Глава i металлические кровельные конструкции (стр. 5 )

Области применения алюминиевых конструкций. Конструкции из алюминия благодаря малой массе, высокой стойкости против коррозии, хладостойкости, антимагнитности, отсутствию искрообразования, долговечности и хорошего вида находят применение во многих областях строительства. Большое распространение они получают в труднодоступ­ных, сейсмических и северных районах страны. Особенно выгодно применять алюминий в конструкциях, сочетающих ограждающие и несущие функции. К таким конструкциям относятся па­нели перекрытий и стен, листовые перекрытия больших пролетов. Рационально применять алюминий при перекрытии больших пролетов арками, куполами, складками и другими конструкциями. Он применя­ется в башнях и мачтах, затворах плотин, резервуарах, в сборно-разбор­ных перевозимых конструкциях. Большое применение алюминий полу­чил в переплетах, витражах и изделиях для внутренней и внешней от­делки зданий.

3. Вопросы для самоконтроля

Какие стали используются для изготовления металлических конструкций Изобразите диаграмму напряжений стали обычной прочности На какие группы по прочности делятся стали. От чего зависят механические свойства стали. Перечислите добавки, повышающие прочность стали. Области применения стали разных классов и марок. Свойства алюминия и методы его упрочнения. Какие сплавы алюминия применяют в строительстве.

9. Области применения алюминиевых  конструкций.

ГЛАВА III

КРОВЛИ ПО МЕТАЛЛИЧЕСКИМ ФЕРМАМ

1. Общие сведения

Ферма — это сквозная конструкция, состоящая из стержней, соединенных в узлах и образующих геометрически неизменяемую систему (рис. 9). Ферма имеет верхний и нижний пояса и решетку. Вертикальные элементы решетки называются стойками, а наклонные — раскосами. Расстояние между узлами фермы (вдоль пояса) называется панелью.

Если нагрузка приложена в узлах, то элементы фермы испы­тывают центральное сжатие или растяжение. При этом напряже­ния по сечениям элементов распределены равномерно, поэтому материал в фермах используется более рационально, чем в балках.

Рис. 9. Кровли по металлическим фермам:

1-панель верхнего пояса; 2-панель нижнего пояса; 3 –нисходящий  раскос;

4 –восходящий раскос; 5 – стойка; 6 – узел

Фермы экономичнее балок по расходу материала, но более трудоемки в изготовлении, поскольку имеют большое число деталей. С увеличением перекрываемых пролетов и уменьшением нагрузки эффективность ферм по сравнению со сплошностенчатыми балками растет.

Стальные фермы получили широкое распространение во многих областях строительства: в покрытиях и перекрытиях промышленных и гражданских зданий, мостах, опорах линий электропередачи, объектах связи, телевидения и радиовещания (башни, мачты), транспортерных галереях, гидротехнических затворах, грузоподъемных кранах и т. д. 

Фермы бывают плоскими (все стержни лежат в одной плоскости) и пространственными.

Плоские фермы могут воспринимать нагрузку, приложенную только в их плоскости, и нуждаются в закреплении из своей плоскости связями или другими элементами.

Пространственные фермы образуют жесткий пространственный брус, способный воспринимать нагрузку, действующую в любом направлении. Каждая грань такого бруса представляет собой плоскую ферму. Примером пространственного бруса может служить башенная конструкция.

В зависимости от назначения, архитектурных требований и схемы приложения нагрузок фермы могут иметь самую разнообразную конструктивную форму. Их можно классифицировать по следующим признакам: статической схеме, очертанию поясов, системе решетки, способу соединения элементов в узлах, величине усилия в элементах.

По статической схеме фермы бывают: балочные (разрезные, неразрезные, консольные), арочные, рамные и вантовые.

В покрытиях зданий, мостах, транспортерных галереях и других подобных сооружениях наибольшее применение нашли балочные разрезные системы. Они просты в изготовлении и монтаже, не требуют устройства сложных опорных узлов, но весьма металлоемки. При больших пролетах (более 40 м), разрезные фермы получаются негабаритными и их приходится собирать из отдельных элементов на монтаже.

При числе перекрываемых пролетов два и более применяют неразрезные фермы. Они экономичнее по расходу металла и обладают большей жесткостью, что позволяет уменьшить их высоту. Но как во всяких внешне статически неопределимых системах, в неразрезных фермах при осадке опор возникают дополнительные усилия, поэтому их применение при слабых просадочных основаниях не рекомендуется. Кроме того, необходимость создания неразрезности усложняет монтаж таких конструкций.

Консольные фермы используют для навесов, башен, опор воздушных линий электропередач. Рамные системы экономичны по расходу стали, имеют меньшие габариты, однако более сложны при монтаже. Их применение рационально для большепролетных зданий.

Применение арочных систем, хотя и дает экономию стали, приводит к увеличению объема помещения и поверхности ограждающих конструкций. Их применение диктуется в основном архитектурными требованиями.

В вантовых фермах все стержни работают только на растяжение и могут быть выполнены из гибких элементов, например стальных тросов. Растяжение всех элементов таких ферм достигается выбором очертания поясов и решетки, а также созданием предварительного напряжения. Работа только на растяжение позволяет полностью использовать высокие прочностные свойства стали, поскольку снимаются вопросы устойчивости. Вантовые фермы рациональны для большепролетных перекрытий и в мостах. Промежуточными между фермой и сплошной балкой являются комбинированные системы, состоящие из балки, подкрепленной снизу шпренгелем или раскосами, либо сверху аркой. Подкрепляющие элементы уменьшают изгибающий момент в балке и повышают жесткость системы. Комбинированные системы просты в изготовлении (вследствие меньшего числа элементов) и рациональны в тяжелых конструкциях, а также в конструкциях с подвижными нагрузками. Весьма эффективно применение комбинированных систем при усилении конструкций, например, подкрепление балки, при недостаточной ее несущей способности, шпренгелем или подкосами.

2. Кровельные конструкции

Стропильные фермы служат для поддержания кровельных кон­струкций и восприятия действующих на кровлю нагрузок. Кон­струкции кровли вместе со стропильными фермами и связями образуют кровельное покрытие производственного здания. Основ­ное назначение кровельного покрытия состоит в защите помеще­ний от атмосферных воздействий: снега, дождя, холода и т. д. Различают два типа покрытия: беспрогонное и прогонное (с про­гонами).

2.1. Беспрогонное покрытие

В этом покрытии непосредственно на верхние пояса стропиль­ных ферм опираются крупноразмерные железобетонные ребристые плиты (рис. 10). Каждая плита крепится к поясам ферм путем приварки ее закладных деталей не менее чем в трех точках (по углам).

Стандартные ребристые железобетонные плиты, выпускаемые по серии 1.465-7, имеют размеры в плане 3x6 или 1,5x6 м и вы­соту продольных ребер 0,3 м, их масса соответственно равна 2,7 и 1,5 т. По серии 1.465-3 выпускаются плиты с размерами в пла­не 3х12 и 1,5х12 м. Высота ребер плит шириной 3 м — 0,45 или 0,455 м и масса изменяется от 5,7 до 7,4 т; высота продоль­ных ребер плиты шириной 1,5 м составляет 0,45 м и масса 5,1 т. Точные размеры типовых плит показаны на рис. 10,б.

В про­дольных ребрах плит размещается предварительно напряженная арматура, от типа и сечения которой зависит несущая способ­ность плит.

Кровли могут быть холодными и теплыми. В холодной кровле после заливки швов между плитами цементно-песчаным раство­ром или бетоном марки не ниже M100 делается асфальтовая или цементная стяжка (выравнивающий слой), а затем наклеивается водоизоляционный ковер из трех-четырех слоев рубероида или другого рулонного материала. В теплой кровле по железобетон­ным плитам укладывается утеплитель (пенобетон, керамзитобетон, жесткие минераловатные плиты и т. д.), а затем уже устраивается, стяжка и наклеивается водоизоляционный ковер.

Чтобы исключить механические повреждения водоизоляционного ковра при хождении по кровле и сбрасывании снега, предусматривается за­щитный слой толщиной 10 мм из мелкого гравия, втопленного в  мастику.

Рис. 10. Беспрогонное покрытие:

а — схема покрытия; б — типовые ребристые железобетонные плиты (в скобках даны размеры для плит длиной 12 м); 1 — стропильные фермы;

2 — плиты

Основным недостатком кровель с применением крупноразмер­ных железобетонных плит является их большая масса, в связи, с чем постоянная расчетная нагрузка от теплой кровли по железо­бетонным плитам составляет 2500—4500 Н/м2 (250—450 кгс/м2). Для уменьшения нагрузки на фермы и другие несущие конструк­ции зданий в беспрогонных покрытиях могут использоваться: плоские керамзитобетонные плиты с размерами в плане 1,5х6 м и 3х6 м и толщиной 0,22 м, армированные стержневой предварительно напряженной арматурой. Преимущество этих плит состоит в том, что они совмещают функции, как несущих конструкций, так и утеплителя, что приводит  к снижению  общей  массы  кровли. Уменьшается также трудоемкость выполнения покрытия, так как отпадает необходимость устройства специального слоя утеплителя.

Значительного снижения массы кровли и, следовательно, уменьшения нагрузок на нижележащие конструкции можно достичь применением легких стальных или алюминиевых панелей шириной 1,5 или 3 метра и длиной 6 или 12 метров. Каркас этих панелей, выполняемый обычно из гнутых профилей, обшивается с двух сторон тонкими листами из стали или алюминиевых сплавов. Между обшивками помещается эффективный утеплитель. Вместо гладких листов обшивки может использоваться  профилирований настил.

Легкие стальные и алюминиевые утепленные панели дороги, поэтому их применение должно быть экономически обосновано. Например, их целесообразно использовать при строительстве в отдаленных или труднодоступных районах, так как при этом значительно снижаются транспортные затраты, и в сейсмических районах, ибо за счет уменьшения массы покрытия значительно уменьшаются инерционные нагрузки на каркас здания.