Висячие покрытия

Введение 3 1. Компоновка конструкций 5 2. Сбор нагрузок 9 3. Определение усилий в элементах конструкций 16 4. Подбор и проверка сечений элементов 26 5. Конструирование и расчет узлов 29 Заключение 31 Библиографический список используемых источников 33

Введение

Проектирование металлических конструкций представляет собой многоэтапный процесс, включающий в себя выбор конструктивной формы, расчет и разработку чертежей для изготовления и монтажа конструкций. Целью расчета — второго основного этапа проектирования металлических конструкций — является строгое обоснование габаритных размеров конструкций, а также размеров поперечных сечений элементов и их соединений, обеспечивающих заданные условия эксплуатации в течение всего срока с необходимой надежностью и долговечностью при минимальных затратах материалов и труда на их создание и эксплуатацию. Эти требования часто противоречат друг другу (например, минимальный расход металла и надежность), поэтому реальное проектирование является процессом поиска оптимального конструктивного решения. Расчет обычно состоит из следующих этапов: установление расчетной схемы, сбор нагрузок, определение усилий в элементах конструкций, подбор сечений и проверка допустимости напряженно-деформированного состояния конструкции в целом, ее элементов и соединений. Главная особенность расчетов строительных конструкций заключается в необходимости учета изменчивости внешних воздействий, разброса прочностных характеристик материала и особенностей работы металла в конкретных условиях. Внешние воздействия здесь понимаются в широком смысле. Это могут быть силовые воздействия технологического и атмосферного происхождения, химическое воздействие, вызывающее коррозию металла, температурное воздействие, влияющее на его прочностные свойства, смещения опор и т.д. В зависимости от способа учета изменчивости отмеченных параметров развивалась методика расчета МК. До 1995 г. в нашей стране МК рассчитывались по методике допускаемых напряжений, в которой использовался единый коэффициент запаса, учитывающий изменчивость названных параметров. Достоинством методики допускаемых напряжений является простота, но эта методика недостаточно точно учитывает факторы, влияющие на работу конструкции. Целью исследования является проектирование металлических конструкций специального назначения. Задачи исследования: • Компоновка конструкций; • Сбор нагрузок; • Определение усилий в элементах конструкций; • Подбор и проверка сечений элементов; • Конструирование и расчет узлов. Объектом исследования являются висячие покрытия. Предмет исследования — проектирование конструкций. Работа состоит из введения, пяти разделов, заключения и списка литературы.

1. Компоновка конструкций

Висячими называют покрытия, в которых основные элементы пролетной несущей конструкции работают на растяжение. Висячие системы — системы распорные, и для восприятия распора (го¬ризонтальной составляющей натяжения тросов или оболочки) необходима спе¬циальная опорная конструкция, стоимость которой может составлять значи¬тельную часть стоимости всего покрытия. К особенностям висячих покрытий относится их повышенная деформативность. Это вызвано тем, что модуль упругости Е витых тросов меньше, чем у прокатной стали, и составляет лишь (1,5—1,8)10 МПа, а область упругой работы высокопрочного материала значительно больше, чем у обыч¬ной стали. Таким образом, относительная деформация троса в упругой стадии работы получается в несколько раз больше, чем у элементов из обычной стали. Повышенная деформативность висячих покрытий определяется также тем, что большинство висячих покрытий относится к системам, геометрически изменяемым. Однопоясные системы с гибкими нитями. Покрытия представляют собой предва¬рительно напряженные железобетонные оболочки, работающие на растяже¬ние. Напряженной арматурой в них является система из гибких нитей, на которые во время монтажа укладывают сборные железобетонные плиты. В качестве гибких нитей обычно используют тросы или арматурные стержни. Напряжение оболочки осуществляют одним из следующих способов: а) замоноличиванием швов между плитами расширяющимся бетоном; б) натя¬жением тросов после укладки плит пригрузкой их специальной нагрузкой или домкратами с последующим замоноличиванием швов и твердением бе¬тона. В покрытиях этой системы в качестве несущих элементов обычно ис-пользуют криволинейные двутавры или фермы, хорошо работающие как на растяжение, так и на изгиб. Их называют изгибно-жесткими нитями. Под действием внешней нагрузки они работают на растяжение с изгибом, причем для уменьшения изгиба от постоянной нагрузки кривую их провеса прини¬мают по веревочной кривой от этой нагрузки или на время монтажа уст¬раивают в них временные шарниры, превращая их в гибкую нить. При действии неравно¬мерно распределенной нагрузки изгибно-жесткие нити начинают сильно со¬противляться местному изгибу от кинематических перемещений, чем зна¬чительно уменьшают деформативность всего покрытия. В покрытиях подобного типа имеются две системы поясов: несущие пояса, имеющие выгиб вниз, и стабилизирующие пояса, имеющие выгиб вверх. Это делает систему мгновенно-жесткой, способной воспринимать нагрузки, действующие в двух различных направлениях (собственный вес покрытия и снег, действующие вниз, вызывают в несущем поясе растяжение, а в стабилизирующем — сжатие и отсос ветра, действующий вверх и вызыва¬ющий усилия в поясах обратного знака), независимо от жесткости кровли. Сетки покрытий, имеющие выгнутые вниз несущие тросы и выгнутые вверх стабилизирующие тросы, располагаются по поверхности двоякой кривизны (для постоянных сооружений чаще всего по поверхности гиперболического параболо¬ида); такая форма поверхности позволяет предварительно напрягать сетку. Сетка двоякой кривизны по своей геомет-рической связности является мгновенно-жесткой системой и подобно двухпоясным системам для устойчивой работы стабилизирующих тросов требует предварительного напряжения. Главными преимуществами этих систем являются совмещение несущей и ограждающей функции и индустриальность изготовления. Утеп-литель и гидроизоляцию кровли в таких системах укладывают непосредст-венно на несущую оболочку, не применяя кровельных плит. Форма оболочек может быть весьма разнообразной. Существуют покрытия цилиндрическими, коническими, сферическими, чашеобразными, седловид¬ными и шатровыми оболочками. Работают они, естественно, по-разному, но пространственность их работы, присущая всем формам оболочек, делает их работу весьма выгодной и позволяет применять листы толщиной 2—5 мм. Определение усилий в чашеобразной оболочке вращения, прикрепленной по периметру к недеформируемому кольцу и нагруженной равномерно рас¬пределенной нагрузкой, может быть выполнено приближенно по безмоментной линейной теории. Поверхность мембраны принимают по уравнению квадратичного парабо¬лоида вращения. Эта форма поверхности обеспечивает при¬мерное равенство усилий в оболочке по всей ее поверхности, что дает воз¬можность изготавливать ее из стали одинаковой толщины. Поэтому выбор формы поверхности и параметров оболочки имеет большое значение для обеспечения постоянства толщины оболочки по всей ее поверхности, что существенно упрощает ее изготовление.

2. Сбор нагрузок

1. Деформативность висячих систем и способы обеспечения их жесткости Прогибы комбинированных висячих конструкций при действии на них временных нагрузок определяются дополнительными провесами, главным образом гибкой нити или вантовой фермы. Характер перемещений несущих элементов висячих конструкций можно проследить, рассматривая уравнение перемещений гибкой нити, приведенное в работах [30, 49]. Из этого уравнения следует, что дополнительные провесы висячих систем зависят от двух причин: а) от упругих удлинений растянутых элементов, достигая наибольших значений в середине пролета при загружении временной нагрузкой всего пролета; при таком загружении приращение распора максимально (рис. 1, а); б) от кинематических перемещений, которые не зависят от упругих свойств нити и являются следствием изменения формы равновесия. Такие перемещения проявляются в наибольшей степени при действии местной нагрузки, вызывающей s-образные прогибы (рис. 1,6). В комбинированных конструкциях благодаря элементу жесткости кинематические перемещения уменьшаются по сравнению с перемещениями конструкций, состоящих лишь из гибких нитей. Рисунок – Покрытие однопоясное с параллельным расположением вант В общем случае загружения системы временной нагрузкой прогибы являются следствием обеих причин — упругих удлинений и кинематических перемещений; однако для каждой конструкции может быть отмечено преобладающее значение либо первой, либо второй причины. Какая из этих двух причин имеет большее значение, можно выяснить сопоставлением прогибов в середине пролета (при загружении всего пролета) с прогибами в его четверти под действием нагрузки, расположенной на половине пролета. В соответствии с результатами такого анализа могут быть приняты меры, направленные на уменьшение упругих удлинений или кинематических перемещений либо на обеспечение общей жесткости конструкции. Рис. 1 Дополнительные провесы гибкой нити а — упругие удлинения кабеля; 6 — кинематические перемещения Таким образом, должны быть рассмотрены две группы мероприятий по увеличению жесткости висячих комбинированных систем. Рисунок 1 — Схема конструкции Уменьшение продольных деформаций несущих элементов. Эта группа мероприятий применяется в основном для легких сооружений с малыми пролетами (до 60-100 м), в несущих элементах которых доля напряжений от временной нагрузки составляет большую часть суммарных расчетных напряжений. Рисунок 2 — Необходимые разрезы и сечения 1. Использование проката из низколегированных или обыкновенных сталей для сооружений с малыми пролетами. Рациональность этого мероприятия состоит в том, что для несущих элементов применяется более дешевый и менее дефицитный материал, чем тросы. Это обусловлено также и тем, что высокая прочность тросов в ненапрягаемых системах используется не полностью, так как основные элементы сооружений малых пролетов подбирают по второму предельному состоянию. Использование прокатных элементов дает некоторые преимущества с точки зрения конструирования и изготовления элементов. Так, концы проката закрепляются в анкерах проще, чем тросы, для крепления которых требуется устройство гильз с запрессовкой концов или заливкой их легкоплавким сплавом. Строительные коэффициенты стержней, выполняемых из проката, составляют примерно 1,10-1,16, а из тросов — в среднем 1,40 [20]. Однако монтаж висячих конструкций, изготовленных из проката, при больших пролетах сложнее, чем монтаж тросовых конструкций. Для монтажа конструкций из проката может потребоваться возведение громоздких лесов и специальных приспособлений, введение временных шарниров в «жесткие нити», которые по окончании монтажа должны замоноличиваться сваркой или болтами (предложение ЛенЗНИЭП), в чем нет необходимости при монтаже тросовых ферм. Поэтому прокат может быть рационально использован в конструкциях, воспринимающих преимущественно постоянную нагрузку при небольших пролетах (до 100 м) и при достаточном обосновании способов монтажа. Рисунок 3 — Отправочная марка Рисунок 4 — Основные узлы 2. Увеличение условного модуля упругости несущих элементов. Как известно, удлинения витого кабеля объясняются не только упругими удлинениями нитей, из которых состоит трос, но они зависят и от перемещения нитей в витом тросе, от «рыхлых» деформаций в результате натяжения тросов. Чтобы уменьшить эти побочные причины удлинения тросового элемента, рекомендуется: а) использовать пряди (пучки), состоящие из параллельных вы сокопрочных проволок, вместо витых кабелей; б) производить обтяжку тросов перед монтажом. Обтяжкой снимаются рыхлые деформации, на 20-30% увеличивается условный модуль упругости канатов. По данным некоторых исследователей, полученный модуль канатов может уменьшиться в результате последующих транспортных и монтажных операций с канатом [18, 19]. Однако обтяжка необходима не только для снятия рыхлых деформаций. Она служит также проверкой концевых закреплений тросовых элементов. 3. Применение предварительно напряженных железобетонных обойм для тросовых элементов, использование предварительно напряженных железобетонных элементов в качестве растянутых стержней [20], — эти приемы используются для уменьшения удлинения несущих элементов, но они усложняют изготовление и монтаж сооружения, увеличивают его вес. Существенное повышение жесткости может быть достигнуто, если создается предварительное напряжение (обжатие) железобетонного настила, расположенного непосредственно на несущих элементах тросовых ферм комбинированной конструкции. В этом случае жесткость может быть увеличена в 3-4 раза по сравнению с жесткостью обычной Байтовой схемы [21, 29]. Рисунок – Продольный и поперечный разрез 4. Увеличение стрелы провеса несущих нитей до 1/7 — 1/8 пролета. Как известно, с увеличением стрелы провеса уменьшаются распоры от нагрузок, а следовательно, несущий элемент меньше удлиняется. С другой стороны, при увеличении стрелы возрастают прогибы вследствие кинематических перемещений при загружении части пролета. Рисунок – План здания Поэтому при компоновке сооружения должен быть установлен такой наибольший провес несущих элементов, которым гарантируется жесткость данной конструкции как при загружении всего пролета, так и при всех возможных местных воздействиях. Таким образом, с точки зрения увеличения общей жесткости выгодно применять различные висячие системы повышенной жесткости, т. е. усиленные вантами, с треугольной решеткой, двухкабельные и другие менее чувствительные к местным нагрузкам, чем обычная система (нить с балкой и вертикальными подвесками). В них могут быть большие стрелы провеса, чем в простейшей схеме, и поэтому они будут экономичны по затратам материалов на устройство анкеров.

3. Определение усилий в элементах конструкций

Уменьшение кинематических перемещений комбинированной системы, возникающих при загружении части пролета. 1. Увеличение жесткости элемента, работающего на изгиб (балки жесткости, арки и т. п.). Увеличение сечения балки — это наименее экономичный способ повышения жесткости комбинированной системы. Он может быть оправдан в тех случаях, когда конструкция должна воспринимать большие сосредоточенные нагрузки. При этом рационально использовать сквозные фермы в качестве элемента, работающего на изгиб, омоноличивать балки с настилом, включать в состав комбинированной системы перекрестные фермы, а также другие пространственные конструкции (ростверки балок, оболочки складчатого типа и т. п.). В многопролетных схемах типа «балка — нить» для уменьшения прогибов от местных нагрузок предпочтительнее применять неразрезные балки, чем разрезные. 2. Уменьшение кинематических перемещений нити как составной части комбинированной системы без изменения ее расчет ной схемы. Гибкая нить, загруженная постоянной нагрузкой, стремится при местных воздействиях временной нагрузки сохранить свое первоначальное равновесие. Стабилизация будет тем надежнее, чем больше распор от постоянной нагрузки. Поэтому для уменьшения кинематических перемещений возможны следующие способы увеличения распоров от постоянных нагрузок: а) уменьшение стрелы провеса в пределах, которые экономически оправданы с точки зрения расхода материалов на анкерные устройства и на растянутые несущие элементы; б) использование железобетонных настилов и балок для пролет ного строения комбинированной системы; в) введение арочного (обратного) предварительно напряженного пояса или напрягающих вант, воздействие которых на основной не сущий кабель в известной степени может рассматриваться как постоянная нагрузка [35]. Эти мероприятия, как и увеличение жесткости балки, нельзя признать самыми рациональными: они связаны с дополнительным расходом материалов как на висячие, так и на анкерные элементы. Главный же их недостаток тот, что при больших затратах средств они мало снижают кинематические перемещения. 3. Изменение расчетной схемы нити, включение дополнительных элементов — вант. Рисунок – Схема связей по поясам Принципиально иным радикальным способом уменьшения кинематических перемещений является наложение на гибкий элемент дополнительных связей, препятствующих горизонтальным перемещениям нити вдоль пролета. Рассматривая уравнение равновесия гибкой нити, записанное с учетом вертикальных и горизонтальных перемещений, можно заметить, что эти перемещения связаны между со бой. Поэтому включение в висячую ферму дополнительных связей, ограничивающих горизонтальные перемещения гибкой нити, способствует уменьшению вертикальных кинематических перемещений- пролетного строения при местных статических нагрузках и повышает стабилизацию системы при динамических воздействиях. Подтверждением последнего вывода может служить анализ разрушения Такомского моста: после того как оборвались наклонные j ванты, усиливающие береговые пролеты, а затем и раскосы, соединяющие кабель с балкой в среднем пролете, резко изменилась форма колебаний моста-она стала с одним узлом в середине вместо восьми узлов, понизилась частота и увеличилась амплитуда колебаний. Связями, ограничивающими свободные перемещения кабеля вдоль пролета, могут быть: узел прикрепления кабеля к балке в середине пролета (рис. 2, а), пучки восходящих вант (рис. 2, б), горизонтальные вантовые элементы (ферма Батикля [53], рис. 2, в), замена вертикальных подвесок наклонными (рис. 2, г, мост через р. Северен, Англия) или треугольной решеткой ( рис. 2, д). Рис.2 Системы повышенной жесткости, в которых на гибкий элемент накладываются ограничения горизонтальных перемещений a. — схема с жестким узлом в середине пролета; б — с восходящими вантами; в — система Батикля; г — с наклонными подвесками; д — с треугольной решеткой и напрягающим нижним поясом; е — двухкабельная система С. А. Цаплина без средней подвески; ж — то же, со средней подвеской В этих схемах принцип наложения связей очевиден — узлы кабеля соединяются прямолинейными элементами с неподвижными опорами или накладываются ограничения на горизонтальные смещения узлов, как, например, в двухкабельных схемах С. А. Цаплина, в которых взаимные горизонтальные перемещения между поясами ограничены в середине пролета (рис. 2, е, ж). В схемах другого типа закрепление кабеля не делается, а вводится дополнительный пояс с жестким элементом, воспринимающим распор и также, как в схемах первого типа, связанным с неподвижной опорой. Это висячие схемы, усиленные нисходящими вантами (рис. 3, а), вантовые схемы (рис. 3, б, в), обычная схема с балкой, имеющей шарнирно неподвижные опоры на обоих концах пролета, и нить, усиленная аркой. Рис.3 Дополнительный и основные вантовые пояса, связанные с неподвижной опорой m — n — участок балки, испытывающий осевые усилия При расчете рассмотренных схем определять горизонтальные перемещения не требуется, но эти закрепления влияют на расчетную схему, и если их удалить, то прогибы при односторонних загружениях существенно увеличатся. Принцип наложения связей на горизонтальные перемещения используется и при увеличении жесткости других висячих конструкций; известно, что жесткое соединение поясов в середине пролета гибкой двухпоясной фермы или введение наклонных раскосов приводит к уменьшению кинематических перемещений этой конструкции [б]. В сетчатых тросовых системах большое значение для жесткости имеет характер горизонтального взаимодействия в узлах между ортогональными нитями, и если между ними не обеспечивается жесткого соединения, то деформативность сетки увеличивается [10, 30]. 2. Особенности конструктивных решений большепролетных зданий и мостов с применением комбинированных висячих систем К особенностям конструктивного решения зданий и сооружений рассматриваемого типа относится необычность основных несущих элементов пролетного строения, выполняемых в виде тросовых ферм. Примеры конструирования таких элементов и узлов рассмотрены в работах [14, 21, 34, 53]. Специфические требования предъявляются также и к другим частям сооружения. Анкерные устройства. Как известно, в висячих мостах стоимость анкерных опор и пилонов составляет 50-70% стоимости всего сооружения. Такие же соотношения стоимостей частей сооружения могут быть приняты и для комбинированных висячих покрытий промзданий. Поэтому для обоснования применения висячей системы в качестве несущей конструкции покрытия требуется изучить возможность рационального осуществления внешних анкерных устройств, например возможность передавать распор от висячего пролетного строения на жесткий каркас вспомогательных зданий, если они возведены или одновременно возводятся рядом с большепролетным цехом. Следует также рассмотреть варианты безраспорных висячих систем с передачей распора на балку жесткости [33]. В мостовых сооружениях наиболее экономично применять висячие схемы на плотных грунтах или скальных породах. В зданиях с висячими покрытиями возможны следующие схемы анкерных устройств. 1. Распор от пилона с помощью оттяжек передается непосредственно на анкеры, расположенные в грунте. Так, конструктивно решены, например, анкерные устройства в Красноярском гараже (рис. 4, а), где в качестве оттяжек использованы предварительно на пряженные железобетонные элементы [20]. Гибкие тросовые оттяжки для промышленных зданий менее приемлемы, чем для мостов, во-первых, из-за того, что в первом случае они длиннее, чем во втором, а поэтому упругие смещения верха пилонов и прогибы середины пролета при полном загружении покрытия будут больше, чем при загружении мостов. Во-вторых, тросовые оттяжки нерационально занимают территорию, тогда как на жесткие оттяжки можно навесить плиты ограждения и использовать пространство под оттяжками для какого-либо вспомогательного помещения. В качестве анкеров могут быть рекомендованы сваи с уширенным основанием (винтовые, камуфлетные, буровые с уширенной пятой), ребристые плиты, заделанные в грунт, железобетонные короба, заполненные балластом, и др. 2. Передача распора на рамы (рис. 4, б), которые должны быть рассчитаны на воздействие оттяжек. Эта конструкция анкерного устройства выгоднее первой: вертикальная составляющая опрокидывающего момента обычно погашается собственным весом конструкций, и поэтому специальные анкеры устраивать не надо. Здесь желательно предусмотреть, чтобы число рам соответствовало числу оттяжек. 3. Стойки с подкосами также могут воспринимать распоры, если устройство подкосов не мешает технологической планировке помещения (рис. 4,в). 4. Передача распора на омоноличенное покрытие здания, ко торое служит в качестве распределительной балки, воспринимающей усилия от оттяжек и передающей эти усилия на торцевые стены или подкосы (рис. 4, г). 5. Внешне безраспорные конструкции могут быть осуществлены с передачей распора от кабеля на балку жесткости и на другие элементы покрытия. Экономичность таких систем в каждом отдельном случае должна быть изучена, так как сжатие, которое передается на балку, заставляет проектировщика развивать сечение и принимать меры по обеспечению ее устойчивости. Основное преимущество безраспорных систем с точки зрения увеличения жесткости покрытия — сокращение длины оттяжек, а следовательно, уменьшение упругих удлинений кабеля и прогибов в середине пролета по сравнению со схемами, в которых оттяжки закреплены в анкерах, расположенных на уровне пола. Рис.4 Схемы анкерных конструкций. а — передача на анкер, расположенный в грунте (гараж в Красноярске), б — рамы (гараж в ГДР); в — подкосы; г — омоноличенное перекрытие и стены Схемы связей в висячих комбинированных покрытиях промышленных зданий. Кроме обычных связей, применяемых в каркасах зданий, в металлических конструкциях комбинированного покрытия должны быть предусмотрены следующие связи. 1. Связи по верхним и нижним поясам сквозных балок жесткости для обеспечения устойчивости как верхнего, так и нижнего поясов, в которых может возникнуть сжатие в различных точках пролета, так как линии влияния изгибающих моментов в балке, как правило, имеют знакопеременный характер. Такое требование к связям не означает, что нижний пояс должен быть так же раскреплен связями, как верхний. Здесь, как и в арочных покрытиях, возможно устройство облегченных связей, подкосов, тяжей и т. п. [34]. Нужно учесть, однако, что связи по нижним поясам должны быть развиты при наличии подвесного кранового и транспортного оборудования для восприятия тормозных усилий от кранов. Рис.5 Связи в висячих комбинированных покрытиях а—без подвесного транспорта; б — с подвесными кранами; в — связи в консольном покрытии; / — горизонтальные связи по поясам; 2 — вертикальные распределительные связи между балками; 3 — связи между пилонами Рис.6 2. На вертикальные связи между балками (фермами) жесткости в таких покрытиях возлагаются не только монтажные функции. Здесь вертикальные связи должны распределять сосредоточенные вертикальные воздействия между соседними балками (фермами), чтобы уменьшить неравномерность загружения временной сосредоточенной нагрузкой отдельных плоских вантовых систем, которые, как отмечалось, особенно чувствительны к местным загружениям вследствие изменения формы равновесия (рис. 5). 4. Подбор и проверка сечений элементов Расчет висячих покрытий производится по двум предельным состояниям: по несущей способности (исчерпание прочности канатов или мембраны, исчерпание прочности и устойчивости опорных конструкций), по предельным деформациям и перемещениям, превышение которых может привести к повреждению кровли. При расчете на прочность пролетных конструкций наиболее невыгодным загружением временной нагрузкой оказывается загружение всего покрытия. При расчете деформативности невыгодным считается загружение всего покрытия для определения упругого прогиба и загружение половины его площади для определения кинематических перемещений. Расчет пролетных конструкций производится в следующем порядке: 1. Назначаются основные размеры, и определяется форма, которую принимает система под действием полной расчетной нагрузки. 2. Производится расчет на прочность, который заключается в определении усилий в канатах или мембранах и определении их сечений. 3. Производится расчет по деформациям, в задачи которого входят: определение вида и сечения стабилизирующих конструкций из условия максимально допустимых кинематических перемещений под действием временных нагрузок, а также проверка упругого прогиба от временных нагрузок. Проверка гибкой нити на прочность выполняется по формуле T/An Ry , где T — расчетное усилие растяжения нити, An — — площадь сечения, нетто, Ry – расчетное сопротивление металла по пределу текучести, — коэффициент условий работы элементов. Для канатов диаметр подбирается по разрывному усилию в канате Nun. Величины Nun приводятся в справочниках. Расчетное усилие Т в гибкой нити определяется по формуле , где Н — значение распора, определяемое из выражения (рис.12.3.а) H = M l/2/f, M l/2- балочный момент в середине пролета, f — стрела провеса нити, Q — вертикальная составляющая, определяемая как поперечная сила в шарнирно опертой балке пролетом l. При учете упругих деформаций нити распор в середине пролета определяется выражением (при f / l < 1/20) H = M l/2/( f+ ), где .- дополнительный провес от удлинения нити. Для нерастяжимой нити (при f / l > 1/20) распор в середине пролета при равномерно распределенной нагрузке определяется выражением н= q l2/ 8f В большинстве случаев при действии различных временных нагрузок ординаты линии равновесия нити (рис. 12.3.б) заранее неизвестны. Поэтому распор Н определяют по заданным схемам загружения и длине нити L до ее загружения (длина заготовки). В справочной литературе приводятся формулы для определения распора Н. Расчет однопоясных систем в виде параллельных и радиальных вант сводится к приведенному выше расчету одиночной нити. Расчет тросовых и комбинированных ферм с треугольной решеткой не отличаются от расчета ферм с жесткими стержнями. Сжимающие усилия в погашаются усилиями предварительного напряжения и гибкие стержни всегда остаются растянутыми. Снижение деформативности висячих покрытий можно достичь в большей степени за счет уменьшения кинематических перемещений (стабилизация покрытия) и в меньшей степени за счет уменьшения упругого прогиба (повышение жесткости покрытия). Уменьшение прогиба достигается увеличением стрелы провеса, увеличением сечения несущих канатов, предварительным напряжением тросовых элементов. Стабилизация покрытия может быть обеспечена следующими способами: увеличением массы покрытия, применением нитей, жестких на изгиб, созданием предварительного напряжения, введением специальных стабилизирующих элементов. При стабилизации увеличением массы покрытия используются железобетонные плиты, укладываемые на свободно висящие нити, после чего пригружаются балластом, швы замоноличивают и после набора прочности бетона швов снимается балласт. Под действием упругих деформаций канатов, возникающих после разгрузки, плиты обжимаются, и покрытие превращается в висячую предварительно напряженную оболочку, армированную канатами. При продольной стабилизации нитей специальными гибкими элементами образуются различные двухпоясные системы: с фиксирующими раскосами, тросовые фермы с безраскосной стоечной решеткой и с раскосной решеткой. В этих фермах пояса, направленные выпуклостью вниз, называются несущими, а противоположные им пояса (стабилизирующими). Введение жестких стабилизирующих элементов превращает систему в комбинированную. При поперечной стабилизации несущие (вогнутые) нити пересекаются стабилизирующими (выпуклыми) нитями, в результате чего образуются седловидные сети отрицательной гауссовой кривизны (гиперболические параболоиды). 5. Конструирование и расчет узлов Висячими покрытиями можно перекрывать помещения особенно больших размеров (стадионы, спортзалы, выставочные павильоны, рынки, кинотеатры, крупные производственные здания). Образуются они из системы вант (гибких капотов), удерживаемых на жесткой опорной конструкции (кольцах, рамах, арках), и кровельного ограждения из сборных плит (железобетонных с применением легкого бетона, армоцементных, многослойных или иных). Различают висячие покрытия с одиночной системой вант, имеющие поверхности однозначной или разнозначной кривизны, и с двойной системой вант. Висячими покрытиями можно перекрывать помещение любого очертания в плане — прямоугольные, круглые, овальные, многоугольные и иные. Висячие покрытия устраивают достаточно пологими, их стрела провисания f в центре покрытия составляет обычно 1/10…1/25 долю основного размера плана. Ванты в висячих покрытиях применяют с радиальным расположением в плане , с ортогональным, а также полигональной системы. Висячие покрытия монтируют без использования лесов и подмостей. В этом их существенное преимущество перед другими пространственными покрытиями. Чтобы обеспечить стабильность геометрической формы, железобетонные висячие покрытия необходимо предварительно напрягать.

Заключение

Номенклатура изготавливаемых строительных металлических конструкций весьма разнообразна, поэтому производство их в основном универсальное (серийное), в отдельных случаях – индивидуальное. При изготовлении элементов металлических конструкций используют главным образом два вида соединений – сварное и болтовое. В номенклатуру строительных металлических конструкций входят: а) сплошностенчатые конструкции: колонны из прокатных профилей и сварные из листовых элементов, листовые конструкции (резервуары, бункера, силосы, трубопроводы, вытяжные трубы, кожухи доменных печей и других металлических агрегатов, мембранные покрытия, подкрановые балки, элементы балочных клеток); б) плоские и пространственные стержневые конструкции (стропильные и подстропильные фермы, сквозные колонны, различного типа опоры, ветровые и связевые фермы, отдельные связевые элементы, секции, структурные покрытия и стены, мачты и башни, пространственная обвязка вытяжных труб, элементы градирен, светоаэрационных фонарей, каркасы шахтных копров, эстакады, фермы транспортерных галерей); в) несущие и ограждающие конструкции покрытий (прогоны, стальные и алюминиевые профилированные листы, каркасы кровельных панелей, каркасы подвесных потолков, щиты покрытий и т. д.). Рассматривая свойства металлов с технологической точки зрения, обычно выделяют две стороны вопроса: – как влияют свойства стали на построение технологического процесса; – какое влияние оказывают технологические процессы на свойства стали. Поэтому технологические свойства стали делят на первичные и вторичные. К первым относятся свойства, с которыми стальной металлопрокат прибывает на завод металлических конструкций с завода-изготовителя; ко вторым – свойства, приобретенные металлом после одной или нескольких технологических операций, выполненных при изготовлении конструкции. После правки, гибки, вальцовки, т. е. операций, связанных с пластическими деформациями, металл приобретает наклеп, который увеличивает прочность стали, но повышает хрупкость обрабатываемого металла. После кислородно-газовой резки на кромках изготавливаемых деталей образуются зоны закалки, которые являются источниками хрупких трещин, повышения прочности стали и снижения ее пластичности. Появление вторичных свойств металла, негативно влияющих на работу стали, требует дополнительных трудозатрат на удаление указанных выше зон, так как при разработке проектной документации, при расчете конструкций, учитываются первичные свойства. Современное производство металлоконструкций представляет собой совокупность достаточно большого количества технологических операций, различных по способу воздействия их на металл, что делает технологическое проектирование сложным. Проектирование технологического процесса усложняется еще и тем, что в металлических конструкциях применяют стали многих марок, получаемых различными способами выплавки и прокатки и в связи с этим обладающих многообразием технологических свойств. Только исчерпывающие сведения о технологических свойствах стали позволяют повысить надежность процессов, обеспечить хорошее качество конструкций и сократить время для их изготовления.

Библиографический список используемых источников

1. Металлические конструкции. Специальный курс./Под ред. Е.И. Беленя — М.: Стройиздат, 1982.-стр.168-257. 2. Н.М. Кирсанов. Висячие и вантовые конструкции — М.: Стройиздат, 1981.-158с. 3. Г.А. Нехаев. Основные положения теории и примеры расчета висячих конструкций. — Тула: РИО ТулПИ, 1986.-92с. 4. СНиП II-23-81*. Стальные конструкции. 5. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. 6. Абаринов А. А. Составление деталировочных чертежей металлических конструкций. М. : Стройиздат, 1978. 7. Воронов Е. Л., Колесниченко Л. Ф. Оборудование заводов металлических конструкций. М. : Машиностроение, 1972. 8. ГОСТ 2312-78. Балки подкрановые стальные для мостовых электрических кранов общего назначения грузоподъемностью до 50 т. Введ. 01.01.1979; срок действия до 01.01.84. Группа Ж 34. СССР. 9. ГОСТ 2318-2012. Межгосударственный стандарт. Конструкции стальные строительные. Общие технические условия. Введен 2013-07.01. 10. ГОСТ 23119-78. Фермы строительные стальные сварные с элементами из парных уголков для производственных зданий. Введ. 01.01.1979; срок действия до 01.01.1984. Группа Ж 34. СССР. 11. СП 53-101-98. Изготовление и контроль качества стальных строительных конструкций. М. : ГУП ЦПП. Введ. в развитие ГОСТ 23118. 12. Крохалев В. Г., Москалев В. И. Технология изготовления металлических конструкций : учеб. пособие. Свердловск : Изд-во УПИ им. С. М. Кирова, 1983. 13. Все для надежной сварки : интернет-учебник. Svarkainfo.ru. НПФ Шторм.