Как найти связи в строительстве

Связи этого типа включают горизонтальные связи по покрытию (продольные и поперечные) и вертикальные связи по крайним и средним стойкам рам (рис. 1 а).
В большинстве случаев, местоположение горизонтальных и вертикальных связей и общие принципы их конструирования назначаются в соответствии с действующими нормами и зависят от длины здания, исполнения ограждающих конструкций (теплое или холодное здание), климатического района и т.д. В зданиях с рамами полигонального очертания нет четкого разделения связей на горизонтальные и вертикальные, но общие принципы их проектирования сохраняются такими же.
Вместе с тем, проектирование связей для обеспечения общей устойчивости и неизменяемости зданий с рамными конструкциями переменного сечения имеет некоторые особенности.
В отличие от связевых систем, применяемых в каркасах с решетчатыми ригелями, связи в зданиях с рамными сплошностенчатыми конструкциями устраивают обычно только в уровне верхнего пояса ригеля и наружного пояса крайних стоек (рис. 1 б). Это связано с относительно небольшой высотой сечения элементов рам, составляющей от1/20 до 1/60 от величины пролета, в отличие от 1/8-1/12 для решетчатых ферм; удобством монтажа и совмещением функций прогонов кровли и связей. Раскрепление нижней полки ригеля рамы и внутренней полки крайних стоек от закручивания и потери устойчивости при этом осуществляется специальными связями.

Основными элементами связей для обеспечения общей устойчивости и неизменяемости каркаса являются гибкие предварительно напряженные крестовые связи, распорки и диафрагмы (рис. 2 а). Наиболее часто применяются связи из круглой углеродистой или низколегированной стали диаметром 16-30 мм. Применение связей большего диаметра связано со сложностями их монтажа и значительным провисанием под собственным весом. Расчетное сопротивление связей принимается согласно как для растянутых болтовых соединений с коэффициентом условия работы для затяжек, подвесок γс = 0,9.

Предварительное натяжение гибких связей сопоставимо с усилиями в них от внешней нагрузки, и приводит к появлению дополнительных усилий в конструкциях рам и связевых блоков (распорок, диафрагм и т.д.), которые должны быть учтены при расчете.
Для распорок обычно используются элементы замкнутого сечения из круглых или прямоугольных труб с монтажными болтовыми соединениями (рис. 2 б). Некоторые конструктивные решения узлов распорок приведены на рис. 2 в. Несущая способность узлов крепления определяется согласно работе. При конструировании узлов тонкостенных распорок (толщина стенок 2,5-4 мм) рекомендуется избегать сложных в производстве прорезных ребер. Для повышения несущей способности узлов таких распорок, более эффективным является применение опорных фасонок в виде гнутых швеллера, уголка или Z-профиля (см. рис. 2 в).

В узлах жесткого сопряжения ригеля с крайними стойками, а также в местах опирания ригеля на средние колонны распорки связевого блока обычно объединяются со связями, предотвращающими закручивание узла и потерю устойчивости рамных конструкций по изгибно—крутильной форме (рис. 3 а). При этом образуются диафрагмы, соединяющие пояса соседних рам и препятствующие их повороту. Таким образом, на диафрагмы одновременно действуют нагрузки, передающиеся со связевого блока и поперечные нагрузки с раскрепляемых рам. Эти нагрузки могут действовать в одном или различных направлениях, поэтому при расчетах диафрагм следует использовать две расчетных схемы (рис. 3 б). При расчете поясов диафрагм принимается, что узлы рам поворачиваются в разные стороны, а при расчете решетки — в одну сторону.
Обычно диафрагмы выполняются в виде решетчатых конструкций. При малых расстояниях между поясами вместо решетки может использоваться сплошной гладкий или гофрированный лист. При большой высоте раскрепляемых ригелей применяются диафрагмы с раздельными элементами поясов и решетки. В ряде случаев диафрагмы выполняются в виде жестких рам. Различные схемы диафрагм представлены на рис. 3 в.
Для сокращения расхода стали, сечение связей может меняться в пределах связевого блока в зависимости от величины действующих усилий. При больших усилиях, для вертикальных связей возможно применение спаренных ветвей из круглой стали или их замена на обычные жесткие связи (рис. 4 б, в, г). Жесткие связи применяются и при повышенных требованиях к деформативности здания. При необходимости устройства проходов или проездов в зоне связевых блоков, устанавливаются портальные решетчатые или рамные связи (рис. 4 д, е). Проектирование рамных связей должно производится с учетом обеспечения их несущей способности по прочности и деформативности.

Сосредоточение горизонтальных и вертикальных связей в пределах малого числа связевых блоков в протяженных зданиях приводит к значительному дополнительному нагружению ригелей и стоек усилиями, передающимися со связей и, следовательно, к увеличению сечения этих рам или к необходимости применения специальных усиленных рам, входящих в состав связевых блоков. Также, для передачи горизонтальных нагрузок от торцов здания к связевому блоку требуются дополнительные конструкции большой протяженности (распорки, растяжки и т.д.) или усиление прогонов покрытия или стен. В этих случаях бывает рациональным установка дополнительных блоков горизонтальных и вертикальных связей, что позволяет избежать перечисленных выше проблем. Особенно эффективны связевые блоки, устраиваемые в уровне покрытия по торцам здания. Торцевые связевые блоки могут устраиваться как для обычных зданий в первом шаге каркаса, либо во втором (см. рис. 1 в и 1 г). Последний вариант установки торцевых горизонтальных связей часто применяется в каркасах с несущим торцевым фахверком (без торцевой рамы). В этом случае связи крепятся к рамам так же, как и в средней части здания, что позволяет унифицировать элементы и узлы конструкций, входящие в связевой блок. Размещении связевого блока в первом шаге приводит к усложнению узлов крепления связей к конструкциям торцевого фахверка и изменению размеров связей и распорок.
Горизонтальные связевые блоки, расположенные в торцах, позволяют сразу воспринять ветровые нагрузки и передать их через систему распорок и диафрагм, проходящих вдоль карниза рамы по всему зданию на вертикальные связи и фундаменты. Карнизные распорки и диафрагмы служат для предотвращения закручивания узла сопряжения ригеля и стойки рамы и присутствуют практически во всех каркасах и поэтому их использование для передачи ветровых нагрузок не приводит к дополнительным расходам.

При больших ветровых нагрузках, дополнительные усилия от ветра могут привести к чрезмерному увеличению сечения карнизных распорок. Для предотвращения этого, фирмой УНИКОН на одном из объектов была использована схема вертикальных связей, позволяющая одновременно уменьшить нагрузки на вертикальные связи основного связевого блока и, практически до нуля уменьшить дополнительные нагрузки от ветра на карнизные распорки. Система вертикальных связей была дополнена диагональными предварительно напряженными связями, расположенными в крайних шагах здания (рис. 5 а). Эти диагональные связи воспринимают ветровые нагрузки с наветренного торца и передают их непосредственно на фундаменты, разгружая карнизные распорки, расположенные между торцом и вертикальными связями основного связевого блока.
При действии на торец пассивной ветровой нагрузки (отcoca), гибкая подветренная связь выключается из работы и усилия от ветра передаются в виде растягивающей нагрузки через распорки и прогоны на основной блок связей (рис. 5 б). Установка гибких диагональных предварительно напряженных связей в крайних шагах каркаса не противоречит нормативным правилам расстановки вертикальных связей по длине здания. Действительно, при температурном расширении продольных конструкций каркаса (карнизных распорок, подкрановых балок и т.д.) гибкие связи не препятствуют деформациям каркаса, как это показано на рис. 5 в. При температурном сжатии продольных конструкций каркаса, эти связи оказывают малое влияние на величину дополнительных усилий в конструкциях каркаса из-за небольшой продольной жесткости.
Наличие торцевых блоков горизонтальных связей покрытия позволяет решить и еще одну важную задачу — раскрепление промежуточных рам при помощи прогонов покрытия без применения дополнительных связевых элементов.

Если имеются только средние связевые блоки, то для раскрепления ригелей рам, расположенных по обеим сторонам этих блоков, обычно применяются специальные жесткие распорки, воспринимающие усилия растяжения или сжатия, возникающие в сжатых поясах рам от условных поперечных сил Qfic (рис. 6 а). Использование для этих целей прогонов кровли не всегда возможно, так как легкие прогоны из-за потери устойчивости практически не воспринимают дополнительные сжимающие усилия. Наличие дополнительных торцевых связевых блоков покрытия позволяет использовать эти прогоны как растяжки, раскрепляющие рамы и закрепленные в торцевых блоках связей покрытия. К этим же блокам можно крепить и растяжки, раскрепляющие нижние пояса рам. В зоне торцевых горизонтальных рам растяжки крепятся либо к специальным диафрагмам, расположенным между рамами (рис. 6 б) и выполняющим роль распорок в связевом блоке, либо непосредственно к распоркам этого блока (рис. 6 в). Последний вариант удобно применять при наличии несущего торцевого фахверка и размещении связевого блока в последнем шаге каркаса.
К специальным конструктивным решениям горизонтальных связей покрытия можно отнести такие, когда связи располагаются по всей поверхности покрытия, как это показано на рис. 7 а. Эти связи, из-за своей многочисленности, имеют весьма малые сечения и могут быть функционально совмещены со связями, раскрепляющими прогоны покрытия.

В некоторой степени это напоминает устройство жесткого связевого диска за счет профлиста покрытия, который здесь не рассматривается.
Противоположным решением является устройство горизонтальных связей в виде криволинейных поясов, пересекающих все покрытие (рис. 7 б).
Вопрос целесообразности и экономичности тех или иных решений горизонтальных связей решается отдельно в каждом конкретном случае.