Рамные каркасы

Рамный стальной каркас состоит из жестко соеди­ненных между собой колонн и балок (ригелей), образую­щих плоские и пространственные рамы в двух или трех направлениях (в плане).

Жесткие рамы работают при горизонтальных нагруз­ках за счет изгиба балок и колонн. Жесткость рам зави­сит от прочности и жесткости узловых сопряжений при изгибе, которые не допускают податливости узлов. Функ­ции обеспечения жесткости распределены равномерно между элементами системы. Несущая способность рамы во многом зависит от несущей способности отдельных балок и колонн, снижается с повышением высоты этажа и увеличением расстояния между колоннами.

В обычной рамной системе (рис. 12.30) на прямоу­гольной модульной сетке с расположением рам по каж­дому ряду колонн с их регулярным расположением по всему плану здания с шагом 6-9 м сечения колонн имеют небольшие габариты. В такой системе учет горизонтальных нагрузок приводит к заметному увеличению расхода стали, поэтому в зданиях высотой более 30 этажей рам­ные каркасы в их чистом виде применяются редко.

Рис. 12.30. Схемы компоновки рамных каркасов

В каркасах зданий средней этажности, где влияние горизонтальных нагрузок меньше, рамы с жесткими узло­выми соединениями могут располагаться через шаг, а в малоэтажных каркасах - только по контуру здания (рис. 12.30).

Крепление балок к колоннам. Рамным каркасам соответствует жесткое (рамное) крепление балок к колон­нам. В узлах сопряжений возникают изгибающие момен­ты (М) и поперечные силы (Q), что необходимо учитывать при конструировании узлов. Например, при двутавровых колоннах и балках требуется устройство ребер жесткости в колонне в уровнях соединительных планок или примы­каний верхнего и нижнего поясов балки (рис. 12.31).

Рис. 12.31. Рамные (жесткие) узлы крепления балок к колоннам на болтах: а - с опиранием на торцовую пластину; б - с вваркой клинообраз­ной вставки; в - с помощью торцовых пластин, приваренных под уг­лом; г - с помощью торцовой пластины балки; д - с помощью кре­стообразной фасонки (элемента колонны коробчатого сечения); е - непосредственное крепление балок к колонне; ж - с помощью тор­цовых пластин колонн; з - с помощью верхней накладки; и - с по­мощью обходящих колонну накладок (неразрезная колонна)

Жесткие узлы крепления балок к колоннам на сварке изображены на рис. 12.33. Узлы имеют множество модификаций, обусловленных различием сечений колонн, главных балок, архитектурно-строительных требований.

Рис. 12.33. Рамные (жесткие) узлы крепления балок к колоннам на сварке:

а - с опиранием по верху; б, в - с горизонтальными накладками; г - с боковыми полосовыми накладками; д - с консолями (балки не­разрезные); е - с опорными столиками и верхними накладками при крестовидной колонне; ж - крепление шести балок при помощи ше­стиугольного листа и вертикальных ребер (изображен нижний пояс)

Применительно к рамным каркасам представляет ин­терес система «6D», разработанная австрийской фирмой «Дубрава» и адаптированная к российским условиям для строительства жилых и общественных зданий до 20 эта­жей. Система «6D» основана на использовании модуль­ных единиц - шестигранных ячеек заводского изготовле­ния, которые могут пристраиваться друг к другу по гори­зонтали и вертикали. Ячейки собираются всего лишь из трех конструктивных элементов (рис. 12.34):

- стоек из цельнотянутых стальных труб с верхними и нижними опорными плитами и крепежными накладками;

- балок для бокового и радиального соединения стоек;

- «звезды», соединяющей радиальные балки в центре ячейки.

Рис. 12.34. Схема формирования стального каркаса системы «60» и его основные узлы

Упакованный комплект ячейки, состоящий, в общем случае, из шести колонн, шести бортовых ригелей, шести радиальных ригелей и соединительной «звезды», постав­ляется на монтажную площадку и на специальном кондук­торе собирается в модульный блок. Сборка элементов производится на болтах. После сборки образуется жест­кий рамный блок, монтаж которого занимает 5-10 минут. На ригели ячейки укладываются плоские железобетонные плиты перекрытий или устраивается монолитное пере­крытие. Устойчивость каркаса обеспечивается жесткими узлами сопряжения стоек с фундаментом, стоек между собой и стоек с ригелями.