Легкие металлические конструкции

1.

Донбасская национальная академия строительства и архитектуры
ЛЕКЦИЯ 1
Легкие металлические конструкции
Лектор: Алёхин Андрей Михайлович

2.

1.1. Легкие рамные здания
1.1.1. Общая характеристика зданий из легких металлоконструкций
Основные виды легких зданий:
– здания с покрытиями из гнутосварных труб («Молодечно»);
– здания с пространственно-стержневой системой покрытия («Москва»,
«Кисловодск»);
– одноэтажные легкие рамные здания производственного назначения
Особенностью легких рамных зданий является расположение основных несущих
конструкций – рам – в поперечном направлении, а также использование прокатных
элементов для ригелей и колонн рам. В продольном направлении рамы соединены друг
с другом посредством связей. Поэтому такие каркасы называются рамно-связевыми.

3.

Рис. 1.1. Здание с покрытиями из гнутосварных труб типа «Молодечно»

4.

Рис. 1.2. Здание с пространственно-стержневой системой покрытия типа «Кисловодск»

5.

Рис. 1.3. Общий вид каркаса легкого рамного здания

6.

Рис. 1.4. Общий вид каркаса легкого рамного здания

7.

Каркас одноэтажного здания состоит из конструкций:
– основные несущие поперечные рамы;
– связи между рамами;
– ограждающие конструкции, включая несущие конструкции ограждения – прогоны
и ригеля;
– фундаменты для передачи нагрузок с несущих конструкций на основание.
Структура стоимости простого одноэтажного здания: рамы и связи – 30 %,
прогоны – 10 %, ограждение – 50 %, фундаменты – 10 %.

8.

горизонтальные
связи
прогон
ригель
тяжи
фахверк
распорка
вут
колонна
Рис. 1.5. Каркас легкого рамного здания

9.

1.1.2. Несущие конструкции каркаса легких рамных зданий
Системы несущих каркасов для легких одноэтажных производственных зданий
можно разделить на три основные группы:
1) сплошностенчатые рамные системы жестко или шарнирно соединенные с
фундаментами;
2) сплошностенчатые системы рамно-балочного типа;
3) решетчатые рамные системы.
Рис. 1.6. Типы
поперечных рам:
а - сплошностенчатые;
б - решетчатые;
в - рамно-балочные

10.

Рис. 1.7. Сплошностенчатая поперечная рама

11.

По форме конструктивных элементов сплошностенчатых рам существующие
решения и предложения можно классифицировать следующим образом:
1) сечения из сварных двутавров;
2) сечения замкнутые гнутосварные с тонкими стенками, усиленными гофрами;
3) сечения из развитых по высоте прокатных двутавров.
Рис. 1.8. Типы сечений
сплошностенчатых рам:
а - из сварных двутавров;
б - замкнутые;
в - развитые по высоте

12.

Рис. 1.9. Развитое по высоте сечение сплошностенчатых рам
(перфорированный двутавр)

13.

Рис. 1.10. Развитое по высоте сечение сплошностенчатых рам
(гофрированный двутавр)

14.

Виды рам:
– простые жесткие рамы;
– портальные рамы с вутами или с элементами переменного сечения;
– рамы с решетчатым ригелем.
Рис. 1.11. Виды однопролетных рам:
а) двухшарнирная; б) трехшарнирная; в) жесткая;
г) с затяжкой

15.

Простые рамы с плоским ригелем характеризуются особенностями:
1. Используются при пролетах до 10 м.
2. Уклон кровли для обеспечения водоотвода осуществляется путем создания
строительного подъема ригеля или изменения сечения прогонов.
3. Сечения элементов рамы – прокатные двутавры, для ригеля – балочные, для
колонн, кроме балочных, могут быть применены широкополочные профили.
4. Сжатый пояс ригеля закрепляется из плоскости рамы прогонами. Прогоны и
ригели фахверка могут отсутствовать, тогда устойчивость элементов и передача
продольных нагрузок осуществляется через напрягаемую обшивку.
Портальные рамы характеризуются следующими особенностями:
1. Уклон кровли обеспечивается наклоном ригелей. Архитектурным требованием
является уменьшение наклона кровли, обычным является наклон 6 (1/10),
используются уклоны и до 1 .
2. Элементы рамы имеют двутавровое сечение. В карнизных узлах могут быть
устроены вуты, длиной 0,1 пролета, путем приварки обрезанного двутавра. Высота
сечения колонны обычно чуть больше сечения наклонного ригеля.

16.

3. Портальные рамы с элементами переменного сечения широко используются в США
(системы фирмы «Батлер»). Изменение толщины стенки, ширины поясов и высоты
сечения позволяет достичь значительной экономии стали.
4. Портальные рамы особенно экономичны при пролетах до 40 м, эффективным
является также многопролетное решение с пролетами 20…30 м. Портальные рамы могут
быть использованы для пролетов до 75 м.
Рамы с решетчатым ригелем (фермой):
1. Фермы легче балок при пролетах более 25 м, однако из-за высокой трудоемкости
изготовления становятся экономичными при пролетах более 50 м.
2. Рамы располагаются с шагом 6…8 м. В этом случае получается более экономичное
решение для несущих конструкций ограждения из гнутых профилей.
3. Фермы обладают значительно большей жесткостью, чем балки, поэтому эффективны
при больших нагрузках на ригель – от подвесных кранов, технологического оборудования,
коммуникаций.

17.

Рис. 1.12. Здание с портальной рамой и двутаврами переменного сечения

18.

Типы сечений элементов рамы:
1. Сплошные из прокатных сечений – двутавры или спаренные швеллера.
2. Сплошные прокатные с вутами.
3. Сварные двутавровые сечения с переменной высотой стенки – из них выполняют
рамы с элементами переменного сечени.
4. Из гнутосварных элементов открытого профиля

19.

1.1.3. Рамы из перфорированных двутавров
Рис. 1.13. Рамы с ригелями из перфорированных двутавров

20.

Рис. 1.14. Перфорированный двутавр

21.

Высота развитого двутавра постоянного сечения с перфорированной стенкой:
Hсон= 2(h – z0)
z0 - минимально допустимое по технологическим требованиям расстояние между
внешней гранью двутавра и кромкой реза.
Степень развития прокатного профиля Нсоп/h рекомендуется принимать в пределах
до 1,5.
hef/t≤(E/Ry)^1/2

22.

1.1.4. Рамы с элементами переменной жесткости
из прокатных двутавров
Рис. 1.15. Рама переменной жесткости

23.

Рис. 1.16. Конструктивные схемы рам переменной жесткости

24.

1.1.5. Облегченные рамы малых пролетов
Рис. 1.17. Варианты технических решений облегченных рам пролетом 12 м

25.

Рис. 1.18. Варианты технических решений облегченных рам пролетом 12 м

26.

1.1.5. Узлы поперечной рамы
Рис. 1.19. Конструктивные решения рамных узлов:
а — коньковый узел; б...д — карнизные узлы

27.

Рис. 1.20. Карнизный узел рамы переменной жесткости

28.

Рис. 1.21. Конструкции фланцевых узлов

29.

1.1.6. Компоновка каркаса
горизонтальные
продольные
связи
горизонтальные
поперечные
связи
рама
вертикальные
связи
Рис. 1.22. Схема связей в легком здании

30.

1.1.7. Конструкции ограждения
В состав ограждения входят:
– несущие конструкции ограждения – прогоны и ригели стенового ограждения;
– непосредственно ограждение – защитные конструкции из профилированного настила.
Несущие конструкции ограждения характеризуются особенностями:
1. Сечения прогонов и ригелей ограждения: обычные из фасонного проката – швеллеров
и двутавров и облегченные из гнутых профилей.
2. Прогоны могут быть как разрезные однопролетные, так и неразрезные двух- и
трехпролетные. Длина пролета соответствует шагу рам – от 4,5 до 10 м, наиболее
употребительный шаг 6…6,5 м. Шаг прогонов определяется принятым пролетом профнастила
и условием устойчивости ригеля из плоскости рамы. Обычное решение – 1,5…2 м.
3. Для облегченных профилей ригелей стен или при расположении прогонов на
наклонном ригеле необходимо устройство тяжей для закрепления относительно слабой оси.
4. Профнастил крепится к прогонам с помощью самонарезных болтов и обеспечивает
устойчивость прогонов из плоскости изгиба.
5. Сечения прокатных профилей подбираются расчетом как для обычной балки с учетом
пластических деформаций, для гнутых профилей имеются таблицы предельных нагрузок.

31.

Виды ограждения металлическими несущими элементами:
– однослойные из трапециевидного профилированного настила;
– двухслойные полистовой сборки из трапециевидного профилированного настила;
– двухслойные полистовой сборки со стоячим фальцем;
– из многослойных панелей.
профнастил
(ограждающий)
утеплитель
промежуточный
элемент
профнастил
(несущий)
прогон
Рис. 1.23. Двухслойное покрытие

32.

Рис. 1.24. Однослойный профнастил

33.

Рис. 1.25. Панели «сэндвич»