Как выбрать экономичные стальные каркасы для зданий и сооружений?

Существуют различные системы каркасов из конструкционной стали, из которых проектировщики могут выбрать наиболее экономичный тип для конкретного здания. Сложность и экономичность каждой каркасной системы различна.
В этой статье мы дадим рекомендации по экономичному выбору системы стальных каркасов для конкретного здания.

Экономичные стальные каркасные конструкции, Великобритания

Различные типы экономичных стальных каркасов включают в себя:

Консольные каркасы простой конструкции
Консольные рамы с непрерывной конструкцией
Рамы с раскосами без брекетов
Дискретные рамы устойчивости

Консольные рамы простой конструкции

Этот тип стальной рамы является наиболее экономичным и наименее сложным среди других типов. Консольные рамы используют простые соединения балок с колоннами.
Она обеспечивает ряд преимуществ, таких как простота, экономичное соединение балки с колонной, небольшие размеры и масса колонн. Балки в этой системе подвержены только провисающим моментам, поэтому композитная конструкция является наиболее подходящей для использования.
Для стальной рамы можно использовать простой анализ, так как структура детерминирована, поэтому и балки, и колонны могут быть легко оптимизированы.
Помимо преимуществ, есть и ряд недостатков. Например, балки в консольных рамах будут стоить дорого, если при проектировании стальной рамы будут руководствоваться соображениями эксплуатационной пригодности. Это не подходит для небольших конструкций, когда конструкция определяется прочностью.
С увеличением высоты здания и количества этажей увеличивается размер элементов крепления. Это может сделать элемент усиления неэкономичным. Поэтому необходимо тщательно соразмерять элементы крепления.

Простая стальная конструкция с консольной рамой

Консольные рамы с непрерывной конструкцией

Этот тип стальной рамы экономически подходит для случая, когда жесткость перекрытий определяет конструкцию. Соображения, которые необходимо учитывать, такие же, как и для консольных рам с простой конструкцией.
Рама с консолями простой конструкции более экономична, чем рама с консолями непрерывной конструкции.
Одним из наиболее выдающихся преимуществ консольных рам с непрерывной конструкцией является то, что жесткость системы перекрытий значительно повышается за счет непрерывного соединения балок с колоннами.
Однако непрерывное соединение балок с колоннами неэкономично, а масса внешних колонн должна быть значительно больше, чтобы выдержать наложенные моменты.
Наконец, балки и колонны не могут быть оптимизированы из-за сложного метода анализа, подходящего для такой системы.

Непрерывная стальная рама

Неразрезные пролетные стропильные рамы

Система раскосной рамы без брекетов, как показано на рисунке 4, рассматривается в тех случаях, когда система брекетов не может быть использована, поскольку это невозможно с архитектурной точки зрения.
Поэтому для сопротивления горизонтальным силам следует использовать либо частично жесткую, либо непрерывную систему стальных рам. Однако следует иметь в виду, что строительство полужесткой рамы требует значительных затрат.
Более того, сложность и стоимость нерастянутой раскосной рамы выше, чем у раскосной с простой конструкцией и раскосной с конструктивной рамой. Чтобы сделать раскосные рамы без брекетов экономичными, необходимо правильно определить размеры конструктивных элементов.
Архитектурная конфигурация может быть установлена без использования элементов жесткости. Несмотря на это преимущество, существуют определенные недостатки, которые должны быть учтены проектировщиками.
Например, соединение балок с колоннами не является ни простым, ни экономичным, необходимо использовать внешние колонны со значительной массой, чтобы выдержать приложенные моменты, а размеры стальных элементов конструкции не могут быть легко оптимизированы, поскольку анализ значительно усложняется.

Стальная рамная конструкция с неподкрепленными раскосами

Дискретная рама устойчивости

Считается, что это самый неэкономичный и сложный тип стальной рамы по сравнению с другими, описанными выше.
С архитектурной точки зрения, сильная дискретная рама устойчивости благоприятна для противостояния горизонтальным силам и обеспечения достаточной устойчивости.
Необходимо использовать значительно прочные балки и колонны, так как дискретная рама устойчивости должна обеспечивать полную и достаточную жесткость и сопротивление раскачиванию.
Если рассматривается дискретная рама устойчивости, то сильные колонны должны поддерживать приложенные моменты, а соединения балок с колоннами могут быть уменьшены.
Следовательно, будет построена более экономичная рама по сравнению со случаем, когда вся рамная конструкция должна противостоять горизонтальной силе, поскольку в этом случае все балки и колонны должны быть прочными.
Более того, архитектурные конфигурации могут быть созданы без триангуляционных связей. Соединения балок с колоннами в парциализированной раме являются дорогостоящими и сложными.
Размер стальных элементов не может быть оптимизирован из-за сложности используемого анализа. Масса внешних колонн в парциализированной раме должна быть значительно больше, чтобы выдержать момент.

Дискретная рама устойчивости: (1) Дискретная рама устойчивости с жестким соединением, (2) Рама с простым соединением

Читать далее:
Каковы типы структурных стальных рамных систем?
Строительство стальной каркасной конструкции Фундаменты, колонны, балки и перекрытия
Типы перекрытий для многоэтажных стальных конструкций
Свойства конструкционной стали для проектирования и строительства сооружений

Читайте далее: