1. Большепролетные сооружения. К этой категории обычно относят здания общественного назначения - концертные и спортивные залы, выставочные павильоны, вокзалы, рынки и т. п., а также здания специального назначения - ангары, авиасборочные цехи, гаражи, троллейбусные парки и т. д. В большепролетных конструкциях существенную долю в расчетной нагрузке составляет собственный вес, поэтому для их сооружения особенно эффективно применение сталей повышенной прочности и алюминиевых сплавов, позволяющих снизить вес конструкций.

Для перекрытия больших пролетов пользуются различными системами. Каждая из этих систем имеет свои преимущества и недостатки. Чаще всего используются стержневые конструкции балочного, рамного и арочного типов. Иногда применяют висячие (тросовые) конструкции, различные комбинированные конструкции, а также пространственные системы в виде сводов, складок и куполов. Выбор того или иного решения большепролетного покрытия осуществляют при проектировании сооружения, исходя из конкретных условий.

Балочные покрытия состоят обычно из несущих поперечных ферм (сквозных балок), располагаемых с шагом 12 м, и промежуточных конструкций.

Сплошные разрезные балки не применяют из-за большого расхода металла. Преимущества балочных конструкций заключаются в четкости работы, отсутствии распорных усилий и малой чувствительности к осадке опор. Недостаток состоит в большом расходе стали и большой высоте, что объясняется наличием больших пролетных моментов и требованиями жесткости. Балочные большепролетные конструкции применяют обычно при пролетах до 90 м. Очертание поясов и систем решеток в большепролетных фермах может быть самым различным. Фермы с параллельными поясами проектируют обычно с треугольной или раскосной решеткой. Их высоту принимают обычно равной 1/8-1/15 пролета. Трапецеидальные фермы делают с уклоном кровли =1/10-1/15 и высотой посередине 1/7-1/11 пролета. Сегментные фермы имеют небольшие усилия в раскосах, поэтому здесь целесообразна разреженная или крестовая решетка. Высоту их назначают равной 1/8-1/12 пролета. Высота многопролетных неразрезных или консольных ферм может быть уменьшена на 25-30 % по сравнению с разрезными. Если усилия в стержнях большепролетных ферм превышают 4000-5000 кН, сечения таких ферм принимают составными из сварных двутавров или прокатных профилей. Большие усилия в стержнях легче передаются в узлах через две фасонки.

По причине большой высоты ферм их нельзя перевозить по железной дороге в виде собранных отправочных марок. Такие конструкции укрупняются на монтаже. На монтажной площадке элементы соединяют сваркой или высокопрочными болтами.

Опорные реакции в большепролетных фермах значительны, поэтому передача их должна осуществляться строго по оси узла фермы. Четкая передача опорной реакции может быть достигнута за счет применения тангенциальной или специальной балансирной опоры. В связи с большим пролетом (60-90 м) усиливается влияние смещения опор вследствие прогиба фермы или ее температурных деформаций. Для компенсации таких смещений одна из опор устанавливается на катки, допускающие свободное горизонтальное перемещение. В случае установки большепролетных (80-90м) ферм на высокие гибкие колонны обе опоры могут быть неподвижными из-за податливости верхних частей колонн.

Для изготовления катковых опор используют сталь 35Л, а катки вытачивают из стали марки 5.

2. Рамные покрытия отличаются от балочных жестким защемлением ригелей в колоннах. Рамные покрытия по сравнению с балочными обладают меньшим весом и меньшей высотой ригелей из-за уменьшения пролетных моментов разгрузкой их опорными моментами, а также большей поперечной жесткостью.

Меньшая высота ригеля дает возможность даже при больших пролетах ферм (до 60 м) изготовлять их в пределах железнодорожного габарита, а также позволяет использовать сплошностенчатые конструкции.

Недостатки рамных конструкций: необходимость утяжеления колонн по сравнению с балочными системами; повышенная чувствительность к неравномерности осадки опор; возможно появление распорных усилий в фундаментах под влиянием температурных деформаций.

Рамные конструкции применяются при пролетах до 120 м. Дальнейшее увеличение пролета снижает их экономичность.

Чаще применяются рамы с шарнирным опиранием, так как жесткая заделка колонн значительно увеличивает размеры фундаментов. Высоту ригелей рам принимают: для сквозных ферм 1/12-1/18 пролета, при сплошных ригелях - 1/20-1/30 пролета. Рамы рассчитывают как статически неопределенные системы методом строительной механики. Для упрощения расчета решетчатых рам их распор допускается определять как для сплошной рамы.

Расчет производят в следующем порядке:

1. Устанавливают предварительные сечения поясов рамы (приближенным расчетом).

2. Определяют моменты инерции ригеля и стоек (по приближенным формулам).

3. Рассчитывают статически неопределимую раму, находят ее распор. Расчетная схема определяется по геометрическим осям.

4. Находят расчетные усилия в стержнях, предварительно определив опорные реакции, и рассчитывают сечения стержней.

Типы сечений, конструкции узлов и соединения рамных ферм аналогичны тяжелым фермам балочных покрытий.

Сплошные рамы обычно принимают двутаврового сечения и проверяют на изгибающий момент, продольную и поперечную силы, которые находят статическим расчетом как для внецентренно-сжатых сплошных стержней.

Различают два вида компоновки рамных покрытий: поперечную, с размещением рам поперек здания с определенным шагом (как правило, с шагом 12 м), и продольную, чаще всего применяемую для ангаров. В случае продольной компоновки основную несущую раму ставят вдоль большего размера плана здания (здесь устраивают раздвижные ворота) и на нее опираются поперечные фермы. В ангарных конструкциях применяют фермы с консолями, выходящими за несущую раму, что значительно облегчает поперечные фермы, но несколько утяжеляет раму. Устойчивость несущих рам и поперечных ферм обеспечивается крестовыми связями.

3. Арочные покрытия применяют при очень больших пролетах (до 200 м) и равномерной нагрузке. Арка работает в основном на осевую силу, изгибающие моменты в ней незначительны. По статической нагрузке арки разделяют на бесшарнирные, двух- и трехшарнирные.

Бесшарнирные арки более экономичны по расходу металла, однако имеют массивные опоры (фундаменты), обладают повышенной чувствительностью к колебаниям температуры и осадкам опор, поэтому применяются редко. В двухшарнирных арках возникают дополнительные усилия, поэтому они считаются как однажды неопределимые системы. В трехшарнирных арках не возникает дополнительных усилий от изменения температуры и осадки опор, поэтому они рассчитываются как статически определимые системы. Если балка очерчена эпюрой нагрузок, то изгибающие моменты в ней минимальны. При равномерно распределенной нагрузке эпюра представляет собой параболу, поэтому очертания арок принимают параболическими или по дуге окружности, что облегчает процесс изготовления.

Арки на фундамент опираются с помощью шарниров трех типов: плиточных, пятниковых и балансирных.

Самые простые по конструкции - плиточные шарниры, и нормальная сила в этом случае передается через опорную площадку (подушку) с цилиндрической поверхностью. Поперечные силы воспринимаются ограничителями. Пятниковые и балансирные опоры значительно сложнее. Как правило, их применяют в большепролетных арках при опорных реакциях больше 8000-10000 кН. Опорные части сквозных арок обычно в районе опоры имеют сплошное сечение, поэтому их опорные шарниры аналогичны по конструкции.

4. Башенные и мачтовые конструкции включают большую группу сооружений, представляющих собой опоры различного назначения: антенные сооружения для радио, телевидения, ретрансляции; буровые вышки; опоры для освещения; створные знаки; геодезические вышки; опоры линий электропередач; канатных дорог и т. д.

Башнями называют свободно стоящие сооружения, ствол которых жестко заделай в основании и работает как консоль.

Мачты представляют собой высокие тонкоствольные конструкции, расчаленные оттяжками и работающие как балки на упругих опорах.

По расходу металла более экономичны мачты, однако для их установки требуется большая площадь. Вследствие большой высоты башенных и мачтовых сооружений определяющим фактором, влияющим на их работу, являются метеорологические условия (ветер, гололед).

Напряжения, возникающие от собственного веса и установленного оборудования, невелики (20-25 % расчетных). Исключение составляет небольшая группа водонапорных башен, поддерживающих резервуары с водой, и вышек с подъемниками. В этих случаях напряжения от вертикальной силы в стволах мачт составляют около половины расчетных вследствие воздействия вертикальной составляющей оттяжек.

Для башенно-мачтовых сооружений целесообразно использовать трубчатые профили, что позволяет уменьшить вес конструкций до 50 % по сравнению с использованием профильного металлопроката.

Башни и мачты проектируют из углеродистых и низколегированных сталей. Низколегированные стали используют в растянутых элементах, а также сжатых с гибкостью не более 70-80. Для сборно-разборных башенных сооружений иногда используют алюминиевые сплавы с монтажными сооружениями на оцинкованных стальных болтах.

Расчетные усилия в башнях определяют как в консольном внецентренно-сжатом стержне под действием указанных нагрузок. В мачтах усилия рассчитывают как во внецентренно-сжатых стержнях, опирающихся на упругие опоры.

Стволы башен большой высоты, как правило, проектируют сквозного сечения. Башни небольшой высоты - сквозного и сплошного трубчатого сечения. Сечения сквозных башен представляют собой трех-, четырех- или многогранник. Ширина базы башни - 1/6-1/15 высоты, ширина верхнего сечения - 1-2 м. С целью упрощения изготовления пояса, башни принимают чаще всего прямолинейными (пирамидальные башни). Они в этом случае имеют у основания расширенную часть. Пояса башни проектируют из круглых труб или прокатных профилей.

Раскосы делают крестовыми, работающими на растяжение, из тонких профилей или из круглых стержней с натяжными муфтами для создания в них предварительного напряжения. Схемы башен делают унифицированными с одинаковой геометрией верхней части. Монтаж башен осуществляют отдельными секциями с фланцевыми соединениями на болтах.

Опоры ЛЭП предназначены для поддержания токонесущих проводов линий электропередачи. Расстояние между опорами на линиях с напряжением 200-300 кВ принимается 200-400 м, на линиях с напряжением 400-500 кВ - до 500-600 м, чем и определяется нагрузка на них от проводов.

Опоры ЛЭП подразделяются на линейные (промежуточные), устанавливаемые на прямолинейных участках трассы, и специальные (анкерные), расположенные в углах трассы (угловые), у переходов через водные преграды и другие препятствия (переходные). Опоры бывают одноствольные, в которых провода подвешиваются на консолях, и портальные (двухствольные или четырехствольные). Одноствольные опоры расширяются внизу и закрепляются на фундаментах, выполненных в виде отдельных сборных железобетонных подножников. Нагрузки на линейные опоры относительно невелики и для их восприятия достаточно плоских двухствольных портальных опор. На специальные опоры действуют большие нагрузки от угловой составляющей натяжения проводов, разности натяжения у переходов и т. д., поэтому их делают четырехствольными, с подкосами или оттяжками. В случае одностороннего обрыва проводов опора может работать на кручение. Опоры ЛЭП имеют высоту 20-40 м, специальные опоры у переходов через широкие реки достигают высоты 80-100 м. Их обычно разбивают на транспортабельные блоки, которые между собой могут соединяться как на сварке, так и на болтах. Масса стальных промежуточных опор для линий 220-500 кВ составляет 4-8 т. Использование для этой цели алюминия позволяет уменьшить их массу в 2-2,5 раза. Для труднодоступных мест очень часто используют алюминиевые опоры.

Стволы мачт имеют постоянное по высоте сечение (как для сквозных, так и для сплошных сечений). Сечение в плане может быть треугольным или квадратным соответственно с тремя или четырьмя оттяжками.

Стволы сплошных мачт изготовляют из сварных труб, решетку - из труб и круглых стержней. Сечение поясов сквозных мачт из соображений обтекаемости делают из круглых труб.