Сварные рамы переменного сечения



     1.1 Общие сведения

Одним из видов легких металлических конструкций являются рамные сплошностенчатые конструкции. Такие конструкции нашли широкое распространение благодаря ряду преимуществ:
  1. Высокая технологичность изготовления по сравнению с другими конструктивными решениями;
  2. Высокая доля автоматической сварки;
  3. Высокая транспортабельность и коэффициент полезного использо-вания объема;
  4. Технологичность на монтаже;
  5. Пониженная высота конструкций покрытия.
К дополнительным, неявным преимуществам данных конструкций следует отнести:
  1. Использование ограниченного сортамента исходного листового материала позволяет заменить весь сортамент прокатных профилей;
  2. Единая технологическая база изготовления элементов рамных кон-струкций позволяет изготавливать рамные конструкции различных размеров и очертаний;
  3. Применение сварных сплошностенчатых рамных элементов позволяет получить наиболее оптимальные проектные решения (экономичность рам переменного сечения по сравнению с рамами постоянного сечения достигает 20…30%).
Перечисленные выше положительные качества сплошностенчатых рамных конструкций позволяет создавать конструкции, обладающие отличными технико-экономическими качествами, архитектурной выразительностью. Примером этому служит долгая и плодотворная работа зарубежных фирм Butler, Astron, Zamil Steel, Condor и др. В настоящее время в России производством рамных конструкций занимаются такие фирмы, как Венталл, Маяк, Уникон и др.

Наибольший интерес в настоящее время представляют рамные конструкции переменного сечения (далее РКПС), как наиболее оптимальные и рациональные рамные системы. Рациональность таких конструкций достигается изменением размеров поперечного сечения рам (высоты и толщины стенки, ширины и толщины поясов) в соответствии с эпюрой изгибающих моментов, что приводит к выравниванию напряжений во всех точках конструкции.

Следует отметить, что ценность данных систем значительно увеличивается при комплектной поставке всех конструктивных элементов здания. Заметим, что ценность комплектной поставки зданий и сооружений из легких металлоконструкций выгодна как потребителю, так и изготовителю, вследствие минимизации затрат.

В США, Западной Европе и Японии основной конструктивной формой каркасов одноэтажных производственных зданий из легких металлических конструкций (ЛМК) высотой до 12 м и пролетами до 30 м является рама. Рама выполняется из сварных двутавров переменной высоты с переменными вдоль конструкции толщинами полок и стенки. Эта конструктивная форма обладает малыми показателями расхода стали благодаря оптимальному распределению материалов в раме.

Например, по статистическим данным из общего количества промышленных зданий США более 50% являются легкими одноэтажными зданиями заводского изготовления, комплектно поставляемыми на стройплощадку. Для этих зданий характерны большие размеры в плане (до 100 тыс.м2), плоские, как правило, бесфонарные покрытия, подвеска инженерных и технологических коммуникаций к несущим конструкциям покрытия, ограниченное применение мостовых кранов и широкое использование напольных транспортных средств. К особенностям их проектирования следует отнести большую повторяемость конструктивных элементов, унификацию узлов и соединений, технологичность конструкций, снижающую трудоемкость их изготовления, использование эффективных профилей и автоматизированных систем проектирования. Объем производства зданий из ЛМК достигает десятки миллионов квадратных метров.

Изготовлением зданий из ЛМК заняты сотни производителей многих стран, которые объединены в ассоциации и производственные группы (например, "Меtаl Buildings Manufactures Association" и "Lindab Group"). Большинство фирм являются поставщиками зданий из ЛМК "под ключ", некоторые фирмы занимаются производством и поставкой лишь отдельных видов конструкций, материалов и оборудования. Ведущими компаниями по производству полносборных металлических зданий являются: «Butler Manufacturing Corp», «Astron Buildings S.A.», «Robertson Building Systems», «Zamil Steel Industries» и др.

В основном применяются одноэтажные здания с и без мостового кранового оборудования пролетом от 12 до 72 м и переменным шагом поперечных рам. Изготавливаются они как из прокатных, так и из сварных двутавров переменного сечения. Материал – сталь повышенной прочности; монтажные соединения на фланцах и высокопрочных болтах. Общий вид каркаса простого здания приведен на рисунке 1.1.

Рядовая рама в таких зданиях выполняется из нескольких отправочных марок, укрупняемых на строительной площадке. Соединения выполнены на фланцевых соединениях. Отправочные марки выполнены сварными, двутавровыми, тонкостенными (гибкость стенки lmb>200). В соответствии с характером усилий в элементах рамы имеет место монотонное изменение высоты и неоднократное изменение толщины стенки, а также толщины поясов в пределах длины отправочного элемента.


Рисунок 1.1 – Типы поперечных рам зданий из ЛМК (на примере группы компаний Astron Lindab)

Каркас одноэтажного здания
Рисунок 1.2 – Общий вид каркаса здания из легких металлических конструкций (ЛМК)

Торцевая рама выполняется, как правило, облегченной, с применением многопролетной неразрезной балки по верху стоек фахверка. Балка в этом случае выполняется из Z-образных холодногнутых тонкостенных профилей.

Прогоны и стеновые ригели выполнены из тонкостенных С- и Z-образных холодногнутых профилей, связи – из гибких прутковых стержней, работающих только на растяжение и натягиваемых при монтаже резьбовыми муфтами. Раскрепление сжатого пояса рамы выполняется прогонами и подкосами, идущими от нижнего пояса к прогонам.

Система имеет целый ряд модификаций для зданий разных типов в зависимости от уклона кровли, количества пролетов и общей компоновки здания.

Характерной особенностью таких зданий является малый расход стали на здание в целом и весьма малая масса ограждающих конструкций. Например, расход стали в рамных бескрановых зданиях не превышает 30 кг/м2, в том числе на несущие конструкции около 10 кг/м2, на второстепенные конструкции около 9 кг/м2, на конструкции стенового ограждения и покрытия около 8 кг/м2, прочие конструкции – 3 кг/м2. Такой малый расход стали является следствием:
  1. Высокого уровня технологии производства;
  2. Массового применения тонкостенных гнутых профилей, изготавливаемых в основном методом непрерывного холодного профилирования из листовой, полосовой или рулонной стали.
Сайт управляется системой uCoz