АПЗ Лек 05_Балки фермы

1. Лекция 5

Несущие конструкции покрытия.
Железобетонные балки и железобетонные фермы.
Большепролетные плоскостные покрытия

2. План лекции

1. Несущие конструкции покрытия.
2. Железобетонные балки и железобетонные фермы.
3. Большепролетные плоскостные покрытия

3. Общие сведения о конструкциях покрытия

• В системе конструкций промышленного здания покрытие выполняет одну из главных ролей.
• Оно определяет долговечность здания в целом, характер внутреннего пространства и нередко внешний
облик здания.
• На покрытие одноэтажного здания приходится 20-30, а иногда 40% стоимости и 30% трудоемкости
строительства.
• Покрытия промышленных зданий, как правило, устраиваются бесчердачными.
• Состоят они из несущих и ограждающих конструкций.
• Несущие конструкции покрытия устраиваются в виде ферм, балок, арок и рам, которые
поддерживают ограждающую часть, придавая ей уклон, соответствующий материалу кровли.
• Ограждающая часть покрытий кроме защиты помещений от атмосферных воздействий вместе с
несущими конструкциями обеспечивают зданиям пространственную жесткость.
• Независимо от типа покрытий, которые могут быть односкатными, многоскатными, плоскими,
шедовыми, криволинейными, они должны иметь хорошую гидроизолирующую способность,
паро- и теплозащиту, соответствующую назначению здания, быть прочными,
пожаробезопасными и коррозионностойкими, индустриальными в возведении, долговечными и
надежными в эксплуатации.
• Одним из главных требований, предъявляемых к покрытию, являются их
малая масса и экономичность.

4.

Вид и материал несущих конструкций покрытия выбирают с учетом:
• - ширины пролетов;
• - шага опор;
• - величины и характера нагрузок на покрытие;
• - вида и грузоподъемности внутрицехового подъемно-транспортного оборудования;
• - типа кровли.
Кроме того, необходимо учитывать район строительства, систему размещаемых под покрытием
коммуникаций и степень агрессивности воздушной среды производства.
Несущими конструкциями плоскостных покрытий, как правило, являются стропильные
конструкции (балки и фермы). В случаях, когда шаг колонн превышает шаг стропильных
конструкций, в состав элементов покрытия вводят подстропильные конструкции.
Подстропильные конструкции устанавливают на колонны в продольном направлении, а на
них опирают стропильные конструкции.
Несущие конструкции плоскостных покрытий выполняются из железобетона, металла,
древесины и комбинированными (металлодеревянными и сталежелезобетонными).
В комбинированных несущих конструкциях более полно используются положительные
свойства каждого материала, например:
- элементы, работающие на сжатие -из железобетона и древесины, а элементы, подверженные
растяжению - из металла.
В виду этого комбинированные конструкции часто имеют повышенную надежность в работе и
большую долговечность.

5.

По теплотехническим качествам покрытия делят на:
утепленные и неутепленные (холодные).
Их выбирают с учетом требований условий микроклимата помещений, климатических
особенностей района строительства и способа удаления снега с кровли здания.
Утепленные покрытия устраивают над отапливаемыми помещениями.
Толщину утеплителя назначают с расчетом, чтобы исключить образование конденсата на
внутренней поверхности покрытия. Ендовы часто делают менее утепленными, нежели основное покрытие,
что способствует их большему прогреву и исключает скопление снега и образование наледей.
Неутепленные покрытия устраивают в неотапливаемых зданиях и с избыточными выделениями
тепла.
По конструктивным схемам покрытия классифицируют на
плоскостные и пространственные.
В плоскостных - несущие и ограждающие конструкции работают в основном независимо друг от
друга.
В пространственных – функции несущих и ограждающих конструкций совмещаются.
Пространственные покрытия, имея криволинейные поверхности рациональной геометрической формы,
обладают высокой жесткостью, позволяют снизить расход материала и целесообразны в зданиях с
пролетами, превышающими 30 м.
Покрытия должны иметь хорошую гидроизоляцию, теплозащиту, должны быть прочными,
долговечными и надежными в эксплуатации, обладать необходимыми огнестойкостью и пожарной
безопасностью, быть индустриальными, иметь простые и надежные узловые сопряжения
конструктивных элементов.

6. Железобетонные стропильные и подстропильные балки и фермы, описание конструкции, область применения

Стропильные балки применяют при устройстве односкатных, многоскатных и
плоских покрытий зданий в пролетах от 6 до 18 м.
Балки односкатных и плоских покрытий имеют прямолинейных верхний пояс,
а балки двух- и многоскатных покрытий – ломаный пояс с уклоном скатов 1:12.
Для перекрытия пролетов 6 и 9 м используют балки таврового сечения с
высотой на опорах 590 и 890 мм, а пролетов 12 и 18 м – двутаврового и прямоугольного
сечений с высотой на опоре 890, 1190 и 1490 мм.
Балки прямоугольного сечения с отверстиями - просты в изготовлении и
облегчают прокладку верхних коммуникаций. Однако на них расходуется больше
бетона по сравнению с балками таврового и двутаврового сечений.
На верхних поясах балок предусматривают закладные элементы для крепления
прогонов или панелей покрытия, на нижних поясах и стенках – закладные элементы
для крепления путей подвесного транспорта, а в опорных частях – стальные листы
для крепления балок к колоннам.
Стропильные балки крепят к колоннам с помощью анкеров, выпущенных из
колонн.
При высоте балок на опоре не более 900 мм используют безанкерный способ
крепления, что позволяет снизить расход стали на узле и трудовые затраты.

7. Стропильные балки двутаврового сечения для плоских и односкатных покрытий: а, в – для плоского покрытия, б – для односкатного

покрытия

8. Что такое стропильная ферма?

Это металлоконструкция, которая состоит из:
стоек, раскосов, обрешетки и других элементов, выполняющих роль «скелета» крыши.
Их используют при строительстве зданий с большими пролетами или сооружений без дополнительных
упоров для передачи кровельных усилий.
При изготовлении металлических ферм применяют стальные профили, часто используют уголки. Более
тяжелые конструкции усиливают таврами и двутаврами, для гидротехнических сооружений используют
круглые, профильные трубы.
Прочностные характеристики фермы зависят от:
формы, которая определяется уклоном крыши,
длиной пролета и расположением чердачного перекрытия.
В зависимости от формы поясов бывают:
• сегментными (арочными);
• полигональными;
• с параллельными поясами;
• треугольными.
Решетки также могут быть:
• безраскосными;
• раскосными;
• треугольными.

9. Перед монтажом кровельная ферма из ЛСТК /легкие стальные тонкостенные конструкции/- собирается на земле и поднимается на

Перед монтажом
кровельная ферма из ЛСТК
/легкие стальные
тонкостенные конструкции/собирается на земле и
поднимается на требуемую
высоту в готовом виде,
затем конструкция
закрепляется на каркасе
здания.

10.

Стропильные фермы передают усилие колоннам (1,7) через монтажные болты (8,9) и
опорные столики (10) с фрезерованными торцами. В горизонтальных полках верхнего и нижнего
поясов, а также в стойках фермы сделаны отверстия для крепления связей. Верхний пояс имеет детали
для установки и крепления фермы фонаря (5) на поперечном разрезе промышленного здания.
Фермы имеют верхний (2) и нижний (11) пояса, которые соединены между собой решеткой из уголков.
Вертикальные элементы решетки - стойки (3), наклонные - раскосы (5). Уголки решетки с
уголками поясов соединяются фасонками (4,6) на сварке.

11. Очертания и системы решётки ферм 

Очертания и системы решётки ферм
а)- фермы с параллельными поясами - наиболее
простая схема
б, е) - трапецеидальные фермы - при рулонных и
мастичных кровлях
в) - полигональные фермы - при больших пролётах
и нагрузках, обеспечивают существенное снижение
массы.
г, ж, з, и) - треугольные фермы - при кровлях из
волнистых, асбестоцементных листов, черепицы,
кровельной стали и др. материалов, требующих
крутых (25÷45˚) уклонов.
к) - крестовая решётка с гибкими диагоналями - в
фермах, работающих на знакопеременную нагрузку
л, м) – полураскосная и ромбическая решётки имеют две системы раскосов, обладают большой
жёсткостью и целесообразны при воздействии на
фермы больших поперечных сил.

12. Что такое подстропильная ферма?

Это вспомогательный элемент стропильной металлоконструкции, который используют в качестве ее
основы.
Он необходим при недостаточной длине стропильной фермы ‒ если она меньше, чем расстояние между
колоннами.
Подстропильные фермы усиливают в опорных местах.
Их устанавливают в продольном направлении, монтируют к закладным деталям. Опирают на монтажный
столик, который воспринимает вертикальные нагрузки.
Виды подстропильных ферм:
• под скатную крышу;
• для кровель с малым уклоном;
• со стойками для малоуклонных крыш с преднапряженной арматурой;
• для перекрытий полного пролета.
В чем разница между стропильной и подстропильной фермами?
Стропильные фермы - кровельное основание как стандартные стропила.
Их конструктив различен: трапециевидные, сегментные, параллельные, криволинейные.
Разнообразие конфигураций позволяет наиболее рационально рассредоточить нагрузку на крышу, а также
обеспечить устойчивость всей металлоконструкции.
Подстропильные фермы - основание стропильных систем при большом расстоянии между несущими
колоннами и / или стенами. Устанавливают такие элементы продольно, поскольку опоры стоят поперечно, что
обеспечивает повышенную устойчивость строения.
Подстропильные конструкции также снабжены параллельными поясами и стойками, фиксирующими
стропильные кровельные элементы.

13.

Подстропильные фермы соединяют колонны (2) одного ряда между собой. На подстропильные
фермы опираются стропильные фермы (6). Обычно стропильные фермы располагают на расстоянии
6 м одну от другой, поэтому подстропильные фермы устанавливают на колонны, расположенные в 12
м одна от другой и более. Верхние вертикальные связи (1,7) воспринимают ветровую нагрузку,
действующую на торцевые стены, и обеспечивают продольную жесткость верхней части каркаса.
Нижние вертикальные связи (5) воспринимают усилия от связей (1,7), а также нагрузку от
продольного торможения кранов и передают их на фундаменты колонн, обеспечивая продольную
жесткость всего каркаса.
Монтажная схема колонн
1,7- верхние вертикальные связи
2- колонна
3 - подкрановая балка
4,6 - подстропильная и
стропильная фермы
5 - нижние вертикальные связи

14. Стропильная и подстропильная фермы

15. Большепролетные покрытия

Архитектурные и конструктивные решения большепролетных конструкций
отличаются значительным разнообразием.
Они подразделяются на плоскостные и пространственные.
К плоскостным конструкциям относят такие, у которых каждый несущий элемент,
перекрывающий пролет, работает только в своей вертикальной плоскости.
Пространственные большепролетные конструкции - передают на опорные
элементы нагрузки, направление и величина которых определяются статистической
схемой работы данного покрытия, его габаритами, собственной массой, временными
нагрузками.
Пространственные конструкции
Структуры представляют собой перекрестную систему балок или ферм с
параллельными поясами.
Структуры выполняют решетчатыми из труб или уголков.
Они пересекаются в горизонтальных, наклонных плоскостях и могут быть
металлическими, железобетонными и деревянными.
Благодаря особой архитектурной выразительности интерьеров, экономическому
использованию высоты помещения, редкому расположению опор эти конструкции находят
широкое применение в покрытиях гражданских зданий.

16.

Висячие конструкции
Висячие конструкции – это наиболее эффективные конструкции большепролетных конструкций
большепролетных покрытий.
Висячими называют все виды покрытий, у которых основная несущая конструкция, перекрывающая
пролет, работает на растяжение.
Важным преимуществом этих конструкций является возможность перекрывания пролета без
промежуточных опор.
Висячие конструкции находят все более широкое применение в большепролетных сооружениях
общественного назначения:
крытых стадионах, плавательных бассейнах, выставочных павильонах, крытых
рынках, вокзалах, концертных залах, сельскохозяйственных постройках, складах большой емкости и др.
Вантовые покрытия
Вантовыми покрытиями называются покрытия - пролетная часть которых образована сетью
несущих гибких нитей (вантов) с последующей укладкой на нее ограждающих элементов без обеспечения
совместной работы их между собой и с опорным контуром.
Обладая относительно небольшой стрелой подъема или провисания (1/201/25 пролета), эти
покрытия
обеспечивают
наименьшую
строительную высоту здания, уменьшают внутренний объем и снижают расходы на систему отопления и
эксплуатацию здания.
Висячая вантовая конструкция может быть возведена над зданиями любого очертания в плане, при этом
на одном и том же плане возможно устройство покрытий, имеющих разную форму поверхности.
Обладая большими возможностями формообразования, вантовые покрытия предопределяют
архитектурную выразительность здания.

17.

а - проект крытого катка в
Калининграде;
б - проект спортивного зала в
Душанбе;
1 - висячее покрытие с
жесткими нитями;
2 - железобетонный опорный
контур;
3 - железобетонные рамы
трибун
Схемы
покрытий
с
параллельными вантами:
1 - несущие нити (ванты);
2 - плиты кровли;
3 - балки опорного контура
Схемы висячих оболочек с
радиальными вантами:
а) вогнутое
б) шатровое покрытия
1 - колонны. 2 - наружное опорное кольцо,
3 - ванты, 4 - центральное кольцо.
5 - водоотводящая труба.
6 - центральная стойка в виде колонны

18.

Мембраны
Мембрана - тонкая гибкая сплошная пластина, которая обладает весьма высокой прочностью на растяжение, но ничтожно
малой, практически приближающейся к нулю изгибной жесткостью.
Ее толщину - назначают по конструктивным соображениям. Мембраной могут быть перекрыты пролеты 100-120м при
толщине алюминиевых листов не более 1,5 мм.
Мембраны образуются из стальных или алюминиевых сплошных листов или лент, искусственных пленок или
специальных тканей, выполняющих функции основного несущего конструктивного элемента, и ограждающей (кровельной ) конструкции.
Пространственные тонколистовые алюминиевые конструкции имеют ничтожно малую массу, достаточно просты в
изготовлении и монтаже, поэтому находят все большее применение в покрытиях большепролетных сооружений.
Купола
Купол - пространственная конструкция выпуклого покрытия здания или сооружения круглой, эллиптической или
многоугольной формы в плане.
Купола являются наиболее экономичной формой покрытия гражданских и промышленных зданий.
В отличие от сводчатых покрытий, купольные имеют не линейную, а центрическую композицию объемно - пространственной
структуры.
Работают купола в основном на сжатие с передачей на опоры не только вертикальной нагрузки, но и распора.
В последнее время значительное распространение получили металлические конструкции купольных покрытий.
По конструкции купола могут быть:
гладкими (оболочки), ребристыми, парусными и волнообразными - из железобетона; ребристыми и сетчатыми - из металла.
Своды
Своды-оболочки двоякой кривизны - для покрытия прямоугольных в плане помещений.
Они опираются по четырем сторонам на диафрагмы (фермы, арки, стены).
К ним по конструктивным особенностям относят также сферические парусные оболочки.
Бочарные своды - имеют продольную ось, изогнутую по кривой с выпуклостью кверху, чаще всего очерченной по окружности.

19.

Купола:
а - геометрические формы:
сферическая, коноидная,
параболическая, эллиптическая;
б - конструктивные формы:
гладкая сферическая, граненая
стрельчатая, сетчатая ребристая.
ребристо-кольцевая, волнистая;
в - схемы передачи распора:
через наклонные опоры на опорное
кольцо в грунте, на опорное кольцо на
колоннах, на внутреннее стальное кольцо
Покрытие крытого стадиона
"Олимпийский" (Москва).
План, разрезы:
1 - колонны;
2 - опорное кольцо;
3- мембрана;
4 - стабилизирующие фермы "постели";
5 - центральная стальная плита;
6 - рама для подвески акустического занавеса
Развитие складчатого и
волнистого свода из
простого арочного

20.

Схемы тонкостенных пространственных конструкций покрытий и перекрытий
а - призматические складки;
б - оболочки нулевой гауссовой кривизны;
в - оболочки положительной гауссовой кривизны;
г - то же, отрицательной;
д - оболочки с вертикальной осью вращения;
е - оболочки с горизонтальной осью вращения;
ж - тороидальные оболочки разнозначном, гауссовой
кривизны;
з - многогранники;
и - то же, шатрового типа;
1 - балочная складка с треугольным поперечным
сечением;
2 - то же, с трапециевидным;
3 - то же, со сводчатым (призматические выпуклые
складки);
4 - свод-оболочка;
5 - длинные цилиндрические оболочки;
6 - то же, короткие;
7 - коническая оболочка;
8 - купол;
9 - тороидальная оболочка;
10 - бочарные своды;
11 - гиперболические оболочки;

21.

Схемы тонкостенных пространственных конструкций покрытий и перекрытий
к - составные оболочки;
л - то же, из гиперболических треугольных
сводов;
м - панели-оболочки размером на пролет
покрытия (КЖС) и ненарушенные оболочки
размером на ячейку здания;
н - неразрезные оболочки;
12 - покрытие с треугольным планом из
оболочек положительной и отрицательной
гауссовой кривизны;
13 - то же, с полигональным планом;
14 - покрытие из составных гипаров;
15 - панели-оболочки КЖС;
16 - вспарушенные плиты-оболочки;
17 - многоволновые оболочки;
18 - многопролетные оболочки