Компоновка конструктивной схемы здания

●В задачу компоновки конструктивной схемы входят: выбор сетки колонн и внутренних габаритов здания; компоновка покрытия; разбивка здания на температурные блоки; выбор схемы связей, обеспечивающих пространственную жесткость здания, и т. п.

■ Выбор сетки колонн и внутренних габаритов здания. С целью сокращения количества типоразмеров конструкций установлены единые унифицированные сетки колонн L×B для различных объемно-планировочных решений зданий, выполняемых в железобетоне: для зданий без мостовых кранов: 12×6, 18×12, 24×12 м при высотах здания H=3,6...14,4 м через 1,2 и; для зданий с мостовыми кранами: 18×12, 24×12, 30×12 м при H=8,4...18м через 1,2м.

Сетка колонн увязывается с технологией производственного процесса и выбирается на основании технико-экономического анализа; 75% всех одноэтажных производственных зданий имеют сетку колонн 18×12 и 24×12м. Применение пролетов 18...30 м при шаге 12 м позволяет организовать технологический процесс для большинства производств при достаточно эффективном использовании полезных площадей и сократить количество монтажных единиц. Более крупная сетка оправдана, когда удорожание строительных конструкций компенсируется экономией производственных площадей или другими технологическими преимуществами (более удобное обслуживание и т. п.), например переход с сетки 24×12 на 24×24 м приводит к удорожанию строительства на 4...7% и экономии площадей на 4 %.

Если в зданиях имеется подвесной транспорт, воздуховоды, подвесные потолки и т. п., то шаг ригелей устанавливают с учетом дополнительных затрат, связанных с устройством этих конструкций. В этих случаях более экономичным может оказаться шаг ригелей 6м.

В целях обеспечения максимальной типизации элементов каркаса приняты следующие привязки к продольным и поперечным координационным (разбивочным) осям:

●колонн крайних рядов к продольным координационным осям (рис. 11.2, а, б): нулевая привязка — в зданиях без мостовых кранов (B = 6...12 м) и в зданиях с мостовыми кранами при шаге колонн В = 6м, Q≤30т, H≤16,2 м; привязка 250мм — при В = 6м, Q>30t, H > 16,2 м и во всех случаях при В≥12 м;

Рис. 11.2. Привязки колонн к координационным осям (а...в)

и определение размеров колонны по высоте (г):

1 - ось продольного ряда; 2 - стойка фахверка; 3 - ось поперечного ряда

●геометрические оси средних колонн совмещаются с продольными координационными осями;

●привязка колонн в торце здания и у температурного шва к координационной оси показана на рис. 11.2, в.

Высота здания определяется технологическими условиями и назначается исходя из заданной отметки верха кранового рельса. Остальные размеры колонны по высоте определяются согласно рис. 11.2, г:

Кроме того, полную высоту колонн Я необходимо назначать с учетом размещения типовых стеновых панелей и оконных переплетов по высоте.

При наличии железобетонных подстропильных конструкций высота верхней части колонн уменьшается на 600мм.

■ Компоновка покрытия. Плоские покрытия компонуют по двум схемам: беспрогонной и прогонной. При беспрогонной схеме плиты покрытия укладывают по ригелям поперечных рам и крепят с помощью сварки закладных деталей. Приварку каждой панели к ригелю производят в трех точках. Длину опирания продольных ребер на несущие конструкции принимают для плит пролетом 6м — не менее 80мм, 12м — не менее 100мм. Швы между плитами замоноличивают бетоном.

Такая схема сокращает трудоемкость монтажа и дает экономию бетона и арматуры. При прогонной схеме прогоны прямоугольного или таврового сечения крепят к ригелям, а по ним укладывают железобетонные плиты пролетом 1,5...3 м. Последняя схема более трудоемка и применяется редко (главным образом при реконструкции или малых объемах работ).

При решении покрытия по беспрогонной схеме возможно поперечное (рис. 11.3, а...в) и продольное (рис. 11.3, г) расположение ригелей.

При поперечном расположении ригелей покрытие может быть запроектировано без подстроительных конструкций (рис. 11.3, а) (ригели укладываются только по колоннам с шагом 6 или 12м), с подстропильными конструкциями (рис. 11.3, б) (ригели с шагом 6 м укладывают по подстропильным балкам или фермам, имеющим пролет 12...18 м) и по комбинированной схеме (рис. 11.3, в), при которой крайние колонны имеют шаг 6м и являются опорами для ригелей, средние колонны устанавливают через 12м и имеют поверху подстропильные конструкции для опирания ригелей.

В зданиях с мостовыми кранами и бескрановых зданиях без подвесных потолков экономически целесообразно применять покрытия без подстропильных конструкций с шагом ригелей (пролетом плит покрытия) 12м. Покрытия с подстропильными конструкциями при шаге колонн 12м применяют главным образом при наличии подвесного транспорта или подвесных потолков, а также во всех случаях при шаге колонн 18м.

Рис. 11.3. Варианты компоновки покрытия (размеры в м):

1 — плиты покрытия; 2 — стропильные конструкции; 3 — подстропильные конструкции; 4 — продольные стропильные конструкции; 5 — плиты покрытия «на пролет»

При продольном расположении стропильных конструкций их укладывают на колонны по продольным осям, а плиты покрытия размером 3×18 или 3×24 м — поперек пролета. Трудоемкость монтажа покрытий такого типа примерно на 20 % ниже, чем при поперечном расположении ригелей.

Тип стропильных конструкций можно выбирать, руководствуясь следующими рекомендациями: а) стропильные балки применяют при пролетах до 18 м включительно, а в отдельных случаях и при пролете 24 м; б) стропильные фермы — при пролетах 18...24 м и допускаются при пролете 30 м; в) стропильные арки — при пролетах 30...36 м и более.

■ Разбивка здания на температурные блоки. Вследствие больших размеров промышленных зданий в плане и непрерывности покрытия, представляющего единую жесткую плиту, изменения температуры наружного воздуха вызывают заметные деформации (удлинения и укорочения) поперечных и продольных ригелей, подкрановых балок и т. п. Усадка бетона приводит к аналогичным деформациям укорочения элементов. Эти деформации приводят к возникновению значительных дополнительных усилий в колоннах (рис. 11.4), которые могут вызвать образование чрезмерных трещин и разрушение части элементов.

Рис. 11.4. Схема деформаций продольной рамы от

температурных и усадочных воздействий

Для уменьшения такого рода усилий в конструкциях предусматривают температурно-усадочные швы, устраиваемые на спаренных колоннах с доведением шва до верха фундамента (см. рис. 11.2, в).

Если расстояние между швами не превышает определенных значений, а ригели покрытия относятся к 3-й категории по трещиностойкости, то расчет на температурные воздействия может не производиться. В этом случае максимально допустимое расстояние l_tb между швами составляет в отапливаемых одноэтажных промышленных зданиях из сборного железобетона 72м, в неотапливаемых — 48м. В ряде случаев оказывается целесообразным рассчитывать каркас на температурные воздействия и увеличивать l_tb. Это дает экономию за счет уменьшения числа поперечных рам.

Температурные Δ_t и усадочные Δ_sh деформации в пределах блока вычисляются по формулам

где α_bt — коэффициент линейной температурной деформации бетона, равный 1·10^-51/град; α_sh — коэффициент линейной усадки бетона, равный 15·10^-5; Δt^o — максимальный расчетный перепад температуры.

Усилия в конструкциях, вызванные указанными деформациями, определяют методами строительной механики.

В тех случаях, когда здание возводится на площадке с разнородными грунтами, а также, когда его части имеют различную высоту и т. п. и возможно их неравномерное вертикальное смещение, устраивают осадочные швы. Ими разрезают здание, включая и фундаменты, чтобы обеспечить частям здания независимую осадку. Осадочные швы обычно совмещают с температурно-усадочными.

■ Обеспечение пространственной жесткости каркаса. Пространственной жесткостью здания или сооружения называют его способность сопротивляться воздействию горизонтальных нагрузок. Обеспечение пространственной жесткости имеет важное значение, поскольку чрезмерные перемещения каркаса могут привести к нарушению нор­мальной эксплуатации здания (работы кранов и т. п.).

●Пространственная жесткость каркаса одноэтажного промышленного здания в поперечном направлении обеспечивается расчетом и конструкцией поперечной рамы. Это объясняется тем, что специальные связи в этом случае установлены быть не могут, так как они препятствовали бы технологическому процессу. Поэтому основными факторами, обеспечивающими поперечную пространственную жесткость, являются защемление колонн в фундаментах и достаточная изгибная жесткость колонн.

●Пространственную жесткость здания в продольном направлении обеспечивать подобным образом нецелесообразно. Выгоднее уменьшить ширину сечения колонн, экономя бетон, а для обеспечения пространственной жесткости использовать вертикальные связи из стального проката (см. рис. 11.1, в), устанавливаемые по продоль­ным рядам колонн в серединах температурных блоков (для снижения температурных усилий в колоннах). Такие связи, как правило, не препятствуют технологическому процессу. Они устраиваются на высоту от пола до низа подкрановых балок и привариваются к закладным деталям колонн. По конструкции вертикальные связи по колоннам бывают крестовые (одноярусные и двухъярусные) и портальные, устраиваемые обычно по внутренним рядам колонн. При такой конструкции необходимость в расчете продольной рамы отпадает, производится лишь расчет связей на действие ветровой нагрузки на торец здания и усилий продольного торможения мостовых кранов. В бескрановых зданиях небольшой высоты (H<9,6 м) продольные связи не устанавливают.

●Помимо обеспечения пространственной жесткости здания в целом должна быть обеспечена пространственная жесткость его отдельных элементов (покрытия, фахверка и т. п.). Действующая на торец здания горизонтальная ветровая нагрузка передается со стеновых панелей через стойки фахверка на плиты покрытия (рис. 11.5, а). Сопряжение между плитами покрытия и колон­нами осуществляется через ригели, обладающие малой жесткостью из своей плоскости.

Рис. 11.5. Воздействие горизонтальных нагрузок на продольную раму и покрытие здания: 1 — стойки торцового фахверка; 2 — сварные швы

Поэтому при отсутствии связей горизонтальная сила, приложенная к покрытию, может вызвать чрезмерные перемещения ригелей (рис. 11.5, б). Кроме того, сила продольного торможения крана может вызвать деформации отдельной колонны (рис. 11.5, в). Для исключения этих явлений в торцах температурных блоков между колоннами устраивают вертикальные связевые фермы (из стальных уголков), обеспечивающие передачу усилия с покрытия на колонны. Поверху колонны связываются распорками (железобетонными или из уголков, см. рис. 11.1, в). При небольшой высоте h (до 800мм) ригелей на опорах и наличии жесткого опорного ребра допускается вертикальные связевые фермы не устанавливать, однако в этом случае сварные швы в сопряжении ригеля с колонной должны рассчитываться на момент M = Wh (рис. 11.5, г).

Наряду с обеспечением устойчивости ригелей в целом из плоскости необходимо обеспечить устойчивость их сжатых поясов. При беспрогонной системе покрытия и отсутствии фонаря устойчивость верхних поясов обеспечивается плитами покрытия, приваренными к ригелям с последующим замоноличиванием швов. Таким путем достигается образование жесткого диска, и необходимость в дополнительных связях в плоскости покрытия отпадает. При наличии фонарей сжатый пояс ригеля имеет свободную длину, равную ширине фонаря. Для исключения потери его устойчивости из плоскости по коньку устраивают распорки.

При достаточно больших высотах и пролетах здания на уровне низа стропильных конструкций или на уровне крановых путей устраивают горизонтальные связи в виде ферм из стальных уголков (см. рис. 11.1,а, в). Эти связи являются дополнительными опорами для стоек фахверка по высоте и передают ветровую нагрузку на продольные ряды основных колонн.