Конструкции элементов каркаса

Колонны. Колонны многоэтажного каркасного сооружения являют­ся основными конструктивными элементами каркаса. Они воспринима­ют и передают на фундамент в основном вертикальные нагрузки, но уча­ствуют также в восприятии моментов от ветровой нагрузки. В пределах этажа участок колонны работает на сжатие, иногда с изгибом в одной или двух плоскостях. По сравнению С продольным усилием вклад изгибаю­щих моментов в напряженное состояние колонны обычно мал, поэтому ее чаще всего рассчитывают на центральное сжатие.

Базы колонн. В каркасах многоэтажных зданий, как правило, приме­няют базы для безвьгверочного монтажа колонн (рис. 4.22, а). Плиту базы (обычно из слябов) с фрезерованной или строганной верхней поверхно­стью устанавливают на фундамент по разбивочным осям, ориентируясь на риски 2, выверяют с помощью установочных болтов 3 и подливают це­ментным раствором.

Балки и ригели. Балки и ригели перекрытий работают преимущест­венно на изгиб. Продольные силы в ригелях и балках, как правило, незна­чительны и появляются от горизонтальных нагрузок, передаваемых через балку от наружной стены к диафрагме, стволу жесткости, и от попереч­ных сил в колоннах, обусловленных начальным переломом или искрив­лением их оси.

Сопряжения ригелей с колоннами. Тип сопряжения зависит от кон­структивной схемы каркаса. В связевых системах применяют свободное (шарнирное) прикрепление балок к колоннам, в рамных—жесткое.

24.Высотные сооружения. Виды конструкций, особенности расчета

Общая характеристика высотных сооружений

Высотными принято называть сооружения, высота которых намного превышает раз­меры в поперечном сечении, К высотным сооружениям относятся опоры антенных со­оружений связи (радио и телевидения), опоры воздушных линий электропередачи, вытяжные башни, вентиляционные и дымовые трубы, осветительные и метеорологи­ческие вышки, маяки и навигационные знаки, водонапорные башни и т.п. К высот­ным следует также отнести монументы большой высоты, среди которых памятник По- беды на Поклонной горе (140 м), «Покорителям космоса» (92 м) в Москве, «Родина-мать* в Киеве (115 м), «Брестская крепость — герой» (100 м) и многие другие.

По расчетно-конструктивной схеме все высотные сооружения могут быть разделе­ны на два основных типа: башни и мачты. Башней называют высотное сооружение, жестко закрепленное в основании, что достигается анкеровкой конструкций к фунда­менту (рис. 26.1, а). Мачтой принято называть высотное сооружение, устойчивость положения которого обеспечивается системой оттяжек, раскрепляющих ствол в од­ном или нескольких уровнях (рис. 26.1, б). В практике находят также применение ком­бинированные системы, представляющие собой конструкцию со стволом, жестко

закрепленным в основании в одном или двух направлениях, и раскрепленную оттяж­ками по высоте.

Высотные сооружения работаю! в ос­новном на восприятие горизонтально дей­ствующих нагрузок, что и определяет ос­нову их конструктивного решения.

Башни в большинстве случаев проек­тируют решетчатыми, в виде простран­ственных ферм трех- или четырехгранно­го, реже многогранного очертания. Для обеспечения необходимой жесткости и более равномерного распределения усилий по длине поясов башни проектируют уши­ренными книзу в соответствии с возрас­танием изгибающих моментов от верши­ны к основанию.

С увеличением расстояния между по­ясами расход металла на них снижается, но при этом несколько возрастает рас­ход на решетку и диафрагмы. Увеличе­ние расстояния между поясами или под­косами в опорном сечении позволяет

снизить давление на фундаменты и уменьшить усилия в анкерных болтах. Ширина верхней части башни должна быть по возможности небольшой, что обеспечивает снижение нагрузки на нее от ветра, а следовательно, приводит к уменьшению усилий в поясах и решетке по всей высоте башни.

В верхней узкой части башни целесо­образно применять треугольную и раско­сую системы решетки, а в нижней, при большой ширине грани, — ромбическую

или полураскосную, со шпенгсльным за- полнением, необходимым для обеспечения

требуемой по гибкости расчетной длины

пояса. Существенную экономию стали можно получить при применении кресто­вой решетки с гибкими предварительно на­пряженными раскосами.

Устройство переломов в поясах замет­но усложняет конструкцию, поэтому луч­шей для башни формой является усечен­ная пирамида или призма, подкрепленная подкосами. Так, конструкция вытяжной башни Ново-Джамбульского фосфорного завода высотой 169 м (рис. 26.2) запроек­тирована в виде шестигранной призмы, подкрепленной шестью подкосами на от­метке 49,2 м.

В некоторых случаях башни с решетча­той несушей конструкцией имеют обшив­ку декоративного назначения; например, монумент «Покорителям космоса* к Мос­кве (рис. 26.3), где стальной каркас обли­цован титановыми листами.

Если по архитектурным или каким-либо другим соображениям ширина ствола баш­ни должна быть небольшой, то его делают еллошностенчатым. Примером могут слу­жить осветительные вышки, установлен­ные дня освещения Большой спортивной арены Центрального стадиона в Лужниках в Москве (рис. 26.4).

Мачта состоит из ствола, опирающего­ся на центральный фундамент, и оттяжек,

закрепленных к анкерным фундаментам. Число ярусов крепления оттяжек к стволу

и расстояния между ними принимаются в зависимости от высоты и назначения со­оружения.

Ствол мачты обычно проектируется ре­шетчатым в виде трех- или четырехгранной призмы, размеры поперечного сечения ко­торой находятся в пределах габаритов же­лезнодорожного транспорта. Наряду с наи­более распространенной крестовой решет­кой при небольшой ширине грани ствола широко применяют треугольную и раскосную системы решеток. В некоторых случаях ствол мачты делают еллошностенчатым цилиндрической формы (в виде трубы).

По расходу металла наиболее экономична мачта со стволом трехгранного очертания и тремя оттяжками в ярусе. Однако регулировка такой системы в каждом ярусе значи­тельно сложнее, чем при наличии четырех оттяжек, расположенных в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Поэтому мачты со стволом четырехгранного очертания применяются наравне с трехгранными, особенно при использовании уголков.

По расходу металла и стоимости мачты выгоднее, чем башни. При высоте сооруже­ния около 150 м стоимость мачты на 20—30 % ниже, чем башни. Этот разрыв возрастает с увеличением высоты сооружения. Однако сооружениям мачтового типа присуши и определенные недостатки. К ним, в первую очередь, относится необходимость посто­янного контроля за натяжением оттяжек. Кроме того, наличие оттяжек требует значи­тельно большей, чем для башни, площади застройки, поэтому мачты на территории городов и в непосредственной близости от них устанавливают крайне редко. Не строят мачты также вблизи аэродромов, поскольку оттяжки представляют опасность для поле­тов средств воздушного транспорта.

Из высотных сооружений различного назначения наиболее массовыми являются опоры антенных сооружений связи, на строительстве которых в нашей стране в период с 1955 по 1985 г. расходовалось от 20 до 30 тыс. т стали в год^1,2*³.

Вытяжная башня представляет собой высотное сооружение (см. рис. 26.2), к несуще­му каркасу которого закреплены один или несколько газоотводяших стволов, выпол­ненных из материалов, обладающих необходимой коррозионной стойкостью в услови­ях воздействия агрессивных сред и высоких температур. Такими материалами могут быть

нержавеющие и жаростойкие стали, титановые сплавы, синтетические материалы. Вы­сота строящихся в настоящее время вытяжных башен достигает 300 м.

Вытяжные стальные трубы (дымовые и вентиляционные) несмотря на простоту кон­струкции (рис. 26.5) имеют не столь широкое распространение, поскольку высота сталь­ных с вобод постоя тих труб обычно не превышает 120 м. Трубы, прелназначенные для отвода газов, имеющих температуру более 400^еС, необходимо защищать от нагрева.

В целях обеспечения аэродинамической устойчивости трубы высотой более 60 м, не имеющий футеровки, необходимо укреплять оттяжками или оборудовать специальны­ми противорезонансными устройствами.

тупных районах, широко используют вертолеты.

26.2. Нагрузки и воздействия

Состав действующих на высотные сооружения нагрузок и их расчетные сочетания имеют свои характерные особенности. Собственная масса строительных конструкций

предварительно принимается на основе данных по ранее выполненным проектам. Дан­ные о массе и размещении технологического оборудования задаются технологом. Ме­теорологические воздействии — ветер, обледенение, температурные изменения — при­нимаются в соответствии с указаниями норм [6]. Для высотных сооружений характерны

такие нагрузки, как усилия вертикальных составляющих тяжения вант в конструкциях мачтового типа, а также одностороннее тяженис подвесных антенн и проводов, возни­кающее при их обрыве или при изменении направления усилий тяжения проводов на угловых опорах линий электропередачи.

Для абсолютного большинства высотных сооружений доминирующей является вет­ровая нагрузка, к определению которой следует подходить особенно тщательно. Вели­чина ветрового воздействия на сооружение зависит не только от скоростного напора, но и от формы и габаритов сооружения и отдельных его элементов. В соответствии с нормами [6] ветровая нагрузка определяется как сумма средней (статической) и пуль-сациоиной (динамической) составляющих: w - w_m + w_r

Расчетное значение средней статической составляющей ветровой нагрузки на еди­ницу площади /-го участка конструкции или элемента определяется по формуле