Обеспечение пространственной жесткости железобетонного каркаса

Система связей призвана обеспечить необходимую простран­ственную жесткость каркаса. В ее состав входят:

• вертикальные связи;
• горизонтальные связи по верхнему (сжатому) поясу ферм;
• связи по фонарям.

Вертикальные связи располагают:

· между колоннами в середине температурного блока в каждом ряду колонн: при шаге колонн 6м — крестовые; 12м — порталь­ные. В зданиях бескрановых и с подвесными кранами связи ста­вят только при высоте колонн 9,6 м. Выполняют связи из угол­ков или швеллеров и крепят к колоннам с помощью косынок (рис. 14);

· между опорами ферм и балок связи ставят в крайних ячейках температурного блока в зданиях с плоским покрытием. Без под­стропильных конструкций — в каждом ряду колонн, с подстро­пильной конструкцией — только в крайних рядах колонн.

Горизонтальными связями являются: плиты покрытия;

· в торцах фонарных проемов устойчивость стропильных балок и ферм обеспечивается горизонтальными крестовыми связями, установленными в уровне верхнего пояса, в последующих проле­тах (под фонарями) — стальными распорками; при больших пролетах и высоте здания на уровне нижнего по­яса ферм устраивают горизонтальные связи между крайними парами ферм, находящимися в торцах здания; в зданиях с шагом крайних и средних колонн 12 м предусматри­ваются горизонтальные фермы в торцах (по две в каждом пролете на температурный блок). Эти фермы стоят на уровне нижнего пояса стропильных ферм.

Рис. 14 Обеспечение пространственной жесткости каркаса:

а — размещение горизонтальных связей в покрытии; б — усиление торцовых

стен венцовыми фермами; в — размещение вертикальных связей в зданиях

с плоскими покрытиями (без подстропильных конструкций);

г — вертикальные связи в зданиях с подстропильными конструкциями;

д — вертикальные крестовые связи; е — вертикальные портальные связи;

1 — колонны; 2 — стропильные фермы; 3 — плиты покрытия; 4 — фонарь;

5 — ветровая ферма; 6 — горизонтальная крестовая связь (в торцах фонарного проема); 7 — стальные распорки (в уровне верхнего

пояса ферм); 8 — подкрановые балки; 9 — металлические связевые

фермы между опорами стропильных ферм; 10 — вертикальные крестовые

связи (в продольном ряду колонн); 11 — подстропильные фермы;

12 — вертикальные портальные связи (в продольном ряду колонн)

Узлы сборного железобетонного каркаса

Места сопряжений разнотипных элементов сборного каркаса называют узлами (рис. 15). Узлы железобетонных каркасов должны удовлетворять требованиям прочности, жесткости, долговечности; неизменяемости сопрягаемых элементов при действии монтажных и эксплуатационных нагрузок; простоты при монтаже и заделке.

Сопряжение колонны с фундаментом. Глубина заделки колонн прямоугольного сечения 0,85 м, двухветвевого — 1,2 м. Стык замоно-личивают бетоном класса не ниже В15. Бороздки на гранях колонны способствуют лучшему сцеплению бетона в полости стыка.

Опирание подкрановой балки на выступы колонны. К опорам бал­ки (до ее установки) приваривают стальной лист с вырезами для анкерных болтов. На опорах колонны балку закрепляют к анкер­ным болтам и приваривают закладные детали. Верхнюю полку под­крановой балки закрепляют стальными планками, приваренными к закладным деталям.

Сопряжение стропильных ферм и балок с колонной. К опорам стро­пильных конструкций приваривают стальные листы. После установ­ки и выверки опорные листы стропильных конструкций привари­вают к закладным деталям на оголовке колонны.

Опирание подстропильных конструкций на оголовке колонны. За­кладные детали стыкуемых элементов сваривают потолочным швом.

Крепление подвесных кранов к конструкциям покрытия. Несущие балки кранов закрепляют болтами к стальным обоймам на стропиль­ных конструкциях. Перекидные балки перераспределяют нагрузку от подвесных кранов между узлами стропильных ферм.

Сопряжение стропильных и подстропильных элементов аналогич­но креплению ферм и балок на оголовке колонн.

Многоэтажный сборный железобетонный каркас

Многоэтажные промышленные здания возводят, как правило, каркасными.

В зависимости от типа перекрытия конструктивная схема зда­ния может быть балочная и безбалочная.

В балочных железобетонных каркасах (рис. 16) несущими эле­ментами являются фундаменты с фундаментными балками, колон­ны, ригели, панели перекрытий и покрытия, а также металлические связи.

Фундаменты устраивают столбчатые стаканного типа.

Колонны сечением 400 х 400, 400 х 600 мм консольного типа высотой в один этаж (для зданий с высотой этажа 6 м и для верхних этажей трех- и пятиэтажных зданий), в два этажа (для двух нижних,

Рис. 15. Узлы железобетонного каркаса одноэтажных промышленных зданий: а — сопряжение колонны с фундаментом; б — опирание подкрановой балки

на колонну; в — сопряжение балок и ферм с колонной; г — опирание

подстропильных конструкций на оголовке колонны; д — крепление подвесных

кранов к несущим балкам покрытия; е — опирание стропильных

и подстропильных балок на оголовки колонны;

ж — сопряжение стропильных, подстропильных ферм;

1 — фундамент; 2 — колонна; 3 — монолитный бетон; 4 — бороздки;

5 — закладная деталь; 6 — крепежная планка; 7 — болты М20;

8 — опорный лист толщиной 12 мм; 9 — подстропильные балки;

10 —сварной потолочный шов; 11 — стропильная балка;

12 — стальная обойма; 13 — несущая балка подвесного крана;

14 — стропильная ферма

Рис. 16. Многоэтажное здание с балочными перекрытиями:

а — поперечный разрез здания с плитами, опертыми на полки ригелей;

б — план; в — детали каркаса; 1 — самонесущая стена; 2 — ригель с полками;

3 — ребристые плиты; 4 — консоль колонны;

5 — железобетонный элемент для заполнения деформационных швов

Рис. 17. Сопряжение колонн между собой и с ригелями:

а — конструкция стыка колонн; б — общий вид сопряжения колонны и ригеля;

1 — стыкуемые оголовки колонн; 2 — центрирующая прокладка;

3 — рихтовочная пластинка; 4 — арматура колонны рабочая;

5 — то же поперечная; 6 — стыковые стержни;

7 — зачеканка и замоноличивание бетоном класса В25; 8 — ригель;

9 — плита перекрытия (связевая); 10 —закладные детали колонны

ригеля и плит; 11 — сварка арматуры, выпущенной из колонны и ригелей;

12 — накладка для сварки плит

а также для верхних этажей четырехэтажных зданий) и в три этажа (для зданий с высотой этажа 3,6 м). У крайних колонн для опирания ригелей имеются консоли с одной стороны, у средних колонн — консоли с обеих сторон. Колонны изготовляют из бетона класса В15-В40.

На консоли колонн в поперечном направлении укладывают ри­гели. Их изготовляют из бетона класса В25, В30. Ригели первого типа (с полками для опирания плит) перекрывают пролеты 6 и 9 м. Риге­ли второго типа имеют прямоугольное сечение, их применяют в пе­рекрытиях при установке провисающего оборудования.

Плиты перекрытий и покрытий изготовляются с продольными и поперечными ребрами из бетона класса В15—В35. По ширине их подразделяют на основные и доборные, укладываемые у наружных продольных стен. У основных плит, укладываемых по верху риге­лей, в торцах имеются вырезы (для пропуска колонн). При нагруз-ках на перекрытие до 125 кН/м² применяются плоские пустотелые плиты, а вдоль средних рядов колонн укладывают сантехнические панели.

Связи между колоннами устанавливают поэтажно в середине тем­пературного блока по продольным рядам колонн. Их изготовляют из стальных уголков в виде порталов или треугольников такой же конструкции, как и в одноэтажных зданиях.

Привязка колонн крайних рядов и наружных стен к продольным разбивочным осям нулевая, либо разбивочная ось здания проходит по центру колонны. Привязка колонн торцовых стен принимается 500 мм, а в зданиях с сеткой колонн 6x6 м — осевая. Колонны средних рядов располагаются на пересечении продольных и поперечных осей. Узлы каркаса(рис. 17) — это опорные соединения однотип­ных или разнотипных сборных элементов, обеспечивающих про­странственную жесткость конструктивных стержней. К основным узлам относят:

сопряжение ригелей с колоннами достигается сваркой закладных деталей ригелей и консолей колонн, а также сваркой выпусков верхней арматуры ригелей со стержнями, пропущенными сквозь тело колонны. Зазоры между колоннами и торцами ригелей за­полняют бетоном;

стыки колонн многоэтажных зданий для удобства монтажа пре­дусматривают на высоте 0,6 м от уровня пола. Торцы колонн снабжены стальными оголовкам. Стык осуществляется привар­кой стыковых стержней к металлическим оголовкам с после­дующим замоноличиванием;

стыки плит перекрытия. Уложенные плиты соединяют сваркой закладных деталей с ригелями, с колоннами и между собой. По­лости стыков между ребрами замоноличивают бетоном. Безбалочный железобетонный каркас с сеткой колонн 6x6м в виде многоярусной и многопролетной рамы с жесткими узлами и нагрузками на перекрытие от 5 до 30 кН/м² (рис. 18).

Основные элементы каркаса: колонны, капители, межколонные и пролетные плиты — изготовляют из бетона класса В25—В40.

Колонны высотой в один этаж устанавливают по сетке 6x6м. В верхней части колонны имеется уширение (оголовки) для опира­ния капителей, которое имеет вид опрокинутой усеченной пирами­ды со сквозной полостью для сопряжения с концами колонн.

Рис. 18.Многоэтажное здание с безбалочными перекрытиями:

а — поперечный разрез; б — план; 1 — самонесущая стена;

2 — капитель колонны; 3 — плиты межколонные; 4 — то же пролетные

Рис.19. Сборное безбалочное перекрытие:

а — план и разрезы; б — общий вид;

1 — оголовок колонны; 2 — капитель; 3 — плита межколонная;

4 — то же пролетная; 5 — монолитный бетон;

6 — монолитный железобетон;

7 — полка для опирания пролетной плиты; 8 — колонна

Капитель надевают на оголовок и крепят сваркой стальных за­кладных деталей. На капители в двух взаимно-перпендикулярных направлениях укладывают многопустотные межколонные плиты и приваривают по концам к закладным деталям капителей. После установки колонны следующего этажа стык заливают бетоном. Затем в зону между концами межколонных плит укладывают сталь­ную арматуру, приваривая ее к закладным деталям. После забето-нирования плиты работают как неразрезные конструкции.

Участки перекрытия, ограниченные межколонными плитами, заполняют пролетными плитами квадратной формы, опирая их по контуру на четверти, предусмотренные в боковых гранях межколон­ных плит.

К основным узлам безбалочного каркаса относят (рис. 19): стыки колонн, расположенные на 1 м выше перекрытия, такой же конструкции, как и в балочном каркасе; стык капители с колонной. На четырехстороннюю консоль ко­лонны опирают капитель, приваривая снизу закладные детали, а сверху арматурные накладки. Зазор между колонной и капите­лью замоноличивают бетоном класса В25; стыки плит перекрытия. Межколонные плиты опирают выпус­ками арматуры на закладные детали, замоноличивая стык бето­ном. Пролетные плиты опирают выпусками арматуры на заклад­ные детали межколонных панелей. После сварки клиновидные пазы стыков замоноличивают.

ЛЕКЦИЯ 4

Стальные конструкции одноэтажных промышленных зданий

Пространственную систему металлических конструк­ций, образованную колоннами, подкрановыми балками, фермами, прогонами и связями, называют стальным каркасом.Пространст­венная жесткость каркаса обеспечивается укладкой подкрановых балок, прогонов, связей между поперечными рамами.

Элементы каркаса изготовляют из малоуглеродистых и высоко­прочных сталей. Сопряжение элементов стального каркаса осуществ­ляют на болтах, сварке и заклепках (при значительных динамических нагрузках).

Рис. 20. Основные типы стальных колонн:

а — сплошного постоянного сечения для зданий без мостовых кранов;

б — то же двухветвевого сечения; в — сплошного сечения для зданий,

оборудованных мостовыми кранами; г— то же, двухветвевого переменного

сечения; д — то же, раздельного типа переменного сечения

Каркасы одноэтажных промышленных зданий с пролетами 18,24, 30, 36 м и шагом колонн 6 и 12 м возводят из типовых металлических конструкций.

Стальные каркасы допускаются: при высоте одноэтажного зда­ния более 14,4 м; при грузоподъемности кранов 50 т и более; при пролетах здания 30 м и более, а в неотапливаемых зданиях — 18 м и более; при двухъярусном расположении кранов; при высоких дина­мических нагрузках; при строительстве в труднодоступных районах.

Устройство стального каркаса наиболее оправдано для многих цехов металлургической промышленности (мартеновские, прокат­ные и др.) и в цехах тяжелого машиностроения.

Повышение коррозионной стойкости стального каркаса дости­гается нанесением соответствующих защитных покрытий — масля­ных красок, битумных лаков. С этой же целью для работы в агрессив­ной среде следует применять круглые, гнутые, сплошностенчатые конструктивные формы элементов, в которых отсутствуют места скоп­ления влаги и пыли, являющиеся источником развития коррозии.

Защита стальных конструкций от чрезмерного нагрева произво­дится облицовкой огнеупорными материалами (керамикой, бетона­ми) и установкой отражающих экранов при постоянном источнике теплоизоляции (на некоторых участках горячих цехов).

Применение железобетонных настилов по стальным фермам приводит к увеличению расхода металла, поэтому предпочтительно использование легких ограждающих конструкций (профилирован­ный стальной лист, асбестоцементные изделия, эффективный утеп­литель).

Типы стальных колонн. Их опирание на фундамент

В колоннах различают следующие части:

• оголовок, воспринимающий нагрузку от вышележащих конструкций;

• стержень (ствол), имеющий надкрановую и подкрановую части;

· башмак (база), передающий нагрузку на фундамент.

Стальные колонны (рис. 20) различают по следующим призна­кам:

• по местоположению: для крайних и средних рядов;

• по конструкции ствола: постоянного сечения, переменного (сту­пенчатого) сечения;

• по сечению ствола: сплошные, сквозные (из отдельных ветвей, соединенных раскосами или планками), смешанного типа (надкрановая часть сплошная, подкрановая сквозная).

Колонны постоянного сечения представляют собой прокатные сварные двутавры с консолями для опирания подкрановых балок. Их устанавливают в бескрановых или крановых зданиях высотой 8,4-9,6 м (при грузоподъемности кранов до 20 т). Привязка крайних колонн: при Н= 6—8,4 м — нулевая; при Н= 8,4—9,6 м — 250 мм.

Расстояние от уровня пола до верха подколонника 600 мм (для колонн =8,4—9,6 м), 200 мм (для колонн Н = 6—8,4 м).

Рис. 21. Стальные подкрановые балки:

а — сплошного сечения из прокатных двутавров с усилением верхних полок;

б — то же сварные; в — то же, клепаные; г — сквозного сечения;

д — крепление балок к железобетонной колонне; е — то же к стальной;

ж — крепление рельса к балке крюками; з — то же лапками;

1 — тормозная балка; 2 — крепежная планка; 3 — упорный уголок;

4 — стальная фасовка; 5 — подставка; 6 — цементно-песчаный раствор;

7 — опорное ребро; 8 — рельс; 9 — крюк; 10 — стальная лапка

Ступенчатые (двухветвевые) колонны предназначены для зданий с высотой этажа 9,6—18 м, оборудованных кранами грузоподъемно­стью до 125 т. Надкрановая часть колонны (шейка) выполняется из сварного двутавра, подкрановая состоит из двух ветвей, соединен­ных решеткой. Подкрановую часть двухветвевых колонн выпол­няют из прокатных швеллеров и двутавров (при высоте сечения до 400 мм), из гнутых швеллеров и двутавров сварных или прокатных (при высоте сечения 400—650 мм).

Башмаки стальных колонн крепят к анкерным болтам, заделан­ным в железобетонный фундамент. Опирание осуществляют через слой цементно-песчаного раствора или бетона на мелком заполни­теле. Конструкция башмака зависит от сечения колонны, характера нагрузки (центральная, внецентренная). Башмаки колонн сплош­ных и решетчатых (при небольшом расстоянии между ветвями) име­ют общую базу. В зависимости от высоты траверсы нижний торец колонны располагают на отметке 0,6—0,9 м. Заглубленную часть колонны для защиты от коррозии бетонируют.

Подкрановые балки

Двутавровые балки пролетом 6 и 12 м применяют в зданиях с мостовыми кранами грузоподъемностью до 200 т. Сечение балок симметричное или асимметричное (с уширенным верхним поясом), вертикальная стенка сплошная, усиленная двусторонними реб­рами, расположенными через 1,5 м. Высота подкрановых балок 600—2050 мм, их изготовляют из прокатного металла и сварными (рис. 21).

По статической работе подкрановые балки делят на разрезные, имеющие по всей длине постоянное сечение и стыкуемые на опорах; неразрезные, компонуемые из различных сечений, со стыками, расположенными в четвертях пролета.

Тормозные балки и фермы (рис. 22) обеспечивают устойчивость подкрановых балок и воспринимают тормозные усилия мостовых кранов. Их закрепляют к поясам подкрановых балок и сверху при­варивают стальной рифленый лист, используемый для прохода вдоль подкрановых путей. При шаге колонн 6 м верхние пояса подкрано­вых балок связывают тормозными балками только в связевых шагах колонн. При шаге колонн 12 м при устройстве проходов при кранах грузоподъемностью более 75 т по всей длине подкрановых балок устраивают тормозные фермы.

Крановые пути для кранов грузоподъемностью до 20 т устраива­ют из железнодорожных рельсов, закрепленных крюками или план­ками с вертикальными ребрами.

Для кранов грузоподъемностью более 20 т укладывают рельсы от КР-50 до КР-140, закрепляемые болтами с прижимными лапка­ми. Концевые опоры приваривают к подкрановой балке и снабжа­ют брусчатым амортизатором.

Балки опирают на колонны через опорные торцовые ребра и крепят к ним болтами и планками. Между собой балки соединяют болтами, пропускаемыми через опорные ребра. Балки изготовляются средние и крайние. Крайние балки устанавливаются у температур­ных швов и в торцах пролетов, у этих балок одна из опор отодвинута на 500 мм.

При опирании балок на железобетонные колонны под балки устанавливают специальные подставки (рис. 21, д).

Рис. 22. Тормозные элементы подкрановых балок:

а — тормозная балка, соединяющая подкрановые конструкции

на средних колоннах; б — тормозная ферма, соединяющая подкрановые

конструкции на средних колоннах; в — тормозная балка для крайних колонн;

г — тормозная ферма для крайних колонн;

1 — двутавровые подкрановые балки; 2 — стальной рифленый лист,

усиленный снизу ребрами из уголков; 3 — решетка из уголков; 4 — швеллер;

5 — вертикальная решетка тормозной фермы; 6 — стальные уголки,

поддерживающие раскосы тормозной балки

Рис. 23. Схемы стальных стропильных и подстропильных ферм:

а — с параллельными поясами для плоских покрытий;

б — треугольная для неутепленных покрытий; в — подстропильная

с параллельными поясами; г— подстропильная треугольная