Общая характеристика каркасов и других стержневых алюминиевых конструкций

01.06.2020

Своеобразие алюминия как материала с высокими технологическими свойствами особенно хорошо отражено в конструкциях каркасов. Возможность получения разнообразных прессованных и холодногнутых профилей и труб расширяет область конструктивных решений алюминиевых стержневых конструкций, которые в связи с этим могут быть более оптимальными и вариантными, чем стальные конструкции каркасов, набираемые из ограниченного числа стандартных ортогональных уголков, швеллеров и двутавров.

Алюминиевые конструкции под ограждение и отдельно стоящие каркасы по общей схеме следует различать пространственные и плоские, по конструктивной форме — решетчатые и сплошные. Отдельно стоящие каркасы (рис. 69) могут быть многопоясными, чаще всего трехгранными или четырехгранными. Решетчатые каркасы под ограждение проектируются трехгранными, плоскими или в виде каркасных систем (рис. 70).

Общие схемы многопоясных и плоских алюминиевых каркасов характеризуются, с одной стороны, развитием поперечных размеров, от которых зависят общие деформации сооружения, а с другой — наличием частой каркасной решетки (рис. 69, а, б), постановка которой вызвана стремлением уменьшить гибкость поясов и таким образом максимально использовать прочность металла. Для алюминия характерно создание каркасных систем в виде пространственных блоков из коротких стержней (рис. 70,б, г), в них чаще наблюдаются рассредоточение металла, сетчатость, пространственность, что свидетельствует о действии принципа концентрации металла в алюминиевых конструкциях в меньшей степени, чем в стальных.

Следует отметить, что наиболее оптимальной для алюминиевых каркасов является трехгранная форма, в основе которой заложена элементарная неизменяемая фигура — треугольник. В трехгранной схеме не требуется внутренних диафрагм. Каждый пояс раскрепляется раскосами в двух плоскостях и не требует постановки связей. Сечение поясов из неортогональных прессованных профилей обеспечивает бесфасоночное сопряжение в узлах. Трехгранные конструкции наиболее устойчивы против крутильных воздействий и легче четырехгранных на 15—20 %. Рассмотрим это на примере.

Каркасные конструкции теплицы. Алюминий как материал для теплиц стоит вне конкуренции. Как показывает отечественный и зарубежный опыт, эксплуатационные качества алюминиевых теплиц и оранжерей намного превосходят эксплуатационные качества стальных и деревянных таких сооружений. Например, в г. Истра Московской области более 10 лет эксплуатируется алюминиевая теплица, которая предназначена для круглогодичного промышленного выращивания овощей, ягодных культур и цветов.

Конструктивное решение теплицы имеет свои особенности (рис. 71—72):

1) конструкции каркаса, стойки и фермы вынесены наружу за ограждение производственного объема, чем обеспечивается оптимальная высота внутреннего помещения, хороший парниковый эффект при большой экономии тепла;

2) светопрозрачное кровельное ограждение подвешено к нижним поясам (рис. 72) пространственных трехгранных ферм, а стеновое ограждение навешено на внутренние стороны наружных стоек, что обеспечивает защиту несущего каркаса от агрессивных воздействий внутренней среды (пара, химикатов и т. п.);

3) остекление теплицы имеет обрамление из специально разработанных для этой цели профилей. Профили обеспечивают устройство герметизирующих резиновых прокладок и уплотнителей между стеклом и металлом. При такой конструкции потери тепла в зимнее время минимальные. При этом полностью сохраняется остекление, в то время как в стальных конструкциях теплиц ежегодно происходят большие потери стекла; которое укладывается на стальные профили с помощью замазки;

4) откатные форточки кровельного и стенового ограждения обеспечивают надежность и долговечность их в эксплуатации;

5) кровля имеет небольшой уклон (1:20), что обеспечивает внутри теплицы равномерную циркуляцию воздуха по всей площади и равномерную температуру;

6) дождевая и снеговая вода собирается при помощи улавливающих лотков и по системе трубопроводов направляется в резервуары, а затем используется для полива растений.

Теплица имеет производственную площадь 1 га, ширину 72 м, длину 154 м, высоту до остекления внутри помещения от 2,8 до 3,5 м; конструкции рассчитаны на следующие нагрузки: снеговую 0,25, технологическую 0,25 и от собственного веса 0,04 кПа. Расчетная зимняя температура принята равной 243 К.

Каркас теплицы состоит из двухпролетных неразрезных сварных ферм пролетами 36 и 36 м из сплава 1915Т. Фермы собраны из шести отправочных марок по 12 м каждая. Марки соединены между собой при помощи фланцев высокопрочными болтами из нержавеющей стали 1х13. Высота ферм в осях поясов 1,87 м, ширина 3 м. Верхний пояс изготовлен из труб диаметром 150x5, нижний — из труб диаметром 120x6 и 120x3,5, стойки — из труб диаметром 100x3, 70х3, раскосы и распорки — из труб диаметром 70х3 мм. Каждая ферма (см. рис. 71) установлена на шесть трубчатых стальных опор. Средние опоры диаметром 162 мм жестко закреплены на фундаменте, крайние диаметром 127 мм имеют шарнирное соединение, которое позволяет свободное отклонение этих стоек от вертикали при температурном удлинении алюминиевых ферм, равном в среднем 10—12 см.

Ветровая нагрузка, действующая на все сооружение, воспринимается средними опорами. Ветровой отсос с кровли уравновешивается массой конструкции покрытия и технологической нагрузкой. Кроме того, по периметру теплицы предусмотрены горизонтальные крестовые связи из уголков 40x4 мм. Между стойками через каждые 15—18 м поставлены вертикальные связи.

Кровельное ограждение теплицы выполнено в виде горизонтальных витражей из специальных прессованных профилей сплава АД31 с каскадным размещением стекла по уклону, обеспечивающим устройство откатных аэрационных фрамуг и герметичность соединения со стеклом. Стеновое витражное ограждение изготовлено из прессованных алюминиевых профилей коробчатого сечения.

Общий расход алюминиевых сплавов на конструкции и ограждение составил 80 т, из них на каркас — 50 т, на витражи — 30 т. Масса отправочной марки длиной 12 м была 0,33 т, а одной фермы длиной 72 м — 2 т. Расход стали на стойки и болтовое крепление составил 10 т. Следует отметить, что для цельностального варианта теплицы потребовалось бы 242 т оцинкованной стали.

Несмотря па то что первоначальные затраты на конструкции алюминиевой теплицы составили 186 % от стоимости стальных конструкций типового проекта с учетом экономии топлива, расходов на ремонтные работы, увеличения объема продукции в год, стоимость ее окупилась в течение 5 лет.

Сетчатые покрытия. Чрезвычайный интерес представляют собой сетчатые купольные и другие пространственные покрытия начиная от сводов до самых различных сложных очертаний. За последние годы в Советском Союзе построено несколько зданий с сетчатыми куполами и многоволновыми покрытиями. Конструкция таких покрытий разработана в ЦНИИпроектстальконструкция, а исследования по оптимизации геометрической разбивки, весовым показателям и работе узловых соединений и стержней проведены в Горьковском инженерно-строительном институте им. В.П. Чкалова. Изготавливает элементы куполов и других сетчатых конструкций завод строительных алюминиевых конструкций в г. Видное.

Основными составляющими сетчатой системы являются три элемента: стержень из П-образного прессованного профиля, звездочка, также изготовленная из прессованного профиля, которая объединяет в узле несколько стержней, и тонкие листы, создающие кровлю. Если покрытие теплое, то кроме этих трех элементов применяются еще утепленные панели, которые подвешиваются снизу сетчатого покрытия. Материалом для всех покрытий служит АД31Т и АД31Т1.

Основу сетчатой системы составляет элементарная неизменяемая ячейка — треугольник (см. рис. 73). Поверхность, образованная треугольниками, вписывается в шаровую или какую-то другую. Однако известно, что сделать разбивку поверхности и вписать в нее многоугольник таким образом, чтобы было три или четыре типоразмера стержней и звездочек, невозможно. Поэтому, чтобы упростить строительство и изготовление данной конструкции, применены своеобразные приемы.

Треугольники образуются стержнями из одного и того же профиля, но разной длины в зависимости от яруса сетчатой системы. Соединение стержней происходит с помощью звездочки, изготовленной из одного и того же профиля для всех узлов и имеющей шесть или другое количество лучей в зависимости от геометрии системы. П-образный стержневой профиль имеет высоту сечения 130 мм. Он надевается на луч звездочки и скрепляется с ним стальными болтами. У основания лучей звездочки имеется утонение — шейка, благодаря которой луч можно отогнуть до 10° в ту или другую сторону. Стержень, у которого сечением является открытый профиль, обладающий малой крутильной жесткостью, также поддается небольшому деформированию. Поэтому, используя податливость стержня и шейки звездочки, можно образовывать треугольники с разными длинами и углами сопряжения, используя только два прессованных профиля.

Эксцентриситеты, которые получаются в узлах и в стержнях и с которыми происходит передача усилий в элементах, находятся в пределах величин «случайных эксцентриситетов», учитываемых коэффициентами ф и фвн. Этот пример показывает, что сравнительно низкий модуль упругости может использоваться как положительное свойство алюминия, так как позволяет сделать корректировку каркаса без больших сложностей в монтажных работах и без большого количества типоразмеров отдельных марок.

Созданию правильной многогранной поверхности, кроме того, способствует еще один прием. Крепление каждого стержня к звездочке производится на двух болтах. Для одного болта отверстие в луче делается без припусков, т. е. равным диаметру болта, а для второго — больше на 2—3 мм. Поставленные при монтаже болты затягиваются только после завершения монтажа и выверки сетчатого каркаса. После монтажа каркаса к нему на самонарезающих болтах прикрепляются листы тонкого алюминия, которые образуют кровлю. Для герметизации соединений между тонким листом и профилем укладывается герметик или делается напыление пенополиуретаном.

Рассмотрим пример такой пространственной конструкции. Двойное сетчатое купольное покрытие перекрывает одну из лабораторий НИИ строительной физики в Москве. Внутренний купол имеет диаметр 16,8 м, наружный — 22,8 м (рис. 73). Между куполами расположены лестница и площадки, которые обеспечивают эксплуатацию внутреннего купола. К внутреннему куполу подвешена осветительная арматура. Расход алюминия: на наружный купол 20,6 т, на внутренний — 16,8 т.

В настоящее время наибольшее сетчатое покрытие построено диаметром 65 м. Сферическим куполом такого диаметра в Душанбе перекрыто производственное здание. Меньшие пролеты имеют здания бассейна в Вильнюсе, пансионата под Москвой и др. Расход алюминия, например, на покрытие пансионата в виде шестиволновой оболочки пролетом 40 м составил 27 кг/м2 поверхности оболочки, из них на сетчатый каркас — 6, кровлю — 4, подвесной потолок 8 кг/м2, остальное — на переплеты.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2020
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна