и скатной кровлей для V снегового района. | Смотреть |
3 | Серия 1.463.1-3/87 | Фермы стропильные железобетонные безраскосные пролетом 18 и 24 м для одноэтажных зданий с малоуклонной и скатной кровлей. | Смотреть |
4 | Серия 1.463.1-15 | Фермы подстропильные железобетонные пролетом 12 м с провисающим нижним поясом для зданий с покрытием из плит длиной на пролет. | Смотреть |
5 | Серия 1.463.1-16 | Фермы стропильные железобетонные сегментные для покрытий одноэтажных производственных зданий пролетами 18 и 24 м (в опалубочных формах серии ПК-01-129/78). | Смотреть |
6 | Серия 1.463.1-17 | Фермы стропильные железобетонные полигональные пролетом 18 и 24 м для покрытий зданий с малоуклонной кровлей. | Смотреть |
7 | Серия 1.463.1-19 | Фермы подстропильные железобетонные предварительно напряженные пролетом 12 м для покрытий зданий со скатной кровлей. | Смотреть |
8 | Серия ПК-01-27 | Сборные железобетонные предварительно напряженные сегментные фермы для покрытий зданий с пролетами 18, 24 и 30 м с шагом ферм 6,0 м. | Смотреть |
9 | Серия 1.463-3 | Железобетонные предварительно напряженные безраскосные фермы пролетом 18 и 24 м для покрытий зданий со скатной кровлей. | Смотреть |
10 | Серия 1.466.1-5 | Железобетонные многоволновые оболочки положительной кривизны размерами 18х24, 18х30 и 18х36 м из плит 3х6 м. | Смотреть |
11 | Серия ПК-01-129 | Сборные железобетонные предварительно напряженные сегментные фермы для покрытий зданий пролетами 18, 24 и 30 м с шагом ферм 6 и 12 м. | Смотреть |
12 | Серия ПК-01-129/68 | Сборные железобетонные предварительно напряженные сегментные фермы для покрытий зданий пролетами 18, 24 и 30 м с шагом ферм 6 и 12 м. | Смотреть |
Железобетонные фермы – размеры, расчет и производство
Окончание процесса возведения дома венчает установка крыши. Данный элемент есть основополагающим для безопасности строения, и напрямую влияет на комфорт его эксплуатации. В качестве несущих элементов кровли смогут употребляться стропильные и железобетонные фермы 18 м, при помощи которых осуществляется перераспределение основного и дополнительного веса на стены здания.
Особенности расчета
Учитывая важность делаемых функций стропильных и подстропильных ферм, к процессу их расчета, проектировки и монтажа нужно отнестись максимально без шуток. Небольшая неточность может погубить всю конструкцию (читайте кроме этого статью «Бетонолом: как на этом инструменте возможно получить, как его выбрать и на что обращать внимание при покупке»).
Наиболее долго и надежно эксплуатируются элементы, выполненные из железобетона. Но сложность монтажа в совокупности с громадным итоговым весом ограничивает применения для того чтобы вида стропил. Они значительно чаще употребляются в необыкновенных случаях, в то время, когда, к примеру, нужно сделать одноэтажное здание громадной площади.
При расчете не все так легко, как может показаться на первый взгляд. Исходя из этого для его осуществления нужным есть определенный багаж знаний. В этом случае употребляется ГОСТ 20213 89 на фермы, изготовленные из железобетона.
Совет: крайне важно не потерять ни единого фактора, который может оказать прямое или косвенное влияние на итоговые прочностные качества.
Как раз исходя из этого подобные расчеты должны проводиться еще на этапе проектирования хорошо ознакомленными с данной сферой людьми. Тут серьёзна любая деталь – от выбора самого варианта конструкции стропил до выбора маленьких соединительных элементов.
В расчетах нужно в обязательном порядке учитывать три фактора:
- Неспециализированную массу конструкции, которая включает в себя вес кровельного покрытия и вес стропильной системы.
- Вес нагрузок, каковые смогут дополнительно появляться в ходе эксплуатации (снег, ветер и т.п.).
- Вес периодических нагрузок (разные климатические явления либо же случайные факторы).
Предельная точность на протяжении расчетов окажет помощь не только сэкономить неспециализированную смету, но и сделает объект максимально защищенным от всевозможных разрушений.
Инструкция требует для изготовления ферм из железобетона использовать высокоточное оборудование, которое способно делать работу с минимальными погрешностями. При монтаже стропил особенно принципиально важно надежно скрепить все элементы, чтобы устойчивость объекта не была снижена.
Стропильные фермы из железобетона
Такие конструкции смогут значительно разниться по внешнему виду, исходя из своих параметров, а также, применяемому материалу покрытия и методам их опирания. С их помощью возможно возводить сооружения с огромными пролетами (больше 24 м). Помимо этого, кровля наряду с этим возможно скатной либо же малоуклонной, а на покрытии сооружений смогут употребляться фонари.
Совет: применяйте подобные ж/б фермы при возведении складов и других помещений промышленного типа.
Основные преимущества аналогичных конструкций:
- высокие прочностные качества;
- хорошая жесткость;
- стойкость к действию низких температур;
- устойчивость к действию агрессивных сред;
- пожаробезопасность.
Изготовление цементных элементов несущих конструкций
Для производства ж/б ферм употребляется бетон конструкционного типа (легкий либо тяжелый), значительно чаще аглопорибетон или керамзитобетон. Сам процесс изготовления осуществляется в стендах-камерах, имеющих один или пара ярусов, на которых монтируются стальные формы с паровой рубахой.
Для стоек и раскосов, закладываемых при армировании, употребляются вибростолы со особыми кассетными формами.
В качестве верхнего пояса при армировании значительно чаще употребляются простые стержни, а вот нижние пояса оснащаются высокопрочной проволокой, O 5 мм, которая планирует в струнопакеты. Для натяжения последних нужно применение гидродомкратов, по окончании чего в том направлении добавляется цементная смесь.
Спустя 2-3 часа изделие направляется в цех термообработки. На каждом ходе изготовления осуществляется контроль над качеством заблаговременно напряженных изделий.
Процесс маркировки
Для маркировки для того чтобы материала употребляются буквы и цифры, написанные через дефис.
Буквами обозначают размер и тип заготовки, а цифры отображают, а также:
- дополнительные сведения;
- несущую свойство;
- марку применяемого бетона.
При помощи букв отображается и такая черта бетона, как проницаемость, которая показывает, как конструкция приспособлена к эксплуатации при агрессивных условиях:
- буква «П» обозначает пониженную приспособленность;
- при помощи буквы «Н» отображается обычная приспособленность;
- изделия, каковые смогут выдержать 8-бальные сейсмологические явления, обозначаются буквами «С».
Конструкционные изюминки ж/цементных стропильных ферм
Ферма выступает в качестве скелета, который отображает то, какими очертаниями будет владеть крыша. Чтобы каркас отличался жесткостью, прочностью и устойчивостью, он должен быть выполнен с применением громадного количества стали и армированных материалов, что существенно усложняет его схему. Лишь такая конструкция сможет обеспечить сохранность здания кроме того при экстремальных погодных условиях (определите тут, что лучше — газобетон либо газосиликат).
Но все равно производители пробуют всячески снизить вес аналогичного «скелета». Достигается это, первым делом, благодаря применению бетонов легких марок, что не оказывает никакого влияния на неспециализированную прочность конструкции.
Классическим компонентом внутренней структуры ж/б ферм есть высокопрочная арматурная сталь, легко противостоящая коррозионному действию. Именно поэтому попадание жидкости либо же крепкие морозы никаким образом не смогут воздействовать на прочность кровли.
В качестве ее контура выступают работающие на изгиб два пояса, а вот стойки и раскосы, несущие ответственность за осевое усилие, являются решеткой.
Существует такие основные разновидности аналогичных ферм:
- Сегментные, для которых характерным есть пояс очертания и решетка раскосного типа.
- Полигональные, в то время, когда пояса расположены параллельно либо же в форме трапеции.
- Арочные безраскосные, отличающиеся твёрдыми узлами.
- Арочные раскосные, имеющие верхний пояс с криволинейными очертаниями, и редкую решетку.
Частенько полигональные фермы с ровными элементами верхнего пояса заменяют сегментные. Таковой метод есть более экономически обоснованным.
Помимо этого, существует такая классификация ферм:
- раскосые.
- безраскосые.
- типовые.
Сфера применения разных типов ферм
- В случае если кровля планируется строиться малоуклонной, наиболее хорошим вариантом будет применение безраскосных ферм, в верхнем поясе которых устанавливаются дополнительные стойки. Значительно чаще подобные здания оснащаются громадным числом систем коммуникации. Ход для них образовывает 6 либо 12 м.
- В то время, когда же здание есть однопролетным, и его отопление не планируется, совершенным вариантом будет применение безраскосных конструкций.
- Скатные кровли оснащаются сегментным безраскосным или раскосым каркасом.
При перекрытии одноэтажных зданий с одним либо несколькими пролетами рулонными материалами, оптимальнее воспользоваться типовыми ЖБИ.
Таких вариантов в настоящее время существует множество, давайте остановимся на их обозначениях:
- ФС – раскосные изделия, применяемый на скатных крышах;
- ФБС – безраскосный тип ферм, используемый для скатных крыш;
- ФП – изделия, применяемые в качестве плитного покрытия, протяженность которого аналогична длине пролета;
- ФПМ – употребляется на малоуклонных крышах без преднапряжений;
- ФПН – для кровли с малым уклоном и преднапряженными стойками;
- ФБМ – безраскосные изделия, применяемые на малоуклонных скатных кровлях;
- ФПС – видятся на скатных крышах;
- ФТ – фермы безраскосного типа с треугольным очертанием.
Нюансы при установке
Перед монтажом аналогичных конструкций нужно максимально точно вычислить несущую свойство здания. Крепление осуществляется к расположенным на несущей стенке или колонне закладным деталям.
Совет: не нужно затевать установку, не убедившись в полном соответствии качества элементов, и их размеров.
Помимо этого, вам пригодятся услуги сварщика, который должен будет соединить закладные детали и опоры. К первым привариваются и железные прогоны, благодаря которым достигается оптимальное значение продольной жесткости каркаса.
В зависимости от формы, железобетонная ферма возможно:
- Сегментной.
- Арочной раскосной.
- Арочной безраскосной.
- Полигональной.
Целый процесс изготовления аналогичных конструкций осуществляется в соответствии с ГОСТ на конструкции цементные либо из ж/б.
Основными чертями наряду с этим являются:
- прочность применяемого бетона;
- его плотность;
- реакция на действие низких температур;
- диаметр слоя, окутывающего арматуру;
- применяемая для армирования сталь и ее марка;
- реакция на коррозионное действие.
Не обращая внимания на большие показатели прочности и надежности, подобные конструкции редко возможно встретить в частных зданиях. Разъясняется это сложностью установки и большой массой получаемой кровли. А вот значительно чаще данные ЖБИ возможно заметить на зданиях, пролет которых превышает 18 м, а ход находится в пределах 6-12 м.
В случае если же пролет менее 18 м, более выгодно будет применять балки, но при наличии солидного числа коммуникаций, располагающихся в каркаса, оптимальнее сделать выбор в пользу железобетона. А вот при разработке зданий, пролеты которых превышают 30 м, нужно учитывать неспециализированный вес кровли, который будет большим. Исходя из этого рационально будет разбить их на отдельные блоки, но, наряду с этим цена работ значительно повышается.
В случае если же наблюдать с позиций соотношения цена/уровень качества, то наиболее оптимальными вариантами будут сегментные или арочные. На аналогичных фермах трансформации усилий на поясах фактически не происходит, наряду с этим высота их опоры маленькая, в следствии чего достигается минимизация неспециализированного веса конструкции, и высоты стен.
Изготовление ж/б ферм
Наиболее несложный процесс производства у арочного безраскосного типа, узлы у которого армируются весьма просто. Все полученное внутреннее пространство возможно заполнить отводами под разные системы коммуникаций. Значительно чаще употребляются при монтаже малоуклонных, плоских либо же скатных кровель.
Для производства аналогичного материала берется бетон марки В30-В60, владеющий высокими прочностными чертями. Нижний его пояс смогут составлять арматурные верёвки, высокопрочная проволока или же стержневая арматура.
Помимо этого, употребляются и легкие проволочные каркасы, каковые предотвращают образование трещин в ходе эксплуатации. Дабы нижний пояс было комфортно обжимать, рекомендуется применять длину каркасов меньше трех метров.
А вот для армирования элементов решетки и верхнего пояса используются сварные арматурные каркасы, каковые устанавливаются по двое в опорных узлах. В следствии этого возрастает прочность каркаса по наклонным сечениям. Комплект поперечных 6-10 мм стержней, ход которых 100 мм, образовывает сварной каркас, применяемый для армирования промежуточных узлов обоих поясов.
Для перевозки уже готовых конструкций употребляется намерено оборудованная техника, к примеру, фермовоз ФКП-16. Благодаря роста спроса на стальные конструкции облегченного типа, спрос на ЖБИ падает. Но в соответствии с противопожарным требованиям лучшими являются как раз ж/б фермы.
Вывод
Приведенные в статье конструкции относятся к массивному постройке, которое не оказаться осуществить своими руками, лучше для этого применять особую технику. Изготовление данных изделий кроме этого направляться дать специалистам, применяющих современные материалы и технологии расчета нагрузки (см.кроме этого статью «Цементная брусчатка либо как недорого обустроить место на участке»).
Данные ЖБИ незаменимы при возведении зданий, требующих широкие пролеты. Видео в данной статье окажет помощь отыскать вам дополнительную данные по данной тематике.
ФЕРМЫ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ. Описание, технические характеристики – ГК РОСАТОМСНАБ
Задать вопрос
Фермы железобетонные являются одним из основных составных элементов при строительстве одноэтажных зданий, входят в состав конструкции крыш и служат для перекрытий широких пролетов. Они выдерживают большие нагрузки на покрытия, представляют собой готовые несущие конструкции. В современном строительстве не обойтись без такого вида железобетонных изделий, как фермы.
Фермы железобетонные представляют собой каркасные конструкции, которые состоят из отдельных соединенных между собой стержней. По верхнему краю фермы проходят стержни, образующие верхний пояс, по нижнему – нижний. Вертикальные сегменты фермы называются стойками, а наклонные – расколами. Между стойками фермы находятся раскосы и стойки, образующие решетку фермы, места их соединения называются узлами фермы.
Фермы выпускаются как в готовом виде, так и составные, то есть собирающиеся непосредственно на месте стройки из нескольких частей, имеют прямоугольное сечение.
Фермы железобетонные производятся согласно ГОСТ 20213-89 из тяжелого или легкого конструкционного бетона класса В-30 – В-50. Для армирования применяется арматура стальная класса А-4, Ае-5 и высокопрочная проволока Вр-2. Фермы длиной более 896 см выпускаются с предварительно напряженной арматурой. Фермы длиной 596 см выпускаются с ненапряженной арматурой.
Фермы железобетонные делятся на два вида:
• Стропильные
• Подстропильные.
По форме фермы бывают:
• Сегментные
• Арочные
• Полигональные.
Стропильные фермы подразделяются на следующие виды:
• ФС – фермы раскосные сегментные. Применяются для строительства скатной кровли.
• ФБС – фермы безраскосные. Применяются для строительства скатной кровли.
• ФБМ – фермы безраскосные, используются для строительства покрытий с малоуклонной кровлей.
• ФТ – фермы безраскосные треугольные, для строительства скатной кровли.
Подстропильные фермы подразделяются на:
• ФПС – для строительства скатной кровли.
• ФПМ – для строительства малоуклонной кровли.
• ФПН – фермы с предварительно напряженными стойками для строительства малоуклонной кровли.
• ФП – для строительства покрытий из плит размером на длину пролета.
Фермы (ФС) раскосные сегментные для строительства скатной кровли выпускаются в следующих размерах: длиной 1800-2400 см, высотой 260-320 см, шириной пояса 20-30 см.
Фермы сегментные безраскосные для скатной кровли(ФБС) и треугольные безраскосные для малоуклонной кровли (ФБМ) имеют размеры: длиной 1800-2400 см, высотой 260 — 320 см, шириной пояса 20-30 см.
Фермы (ФПС) для скатной кровли имеют размеры: длиной 1200 см, высотой 220 см, шириной пояса 50 см.
Фермы безраскосные треугольные (ФТ) производятся по размерам: длиной 600-1800 см, высотой 120-270 см, шириной пояса 20-25 см.
Фермы (ФПМ, ФПН) для строительства покрытий с малоуклонной кровлей изготовляются в следующих размерах: длиной 1200 см, высотой 330 см, шириной пояса 50 см.
Фермы (ФП) для кровли из плит размером на длину пролета имеют размеры: длиной 1200 см, высотой 180 см, шириной пояса 50 см.
Фермы железобетонные имеют вес в пределах от 6 до 50 тонн.
Фермы железобетонные применяются в строительстве различных объектов: покрытий различных зданий и сооружений, пролетов мостов, акведуков, гидротехнических затворов, опор линий электропередачи и т.п. Важнейшими качествами ферм являются высокая прочность, морозостойкость, трещиностойкость, жесткость, устойчивость к агрессивному воздействию внешней среды.
Стропильные фермы железобетонные перекрывают пролеты и поддерживают непосредственно настил кровли, как стропила. Подстропильные фермы железобетонные перекрывают шаги колонн и создают промежуточные опоры для стропильных конструкций.
Технические требования к фермам железобетонным:
• Фермы железобетонные стропильные производятся согласно требованиям ГОСТ 20213-89 («Фермы железобетонные. Технические условия»).
• Производятся фермы из тяжелого или легкого конструкционного бетона согласно ГОСТ 26633-91.
• Марка морозостойкости и водонепроницаемости назначается согласно СНиП 2.03.01-84 и СНиП 2.03.11-85.
•
• Расчетная нагрузка на фермы допускается только после достижения полной проектной прочности бетона.
• Для напрягаемой арматуры нижнего пояса ферм используется стержневая арматура из стали класса А-4,5.
| ||
| ||
| ||
| ||
| ||
|
Задать вопрос
Сборная железобетонная ферма-балка для крыш
Стальные фермы — самая популярная система для поддержки длиннопролетных крыш в коммерческих зданиях, таких как склады и авиационные ангары. Стальные фермы обладают несколькими преимуществами, такими как легкий вес, простота обращения и монтажа, а также геометрическая гибкость. Однако у них есть некоторые недостатки, такие как высокая стоимость материалов и обслуживания, а также низкая огнестойкость. В этой статье ферма из сборного железобетона предлагается в качестве альтернативы стальным фермам для пролетов до 48 м (160 футов) без промежуточных опор.Предлагаемая конструкция проста в изготовлении и требует меньших затрат на строительство и обслуживание, чем стальные фермы. Ферма состоит из двух сегментов, которые сформированы с использованием стандартных форм мостовых балок с блокировками в стенке, что приводит к наличию диагоналей и вертикальных элементов и снижает вес балки. Затем два сегмента соединяются мокрым швом и растягиваются в продольном направлении, образуя венчанную ферму. Предлагаемая конструкция оптимизирует расположение элементов фермы, их поперечные сечения и использование материалов.Образец фермы длиной 9 м (30 футов) построен с использованием самоуплотняющегося бетона для исследования конструктивности и структурной способности предлагаемой конструкции. Анализ методом конечных элементов образца проводится для исследования напряжений на диагоналях фермы, вертикалях и соединениях. Результаты тестирования свидетельствуют о производственной и структурной эффективности разработанной системы.
1. Введение
Конструкционная сталь обычно и широко используется для крыш с большими пролетами, таких как склады, складские помещения и ангары для самолетов.При проектировании системы поддержки крыши необходимо учитывать экономичность, скорость строительства, конструктивную способность, эстетический вид, огнестойкость и структурную целостность во время строительства и эксплуатации. Использование конструкционной стали было единственным вариантом, когда речь шла о длиннопролетных крышах из-за простоты обращения и монтажа, геометрической гибкости и легкости. Бетон не является конкурентоспособной альтернативой для крыш из-за большого веса и сложности конструкции бетонных компонентов, что приводит к меньшей рентабельности, чем сталь.Несмотря на преимущества конструкционных стальных кровельных систем, у них есть следующие недостатки: низкая огнестойкость, склонность к коррозии, высокая стоимость обслуживания, длительный период задержки заказов на сталь и рост цен на сталь. Большинство из этих недостатков можно устранить, используя сборные железобетонные изделия, поскольку они обладают превосходной огнестойкостью и коррозионной стойкостью, низкими затратами на производство и техническое обслуживание, а также короткими сроками выполнения заказа. Однако существующие системы крыш из сборного железобетона либо ограничены пролетом 30 м (100 футов), такие как пустотелые ядра и двойные тройники [1], либо тяжелые и не имеют эстетичного внешнего вида, такие как глубокие перевернутые тройники и двутавровые балки.Таким образом, основная цель этого исследовательского проекта — разработать ферменную систему из сборного железобетона / предварительно напряженного бетона для крыш с пролетами от 30 до 48 м (от 100 до 160 футов), которая позволяет достичь следующих целей: легкость, эстетическая привлекательность, экономическая эффективность. , и изготовление с использованием существующих технологий и производственных практик.
Фермы из сборного железобетона были впервые использованы в 1962 году для научного павильона США (ныне Научный центр павильона) в Сиэтле, штат Вашингтон. Эти фермы были неконструктивными и предназначались для архитектурных целей [2].В 1976 году конструкция Rock Island Parking была построена с использованием ферм Vierendeel, состоящих из горизонтальных и вертикальных элементов с жесткими соединениями и без диагональных элементов. Используемые фермы были почти 3,6 м (12 футов) в глубину и имели свободный пролет 9,7 м (32 фута), что привело к соотношению пролета к глубине 2,7. Все верхний пояс, нижний пояс и вертикальные элементы имели поперечное сечение 405 мм × 560 мм (16 дюймов × 22 дюйма) [3]. Вертикальные элементы были подвергнуты последующему натяжению, чтобы противостоять силам натяжения.
Фермы из предварительно напряженного железобетона были представлены в 1978 году в статье журнала ACI под названием «Фермы из предварительно напряженного бетона» [4].В статье обсуждались два прототипа: прототип I с размахом в свету 6,1 м (20,3 фута) и глубиной 0,6 м (2 фута) при соотношении пролета к глубине 10 и прототип II с четким размахом. пролет 18,4 м (60,8 фута) и глубина 2,6 м (8,5 фута) для отношения пролета к глубине 7. Первый прототип имел только диагональные элементы без вертикалей; однако у второго прототипа были диагональные элементы и две вертикали около центра ферм. Все верхние, нижние и диагональные элементы были предварительно напряжены. Однако предварительное напряжение в диагоналях составляло только 35% от подъемных напряжений из-за больших потерь на трение, возникающих в прижимных устройствах.Авторы заявили, что члены треснули на ранней стадии нагружения из-за того, что диагонали не были должным образом предварительно напряжены. Авторы также заявили, что использование бетонных ферм снизит цену почти вдвое по сравнению с использованием стальной альтернативы. В 2007 году была разработана новая система бетонных ферм для многоуровневого здания кондоминиума, построенного в Миннеаполисе, Миннесота, с использованием так называемой «ER-Post». ER-Post — это система, изобретенная М. ДеСаттером из компании Erickson Roed & Associates, чтобы обеспечить пространство без колонн для кондоминиумов [5].DeSutter смог предварительно натянуть фермы Vierendeel глубиной 4,1 м (13,5 фута) и пролетом 20,3 м (67,33 фута) для соотношения пролета к глубине 5 [6].
В 2010 году ферма-балка из сборного железобетона была спроектирована для поддержки крыши угольного хранилища в Шардже, Объединенные Арабские Эмираты (ОАЭ). Ферма глубиной 1,5 м (5 футов), спроектированная компанией e.Construct USA, LLC, имела пролет 50 м (165 футов) без промежуточных опор, что привело к соотношению пролета к глубине 33. Ферма состояла из двух сегменты сборных ферм; каждый сегмент 25 м (82.5 футов) в длину. Два сегмента были соединены с помощью сухожилий с последующим натяжением и монолитного бетонного соединения. Несколько ферм были возведены на расстоянии 10 м (30 футов), чтобы создать венчанную крышу. На рис. 1 показаны построенные фермы и временная опора, использованные во время монтажа в середине пролета для поддержки двух сегментов фермы до тех пор, пока не будет применено дополнительное напряжение и не затвердеет монолитный бетонный шов.
Согласно e.Construct USA, LLC, использование сборной железобетонной стропильной системы вместе со стальными прогонами Z-образной формы и металлическим настилом крыши привело к примерно 25% экономии стоимости строительства по сравнению с первоначальной конструкцией с использованием конструкционной стали. .Это значительная экономия, которая побудила авторов продолжить изучение систем ферменных конструкций из сборного железобетона, чтобы оптимизировать их конструкции, улучшить их конструктивность и приспособить производственную практику в Соединенных Штатах. Несколько усовершенствований, которые будут обсуждаться в разделе 2, привели к снижению стоимости и веса и, как следствие, возможности использования сборных железобетонных ферм для длиннопролетных крыш.
2. Разработка предлагаемой системы
Сборная железобетонная ферменная система, предложенная в этом исследовании, является развитием ферменно-балочной системы Шарджи, представленной ранее.Основные усовершенствования, которые были предложены для решения проблем проектирования, изготовления и строительства, включают: (1) изменение ориентации диагоналей, чтобы они были элементами сжатия, сделанными из традиционно армированного бетона; (2) использование резьбовых стержней из высокопрочной стали для натяжных элементов (вертикалей) для исключения растрескивания; (3) использование легкодоступных форм типичных двутавровых балок из сборного железобетона / предварительно напряженного бетона, таких как AASHTO и тройник, с модульными блокировками для упрощения производства; (4) использование самоуплотняющегося бетона с высокими эксплуатационными характеристиками (SCC) для обеспечения качества, эффективности и экономичности изготовления фермы; и (5) размещение каналов для последующего натяжения в нижнем фланце, чтобы исключить необходимость в более толстых перемычках на концах балки.Чтобы представить эти улучшения, было выбрано здание в качестве примера для проектирования предлагаемой стропильно-балочной системы. На рис. 2 показаны вид сверху и план примерной компоновки здания соответственно. Пролет фермы-балки 48 м (160 футов) с уклоном 5% (венчанная ферма). Длина здания составляет 90 м (300 футов) и состоит из 11 ферм-балок, расстояние между которыми составляет 9 м (30 футов).
2.1. Системный анализ и проектирование
Предлагаемая система разработана в соответствии со Стандартом минимальных расчетных нагрузок для зданий и других конструкций ASCE 7–10 [7].Вертикальные нагрузки, действующие на крышу, — это статическая нагрузка (), (крыша) временная нагрузка () и снеговая нагрузка (). Боковые нагрузки, такие как ветер и землетрясения, считаются устойчивыми к сдвиговым стенам или системам крепления колонн, аналогичным тем, которые используются в типичной складской конструкции, и поэтому не будут представлены в этой статье. Расчетная снеговая нагрузка 1,44 кН / м 2 (30 фунтов на квадратный фут) в дополнение к 0,72 кН / м 2 (15 фунтов на квадратный фут) для механических, электрических и шлейфовых нагрузок (MEP) и металлического настила крыши используется для расчеты нагрузки.Для анализа предложенной ферменно-балочной системы для ферменно-балочной секции выбрана балка-тройник AASHTO-PCI (BT-72) в качестве примера легко доступной секции для большинства производителей сборных мостов. Программа расчета конструкций SAP2000 используется для моделирования предлагаемой фермы-фермы с использованием элементов каркаса с точечными нагрузками, приложенными в местах расположения прогонов. Вертикальные элементы имеют расцепители момента на обоих концах, чтобы воспринимать только осевую нагрузку. Результаты анализа при факторных нагрузках показывают, что максимальные осевые силы в верхней и нижней полке, а также в вертикальных и диагональных элементах составляют 7 486 кН (сжатие 1683 тысячи фунтов), 7,553 кН (растяжение 1698 тысяч фунтов), 605 кН (давление 136 тысяч фунтов) и 1192 тысячи фунтов. кН (сжатие 268 тысяч фунтов) соответственно.Результаты анализа показывают, что для этапов транспортировки, погрузочно-разгрузочных работ и монтажа силы в верхнем и нижнем фланцах не являются критическими. Однако сила растяжения 271 кН (61 тысяча фунтов) в диагональных элементах и сила сжатия 129 кН (29 тысяч фунтов) в вертикальных элементах развиваются при учтенных строительных нагрузках. Прогиб промежуточного пролета при действующей рабочей нагрузке составляет 160 мм (6,3 дюйма), что соответствует L / 305.
Предлагаемая стропильная система спроектирована с использованием подкосно-связочного метода согласно Приложению кодекса ACI 318-11 [8].Диагональные элементы выполнены в виде железобетонных подкосов, а вертикальные элементы — в виде стальных стяжек. Диагональные элементы имеют заданную прочность бетона на сжатие 55 МПа (8000 фунтов на кв. Дюйм) и квадратное сечение 200 мм × 200 мм (8 дюймов × 8 дюймов), армированное 4 номером 19 (# 6) класса 420 (60) (коэффициент усиления 2,75%), чтобы противостоять силе растяжения, возникающей во время строительства, когда ферма временно поддерживается в середине пролета перед заливкой мокрого стыка и последующим натяжением.Кроме того, стальные квадратные стяжки № 10 (# 3) марки 420 (60) используются в качестве поперечной арматуры с шагом 200 мм (8 дюймов). Вертикальные элементы изготовлены из резьбовых стержней диаметром 38 мм (1,5 дюйма) с пределом текучести 724 МПа (105 фунтов на квадратный дюйм) и пределом прочности 862 МПа (125 фунтов на квадратный дюйм) [9]. Несмотря на низкое растягивающее усилие, передаваемое вертикальными элементами около середины пролета, одинаковые резьбовые стержни используются во всех вертикалях, чтобы упростить изготовление и противостоять сжимающей силе, возникающей во время строительства, без потери устойчивости [10].
Нижний и верхний фланцы фермы также спроектированы с использованием подкосно-стяжного метода. Компрессионная стойка (верхний фланец) имеет заданную прочность бетона на сжатие 55 МПа (8000 фунтов на кв. Дюйм) и усилена 4-м номером 13 (# 4) класса 420 (60). Натяжная стяжка (нижний фланец) имеет два канала для последующего натяжения с прядями низкой релаксации класса 1860 (270) диаметром 12–15,3 мм (0,6 дюйма). Кроме того, для транспортировки и обращения с фермами используются предварительно натянутые пряди с низким релаксацией из класса 1860 (270) диаметром 10–15,3 мм (0,6 дюйма).На рисунках 3 и 4 показаны размеры бетона и детали армирования предлагаемой ферменно-балочной системы. Сравнение конструкции предлагаемой системы с той, которая реализована на угольном хранилище в Шардже, представленной на Рисунке 1, показывает, что предлагаемая система примерно на 23% легче по весу, а также более экономична в производстве благодаря использованию стандарта I. -балочные формы, обычные армирующие детали и самоуплотняющийся бетон.
2.2. Последовательность строительства
Предлагаемая последовательность строительства разработанной стропильно-балочной системы следующая: (1) Фермы-фермы изготавливаются на заводе сборных железобетонных изделий в двух сегментах для каждой фермы и транспортируются на строительную площадку. (2) Каждый сегмент монтируется на одной колонне с одного конца и на временных опорах с другого конца. (3) Стропы крыши и распорки устанавливаются для стабилизации ферм-балок. (4) Муфты используются для соединения каналов после натяжения, а стренги с последующим натяжением имеют резьбу. через воздуховоды.(5) Стыки между сегментами фермы формируются, армируются и заливаются на месте с использованием SCC со свойствами, аналогичными свойствам бетона фермы. (6) Последующее натяжение применяется после того, как бетонный стык достигнет необходимой прочности, и каналы после растяжения залиты раствором. (7) Временные опоры снимаются и укладывается настил крыши. (8) При необходимости на стальные элементы наносятся средства защиты от огня и коррозии.
3. Экспериментальное исследование
3.1. Описание образца
Целью экспериментального исследования является оценка конструктивности и конструктивных характеристик предлагаемой фермы-балки.Полноразмерную ферму невозможно было изготовить и протестировать из-за ограниченности места и бюджета. Вместо этого была использована ферма длиной 9 м (30 футов), сформированная с использованием двутавровых балок Iowa типа D, предоставленных Coreslab Structures Inc., Омаха, NE. Размеры поперечного сечения двутавровой балки Iowa типа D очень близки к размерам мостовой балки AASHTO типа IV. Формы имеют длину 9 м (30 футов) и высоту 1420 мм (56 дюймов). Однако для уменьшения веса образца в нижней части формы была сделана блокировка на 100 мм (4 дюйма), общая глубина которой составила 1320 мм (52 дюйма).) и две панели из пеноматериала толщиной 100 мм (4 дюйма) каждая, были использованы для формирования каждого проема фермы. На рис. 5 показаны размеры образца бетонной фермы на разных участках.
3.2. Анализ и проектирование образца
Двухмерный (2D) анализ каркаса и трехмерный (3D) анализ методом конечных элементов (FEA) были выполнены для определения сил стержня и деформаций образца. Сравнение результатов анализа каждого метода, как показано в таблице 1, показывает, что простой двухмерный анализ кадра приводит к консервативным и относительно точным оценкам сил и прогибов по сравнению с более сложным FEA.Нагрузки, используемые в этом анализе, включают в себя вес образца, усилие предварительного напряжения и сосредоточенную нагрузку в середине пролета, которые создают силы в диагональных и вертикальных элементах образца, аналогичные силам в полноразмерной ферменно-балочной системе, разработанной в предыдущем разделе. Следует отметить, что диагональные элементы образца имели угол 40 ° с нижним фланцем для достижения того же соотношения между диагональными и вертикальными силами, что и в полноразмерной стропильной системе, представленной ранее.
|
Анализ образца показал, что точечная нагрузка на середину пролета 1,779 кН (400 тысяч фунтов) приведет к усилиям, немного превышающим расчетные силы в диагональных и вертикальных элементах.Первоначальная конструкция образца требовала прядей класса 1860 (270) диаметром 16–15,3 мм (0,6 дюйма). Однако из-за отсутствия прядей такого размера в структурной лаборатории вместо них использовались пряди сорта 1860 (270) диаметром 12–17,8 мм (0,7 дюйма) для достижения той же силы предварительного напряжения. Кроме того, анализ показал, что нагрузка на растрескивание составляет 1468 кН (330 тысяч фунтов) с использованием предельного напряжения растрескивания на нижних волокнах, а соответствующий прогиб составляет 25 мм (1 дюйм). Предполагалось, что напряжение поддомкрачивания стренги равно 0.75, и общие потери предварительного напряжения были приняты равными 20% от подъемного напряжения. Разработанная КЭ модель образца, показанная на рисунке 6, состоит из упрощенного поперечного сечения (то есть прямоугольников), 8-узловых твердых элементов для бетона и элементов каркаса для резьбовых стержней. Эта модель использовалась для проведения упругопластического анализа с использованием заданных свойств материала для определения напряжений и деформаций при различных уровнях нагрузки. На рис. 7 показаны изолинии напряжений на бетонных элементах при предельной нагрузке.Этот рисунок показывает, что соединение между диагональной стенкой и нижней полкой имеет очень высокие растягивающие напряжения, которые, как ожидается, вызовут преждевременное растрескивание в этих местах.
Образец спроектирован аналогично полноразмерной ферме с одним исключением; верхний и нижний фланцы были переконструированы, чтобы гарантировать, что отказ происходит по вертикали, диагоналям или соединениям. Пряди диаметром 12–17,8 мм (0,7 дюйма) были предоставлены для достижения предельной прочности на изгиб 4 371 кН · м (3 224 тысячи фунтов · фут), что примерно на 10% больше, чем приложенный момент.Кроме того, верхний фланец был усилен двумя стержнями № 25 (№ 8) в качестве арматуры сжатия для увеличения пропускной способности верхнего фланца. На рисунке 8 показаны высота, поперечные сечения и детали усиления образца.
3.3. Изготовление образца
Изготовление образца длиной 9 м (30 футов) было выполнено в структурной лаборатории Института Питера Кевита (PKI) в Омахе, штат Северная Каролина, в пять основных этапов: (1) подготовка форм и размещение прядей предварительного напряжения; (2) вырезание пеноблоков и приклеивание их к стальным формам, (3) сборка диагональной и вертикальной арматуры и установка их между пеноблоками, (4) заливка самоуплотняющегося бетона в формы; и (5) снятие форм и освобождение прядей.
Пряди предварительного напряжения были растянуты до 3176 кН (714 тысяч фунтов) (0,75 от предельного напряжения 1860 МПа (270 тысяч фунтов на квадратный дюйм)). Для формирования проемов ферм использовались пеноблоки. Панели из пенопласта толщиной 100 мм (4 дюйма) были разрезаны на ромбовидные формы и склеены для образования блоков толщиной 200 мм (8 дюймов). Квадратные канавки (.) Были удалены с краев пенопластов для размещения вертикальных резьбовых стержней, как показано на Рисунке 9. Чтобы облегчить снятие пены с бетонного полотна, по краям пенопласта были обернуты пластиковые листы. .Все пеноблоки наклеивались на стальную форму после разметки их расположения на сторонах формы. Укрепление нижнего фланца и верхнего фланца было простым в установке. Задача заключалась в сборке и установке диагональной и вертикальной арматуры, которые состояли из 4 стержней № 19 (№ 6) и шпал № 10 (№ 3), расположенных на расстоянии 200 мм (8 дюймов) вдоль элемента и 38 мм (1,5 дюйма). диаметр резьбовых стержней. Стержни были закреплены на верхнем и нижнем фланцах с помощью стальных пластин класса 350 (50) и конструкционных гаек.Каждая пластина приварена к двум диагональным стержням и 2 прямым анкерным стержням номер 19 (№6). Первоначально планировалось, что арматура для каждой диагонали будет предварительно собрана, а затем присоединена к резьбовым стержням после установки в опалубку. Основная проблема этого плана состоит в том, что он требует очень жестких допусков по размерам арматуры и местам изгиба в дополнение к сложности обращения с очень тяжелой сборкой арматуры, которая не очень жесткая. Некоторые диагональные стержни были немного короче других и не имели точно такого же диаметра изгиба или расположения.Чтобы решить эти проблемы, диагональные стержни и анкерные стержни были обрезаны так, чтобы они имели только 225 мм (9 дюймов) заделки (12 d b ), а поперечные связи оставались свободными, чтобы стержни могли перемещаться относительно друг друга; затем они связываются после того, как вся арматура установлена, чтобы упростить процесс изготовления, как показано на рисунке 9. Четыре () WWR были размещены на твердой части на каждом конце фермы для усиления сдвига. Верхний фланец имел 2 стержня номер 25 (# 8), связанных хомутами номер 10 (# 3) на расстоянии 150 мм (6 дюймов).) интервал. После того, как форма была закрыта, был размещен узел усиления верхнего фланца, и были использованы деревянные хомуты для связывания форм сверху.
Образец был отлит 11 марта 2013 г. с использованием указанного самоуплотняющегося бетона 55 МПа (8000 фунтов на кв. Дюйм). Смесь была разработана с использованием портландцемента типа I / II с 30% заменой летучей золы класса C и смесью 10 мм (3/8 дюйма) известнякового щебня и природного песка и гравия. SCC имел средний разброс 800 мм (28 дюймов), менее 2 секунд., Уменьшение разброса J-образного кольца менее 50 мм (2 дюйма) и индекс визуальной стабильности (VSI) 1,0. Девять (.) Цилиндров были взяты для оценки прочности на сжатие при отпускании, испытаниях и 28 днях. Отливка SCC началась с середины образца. Две камеры для труб были прикреплены в нижней части фермы, по одной на каждом конце, чтобы регистрировать поток бетона вокруг арматуры и прядей. Другая камера снимала процесс кастинга сверху. Высокая текучесть и пропускная способность SCC позволили легко заполнить нижний фланец без проблем с уплотнением.Однако, как только SCC начал заполнять диагонали и вертикали фермы, две вспененные панели начали плавать, поскольку выталкивающие силы разорвали связь между стальными формами и пеноблоками. Было предпринято несколько действий, чтобы удерживать пеноблоки на месте против подъемной силы. Кусочки пиломатериалов использовались в качестве прокладок между пенопластом и арматурой верхнего фланца, а также между верхней арматурой и стальной формой, чтобы предотвратить дальнейшее перемещение блокировок. Этот эксперимент показал, что панели из пенопласта не подходят для формования.
После отверждения образца с мокрой мешковиной в течение 3 дней прочность бетона достигла 52,4 МПа (7600 фунтов на кв. Дюйм), 14 марта 2013 г. были сняты формы и выпущены пряди. Стальные формы легко отделить; однако пеноблоки были встроены в бетон, и их было нелегко извлечь. Давление бетона на пену затрудняло вытягивание из бетона; помимо того, что в некоторых местах между пенопластом и стальной формой имелся тонкий слой бетона, который приходилось откалывать.Пеноблоки пришлось разрезать на мелкие кусочки электрической пилой. Убрать заглушки на углах было еще сложнее. С помощью небольшого отбойного молотка осторожно удалили оставшуюся пену, не повредив бетон. Перемещение пеноблокировок во время литья привело к отклонениям в размерах, углах и расположении двух диагональных элементов и двух вертикальных элементов, как показано на рисунке 10.
Пряди предварительного напряжения были освобождены с помощью постепенного снятия напряжения, и концы образцов были сняты. осмотрел на предмет растрескивания.На южном и северном концах появилось несколько трещин, которые были в основном горизонтальными и простирались на всю толщину сети и несколько дюймов в продольном направлении. Эти трещины возникают из-за разрывающей силы предварительного напряжения и не контролировались должным образом, поскольку арматура концевой зоны не была размещена так близко, как следовало бы, к переборкам. На верхнем фланце в местах, где были размещены бруски, возникло несколько усадочных трещин, чтобы предотвратить всплытие пены. Эти трещины не были критическими для предлагаемых испытаний, поскольку они произошли только в верхнем фланце, который является элементом сжатия.
3.4. Испытание образца
Две роликовые опоры были размещены на бетонных блоках и разнесены на 8,9 м (29,5 футов) друг от друга по центру для поддержки образца фермы длиной 9 м (30 футов). Ролики центрировались на опорных пластинах шириной 150 мм (6 дюймов), встроенных в ферму с обоих концов. Стальная рама с подъемным домкратом 1780 кН (400 тысяч фунтов) была размещена, как показано на Рисунке 11, для нагружения образца в средней части пролета.
Чтобы четко видеть и отслеживать распространение трещин в элементах фермы во время нагружения, одна сторона образца была окрашена в белый цвет, а с другой стороны были прикреплены тензодатчики.Линейные переменные дифференциальные преобразования (LVDT) использовались для отслеживания проскальзывания нитей во время тестирования. Был установлен датчик прогиба для измерения прогибов в середине пролета во время нагрузки. Образец был испытан 29 марта 2013 года. Были испытаны бетонные цилиндры, и в то время было обнаружено, что их прочность на сжатие составляет 72,4 МПа (10 500 фунтов на квадратный дюйм). Во время нагрузки образец был визуально осмотрен при приращении нагрузки 222,5 кН (50 тысяч фунтов), и растрескивание было отмечено. При 222,5 кН (50 тысяч фунтов) прогиб достигал 5 мм (0.19 дюймов) без видимых трещин. Нагрузка продолжалась до 445 кН (100 тысяч фунтов), а прогиб достигал 10 мм (0,39 дюйма). Незначительные горизонтальные трещины наблюдались в углах между диагоналями и верхним / нижним фланцами, как показано на Рисунке 12.
При 667 кН (150 тысяч фунтов) прогиб достигал 15 мм (0,57 дюйма), а трещины продолжались при остроугольных. углы между твердой стенкой и нижним фланцем. Средняя вертикаль начала трескаться и вверху, и внизу. При 890 кН (200 тысяч фунтов) прогиб достигал 20 мм (0.75 дюймов) и растрескивание произошло на всех остроугольных углах. При 1112 кН (250 тысяч фунтов) прогиб достиг 24 мм (0,93 дюйма), а серьезность растрескивания существенно не увеличилась, за исключением угла стенки / нижней полки. После 1112 кН (250 тысяч фунтов) нагрузка непрерывно увеличивалась без перерывов до отказа до 1712 кН (385 тысяч фунтов). Наблюдалось чрезмерное растрескивание нижнего фланца вокруг его соединения с вертикальными стержнями и диагоналями, как показано на рисунке 13. Разрушение было драматичным, поскольку стержень с одной резьбой был вынут из нижнего фланца, что привело к защелкиванию соседней диагонали, как показано на рисунке 14. .Этот отказ произошел, когда одна из анкерных стержней №6, приваренных к шайбе, была полностью разорвана, как показано на рисунке 15. Несмотря на высокую несущую способность, достигнутую образцом, считается, что наличие более длинных анкерных стержней и шляпных стержней для нижнего фланца ограничение вокруг анкерных стержней отсрочило бы или даже устранило бы этот вид отказа. Кроме того, снятие фаски с острых краев и использование изогнутых углов позволило бы снизить концентрацию напряжений и свести к минимуму преждевременное растрескивание в этих местах.
3.5. Анализ результатов
На рисунке 16 показано соотношение нагрузки и прогиба образца фермы. Этот график показывает, что образец имел линейное упругое поведение вплоть до растрескивающей нагрузки, которая была определена как 1580 кН (355 тысяч фунтов) с использованием метода касательных. Эта нагрузка на 7% превышает прогнозируемую нагрузку на растрескивание 1468 кН (330 тысяч фунтов). Измеренный прогиб при растрескивающей нагрузке составил 34 мм (1,33 дюйма), что на 33% больше, чем 25 мм (1,33 дюйма).0 дюймов) прогнозируемый прогиб. Это в первую очередь связано с преждевременным растрескиванием, которое наблюдалось почти на всех остроугольных углах, что могло привести к снижению жесткости. Кроме того, отклонения между указанными и фактическими размерами могли повлиять на поведение образца. Рисунок 16 также показывает, что предельная нагрузка составила 1713 кН (385 тысяч фунтов), что на 3,8% ниже прогнозируемой нагрузки в 1779 кН (400 тысяч фунтов) из-за преждевременного выдергивания вертикальной резьбовой шпильки в результате недостаточного крепления в опоре. нижний фланец.
На Рис. 17 показано измеренное скольжение предварительно напряженных прядей диаметром 17,8 мм (0,7 дюйма) во время нагрузки. Этот график показывает, что все записанные показания значительно меньше 0,25 мм (0,01 дюйма), что является пределом для начального проскальзывания. Наивысшее зарегистрированное значение было даже меньше 0,025 мм (0,001 дюйма), что является точностью измерения используемых LVDT, что указывает на отсутствие проскальзывания до разрушающей нагрузки. Это означает, что пряди предварительного напряжения диаметром 17,8 мм (0,7 дюйма) были полностью развернуты в пределах 4.Расстояние 5 м (15 футов) (т. Е. Половина длины образца), что является прогнозируемой длиной разработки с использованием ACI 318-11. Следует отметить, что высокое значение, зарегистрированное южным LVDT при разрушающей нагрузке, неверно из-за внезапного движения образца в момент разрушения.
На рис. 18 представлены графики зависимости деформации четырех вертикальных элементов образца фермы от приложенной нагрузки. Эти вертикальные стержни представляют собой резьбовые стержни диаметром 38 мм (1,5 дюйма) с пределом текучести 724 МПа (105 фунтов на квадратный дюйм) и пределом прочности 862 МПа (125 фунтов на квадратный дюйм).Максимальная измеренная деформация достигла 2,6% (на южной штанге №1, где произошло разрушение). Также все измеренные деформации в четырех стержнях с резьбой значительно превышали деформацию текучести, составляющую 0,36%. На рис. 19 показаны силы в четырех стержнях с резьбой в зависимости от приложенной нагрузки. Этот график показывает, что силы во всех четырех стержнях с резьбой достигли предела текучести 689 кН (155 тысяч фунтов), что на 14% больше, чем расчетное усилие в 605 кН (136 тысяч фунтов).
На рисунке 20 показаны измеренные деформации в четырех железобетонных диагональных элементах образца фермы в зависимости от приложенной нагрузки.Этот график показывает, что измеренные деформации значительно различались между четырьмя диагональными элементами из-за различий в их углах и размерах бетона (например, ширина южной диагонали №1 составляла 165 мм (6,5 дюйма), в то время как ширина северной диагональ № 2 составляла 280 мм (11 дюймов)). Однако все они были намного ниже, чем предельная расчетная деформация бетона (0,3%). Максимальная предельная деформация достигла 0,1% на южной диагонали № 1, где произошел отказ, а минимальная предельная деформация достигла 0.045% по северной диагонали №2. Кроме того, прямолинейные отношения во всех диагональных элементах указывают на их линейное упругое поведение вплоть до разрушающей нагрузки. Следовательно, отказ фермы из-за раздавливания диагоналей является режимом отказа с низкой вероятностью. На рис. 21 показаны силы во всех четырех диагональных элементах в зависимости от приложенной нагрузки. Этот график показывает, что предельная сила сжатия варьировалась от 1179 кН (265 тысяч фунтов) на северной диагонали № 2 до 1446 кН (325 тысяч фунтов) на южной диагонали № 1, где произошел отказ.Силы во всех диагональных элементах, кроме северной диагонали № 2, превысили расчетное усилие в 1192 кН (268 тысяч фунтов), что указывает на то, что конструкция диагоналей была адекватной.
4. Выводы и рекомендации
Это исследование было направлено на разработку системы стропильных ферм из сборного железобетона для кровли, которая легка и эстетична, может пролетать до 48 м (160 футов) и может быть изготовлена с использованием стандартных сборные железобетонные изделия в США. На основании представленной работы можно сделать три основных вывода.(1) Изготовление предлагаемой стропильной системы практично и эффективно. Предлагаемый метод изготовления был оценен экспериментально путем изготовления образца фермы длиной 9 м (30 футов) с использованием экономичных и имеющихся в продаже компонентов: стандартной формы балки моста, пеноблоков, вертикальных стержней с резьбой и обычного армирования. Успех предложенного метода также объясняется использованием высокопрочного самокрепляющегося бетона (SCC), который заполняет сложную форму, герметизирует арматуру и обеспечивает гладкую законченную поверхность без какого-либо механического уплотнения.(2) Структурные испытания образца фермы, который был спроектирован и детализирован, чтобы противостоять силам, возникающим в образце здания, показали адекватность предложенного метода проектирования и деталей соединения. Как показано ниже, было сделано несколько рекомендаций по дальнейшему повышению производительности предлагаемой системы. (3) 2D-каркасные модели и 3D-модели конечных элементов могут использоваться для точного прогнозирования поведения предлагаемой системы. Силы, полученные от этих моделей, могут быть использованы для проектирования элементов фермы с использованием метода подпорок и стяжек в соответствии с существующими строительными нормами.FEA можно использовать для точного прогнозирования концентрации напряжений в соединениях элементов фермы.
На основе аналитических и экспериментальных исследований можно было бы дать несколько рекомендаций по улучшению предлагаемой стропильной системы. (1) Используйте скошенные кромки и изогнутые углы вместо острых, чтобы избежать концентрации напряжений, и добавьте номинальную арматуру для контроля трещин в этих местах. . (2) Используйте соответствующую арматуру для верхнего и нижнего фланцев, чтобы помочь закрепить диагональную и вертикальную арматуру, которая должна быть полностью развернута для предотвращения выдергивания.(3) Избегайте использования пеноблоков из-за трудности их приклеивания к форме и их снятия. Для эффективного и экономичного производства настоятельно рекомендуется использовать легкие стальные поддоны или стекловолоконные панели, поскольку их можно использовать многократно. (4) Диагональные стержни должны быть связаны вместе после помещения в формы, чтобы учесть допуски, особенно когда длина стержня и диаметр изгиба не точны. Эта практика позволит диагоналям скользить друг относительно друга. Другое предложение по изготовлению — собрать все арматуры жестким образом вне формы, чтобы точно соответствовать размерам формы.Затем сборка связывается вместе, поднимается краном и укладывается в форму за один прием. (5) Самоуплотняющийся бетон с высокой текучестью (средний разброс 800 мм (28 дюймов) ± 50 мм (2 дюйма). )), пропускная способность (номинальный максимальный размер заполнителя 10 мм (3/8 дюйма)), устойчивость к расслоению (VSI не более 1,0) и низкая вязкость (сек.) необходимы для упрощения производства и обеспечения надлежащего заполнения сложная форма фермы без механического уплотнения.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данной статьи.
Благодарности
Выражаем признательность за техническую поддержку членов консультативного комитета Института сборного железобетона и предварительно напряженного бетона (PCI); и признательна за финансовую поддержку Стипендии Даниэля П. Дженни PCI. Помощь была предоставлена Мусой Алавне в качестве стипендиального партнера. Поддержку также оказали выпускники и сотрудники Университета Небраски-Линкольн (UNL): Кельвин Лейн, Афшин Хатами, Шадди Асад, Мохамед Эль-Кади и Майкл Асаад.
У вас недостаточно прав для чтения этого закона в настоящее время
У вас недостаточно прав для чтения этого закона в настоящее время
Логотип Public.Resource.OrgЛоготип представляет собой черно-белую линию улыбающегося тюленя с усами. Вокруг печати красная круглая полоса с белым шрифтом, в верхней половине которого написано «Печать одобрения», а в нижней половине — «Public.Resource.Org». На внешней стороне красной круглой марки находится круг. серебряная круглая полоса с зубчатыми краями, напоминающая печать из серебряной фольги.
Public.Resource.Org
Хилдсбург, Калифорния, 95448
США
Этот документ в настоящее время недоступен для вас!
Уважаемый гражданин:
В настоящее время вам временно отказано в доступе к этому документу.
Public Resource ведет судебный процесс за ваше право читать и говорить о законе. Для получения дополнительной информации см. Досье по рассматриваемому судебному делу:
Американское общество испытаний и материалов (ASTM), Национальная ассоциация противопожарной защиты (NFPA),
и Американское общество инженеров по отоплению, холодильной технике и кондиционированию воздуха (ASHRAE) против Public.Resource.Org (общедоступный ресурс),
DCD 1: 13-cv-01215, Объединенный окружной суд округа Колумбия [1]
Ваш доступ к этому документу, который является законом Соединенных Штатов Америки, был временно отключен, пока мы боремся за
ваше право читать и говорить о законах, по которым мы решаем управлять собой как демократическим обществом.
Чтобы подать заявку на получение лицензии на ознакомление с этим законом, ознакомьтесь с Сводом федеральных нормативных актов или применимыми законами и постановлениями штата.
на имя и адрес продавца. Для получения дополнительной информации о постановлениях правительства и ваших правах гражданина в соответствии с нормами закона , тел.
пожалуйста, прочтите мое свидетельство перед Конгрессом Соединенных Штатов.
Вы можете найти более подробную информацию о нашей деятельности на общедоступном ресурсе.
в нашем реестре деятельности за 2015 год. [2] [3]
Спасибо за интерес к чтению закона.Информированные граждане — это фундаментальное требование для работы нашей демократии.
Благодарим вас за усилия и приносим извинения за возможные неудобства.
С уважением,
Карл Маламуд
Public.Resource.Org
7 ноября 2015 г.
Банкноты
[1] http://www.archive.org/download/gov.uscourts.dcd.161410/gov.uscourts.dcd.161410.docket.html
[2] https://public.resource.org/edicts/
[3] https://public.resource.org/pro.docket.2015.html
1.2: Структурные нагрузки и система нагружения
2.1.4.1 Дождевые нагрузки
Дождевые нагрузки — это нагрузки из-за скопившейся массы воды на крыше во время ливня или сильных осадков. Этот процесс, называемый пондированием, в основном происходит на плоских крышах и крышах с уклоном менее 0,25 дюйма / фут. Заливка крыш возникает, когда сток после атмосферных осадков меньше количества воды, удерживаемой на крыше. Вода, скопившаяся на плоской или малоскатной крыше во время ливня, может создать большую нагрузку на конструкцию.Поэтому это необходимо учитывать при проектировании здания. Совет Международного кодекса требует, чтобы на крышах с парапетами были первичные и вторичные водостоки. Первичный водосток собирает воду с крыши и направляет ее в канализацию, а вторичный сток служит резервным на случай засорения первичного водостока. На рисунке 2.3 изображена крыша и эти дренажные системы. Раздел 8.3 стандарта ASCE7-16 определяет следующее уравнение для расчета дождевых нагрузок на неотклоненную крышу в случае, если основной слив заблокирован:
где
- R = дождевая нагрузка на неотклоненную крышу в фунтах на кв. Дюйм или кН / м 2 .
- d s = глубина воды на неотклоненной крыше до входа во вторичную дренажную систему (т. Е. Статический напор) в дюймах или мм.
- d h = дополнительная глубина воды на неотклоненной крыше над входом во вторичную дренажную систему (т. Е. Гидравлический напор) в дюймах или мм. Это зависит от скорости потока, размера дренажа и площади дренажа каждого дренажа.
Расход Q в галлонах в минуту можно рассчитать следующим образом:
Q (галлонов в минуту) = 0.0104 Ай
где
- A = площадь крыши в квадратных футах, осушаемая дренажной системой.
- и = 100 лет, 1 час. интенсивность осадков в дюймах в час для местоположения здания, указанного в правилах водоснабжения.
Рис. 2.3. Водосточная система с крыши (адаптировано из Международного совета по кодам).
2.1.4.2 Ветровые нагрузки
Ветровые нагрузки — это нагрузки, действующие на конструкции ветровым потоком.Ветровые силы были причиной многих структурных нарушений в истории, особенно в прибрежных регионах. Скорость и направление ветрового потока непрерывно меняются, что затрудняет точное прогнозирование давления ветра на существующие конструкции. Это объясняет причину значительных усилий по исследованию влияния и оценки силы ветра. На рисунке 2.4 показано типичное распределение ветровой нагрузки на конструкцию. Основываясь на принципе Бернулли, взаимосвязь между динамическим давлением ветра и скоростью ветра может быть выражена следующим образом при визуализации потока ветра как потока жидкости:
где
- q = воздух с динамическим ветровым давлением в фунтах на квадратный фут.
- ρ = массовая плотность воздуха.
- V = скорость ветра в милях в час.
Базовая скорость ветра для определенных мест на континентальной части США может быть получена из основной контурной карты скорости в ASCE 7-16 .
Предполагая, что удельный вес воздуха для стандартной атмосферы составляет 0,07651 фунт / фут 3 и подставляя это значение в ранее указанное уравнение 2.1, можно использовать следующее уравнение для статического давления ветра:
Для определения величины скорости ветра и его давления на различных высотах над уровнем земли прибор ASCE 7-16 модифицировал уравнение 2.2 путем введения некоторых факторов, учитывающих высоту сооружения над уровнем земли, важность сооружения для жизни и имущества человека, а также топографию его расположения, а именно:
где
K z = коэффициент скоростного давления, который зависит от высоты конструкции и условий воздействия. Значения K z перечислены в таблице 2.4.
K zt = топографический фактор, который учитывает увеличение скорости ветра из-за внезапных изменений топографии там, где есть холмы и откосы.Этот коэффициент равен единице для строительства на ровной поверхности и увеличивается с высотой.
K d = коэффициент направленности ветра. Он учитывает уменьшенную вероятность максимального ветра, идущего с любого заданного направления, и уменьшенную вероятность развития максимального давления при любом направлении ветра, наиболее неблагоприятном для конструкции. Для конструкций, подверженных только ветровым нагрузкам, K d = 1; для конструкций, подвергающихся другим нагрузкам, помимо ветровой, значения K d приведены в таблице 2.5.
- K e = коэффициент высоты земли. Согласно разделу 26.9 в ASCE 7-16 , он выражается как K e = 1 для всех отметок.
- V = скорость ветра, измеренная на высоте z над уровнем земли.
Три условия воздействия, классифицированные как B, C и D в таблице 2.4, определены с точки зрения шероховатости поверхности следующим образом:
Воздействие B: Шероховатость поверхности для этой категории включает городские и пригородные зоны, деревянные участки или другую местность с близко расположенными препятствиями.Эта категория применяется к зданиям со средней высотой крыши ≤ 30 футов (9,1 м), если поверхность простирается против ветра на расстояние более 1500 футов. Для зданий со средней высотой крыши более 30 футов (9,1 м) эта категория будет применяться, если шероховатость поверхности с наветренной стороны превышает 2600 футов (792 м) или в 20 раз превышает высоту здания, в зависимости от того, что больше.
Экспозиция C: Экспозиция C применяется там, где преобладает шероховатость поверхности C. Шероховатость поверхности C включает открытую местность с разбросанными препятствиями высотой менее 30 футов.
Воздействие D: Шероховатость поверхности для этой категории включает квартиры, гладкие илистые отмели, солончаки, сплошной лед, свободные участки и водные поверхности. Воздействие D применяется, когда шероховатость поверхности D простирается против ветра на расстояние более 5000 футов или в 20 раз больше высоты здания, в зависимости от того, что больше. Это также применимо, если шероховатость поверхности с наветренной стороны равна B или C, и площадка находится в пределах 600 футов (183 м) или 20-кратной высоты здания, в зависимости от того, что больше.
Таблица 2.4. Коэффициент воздействия скоростного давления, K z , как указано в ASCE 7-16 .
Тип конструкции | К d |
---|---|
Основная система сопротивления ветру (MWFRS) Комплектующие и облицовка | 0.85 0,85 |
Арочные крыши | 0,85 |
Дымоходы, резервуары и аналогичные конструкции Площадь Шестиугольный Круглый | 0.9 0,95 0,95 |
Сплошные отдельно стоящие стены и сплошные отдельно стоящие и прикрепленные вывески | 0,85 |
Открытые вывески и решетчатые каркасы | 0,85 |
Фермерские башни Треугольная, квадратная, прямоугольная Все прочие сечения | 0.85 0,95 |
Чтобы получить окончательное внешнее давление для расчета конструкций, уравнение 2.3 дополнительно модифицируется следующим образом:
где
- P z = расчетное давление ветра на лицевую поверхность конструкции на высоте z над уровнем земли. Он увеличивается с высотой на наветренной стене, но остается постоянным с высотой на подветренной и боковых стенах.
- G = коэффициент воздействия порыва. G = 0,85 для жестких конструкций с собственной частотой ≥ 1 Гц. Коэффициенты порывов ветра для гибких конструкций рассчитываются с использованием уравнений в ASCE 7-16 .
- C p = коэффициент внешнего давления. Это часть внешнего давления на наветренные стены, подветренные стены, боковые стены и крышу. Значения C p представлены в таблицах 2.6 и 2.7.
Чтобы вычислить ветровую нагрузку, которая будет использоваться для расчета элемента, объедините внешнее и внутреннее давление ветра следующим образом:
где
GC pi = коэффициент внутреннего давления из ASCE 7-16 .
Рис. 2.4. Типичное распределение ветра на стенах конструкции и крыше.
Таблица 2.6. Коэффициент давления на стенку, C p , как указано в ASCE 7-16 .
Примечания:
1. Положительные и отрицательные знаки указывают на давление ветра, действующее по направлению к поверхностям и от них.
2. L — это размер здания, перпендикулярный направлению ветра, а B — размер, параллельный направлению ветра.
Таблица 2.7. Коэффициенты давления на крышу, C p , для использования с q h , как указано в ASCE 7-16 .
Пример \ (\ PageIndex {1} \)
Двухэтажное здание, показанное на рисунке 2.5 — это начальная школа, расположенная на ровной местности в пригороде, со скоростью ветра 102 миль в час и категорией воздействия B. Какое давление скорости ветра на высоте крыши для основной системы сопротивления ветровой силе (MWFRS)?
Рис. 2.5. Двухэтажное здание.
Решение
Средняя высота крыши h = 20 футов
В таблице 26.10-1 из ASCE 7-16 указано, что если категория воздействия — B и коэффициент воздействия скоростного давления для h = 20 ′, то K z = 0.7.
Коэффициент топографии из раздела 26.8.2 документа ASCE 7-16 равен K zt = 1,0.
Коэффициент направленности ветра для MWFRS, согласно таблице 26.6-1 в ASCE 7-16 , составляет K d = 0,85.
Используя уравнение 2.3, скоростное давление на высоте 20 футов для MWFRS составляет:
В некоторых географических регионах сила, оказываемая скопившимся снегом и льдом на крышах зданий, может быть довольно огромной и может привести к разрушению конструкции, если не будет учтена при проектировании конструкции.
Предлагаемые расчетные значения снеговых нагрузок приведены в нормах и проектных спецификациях. Основой для расчета снеговых нагрузок является так называемая снеговая нагрузка на грунт. Снеговая нагрузка на грунт определяется Международным строительным кодексом (IBC) как вес снега на поверхности земли. Снеговые нагрузки на грунт для различных частей США можно получить из контурных карт в ASCE 7-16 . Некоторые типичные значения снеговых нагрузок на грунт из этого стандарта представлены в таблице 2.8. После того, как эти нагрузки для требуемых географических областей установлены, их необходимо изменить для конкретных условий, чтобы получить снеговую нагрузку для проектирования конструкций.
Согласно ASCE 7-16 , расчетные снеговые нагрузки для плоских и наклонных крыш можно получить с помощью следующих уравнений:
где
- р f = расчетная снеговая нагрузка на плоскую крышу.
- р s = расчетная снеговая нагрузка для скатной крыши.
- р г = снеговая нагрузка на грунт.
- I = фактор важности. См. Таблицу 2.9 для значений коэффициента важности в зависимости от категории здания.
- C e = коэффициент воздействия. См. Таблицу 2.10 для значений коэффициента воздействия в зависимости от категории местности.
- C t = тепловой коэффициент. См. Таблицу 2.11 для типичных значений.
- C s = коэффициент наклона.Значения C s приведены в разделах с 7.4.1 по 7.4.4 из ASCE 7-16 , в зависимости от различных факторов.
Расположение | Нагрузка (PSF) |
---|---|
Ланкастер, Пенсильвания Якутат, АК Нью-Йорк, NY Сан-Франциско, Калифорния Чикаго, Иллинойс Таллахасси, Флорида | 30 150 30 5 25 0 |
Категория риска конструкции | Фактор важности |
---|---|
I II III IV | 0.8 1,0 1,1 1,2 |
Таблица 2.10. Коэффициент экспозиции, C e , как указано в ASCE 7-16 .
Температурные условия | Температурный коэффициент |
---|---|
Все конструкции, кроме указанных ниже | 1.0 |
Конструкции, поддерживаемые чуть выше точки замерзания, и другие конструкции с холодными вентилируемыми крышами, в которых термическое сопротивление (R-значение) между вентилируемым и отапливаемым помещениями превышает 25 ° F × h × ft 2 / BTU (4,4 K × м 2 / Ш) | 1,1 |
Неотапливаемые и открытые конструкции | 1.2 |
Сооружения намеренно удерживаются ниже нуля | 1,3 |
Теплицы с непрерывным обогревом и крышей, имеющей тепловое сопротивление (значение R) менее 2,0 ° F × в × фут 2 / BTU | 0,85 |
Пример 2.4
Одноэтажный отапливаемый жилой дом, расположенный в пригороде Ланкастера, штат Пенсильвания, считается частично незащищенным. Крыша дома с уклоном 1 на 20, без нависающего карниза. Какова расчетная снеговая нагрузка на крышу?
Решение
Согласно рис. 7.2-1 в ASCE 7-16 , снеговая нагрузка на грунт для Ланкастера, штат Пенсильвания, составляет
р г = 30 фунтов на квадратный дюйм.
Поскольку 30 psf> 20 psf, доплата за дождь на снегу не требуется.
Чтобы найти уклон крыши, используйте θ = arctan
.
Согласно ASCE 7-16 , поскольку 2,86 ° <15 °, крыша считается пологой. В таблице 7.3-2 в ASCE 7-16 указано, что тепловой коэффициент для обогреваемой конструкции составляет C t = 1,0 (см. Таблицу 2.11).
Согласно таблице 7.3-1 в ASCE 7-16 , коэффициент воздействия для частично открытой местности категории B составляет C e = 1.0 (см. Таблицу 2.10).
В таблице 1.5-2 в ASCE 7-16 указано, что фактор важности I s = 1,0 для категории риска II (см. Таблицу 2.9).
Согласно уравнению 2.6 снеговая нагрузка на плоскую крышу составляет:
Так как 21 фунт / фут> 20 I с = (20 фунт / фут) (1) = 20 фунт / фут. Таким образом, расчетная снеговая нагрузка на плоскую крышу составляет 21 фунт / фут.
2.1.4.4 Сейсмические нагрузки
Смещение грунта, вызванное сейсмическими силами во многих географических регионах мира, может быть весьма значительным и часто повреждает конструкции.Это особенно заметно в регионах вблизи активных геологических разломов. Таким образом, большинство строительных норм и правил требуют, чтобы конструкции были спроектированы с учетом сейсмических сил в таких областях, где вероятны землетрясения. Стандарт ASCE 7-16 предоставляет множество аналитических методов для оценки сейсмических сил при проектировании конструкций. Один из этих методов анализа, который будет описан в этом разделе, называется процедурой эквивалентной боковой силы (ELF). Поперечный сдвиг основания V и боковая сейсмическая сила на любом уровне, вычисленные с помощью ELF, показаны на рисунке 2.6. Согласно процедуре, общий статический поперечный сдвиг основания, V , в определенном направлении для здания определяется следующим выражением:
где
V = боковой сдвиг основания здания. Расчетное значение В должно удовлетворять следующему условию:
W = эффективный сейсмический вес здания. Он включает в себя полную статическую нагрузку здания, его постоянного оборудования и перегородок.
T = основной естественный период здания, который зависит от массы и жесткости конструкции. Он рассчитывается по следующей эмпирической формуле:
C t = коэффициент периода строительства. Значение C t = 0,028 для стальных конструкций, сопротивляющихся моменту, 0,016 для железобетонных жестких рам и 0,02 для большинства других конструкций (см. Таблицу 2.12).
ℎ n = высота самого высокого уровня здания, а x = 0.8 для стальных жестких рам, 0,9 для жестких железобетонных рам и 0,75 для других систем.
Конструкционная система | C т | х |
---|---|---|
Рамы, сопротивляющиеся моменту стальные Рамы с эксцентриситетом (EBF) Все прочие конструкционные системы | 0.028 0,03 0,02 | 0,8 0,75 0,75 |
S DI = расчетное спектральное ускорение. Он оценивается с использованием сейсмической карты, которая обеспечивает расчетную интенсивность землетрясения для конструкций в местах с T = 1 секунда.
S Ds = расчетное спектральное ускорение.Он оценивается с использованием сейсмической карты, которая обеспечивает расчетную интенсивность землетрясения для конструкций с T = 0,2 секунды.
R = коэффициент модификации ответа. Это объясняет способность структурной системы противостоять сейсмическим силам. Значения R для нескольких распространенных систем представлены в таблице 2.13.
I = фактор важности. Это мера последствий для жизни человека и материального ущерба в случае выхода конструкции из строя.Значение фактора важности равно 1 для офисных зданий, но равняется 1,5 для больниц, полицейских участков и других общественных зданий, где в случае разрушения конструкции ожидается большая гибель людей или повреждение имущества.
Система сейсмостойкости | R | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Системы несущих стен Обычные железобетонные стены с поперечным разрезом Обычные армированные стены со сдвигом Стены с легким каркасом (холоднокатаная сталь), обшитые конструкционными панелями, устойчивыми к сдвигу, или стальными листами | 4 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Строительные каркасные системы Обычные железобетонные стены с поперечным разрезом Обычные армированные стены со сдвигом Рамы стальные, ограниченные продольным изгибом | 5 2 8 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Моментостойкие каркасные системы Стальные рамы с особым моментом Стальные обычные моментные рамы Моментные рамы обычные железобетонные | 8 3 |
Строительный элемент | К LL |
Внутренние колонны и внешние колонны без консольных плит | 4 |
Наружные колонны с консольными перекрытиями | 3 |
Угловые колонны с консольными перекрытиями | 2 |
Балки межкомнатные и кромочные без консольных плит | 2 |
Все остальные элементы, включая панели в двусторонних плитах | 1 |
Пример 2.7
В четырехэтажном школьном здании, используемом для классных комнат, колонны расположены, как показано на рис. 2.10. Нагрузка на плоскую крышу конструкции оценивается в 25 фунтов / фут 2 . Определите приведенную временную нагрузку, поддерживаемую внутренней колонной на уровне земли.
Рис. 2.10. Четырехэтажное здание школы.
Решение
Любая внутренняя колонна на уровне земли выдерживает нагрузку на крышу и временные нагрузки на втором, третьем и четвертом этажах.
Площадь притока внутренней колонны составляет A T = (30 футов) (30 футов) = 900 футов 2
Временная нагрузка на крышу составляет F R = (25 фунтов / фут 2 ) (900 футов 2 ) = 22500 фунтов = 22,5 к
Для динамических нагрузок на перекрытие используйте уравнения ASCE 7-16 , чтобы проверить возможность уменьшения.
L o = 40 фунтов / фут 2 (из таблицы 4.1 в ASCE 7-16 ).
Если внутренняя колонна K LL = 4, то зона влияния A 1 = K LL A T = (4) (900 футов 2 ) = 3600 футов 2 .
Так как 3600 футов 2 > 400 футов 2 , временная нагрузка может быть уменьшена с помощью уравнения 2.14 следующим образом:
Согласно таблице 4.1 в ASCE 7-16 , приведенная нагрузка как часть неуменьшенной временной нагрузки на пол для классной комнаты равна Таким образом, приведенная временная нагрузка на пол составляет:
F F = (20 фунтов / фут 2 ) (900 футов 2 ) = 18000 фунтов = 18 кг
Общая нагрузка, воспринимаемая внутренней колонной на уровне земли, составляет:
F Итого = 22.5 к + 3 (18 к) = 76,5 к
Краткое содержание главы
Структурные нагрузки и системы нагружения: Конструкционные элементы рассчитаны на наихудшие возможные сочетания нагрузок. Некоторые нагрузки, которые могут воздействовать на конструкцию, кратко описаны ниже.
Постоянные нагрузки : это нагрузки постоянной величины в конструкции. Они включают в себя вес конструкции и нагрузки, которые постоянно прилагаются к ней.
Динамические нагрузки : Это нагрузки различной величины и положения.К ним относятся подвижные грузы и нагрузки из-за занятости.
Ударные нагрузки : Ударные нагрузки — это внезапные или быстрые нагрузки, прикладываемые к конструкции в течение относительно короткого периода времени по сравнению с другими нагрузками на конструкцию.
Дождевые нагрузки : Это нагрузки из-за скопления воды на крыше после ливня.
Ветровые нагрузки : Это нагрузки из-за давления ветра на конструкции.
Снеговые нагрузки : Это нагрузки, оказываемые на конструкцию снегом, скопившимся на крыше.
Нагрузки от землетрясений : Это нагрузки, оказываемые на конструкцию движением грунта, вызванным сейсмическими силами.
Гидростатическое давление и давление грунта : Это нагрузки на подпорные конструкции из-за давлений, создаваемых удерживаемыми материалами. Они линейно меняются с высотой стен.
Сочетания нагрузок: Двумя методами проектирования зданий являются метод расчета на основе коэффициента нагрузки и сопротивления (LRFD) и метод расчета допустимой прочности (ASD).Некоторые комбинации нагрузок для этих методов показаны ниже.
LRFD:
1.1.4 Д
2.1.2 D + 1.6 L + 0,5 ( L r или S или R )
3.1.2 D + 1.6 ( L r или S или R ) + ( L или 0,5 W )
4.1.2 D + 1.0 W + L + 0.5 ( L R или S или R )
5.0.9 D + 1.0 W
ASD:
1. Д
2. Д + Д
3. D + ( L r или S или R )
4. D + 0,75 L + 0,75 ( L r или S или R )
5. D + (0,6 W )
Список литературы
ACI (2016), Требования строительных норм для конструкционного бетона (ACI 318-14), Американский институт бетона.
ASCE (2016), Минимальные расчетные нагрузки для зданий и других конструкций, ASCE 7-16, ASCE.
ICC (2012), Международные строительные нормы и правила, Международный совет по нормам.
Практические задачи
2.1 Определите максимальный факторный момент для балки крыши, подверженной следующим моментам рабочей нагрузки:
M D = 40 psf (статический момент нагрузки)
M L r = 36 psf (момент нагрузки на крышу)
M с = 16 psf (момент снеговой нагрузки)
2.2 Определите максимальную факторную нагрузку, которую выдерживает колонна, подверженная следующим эксплуатационным нагрузкам:
P D = 500 тысяч фунтов (статическая нагрузка)
P L = 280 тысяч фунтов (постоянная нагрузка на пол)
P S = 200 тысяч фунтов (снеговая нагрузка)
P E = ± 30 тысяч фунтов (сейсмическая нагрузка)
P w = ± 70 тысяч фунтов (ветровая нагрузка)
2.3 Типичная планировка композитной системы перекрытий из железобетона и бетона в здании библиотеки показана на рисунке P2.1. Определите статическую нагрузку в фунтах / футах, действующую на типичную внутреннюю балку B 1- B 2 на втором этаже. Все лучи имеют размер W 12 × 44, расстояние между ними составляет 10 футов. Распределенная нагрузка на второй этаж:
Пескоцементная стяжка толщиной 2 дюйма | = 0.25 фунтов / кв. Дюйм |
Железобетонная плита толщиной 6 дюймов | = 50 фунтов / кв. Дюйм |
Подвесной потолок из металлических реек и гипсокартона | = 10 фунтов / кв. Дюйм |
Электромеханические услуги | = 4 фунта / кв. Дюйм |
Типовой план этажа
Рис.P2.1. Композитная система перекрытий из стали и бетона.
2.4 План второго этажа здания начальной школы показан на Рисунке P2.1. Отделка пола аналогична практической задаче 2.3, за исключением того, что потолок выполнен из акустической древесноволокнистой плиты с минимальной расчетной нагрузкой 1 фунт-сила на фут. Все балки имеют размер W, 12 × 75, вес 75 фунтов / фут, а все балки — W 16 × 44, с собственным весом 44 фунта / фут. Определите статическую нагрузку на типичную внутреннюю балку A 2- B 2.
2.5 Схема второго этажа офисного помещения представлена на рисунке P2.1. Отделка пола аналогична практической задаче 2.3. Определите общую статическую нагрузку, приложенную к внутренней колонне B 2 на втором этаже. Все балки W 14 × 75, и все балки W 18 × 44.
2.6 Четырехэтажное больничное здание с плоской крышей, показанное на рисунке P2.2, имеет концентрически скрепленные рамы в качестве системы сопротивления поперечной силе. Вес на каждом уровне пола указан на рисунке.Определите сейсмический сдвиг в основании в тысячах фунтов с учетом следующих расчетных данных:
S 1 = 1,5 г
S s = 0,6 г
Класс площадки = D
Рис. P2.2. Четырехэтажное здание с плоской крышей.
2.7 Используйте ASCE 7-16 для определения снеговой нагрузки (psf) для здания, показанного на рисунке P2.3. Следующие данные относятся к зданию:
Снеговая нагрузка на грунт = 30 фунтов на квадратный фут
Крыша полностью покрыта битумной черепицей.
Угол наклона крыши = 25 °
Открытая местность
Категория размещения I
Неотапливаемое сооружение
Рис. P2.3. Образец кровли.
2.8. В дополнение к расчетной снеговой нагрузке, рассчитанной в практической задаче 2.7, крыша здания на рисунке P2.3 подвергается статической нагрузке 16 фунтов на квадратный фут (включая вес фермы, кровельной доски и асфальтовой черепицы) по горизонтали. самолет. Определите равномерную нагрузку, действующую на внутреннюю ферму, если фермы имеют 6 футов-0 дюймов в центре.
2.9 Ветер дует со скоростью 90 миль в час на закрытое хранилище, показанное на рисунке P2.4. Объект расположен на ровной местности с категорией воздействия B. Определите давление скорости ветра в psf на высоте карниза объекта. Топографический коэффициент равен K zt = 1.0.
Рис. P2.4. Закрытая сторга.
Сравнение стальных профилей ферм для кровли больших площадей
Проф. D.S.R. Мурти, профессор гражданской инженерии.Университет Андхра, Вишакхапатнам, S.V.N. Сурьянараяна Раджу, старший инженер-строитель, D.V. Тринадха Рао, младший инженер, Vijay Nirman Co Pvt. Ltd
В настоящее время постоянные усилия дизайнеров, производителей материалов и строителей по внедрению инноваций и внедрению непревзойденного совершенства в конструкции кровельных ферм больших площадей привели к созданию высоко функциональных, экономичных и привлекательных конструкций. Функциональные залы, театры, огромные места для собраний и склады представляют собой жилые единицы с крышами и ограждающими стенами, но без дополнительных этажей выше.Характеристики таких агрегатов — большие пролетные площади для хранения, свободное от колонн пространство для непрерывного обзора и движения транспортных средств для погрузки и разгрузки материалов и товаров. Наиболее подходящая кровля для таких конструкций — стальные фермы. С точки зрения функциональной полезности и экономичности поиск лучшей фермы является целью проектировщика.
Настоящая статья выполняет поставленную задачу, сравнивая три различных профиля фермы, которые используются в настоящее время. Исследуемые фермы включают обычную треугольную ферму, треугольную ферму с вертикальными элементами на опорах и треугольную арочную ферму.Исследование завершается, выделяя различные преимущества, связанные с каждым типом сравниваемых ферм. Исследование также показывает, что традиционно используемая треугольная ферма более экономична, чем арочная треугольная ферма, хотя она предлагает меньший объем пространства под нижним поясом, чем последняя. В этом сравнении участвуют только фермы; Вес прогонов, кровельное покрытие, опоры ферм, фундаменты, стены и настил исключаются. Все элементы фермы предполагаются трубчатыми в сечении.
Треугольные и треугольные арочные фермы обычно используются в различных фермовых крышах; исследуются эти конфигурации стальных стропильных ферм с тремя различными пролетами. Профили фермы с различными пролетами от 20 до 30 м показаны на рис. 1, рис. 2 и рис. 3. Расстояние между фермами, принятое в этом исследовании, составляет 6 м от центра к центру. Наклон верхнего пояса фермы составляет 1 к 3, а соответствующий угол верхнего пояса составляет 18,4 ° для всех ферм. Расстояние между поясами арочно-треугольной фермы по параллели равно 1.5 м для пролета 25 м и 30 м и 1,25 м для пролета 20 м.
Анализ и проектирование выполняются с использованием программы SAP2000, код IS 800-1984. Однако допустимое увеличение допустимого напряжения на 33% из-за ветра не выполняется. Вся ферма анализируется с указанием шарнирной опоры на одном конце и роликовой опоры на другом конце. Условия опоры, выбранные для ферм, отражают фактическую ситуацию посадки ферм на практике на колоннах, которые, как правило, являются гибкими.Элементы фермы между соединениями считаются жесткими и способны передавать момент и сдвиг в дополнение к силе мембраны. Элементы верхнего и нижнего пояса оптимально рассчитаны на соответствующие силы; аналогично диагональные и вертикальные элементы проектируются индивидуально. Однако один из обычных методов состоит в том, чтобы обеспечить равномерное сечение по всей длине пояса в верхнем и нижнем поясах. Но в настоящем исследовании каждый член аккорда рассчитан на уровень его силы в верхнем и нижнем поясах.
Нагрузки на ферму
Ферма подвергается различным нагрузкам:
- Собственная нагрузка
- Живая нагрузка
- Ветровая нагрузка
Собственная нагрузка
Собственная нагрузка на ферму включает собственный вес фермы, прогонов, ветровой распорки фермы, подвесного потолка и кровельного покрытия.
При вводе этих данных об элементах фермы в программу, собственный вес фермы автоматически учитывается при анализе компьютерной программой SAP 2000.Вес листа крыши, прогонов и других услуг используется в анализе в качестве входных данных при 0,15 кН / м 2 .
Живая нагрузка
Согласно IS 875-1987, временная нагрузка зависит от угла наклона верхнего пояса фермы. Для наклона 18,4 ° в данном случае динамическая нагрузка составляет 0,582 кН / м 2 .
Ветровая нагрузка
Давление ветра принято равным 2 кН / м 2 . Внешнее ветровое давление, действующее на верхний пояс с наветренной стороны, составляет -0,5256 P (из таблиц IS 875 (Часть III) -1987).С подветренной стороны давление — 0,4 P, где P — 2 кН / м 2 ; игнорирование повышенного ветрового давления в углах и краях. Внутреннее ветровое давление зависит от проницаемости конструкции. Здесь она принята равной ± 0,5 P, принимая от 5 до 20% площади стены как площадь отверстия.
Землетрясение нагрузки
Действие сил землетрясения на ферму не учитывается.
Треугольная ферма
Треугольная ферма — самая распространенная с древних времен. Верхние и нижние пояса противостоят моменту, действующему на ферму в каждой секции вдоль пролета, а диагональные и вертикальные элементы в перемычке противостоят поперечной силе.Обычно используется наклон верхнего пояса в диапазоне от 1: 3 до 1: 5. Более высокий уклон 1: 3 потребляет меньше стали в верхних и нижних поясах и больше стали по вертикали и диагоналям. В соответствии с требованием к моменту сопротивления расстояние между верхним и нижним поясом является максимальным в среднем пролете, где момент на ферме является максимальным. Единственный недостаток — нулевое расстояние плеч рычага между верхними и нижними поясами на опорах. Это неизменно увеличивает силы в верхнем и нижнем поясах до более высоких уровней, чем в области наивысшего изгибающего момента, что делает ферму неэкономичной, если в нижнем поясе и аналогичным образом в верхнем поясе используется элемент того же размера.Чтобы исправить эту ситуацию, на обеих опорах может быть предусмотрен один вертикальный элемент небольшой высоты для снижения усилий вблизи опор как в верхнем, так и в нижнем поясах.
Вертикальные и диагональные элементы фермы обеспечивают необходимое разделение между верхними и нижними поясами, помимо сопротивления поперечной силе в каждой секции вдоль пролета. Наклон диагональных элементов и направление внешних сил, действующих на ферму, определяют характер силы в виде сжатия или растяжения в диагональных элементах.В тонком стальном элементе желательно создание силы растяжения, а не силы сжатия. Для сил, действующих вертикально вниз, таких как постоянные и временные нагрузки в фермах, наклон диагонали к ближайшей опоре вызывает в ней растягивающее усилие. В ферме все внешние силы, действующие на нее, не имеют одинакового направления. В то время как постоянные и временные нагрузки действуют вертикально вниз, ветровая нагрузка обычно действует перпендикулярно наклонному верхнему поясу, сила эквивалентна большой вертикальной силе, направленной вверх, и горизонтальной силе, направленной к ближайшей опоре.Направление вертикальной силы, создаваемой ветром, противоположно направлению сил статической и динамической нагрузки. Эта ситуация не позволяет однозначно зафиксировать диагональный наклон, однако, если проектировщик является конкретным, наклон может быть определен в зависимости от направления более высокой вертикальной силы среди внешних вертикальных нагрузок, вызванных мертвыми, живыми и ветровыми нагрузками.
Вертикальные опоры фермы подвергаются главным образом вертикальным силам и небольшой горизонтальной силе, которая эквивалентна разнице горизонтальной составляющей внешних наклонных ветровых сил на двух верхних поясах.Геометрия фермы не создает горизонтальной силы на две опорные колонны фермы треугольной формы.
Треугольная ферма с вертикальными элементами на опорах
Вертикальные стержни расположены на опорах с единственной целью уменьшения сил в верхнем и нижнем поясах вблизи опор. Полученная в результате значительная экономия на верхних и нижних поясах немного сводится на нет небольшим увеличением длины вертикальных и диагональных элементов.Все остальные элементы, относящиеся к треугольной ферме, в равной степени применимы и к этой ферме. Вертикальные элементы произвольно удерживаются на высоте около 0,5 м. Увеличение этой высоты снижает усилие пояса в треугольной ферме; в то же время это немного увеличивает длину участников сети.
Треугольная арочная ферма
Эта ферма очень часто используется на складах, складских сараях, промышленных предприятиях для больших складских площадей вблизи портов. Треугольная арочная ферма обеспечивает больше места для хранения, чем треугольная ферма под нижним поясом.
Наличие этого места для хранения очень ценно для коммерческих целей. Наклон верхнего пояса в этой ферме также может находиться в диапазоне от 1: 5 до 1: 3. Расстояние между верхним и нижним поясом является частью критериев проектирования. Очевидно, что с увеличением расстояния между хордами силы в хордах уменьшаются. На основе небольшого анализа качественно установлено, что увеличение расстояния между хордами на 20% приводит к уменьшению хордовых сил примерно на 20%. Наклон обоих поясов создает горизонтальные силы на стыке основания фермы и вершин колонн.Силы создают момент в опорных колоннах. Из-за геометрии фермы в опорных колоннах возникают дополнительные моменты, в отличие от треугольной фермы. Колонны в таких конструкциях высотой от 6 до 15 м становятся дороже, чем колонны под сопутствующие треугольные фермы.
Опоры к фермам — колонны. Они могут быть из конструкционной стали или железобетона. Железобетонные колонны не требуют обслуживания, дешевле, но требуют больше времени при строительстве, чем стальные колонны.Фундамент для колонн зависит от типа встречающегося грунта. На песчаных и тяжеловесных почвах можно использовать более дешевый мелкий фундамент. В рыхлых и морских глинистых грунтах необходимы дорогие глубокие фундаменты типа свай. Недорастворенный ворс — отличное решение на чернохлопчатобумажных почвах. Более дешевые деревянные сваи можно попробовать вместо дорогих обычных железобетонных свай для существенной экономии.
Прогоны и защитный лист крыши
Purlins
Единственные элементы изгиба в фермах — прогоны.Обычно используются прогоны из низкоуглеродистой стали с такими формами, как двутавровая балка, швеллеры, уголки (трубчатые секции неэкономичны при изгибе). В зависимости от пролета прогонов используются прогибы. Для больших пролетов экономичными являются сборные стальные секции, такие как треугольные секции, используемые на железнодорожных платформах. В настоящее время холоднокатаная сталь с пределом текучести в диапазоне от 450 до 550 МПа используется в различных формах сечений, таких как C и Z. Использование этого материала снижает вес прогонов, но увеличивает стоимость единицы.
Лист крыши
Листы асбеста, которые обычно использовались в прошлом, сейчас используются очень редко из-за опасности для здоровья. В настоящее время металлический лист GALVALUME ® часто используется в качестве кровельного материала. Удельный вес листа GALVALUME ® намного меньше, чем у асбеста. Этот же материал используется для облицовки больших стропильных крыш.
Обсуждение результатов
Фермы спроектированы с трубчатыми секциями с пределом текучести 250 МПа. Стыковка элементов фермы в этом исследовании не затрагивается.
ПРОЛЕТ: 20 м, треугольная ферма
Анализ проводится отдельно для статических, временных и ветровых нагрузок. Комбинация статических и ветровых нагрузок создает самые высокие нагрузки на стержни, которые необходимо учитывать при проектировании стержней. Эти силы перечислены в таблицах с 1 по 3 для всех ферм и пролетов.
Результирующие силы стержня в верхнем и нижнем поясах зависят от геометрии фермы и влияют на величину сил. Расстояние между верхним и нижним поясами или плечом рычага является необходимой геометрией.Из-за почти нулевого или очень маленького плеча рычага силы в верхнем поясе от опоры до четверти пролета самые высокие и почти одинаковые, несмотря на более низкие изгибающие моменты. Силы продолжают уменьшаться до центра фермы от четверти пролета за счет увеличения плеча рычага. Эту же тенденцию можно заметить и в нижнем поясе; При необходимости можно использовать однородную секцию в верхнем поясе, только с небольшими потерями в экономии. В диагоналях, ближайших к середине пролета, максимальная сила возникает в стенке. Общий вес фермы — 7.78 кН. Отработано разделение веса фермы между различными элементами. Оба пояса весят 6,60 кН, а элементы перемычки — 1,18 кН, что составляет 15,2% от общего веса фермы.
Треугольная ферма с вертикальными элементами на опорах
Геометрия фермы немного отличается от треугольной. Это только включение вертикальных элементов в опоры, устранение нулевого плеча рычага между верхними и нижними поясами и создание некоторого плеча рычага, равного высоте вновь размещенного вертикального элемента.Изменение геометрии помогает уменьшить силы на хорде, приближая их к силам в остальной части хорды. Наибольшая сила в поясном элементе в треугольной ферме с нулевым плечом рычага около опоры, 285,30 кН, снизилась до 192,80 кН с введением короткого вертикального элемента на опоре. Силы во всех элементах в верхнем поясе стали почти равными, отличаясь лишь на небольшой процент от 19. Распределение сил в нижнем поясе по размаху почти такое же, как и в верхнем поясе.
Что касается сил в элементах перемычки, максимальная сила возникает в вертикальном элементе на опоре. Силы в других вертикалях невелики. В диагоналях максимальные силы возникают в диагонали, ближайшей к середине пролета фермы. Общий вес фермы составляет 7,66 кН, в то время как верхние и нижние пояса составляют 6,13 кН, а элементы перемычки составляют 1,53 кН. Вес элементов перемычки составляет 20% от общего веса фермы.
Треугольная арочная ферма
В треугольной арочной ферме верхние и нижние пояса разделены расстоянием 1.25м. Максимальное усилие появляется в четверти размаха от опоры. В этом месте силы уменьшаются больше к опоре, чем к вершине. Общий вес фермы 8,68 кН. Максимальное усилие в нижнем поясе возникает на расстоянии 1/4 пролета от центра. Силы уменьшаются до почти нулевого значения на опоре. Уменьшение усилий к середине пролета небольшое. Вес верхнего и нижнего пояса составляет 3,33 кН и 3,18 кН соответственно. Вес элементов перемычки составляет 2,17 кН, что составляет 25% от общей высоты фермы.
Сравнение ферм пролетом 20 м
Общий вес фермы составляет не менее 7,66 кН для треугольной фермы с вертикальными опорами элементов. Следующая более высокая ферма — это треугольная ферма, вес которой на 1,6% больше, чем у фермы с вертикальными элементами на опорах. Наибольший вес зафиксирован у арочной фермы. Ферма арки на 11,6% больше треугольной фермы по общему весу и на 13,4% больше треугольной фермы с вертикальными элементами на опоре. Наибольший вес приходится на пояса треугольной фермы, а наименьший — на треугольную ферму с вертикальными элементами на опорах.В то время как элементы перемычки занимают 25% общего веса фермы в ферме с треугольной аркой, минимальный вес элементов перемычки приходится на треугольную ферму (15% от общего веса). Элементы перемычки потребляют 20% от общего веса в треугольной ферме с вертикальными элементами на опорах. В целом максимальная экономия достигается при использовании треугольной фермы с вертикальными элементами на опорах. Максимальное полезное пространство имеет место в случае фермы треугольной арки, вес которой на 11,6% больше, чем у традиционной фермы треугольной формы.
Пролет 25 м, треугольная ферма
При нулевом или близком к нулю плече рычага на опоре и вблизи нее, соответственно, силы в элементах, близких к опоре в верхнем поясе, максимальны в двух третях полувыведения от опоры.В оставшейся одной трети полпрета от центра фермы силы сравнительно меньше (около 80% от максимальных сил). Точно так же величина сил в верхнем поясе максимальна в трех четвертях полувыведения от опоры. Силы в обоих аккордах почти одинаковы. В то время как вес элементов верхнего пояса составляет 5,22 кН, вес элементов нижнего пояса составляет 4,6 кН. Вес верхнего пояса немного больше веса нижнего пояса. Общий вес веб-участников составляет 3,52 кН. Общий вес фермы составляет 12.33кН. Для 20-метровой треугольной фермы вес фермы составляет 7,78 кН. Увеличение пролета на 5 м увеличивает вес фермы примерно на 60%.
Треугольная ферма с вертикальными элементами на опоре
В верхнем поясе наличие вертикальных элементов на опорах и, как следствие, наличие некоторого плеча рычага между поясами снижает силы в двух элементах, ближайших к опоре. Однако силы в остальных элементах верхнего пояса аналогичны силам треугольной фермы. Общий вес фермы составляет 11.81кН. Вес элементов верхнего пояса составляет 5,22 кН. В нижнем поясе силы в двух концевых элементах в полупролете малы по сравнению с усилиями в остальных элементах. Верхний пояс и нижний пояс демонстрируют примерно одинаковую величину сил. Вес нижних поясов составляет 4,6 кН. По вертикали элементы у опоры демонстрируют в несколько раз большую силу, чем в остальных элементах. Причем, наиболее близкие к опоре и наиболее близкие к центру диагонали проявляют максимальные силы. Вес участников сети 3.3 кН, что составляет около 28% от общего веса фермы. Увеличение веса по сравнению с сопутствующей фермой пролета 20 м составляет 4,15 кН. Замечено, что вес фермы увеличивается на 54% при увеличении пролета на 5 м.
Треугольная арочная ферма
Усилия максимальны в двух элементах, расположенных рядом с опорой, и в одном элементе, близком к центру пролета верхнего пояса. У остальных участников силы примерно такие же. Общий вес фермы 14,40 кН. Изменение силы в элементах нижнего пояса почти такое же, как и в случае верхнего пояса.Вес верхнего пояса и нижнего пояса составляет 4,88 кН и 5,76 кН соответственно. Вертикальные элементы перемычки, за исключением одного элемента на расстоянии двух третей половины пролета от опоры, демонстрируют почти одинаковую силу. В диагоналях максимальные силы действуют ближе всего к опоре и в центре фермы. Вес элементов перемычки составляет 3,74 кН, что составляет 26% от общего веса фермы. Общий вес этой фермы отличается от сопутствующей 20-метровой фермы на 5,72 кН. Увеличение пролета на 5 м увеличивает вес фермы на 66%.
Пролет 30 м, треугольная ферма
Ферма 30м — это довольно большой пролет. Разница в величине сил в верхнем поясе находится в пределах 16% в первой четверти пролета от опоры. Однако силы во второй четверти размаха примерно 75% от сил в первой четверти. Точно так же максимальные силы в нижнем поясе возникают в первой четверти пролета от опоры. Кроме того, силы во второй четверти пролета для нижнего пояса составляют около 85% от максимальных сил в первой четверти пролета.Общий вес фермы 17,52кН. Вес верхнего пояса и нижнего пояса составляет 7,2 кН и 6,1 кН соответственно. В элементах перемычки усилия минимальны в первой вертикали, ближайшей к опоре, и в двух вертикалях, близких к середине пролета. Силы в остальных членах существенно не различаются. В диагоналях силы постепенно увеличиваются от минимального до максимального значения от опоры до середины пролета, с небольшими значениями в паре стержней. Вес элементов перемычки составляет 4,21 кН, что составляет 24% от общего веса фермы.Вес фермы для этого пролета увеличивается на 125% и 42% по сравнению с пролетами 20 м и 25 м соответственно.
Треугольная ферма с вертикалями на опоре
Включение вертикальных элементов в опоры, в отличие от треугольной фермы, позволяет значительно снизить силы в двух или трех элементах в верхнем поясе, ближайшем к опоре, в соответствии с небольшими изгибающими моментами возле опор. Кроме того, в нижнем поясе два элемента, ближайшие к опоре и в центре, регистрируют минимальные силы из-за наименьшего изгибающего момента на опоре и максимального плеча рычага, несмотря на максимальный изгибающий момент в центре пролета.Общий вес фермы составляет 17,18кН. Вес верхнего пояса и нижнего пояса составляет 6,04 кН и 5,18 кН соответственно. В полотне по очевидным причинам силы максимальны в опоре и минимальны в центре пролета. Усилия в диагональных элементах максимальны в опоре и в центре пролета. В остальных членах силы меняются произвольно. Вес полотна составляет 5,96 кН, что составляет 35% от общего веса фермы. Вес этой фермы на 125% и 45% больше, чем у ее сопутствующего пролета 20 м и 25 м соответственно.
Треугольная арочная ферма
В элементах верхнего пояса силы постепенно увеличиваются от опоры к центру фермы. Силы в нижнем поясе следуют той же тенденции. Вес верхнего пояса и нижнего пояса составляет 10,34 кН и 8,62 кН соответственно. В стенке силы в вертикалях постепенно уменьшаются до четверти пролета и снова увеличиваются до середины пролета фермы. Силы в диагоналях уменьшаются от опоры к середине пролета, за исключением того, что два элемента закрываются до середины пролета фермы. Вес участников сети — 4.55 кН, что составляет 19,3% от общего веса фермы. Эта ферма с пролетом 30 м весит на 170% и 57% больше, чем ее сопутствующие фермы с пролетом 20 м и пролетом 25 м соответственно.
В таблице 4 показано сравнение веса элементов фермы для различных профилей и пролетов фермы.
Заключение
На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы для стальных стропильных ферм. Исследуемые элементы касаются функциональной полезности, общего веса фермы и получаемой экономии. Изучаются обычно используемые три типа ферм.Это треугольные фермы, треугольные фермы с вертикальными элементами на опорах и треугольные арочные фермы.
- Обычные треугольные фермы наиболее подходят с пространством без колонн для использования в аудиториях, кинозалах, функциональных залах и больших площадках для собраний, что облегчает установку подвесного потолка и кондиционирования воздуха.
- Треугольные фермы можно сделать более экономичными, если разместить на опорах два вертикальных элемента небольшой высоты.
- Треугольная ферма с аркой дает больше места под нижним поясом для хранения, чем треугольная ферма и треугольная ферма с вертикальными элементами на опорах.
- 1. Для данного пролета треугольная ферма с вертикальными элементами на опорах имеет наименьший вес, а треугольная арочная ферма — наибольший.
- Вес элементов стенки в этих фермах составляет от 15 до 35% от общего веса фермы во всех профилях и пролетах ферм; самый высокий процент приходится на треугольные фермы с вертикальными элементами на опорах, за исключением самого нижнего пролета, 20 м.
- Расход стали ферм на квадратный метр застроенной площади фермы увеличивается с увеличением площади, покрываемой фермой, и колеблется от 0.От 064 кН до 0,131 кН для пролетов от 20 до 30 м.
- 1. Использование однородного сечения для максимальной силы в верхнем и нижнем поясах вместо отдельных секций для соответствующих сил не приводит к минимальному количеству стали и экономическому преимуществу в ферме.
- Хотя прогоны не были частью настоящего исследования, в общей фермовой крыше вес стальных прогонов составляет основной процент от веса фермы и, следовательно, заслуживает особого внимания при их выборе и принятии.
(PDF) Модульные каркасные фермы зданий
Модульные каркасные фермы зданий
Виктор Гранев1, Николай Келасиев1, Эмиль Кодыш2, Николай Трекин2
и Иван Терехов1
1 ОАО «ЦНИИпромзданы 23», Россия, Москва шоссе, д. 46-2.
2 Московский Государственный Строительный Университет, Ярославское шоссе, 26, Москва, 129337, Россия
Аннотация. В статье описывается пространственно-планировочная и конструктивная концепция в энергоэффективных зданиях
, обеспечивающих множество функций помещений
и большого пролетного пространства.Основные несущие конструкции двух смежных этажей
представляют собой металлические фермы с параллельными поясами, между которыми (между верхним
и нижним поясом) спроектированы промежуточные этажи, а пространство
между фермами занято этажами свободной планировки. Нижняя и верхняя
пояса фермы противостоят вместе с конструкцией перекрытия, образуя двухэтажный железобетонный блок
. Для расчета значения деформационной способности
узлового соединения был проведен численный эксперимент по моделированию детали
здания из твердотельных конечных элементов.Результатами выполненного анализа
являются средние значения жесткости узловой границы сплошной плиты перекрытия
на гофрированном настиле и поясах ферм для конечных элементов KE
55 типовой компоновки (плоских конечных элементов). Полученные средние значения жесткости
были введены в конструкцию плоских конечных элементов.
Учет гибкости плиты перекрытия, поддерживаемой средними фермами
для данной конструктивной концепции, приводит к уменьшению изгибающих моментов пролета
и увеличению изгибающих моментов опоры на 25% по сравнению с шарнирной опорой пола
.
1. Обзор конструктивных решений крупнопролетных зданий
В настоящее время конструктивные решения свободной планировки пользуются большим спросом из-за возможности
трансформировать внутреннее пространство этажей на протяжении всего жизненного цикла здания [5, 8].
Это основные конструктивные решения, обеспечивающие необходимую гибкость планирования пространства:
— использование стальных балок в конструкциях перекрытий [4];
— использование расширенной сетки колонн на верхнем этаже [13];
— использование «гребенчатых конструкций» и «несущих этажей» [2, 3, 10];
— устройство этажей в стропильном пространстве [6].
Последняя считается эффективной и универсальной конструктивной концепцией, которая
может быть применена в зданиях различного назначения. Именно эта идея легла в основу планировочных и конструктивных концепций пространства
в энергоэффективных зданиях. Эта концепция обеспечивает
многокомпонентных функций помещений и большого пролетного пространства [9, 12]. Коммерческая эффективность домов
— это результат удвоенной площади и минимальных затрат при использовании типовых конструкций.
Указанные выше здания могут быть многоэтажными гражданскими зданиями (рис. 1, а), а также
производственными зданиями (рис. 1, б) [13].
Автор, ответственный за переписку: [email protected]
© Авторы, опубликовано EDP Sciences. Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons
Attribution License 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).
E3S Web of Conferences 97, 04012 (2019) https://doi.org/10.1051 / e3sconf / 20199704012
ФОРМА-2019
% PDF-1.7
%
398 0 объект
>
эндобдж
xref
398 163
0000000016 00000 н.
0000004345 00000 п.
0000004573 00000 н.
0000004615 00000 н.
0000004651 00000 п.
0000005173 00000 п.
0000005288 00000 н.
0000005403 00000 п.
0000005518 00000 н.
0000005633 00000 п.
0000005748 00000 н.
0000005863 00000 н.
0000005977 00000 н.
0000006091 00000 н.
0000006199 00000 н.
0000006306 00000 н.
0000006421 00000 н.
0000006534 00000 н.
0000006649 00000 н.
0000006755 00000 н.
0000006861 00000 н.
0000006969 00000 н.
0000007077 00000 н.
0000007185 00000 н.
0000007292 00000 н.
0000007399 00000 н.
0000007504 00000 н.
0000007609 00000 н.
0000007689 00000 н.
0000007769 00000 н.
0000007850 00000 н.
0000007930 00000 н.
0000008010 00000 н.
0000008090 00000 н.
0000008171 00000 п.
0000008251 00000 н.
0000008331 00000 п.
0000008410 00000 н.
0000008489 00000 н.
0000008568 00000 н.
0000008648 00000 н.
0000008727 00000 н.
0000008807 00000 н.
0000008887 00000 н.
0000008966 00000 н.
0000009046 00000 н.
0000009125 00000 н.
0000009203 00000 н.
0000009280 00000 н.
0000009361 00000 п.
0000009441 00000 п.
0000009521 00000 н.
0000009601 00000 п.
0000009682 00000 н.
0000009762 00000 н.
0000009843 00000 н.
0000009923 00000 н.
0000010003 00000 п.
0000010083 00000 п.
0000010163 00000 п.
0000010243 00000 п.
0000010357 00000 п.
0000010403 00000 п.
0000010608 00000 п.
0000010678 00000 п.
0000010712 00000 п.
0000010910 00000 п.
0000011374 00000 п.
0000012061 00000 п.
0000012139 00000 п.
0000012563 00000 п.
0000012898 00000 п.
0000013582 00000 п.
0000013799 00000 п.
0000014214 00000 п.
0000014321 00000 п.
0000014532 00000 п.
0000014736 00000 п.
0000015048 00000 п.
0000015211 00000 п.
0000015435 00000 п.
0000015657 00000 п.
0000016056 00000 п.
0000016705 00000 п.
0000017384 00000 п.
0000017687 00000 п.
0000018083 00000 п.
0000018244 00000 п.
0000018447 00000 п.
0000018611 00000 п.
0000030780 00000 п.
0000042440 00000 п.
0000053360 00000 п.
0000063547 00000 п.
0000074596 00000 п.
0000084588 00000 п.
0000084879 00000 п.
0000085109 00000 п.
0000085449 00000 п.
0000085656 00000 п.
0000085930 00000 п.
0000086273 00000 п.
0000086577 00000 п.
0000087162 00000 п.
0000087350 00000 п.
0000087511 00000 п.
0000087755 00000 п.
0000087997 00000 п.
0000099277 00000 н.
0000111594 00000 н.
0000112964 00000 н.
0000113406 00000 н.
0000116704 00000 н.
0000117267 00000 н.
0000121779 00000 н.
0000122334 00000 н.
0000125136 00000 н.
0000128761 00000 н.
0000129141 00000 н.
0000130722 00000 н.
0000131980 00000 н.
0000132837 00000 н.
0000133705 00000 н.
0000134283 00000 н.
0000135012 00000 н.
0000141915 00000 н.
0000165441 00000 н.
0000165983 00000 н.
0000166111 00000 п.
0000182757 00000 н.
0000182796 00000 н.
0000183355 00000 н.
0000183502 00000 н.
0000232332 00000 н.
0000232371 00000 н.
0000232455 00000 н.
0000232539 00000 н.
0000232596 00000 н.
0000232661 00000 н.
0000232774 00000 н.
0000232854 00000 н.
0000232900 00000 н.
0000232948 00000 н.
0000233026 00000 н.
0000233104 00000 п.
0000233182 00000 п.
0000233266 00000 н.
0000233324 00000 н.
0000233560 00000 н.
0000233671 00000 н.
0000233772 00000 н.
0000233898 00000 н.
0000234020 00000 н.
0000234235 00000 п.
0000234374 00000 п.
0000234519 00000 п.
0000234693 00000 п.
0000234837 00000 н.
0000235068 00000 н.
0000235195 00000 п.
0000235348 00000 п.
0000235474 00000 п.
0000003556 00000 н.
трейлер
] >>
startxref
0
%% EOF
560 0 объект
> поток
x ڬ S [HTAfV [⥓ + (K / gWwWsԊ5 \} 4Ŵ˶4KM |) @ = «z) (w? 37̜
Схема каркаса — SteelConstruction.info
Большинство стальных конструкций, используемых в строительстве в Великобритании, можно сгруппировать следующим образом:
- Стяжные рамы или «простая» конструкция, в которой балки и колонны рассчитаны на то, чтобы выдерживать только вертикальные нагрузки. Разъемы выполнены с номинальным контактом.
- Жесткие или сплошные рамы, в которых каркасная конструкция спроектирована таким образом, что соединения между элементами выдерживают моменты.
- Арочные конструкции, в которых силы передаются на землю в основном за счет сжатия внутри конструкции.
- Натяжные конструкции, в которых силы передаются на землю за счет растяжения (или цепного действия) и за счет сжатия в столбах или мачтах, как в палатке.
Стяжные рамы с номинально штифтовыми соединениями и вертикальными распорками предлагают очень конкурентоспособное по стоимости структурное решение и являются наиболее часто используемой структурной системой в зданиях. Конструкции с жестким каркасом предпочтительны, если нет возможности использовать вертикальные распорки, например, в полностью застекленных фасадах или в крупнопролетных конструкциях.В скрепленных рамах колонны рассчитаны на сопротивление главным образом усилиям сжатия. Колонны, используемые в жестких или сплошных каркасах, также спроектированы так, чтобы противостоять изгибу.
Арочные и натяжные конструкции зависят от свойств стали на сжатие и растяжение и следуют четко определенным принципам конструкции. Структуры напряжения обычно ассоциируются с выразительными внешними структурами. Натяжные элементы в виде тросов или стержней обычно крепятся к земле.
[вверх] Компоненты из конструкционной стали
Основные статьи: Стальные конструкции, Модульная конструкция, Композитная конструкция
Формы профилей стальных открытых горячекатаных
Архитектору и дизайнеру доступен широкий спектр стальных компонентов, в том числе:
Соединения на месте обычно выполняются болтовым соединением, в то время как сварка может быть предпочтительнее для заводских соединений.
Производится широкий ассортимент стандартных горячекатаных стальных профилей, из которых проектировщики могут выбрать профиль, размер и вес, соответствующие конкретному применению. Это профили балки (UB), профили колонн с широкими полками (UC), параллельные полочные швеллеры (PFC), конструкционные полые профили (SHS) и угловые профили.
Формы конструктивных полых профилей (СВС)
Компоненты стандартного открытого стального профиля
Современные открытые стальные профили имеют параллельные фланцы.Серийный размер изменяется с шагом примерно 50 мм по глубине для более мелких участков и около 75 мм для более глубоких участков. Внутренние размеры между фланцами определяются используемыми прокатными станами, поэтому внешние размеры могут изменяться в зависимости от веса секции. Стандартизация горячекатаных стальных профилей привела к принятию стандартных соединений, которые стали привычными в отрасли.
На рисунке поясняются термины, используемые в отношении открытых горячекатаных профилей.Подробные размеры и характеристики профиля горячекатаного профиля, поставляемого British Steel и Tata Steel, доступны здесь.
[вверх] Стальные балки
Балки рассчитаны на сопротивление изгибающим моментам и поперечным силам. Формы горячекатаных профилей предназначены для достижения оптимальных свойств изгиба при использовании стали. При проектировании схемы равномерно нагруженных стальных балок обычно используются секции с отношением пролета к глубине от 18 до 20, т.е.е. при пролете 8 м стальная балка будет иметь глубину примерно 450 мм. В таблице приведены типичные отношения пролета к глубине для различных типов балок, используемых в различных системах перекрытий. Первичные балки простираются между колоннами, а второстепенные балки проходят между первичными балками и напрямую поддерживают плиту перекрытия.
Форма строительства | Отношение пролета / глубины для различных балок | |
---|---|---|
Второстепенные балки | Основные балки | |
Балка стальная | 18-20 | 13-15 |
Балка композитная | 22-25 | 16-18 |
Сотовая балка + | 20–27 | 15-18 |
Балка перекрытия неглубокая | 26–28 | — |
Стальная ферма + | 15-18 | 12-15 |
Примечание:
+ Позволяет пропускать услуги через глубину балки
[вверх] Композитные балки
Балка кромочная композитная с композитным настилом
Стальные балки могут быть спроектированы так, чтобы действовать совместно с бетонной плитой с помощью соединителей, работающих на сдвиг, обычно в виде сварных стальных шпилек, которые привариваются с постоянным шагом к верхнему фланцу стальной балки.Показана составная краевая балка с настилом из оцинкованной стали, ориентированная параллельно балке.
Комбинированное действие значительно увеличивает прочность и жесткость стальной балки и, следовательно, может привести к более длинным пролетам для того же размера секции или, в качестве альтернативы, более легкие и мелкие секции могут использоваться для той же нагрузки и конфигурации пролетов. Для эффективного проектирования композитных балок отношение пролета к глубине балки находится в диапазоне от 22 до 25, поэтому композитная балка на 25–30% меньше по глубине, чем стальная балка, и на 30–40% легче по весу стали. .
Композитный настил выдерживает нагрузки во время строительства без временной подпорки на пролет примерно до 4 м, в зависимости от профиля настила. Пролеты могут достигать примерно 5 м, если плита подпирать во время строительства. Альтернативной формой композитной балки является использование сборных железобетонных плит с бетонным покрытием.
[вверх] Конструкционные системы в многоэтажных домах
Основные статьи: Многоэтажные офисные здания, Системы перекрытий, Длиннопролетные балки, Фермы, Стяжные рамы, Сплошные рамы, Композитная конструкция
Ростверк 7.Основные балки пролетом 5 м и второстепенные балки пролетом 9 м в композитной конструкции
Расположение балок перекрытий в зданиях во многом зависит от расстояния между колоннами. Колонны по периметру здания обычно расположены на расстоянии от 5 до 8 м, чтобы поддерживать элементы фасада. В большинстве зданий второстепенные балки спроектированы таким образом, чтобы перекрывать большее расстояние в решетке перекрытия, поэтому изгибающий момент, которому они сопротивляются, аналогичен моменту изгиба основных балок, и поэтому они могут иметь ту же глубину, что и основные балки.
Показана компоновка балок в сетке 7,5 м x 9 м, в которой основные балки охватывают меньшее расстояние сетки и выбираются такой же глубины, что и второстепенные балки. Когда соединители, работающие на срез, привариваются к стальному настилу, верхний фланец стальных балок не окрашивается. В идеале более тяжелые балки должны быть присоединены к полкам колонны, но это не всегда возможно, потому что более широкие балки, возможно, придется «надрезать», чтобы они поместились между полками колонны. При соединении широких балок с более узкими колоннами могут потребоваться специальные меры по детализации.
В зданиях с ограниченной высотой потолка, например, в проектах реконструкции, секции UC могут использоваться вместо секций UB в качестве неглубоких, хотя и более тяжелых балок.
Длинные пролеты, коммерческие офисные помещения открытой планировки — Vulcan House, Шеффилд
Во многих зданиях проектирование более длинных внутренних пролетов обеспечивает более гибкое планирование пространства. Для изготовления длиннопролетных первичных или вторичных балок могут использоваться различные системы конструкционной стали.Эти системы с большим пролетом обычно используют принципы композитной конструкции для увеличения их жесткости и прочности и часто обеспечивают интеграцию услуг в пределах их глубины через отверстия в перемычках балок.
Конструкция неглубокого перекрытия отличается от других стальных конструкций тем, что не требует дополнительных балок, кроме стяжных элементов для соединения колонн для обеспечения прочности и устойчивости конструкции во время строительства.
[вверх] Ячеистые балки
Корончатые или ячеистые балки являются примерами элементов с более длинными пролетами, которые имеют большие, как правило, правильные отверстия в пределах глубины стенки.Эти балки обеспечивают большую конструктивную эффективность за счет увеличения глубины сечения при заданном использовании стали и обеспечивают несколько маршрутов для обслуживания. Ячеистые балки имеют большую архитектурную привлекательность из-за своей кажущейся легкости и отличительного внешнего вида на длиннопролетных крышах и перекрытиях.
В зубчатой балке перегородка прокатанного профиля разрезается по длине балки в форме шестиугольной «волны». Две части разделяются, смещаются, а затем свариваются вместе, чтобы получить более глубокое сечение.
- Изготовление ячеистой балки
(изображения любезно предоставлены Kloeckner Metals UK Westok)
В ячеистой балке перегородка прокатанного профиля разрезается для образования круглых или удлиненных отверстий. Диаметр отверстий может варьироваться от 0,5 до 0,8 глубины балки.Ячеистые балки конструктивно эффективны и открывают множество архитектурных возможностей. При формировании из прокатных стальных профилей верхняя и нижняя части ячеистой балки могут быть разных размеров, а секции можно легко регулировать и изгибать перед процессом сварки. В этом процессе образуется очень мало отходов, и все обрезки стали на 100% перерабатываются. Пример системы перекрытия с использованием ячеистых балок показан справа.
Когда балки изготавливаются из трех стальных пластин, размеры полок могут варьироваться, но толщина стенки остается постоянной.Размеры проемов вдоль балок также можно изменять в соответствии с требованиями обслуживания.
Ячеистые балки наиболее целесообразно использовать для длинных пролетов с умеренными нагрузками, таких как второстепенные балки в ростверках перекрытий или в конструкциях крыш. Обычные круглые отверстия в ячеистой балке очень эффективны для распределения круглых воздуховодов в зданиях с тяжелым обслуживанием. Удлиненные отверстия можно разместить ближе к середине пролета (как показано на рисунке), где поперечные силы низкие.
Выпуклые ячеистые кровельные балки
(Изображение любезно предоставлено Kloeckner Westok)
[вверх] Балки с большими отверстиями в стенках
Большое прямоугольное отверстие в стенке с усилением в стальной балке
В составных балках в перегородке могут быть образованы большие отверстия для прохождения услуг в пределах глубины балки.Большие отверстия обычно имеют прямоугольную форму, но более правильные отверстия обычно имеют круглую форму. Сварные ребра жесткости, расположенные горизонтально над и под проемами, увеличивают размер и соотношение сторон проема, которые можно использовать. Для схемного расчета составных балок с разной формой проемов рекомендуется:
- Глубина проема обычно должна составлять от 50 до 70% глубины балки
- Круглые отверстия можно размещать на расстоянии половины их диаметра (как для ячеистых балок).
- Большие прямоугольные проемы следует размещать в средней трети пролета балки и иметь отношение длины к глубине не более 2, если не используются горизонтальные ребра жесткости.
- Расстояние между краями прямоугольных проемов или до соединений второстепенных балок, как правило, не должно быть меньше, чем наибольшая из глубины балки или длины проема.
- Для широких прямоугольных проемов горизонтальные ребра жесткости должны выходить за проем как минимум на 150 мм.
Отверстия в стенках длиннопролетных балок для прохода служебных помещений
Показано поперечное сечение перфорированной балки. В этом случае глубина проема составляет 400 мм, а глубина балки 600 мм подходит для пролета до 15 м. Как показано, общая глубина пола с учетом фальшпола и подвесного потолка составляет приблизительно 1,05 м.
[вверх] Конструкция неглубокого перекрытия
В системах неглубокого перекрытия используются стальные балки, нижний фланец которых шире верхнего.Это могут быть собственные прокатные профили, USFB или плоская стальная пластина, приваренная к нижнему фланцу стандартной секции UC. Более широкий нижний фланец поддерживает плиту перекрытия, так что балка частично заключена в глубину перекрытия, что приводит к структурной системе без балок, выступающих вниз, что приводит к уменьшению высоты пола до пола. Плита перекрытия может быть в виде сборных железобетонных блоков, пустотелых бетонных блоков или глубокого композитного стального настила, в обоих случаях поддерживающих монолитный бетон, который размещается на уровне или над верхней полкой балки.
Пролеты от 6 до 9 м могут быть достигнуты в обоих направлениях. Общая глубина пола обычно составляет от 300 до 350 мм, в зависимости от требований к контролю вибрации пола и обеспечению огнестойкости и звукоизоляции. Частичное покрытие стальной балки бетоном означает, что, как правило, обеспечивается огнестойкость в течение 60 минут, а огнестойкость в течение 90 или 120 минут может быть достигнута за счет использования дополнительной арматуры или защиты нижней стальной плиты.
Балка UC может быть заменена прямоугольной полой секцией (RHS) при использовании в качестве краевой балки из-за ее жесткости на кручение и аккуратной кромки, которую она обеспечивает на линии фасада.В некоторых случаях это может быть желательно визуально, например, для полностью застекленных фасадов. Кроме того, крепление облицовки к секции RHS может быть легче, чем к бетонной плите или закрытой стальной секции.
[вверху] Обзор пролетов конструктивных вариантов
Типичные пролеты и структурные глубины для различных стальных и бетонных конструкций показаны в таблицах. Общая глубина этажа включает служебную и потолочную зону и, при необходимости, фальшпол.Для систем с большими пролетами услуги обычно включаются в конструктивную глубину, то есть с отверстиями в стенках в балках. Общая глубина конструкции и обслуживания от 1 до 1,2 м (включая 120 мм для потолка) обычно используется при планировании многоэтажных зданий, в зависимости от пролета.
Диапазон различных вариантов конструкции
Для офисов и многих других типов зданий 3 м используется в качестве глубины от пола до потолка, и в этом случае зона от пола до пола составляет от 4 до 4.2м. Для некоторых типов зданий допустима внутренняя высота 2,7 м, в этом случае общая площадь пола составляет от 3,6 до 4 м.
Тип проекта | Межэтажная этажность + Высота (мм) |
---|---|
Офис престижа | 4,0 — 4,2 м |
Спекулятивная касса | 3,6 — 4,0 м |
Проект ремонта | 3.5 — 3,9 м |
Примечание:
+ Высота от пола до потолка плюс глубина этажа, включая услуги
[вверху] Столбцы
Деталь сращивания колонн высотного здания в Лондоне
Колонны в скрепленных каркасах обычно представляют собой секции UC, которые соединяются (соединяются) продольно в соответствующих точках, обычно каждые два или три этажа в высотных зданиях.Соединения балки с колонной выполняются либо с фланцами колонны (соединения по главной оси), либо с стенкой колонны (соединения по малой оси). Также может возникнуть необходимость в локальном усилении колонн в точках передачи нагрузки, например, для балок с моментными соединениями. Для 3–5-этажных зданий отправной точкой является колонна 254 x 254 UC, а для 6–8-этажных зданий предпочтительнее 305 x 305 UC.
Квадратные или круглые полые профили очень эффективны при сжатии из-за их повышенного сопротивления продольному изгибу по сравнению с открытыми профилями.Как круглые (CHS) секции, так и квадратные (SHS) широко используются в качестве тонких колонн. Основной проблемой конструкции является соединение с лицевой стороной колонны, которая часто представляет собой сварную пластину оребрения с болтами к стенке балки. Соединения на торцевой пластине можно использовать с расширяющимися анкерами или запатентованными «глухими» креплениями.
Колонны могут быть спроектированы для достижения большей прочности на сжатие и огнестойкость за счет бетонного покрытия (в случае H-образных секций) и бетонного заполнения (в случае пустотелых секций).Например, заполнение между фланцами колонны с Н-образным сечением без армирования может повысить ее огнестойкость до 60 минут при сохранении тех же внешних размеров сечения. Заполнение пустотелых профилей бетоном позволяет повысить их огнестойкость до 60 минут без армирования и до 120 минут с армированием.
В таких конструкциях, как портальные рамы, где изгибающие моменты являются преобладающей формой нагрузки, UB-секции обычно используются для колонн.
[вверх] Фермы и решетчатые балки
Длиннопролетные изогнутые фермы крыши
Robin Hood Airport, Doncaster
(Изображение предоставлено Tubecon)
Фермы и решетчатые фермы используются в длиннопролетных системах кровли и перекрытий. Термин «ферма» обычно применяется к крышам, которые могут быть скатными, тогда как решетчатые фермы обычно используются в качестве длиннопролетных балок перекрытия, которые более нагружены и не имеют ската.
Фермы и решетчатые фермы часто проектируются так, чтобы их было видно, поэтому выбор используемых элементов и их соединений важен для проектного решения.
Фермы и решетчатые фермы представляют собой треугольные или прямоугольные сборки элементов растяжения и сжатия. Слово «решетка» относится к использованию распорок N-типа или W-типа вдоль элемента. Верхние и нижние пояса обеспечивают сопротивление сжатию и растяжению при общем изгибе, а наклонные элементы жесткости противостоят силам сдвига.
Можно создавать самые разные кровельные фермы. Каждый из них может различаться по общей геометрии и по выбору отдельных элементов внутри них. Фермы могут быть спроектированы так, чтобы следовать профилю крыши, который также может быть изогнутым, тогда как решетчатые фермы используются в качестве длинных перекрытий. Фермы или решетчатые фермы могут иметь несколько основных форм, и они изготавливаются путем соединения стандартных секций болтами или сваркой. Для пролетов до 20 м достаточно использовать уголки, тройники и полые более легкие профили.Для очень длинных пролетов могут потребоваться полые профили UC или более тяжелые. Стяжки обычно легче хордовых.
Изогнутая треугольная ферма в аэропорту Гамбурга
Крепежные (диагональные) элементы обычно имеют W или N-образную форму. В N-образной форме ориентация элементов жесткости обычно изменяется в середине пролета, как показано ниже. В W-образной форме элементы часто изготавливаются из трубчатых секций, поскольку они эффективны в качестве элементов жесткости, которые действуют попеременно при растяжении и сжатии.В легких зданиях подъем ветра может быть значительным и может вызвать изменение сил, действующих на ферму.
Триангулированные фермы часто используются в длиннопролетных конструкциях, поскольку они очень устойчивы благодаря своей форме. Нормальная форма — треугольник, направленный вниз, так что второстепенные балки проходят между верхними поясами. Показан хороший пример изогнутой треугольной фермы в аэропорту Гамбурга. Эти фермы опирались на наклонные трубчатые кронштейны.
[вверху] Космические рамки
Двухслойная пространственная каркасная крыша, окружающая уличный пейзаж в центре Виктории в Белфасте
«Пространственная» рама — это форма конструкции, которая покрывает большие площади с использованием сборок небольших структурных компонентов, которые соединяются в заранее сформированных узлах.Они представляют собой трехмерные узлы, которые обычно состоят из элементов растяжения и сжатия, соединенных наклонными связями. Круглые полые секции (CHS) обычно используются в космических каркасах, поскольку их толщина стенок может варьироваться в соответствии с усилиями в элементах при сохранении постоянного внешнего диаметра. Существуют три основные формы поддержки пространственных рам, которые определяют силы, которым они подвержены:
- Точечная поддержка столбцами в четырех или более позициях
- Множественная поддержка строк столбцов или «деревьев столбцов».
- Сплошная кромочная опора.
Показан пример многоточечной опоры для двухслойной пространственной рамы над пешеходной улицей в центре Виктории в Белфасте.
[вверх] Формы связей в раскосных рамах
Крестовины в Академии Всех Святых, Челтенхэм
(Изображение любезно предоставлено William Haley Engineering Ltd.)
Конструкционные рамы с точечным соединением должны быть закреплены в вертикальном и горизонтальном направлениях.Устойчивость здания зависит от формы и расположения распорок. Другие элементы, противодействующие боковым силам, такие как бетонные стержни, могут быть соединены перекрытиями или горизонтальными связями. Для простоты вертикальные распорки размещаются в фасаде или внутренних перегородках. В идеале линия связи должна быть на средней линии основных колонн, но это может противоречить расположению внутренней обшивки внешних стен, и поэтому может возникнуть необходимость объединить конструкции связи и стены, не вызывая тепловых мостиков.
Наиболее распространенным расположением распорок в многоэтажных зданиях является распорка «X», «V» или «K» с использованием стальных уголков или круглых полых профилей. Перевернутая V-образная распорка предпочтительна там, где большие отверстия, например двери, обязательные в подпорном отсеке.
Анкерные стержни, соединенные с круговым кольцом в крестообразных связях для малоэтажного дома
В X-образной форме элементы могут быть спроектированы так, чтобы противостоять как растяжению, так и сжатию или только растяжению, что приводит к более тонким элементам.Натяжные стержни или плоские пластины неэффективны при сжатии, и, следовательно, при использовании этих элементов силам сопротивляется только растяжение. Показан пример X-образной связи с использованием анкерных стержней, соединенных с круглым кольцом. Этот тип деталей часто используется как в визуально открытых, так и в скрытых связях, но напряжение, которое может возникнуть в стяжке, ограничивается изгибом соединительного кольца.
Элементы полого профиля квадратного сечения, используемые в X-образных распорках в 10-этажном жилом доме
В формах K и V-образных распорок элементы должны быть спроектированы таким образом, чтобы противостоять растяжению и сжатию.В этом случае натяжные стяжки невозможны. В X-образных рамах с круглыми или квадратными полыми профилями (SHS) элементы также спроектированы на сжатие, а детали стыковки позволяют соединять четыре стяжных элемента в точках пересечения. Показан пример открытой X-образной распорки с использованием секций SHS. Сдвиговые силы, которым может противостоять эта система, также зависят от сопротивления срезу болтов на стыке.
Плоские стальные пластины могут использоваться, когда они необходимы для размещения в полости кирпичной кладки или в двухслойных перегородках.Обычно в X-образных распорках используются плоские пластины, которые действуют при растяжении.
[вверх] Конструкционные системы в одноэтажных домах
Основные статьи: Одноэтажные промышленные здания, Портальные рамы, Моментостойкие соединения
Планировка одноэтажного дома
Самый экономичный способ ограждать большое пространство — использовать серию двухмерных «жестких» рам, которые расположены через равные интервалы вдоль одной оси здания.Для одноэтажных зданий стабильность достигается в двух направлениях либо за счет использования жесткого каркаса, диагональных связей, либо за счет опорного действия бетонных стен или стержней. Жесткое обрамление может быть достигнуто в одном направлении за счет использования сопротивляющихся моментов соединений, но редко используется в другом направлении, которое, следовательно, закреплено традиционным способом.
[вверху] Открытие рамы
Рама может быть открытой, но также может выходить за пределы фасада или крыши, образуя внешнюю конструкцию.Если каркас полностью расположен вне облицовки, он выражается во внешнем облике здания. В качестве альтернативы рама может быть расположена полностью внутри ограждающей конструкции здания. Между этими двумя крайностями взаимодействие рамы и облицовки устанавливает дополнительный диапазон визуальных и пространственных отношений.
Показан простой пример рамной конструкции, которая продолжается за пределы оболочки здания для визуального эффекта.В этом случае перфорированные ячеистые балки увеличивают легкость конструкции, сохраняя при этом ее основную функцию в качестве жесткого каркаса.
Если стальная конструкция проникает через ограждающую конструкцию здания, следует позаботиться о минимизации потерь тепла через тепловые мосты.
[вверх] Конструкции рамы портала
Рама многоярусного портала во время строительства
(Изображение любезно предоставлено компанией Severfield (Design & Build) Ltd.)
Каркасные конструкции портала представляют собой примеры жестких рам и являются наиболее распространенной формой ограждений для пролетов от 20 до 50 м. Рамы порталов обычно изготавливаются из горячекатаных открытых профилей, хотя они могут быть выполнены из решетчатых или сборных балок. Они закреплены условно (с помощью распорок X или K) в ортогональном направлении в боковых стенках или иногда между внутренними колоннами.
Как правило, портальные каркасные конструкции используются в одноэтажных зданиях или ограждениях промышленного типа, где основным требованием является создание большого закрытого объема, такого как спортивный зал или распределительный центр.Как таковые, эти сооружения не могут иметь архитектурного значения. Однако основные принципы могут быть использованы в ряде более интересных архитектурных приложений, например, при формировании изогнутых стропил или при использовании перфорированных балок.
Элементы каркаса обычно состоят из стропил и колонн с жесткими связями между ними. Суженные бедра вводятся для усиления стропил на карнизах и для создания соединений, устойчивых к моменту. Связи крыши и стен важны для общей устойчивости конструкции.Элементы рамы портала показаны на рисунке.
В таблице представлены некоторые общие рекомендации по проектированию конструкций портальной рамы. Минимальный уклон крыши с учетом прогибов обычно принимается равным 6 °. Колонны часто тяжелее стропил, а высота колонн составляет примерно одну пятую от пролета рамы. Расстояние между каркасами зависит от перекрывающих возможностей прогонов и снеговой нагрузки.
Параметр | Типичное значение |
---|---|
Пролет портальной рамы | от 15 до 50 м |
Шаг рам | от 5 до 8 м |
Уклон крыши | от 5 ° до 10 ° |
Глубина стропил | от диапазона / 50 до диапазона / 60 |
Отношение пролета к высоте колонны | 4 до 7 |
Вес колонны (кг / м) | 1.От 5 до 2 × вес стропил (кг / м) |
Длина рукава | 10% диапазона |
Глубина окантовки | 2 × глубина стропил |
Расстояние между прогонами | от 1,5 до 2 м + |
Примечания:
- Без кранов или тяжелых дополнительных грузов
- + Расстояние между прогонами уменьшено около бедра для обеспечения устойчивости бедра
Многоквартирный дом типа «Удачи и промахи» в процессе строительства
Двухпролетные порталы часто проектируются по принципу «ударил и промахнулся», в котором чередующиеся внутренние колонны заменены продольной стержневой балкой, которая проходит между «ударными» колоннами и поддерживает точечную нагрузку от недостающей колонны.
Форма мансардной крыши может быть создана из линейных элементов с помощью сварки или болтов. Этот подход может быть расширен за счет огранки более коротких линейных участков для образования «псевдодуги».
Вместо наклонных стропил можно использовать гнутые балки. Радиус изгиба обычно такой, чтобы облицовку можно было установить до кривизны крыши. Однако некоторые системы облицовки, такие как глубокие композитные панели, могут быть менее устойчивы к такому типу деформации на месте.
На изображении показано интересное архитектурное решение, в котором соединение закрепленной балкой с колонной в раме портала выполнено с сопротивлением моменту за счет использования анкерного элемента к колонне. Таким образом, галстук передает момент колонне.
[вверх] Дополнительная литература
- Руководство конструктора по металлу, 7-е издание. Редакторы Б. Дэвисон и Г. В. Оуэнс. Институт стальных конструкций 2012
- Архитектурный дизайн из стали — Требилкок П.