Основные элементы каркаса одноэт пром зд

Виды одноэтажных промышленных зданий

Промышленные здания проектируют одноэтажными и многоэтажными. В настоящее время в отечественной индустрии наибольшее распространение получили одно­этажные промышленные здания — их доля в общем объ­еме промышленных зданий составляет около 70 %. В од­ноэтажных зданиях размещают производства с тяжелым и громоздким оборудованием, которое нельзя разместить на перекрытиях многоэтажных зданий, так как они по­лучатся слишком мощными и неэкономичными. Условия размещения и эксплуатации оборудования, а также не­обходимость изменения в будущем технологического про­цесса требуют крупной сетки колонн и большой высоты здания. Одноэтажные здания во многих случаях оборуду­ют мостовыми и подвесными кранами значительной гру­зоподъемности, создающими большие усилия в несущих элементах здания. Одноэтажные здания широко распро­странены в металлургической, машиностроительной, дру­гих отраслях промышленности.

Существуют следующие разновидности одноэтаж­ных промышленных зданий: однопролетные и многопро­летные; здания без мостовых кранов (50 %), с подвесны­ми (15 %) и с мостовыми кранами (35 %); здания с фо­нарями и бесфонарные; здания со скатной и малоуклон­ной кровлей.

Рекомендуется проектировать одноэтажные про­мышленные здания прямоугольными в плане, с одинако­выми пролетами, без перепадов высот во избежание сне­говых мешков.

Вопрос о выборе материала несущего каркаса должен решаться на основе технико-экономического анализа. Ос­новным материалом для.одноэтажных промышленных зданий является сборный железобетон. Из него возводят здания, обеспечивающие 85 % производственных площа­дей, тогда как из металла — лишь 12 %, а из других ма­териалов— 3 %. Стальные несущие конструкции реко­мендуют применять при больших пролетах и высотах здания (Я^=18м), в зданиях с тяжелым крановым обо­рудованием, при необходимости установки мостовых кра­нов в двух ярусах, строительстве в отдаленных районах и т. п.

Возможно применение в одном здании железобетон-ных и металлических несущих конструкций (например, колонн из железобетона, стропильных конструкций и под­крановых балок из стали).

. Конструктивные схемы зданий

О Современные одноэтажные производственные зда--ния в подавляющем большинстве случаев решаются по каркасной схеме. Каркас здания может быть образован из плоских элементов, работающих по балочной схеме ^(стропильных конструкций — ригелей, на которые опира­ются плиты покрытия, и колонн, заделанных в фунда-_чменты), или включать в себя пространственную конструк­цию покрытия (в виде оболочек, опертых на колонны). Оболочки более эффективны в работе, позволяют пере­крывать большие пролеты, дают экономию бетона и ар­матуры до 30 %, но пока более сложны в производстве работ и требуют в ряде случаев специальных устройств (эстакад) при оборудовании здания мостовыми кранами. Балочная схема проще, обеспечена обширной производ­ственной базой и получила широкое распространение.

Пространственный каркас здания (рис. 11.1, а) услов­но расчленяют на поперечные и продольные рамы, каж­дая из которых воспринимает горизонтальные и верти­кальные нагрузки.

Основным элементом каркаса является поперечная рама, состоящая из колонн, защемленных в фундаментах, ригелей (фермы, балки, арки) и покрытия под ним в ви­де плит (рис. 11.1,6). Плиты покрытия привариваются к ригелям не менее чем в трех точках с помощью заклад­ных деталей, швы тщательно замоноличиваются, при этом покрытие образует жесткий в своей плоскости диск. Ригели обычно соединяются с колонной шарнирно. В этом случае достигается простота монтажа и независимая ти­пизация ригелей и колонн, поскольку при таком соеди­нении приложенная к ригелю нагрузка не вызывает в стойках изгибающих моментов. Поперечная рама вос­принимает нагрузку от массы покрытия, снега, кранов, стен, ветра и обеспечивает жесткость здания в попереч­ном направлении.

В продольную раму включается один ряд колонн в пределах температурного отсека и продольные конст­рукции: подкрановые балки, вертикальные связи, распор­ки по колоннам и конструкции покрытия (рис. 11.1, б).Продольная рама обеспечивает жесткость здания в про­дольном направлении и воспринимает нагрузки от про­дольного торможения кранов и ветра, действующего в то­рец здания.К элементам каркаса относятся также фахверковые колонны, несущие нагрузку от стеновых панелей и вос­принимаемого ими ветра. Стеновые панели могут быть навесными и самонесущими.

При разработке конструктивной части проекта одно­этажного промышленного здания инженеру приходится решать ряд вопросов, основными из которых являются: выбор и компоновка конструктивной схемы, статический расчет поперечной рамы, стропильных и подстропильных конструкций, плит покрытия, колонн, фундаментов и их конструирование.

№18. Обеспечение жесткости и устойчивости здания. Связи.

Каркас здания должен обладать пространственной жесткостью, которая условно оценивается величиной упругих смещений элементов каркаса, происхо­дящих под влиянием различных силовых воздействий. В зданиях с карка­сами из сборных железобетонных элементов с применением крупнораз-

мерных плит жесткость покрытия и каркаса здания в целом обеспечивает­ся связями и диском покрытия, образуемым из плит. В покрытиях с про­гонами жесткость обеспечивается только связями.

Несколько большие требования в отношении к жесткости каркасов предъявляются к зданиям, оборудованным во всех пролетах мостовыми кранами грузоподъемностью свыше 30 т, либо в части пролетов кранамигрузоподъемностью свыше 50 т, а также к зданиям большой высоты. Для таких зданий недостаточно обычных вертикальных связей по колоннам и диска покрытия из крупноразмерных плит, поэтому приходится приме­нять и горизонтальные стальные связи. При наличии в здании мощных кранов прочных сварных швов, присоединяющих плиты к фермам, ока­зывается недостаточной. В этих случаях предусматривают облегченную связь плит с фермами (приварка по двум углам) и упругую прокладку в швах между плитами. Плиты используют только как распорки между фермами, а диск заменяют горизонтальными стальными связёвыми фер­мами по верхним поясам стропильных ферм.

Вертикальные и горизонтальные связи обеспечивают жесткость и не­изменяемость покрытия и здания в целом и являются соответственными элементами каркаса здания. Кроме того, эти связи воспринимают гори­зонтальные ветровые нагрузки, действующие на торцы здания, горизон­тальные тормозные нагрузки от мостовых кранов и подвесных электриче­ских кран-балок, а также создают устойчивость сжатых поясов несущих конструкций зданий, стропильных балок и ферм.

К вертикальным относятся связи по колоннам и связи, располагаемые вдоль продольных осей, на уровне опорных частей несущих конструкций покрытий, связи фонарей и ферм покрытий, а также связи подвесных пу­тей. Связи по колоннам создают жесткость, геометрическую неизменяе­мость продольной рамы здания, собирают все горизонтальные усилия с покрытия и продольных рам здания и передают их на фундаменты. Эти связи выполняются из стальных уголков, которые приваривают при мон­таже к закладным деталям колонн. Связи по колоннам устанавливают в каждом ряду в середине температурного блока; при этом следует иметь в виду, что при установке таких связей в двух смежных ячейках продоль­ной рамы становятся затруднительными деформации от перепада темпе­ратуры, что в свою очередь вызывает нежелательные дополнительные на­пряжения в элементах каркаса здания. Поэтому установка вертикальных связей в двух ячейках температурного блока не рекомендуется.

Вертикальные связи по элементам покрытия решаются в зависимости от принятой схем конструкций покрытия. Так, в зданиях со скатной кров­лей с типовыми конструкциями стропильных балок и ферм, имеющими высоту на опоре 800...900 мм, вертикальные связи в уровне верха колонн и опорных частей балок и ферм обычно не ставят. В этом случае горизон­тальные силы с диска покрытия передаются непосредственно через опор­ные части ферм и балок, имеющих определенную жесткость из своей плоскости. Поэтому изгибающий момент от горизонтальной силы, пере­даваемой с небольшим плечом, должен быть воспринят креплением бал­ки или фермы к колонне через закладной листВ зданиях с плоской кровлей, где высота типовых балок составляет 1200... 1500 мм, а ферм — 2700 мм, а иногда и более при принятых спосо­бах соединения сборных конструкций рассчитывать на передачу гори­зонтальных сил на колонны без связей нельзя. В крайних ячейках темпе­ратурного блока здания по продольным осям, между опорными стойками ферм либо между опорными утолщениями балок устанавливают связи. Такого же типа связи следует применять и в зданиях со скатными кровля­ми при использовании балок и ферм с высотой более 1000 мм. Связи-рас­порки также следует предусматривать и в высоких зданиях павильонного типа со скатной кровлей. Необходимость связей-распорок в таких здани­ях обусловливается тем, что связевая панель доходит до верха колонн, и в этом случае при отсутствии распорок все ветровые нагрузки должны были бы передаваться через сварные швы крепления плит в связевой па­нели. Этих швов недостаточно, и поэтому необходимо вводить распорки в уровне оголовков колонн для передачи ветровых нагрузок по всем свар­ным швам.

Стальные связи покрытий зданий с плоской кровлей с шагом колонн 6 и 12 м без подстропильных конструкций состоят из вертикальных свя­зей-ферм с номинальной длиной 6 или 12 м и высотой, соответствующей высоте балок и ферм, и связевых линейных элементов — распорок и рас­тяжек— с номинальной длиной также 6 и 12 м.

Стальные связи покрытия рассчитывают на ветровые нагрузки, дей­ствующие на торцы здания, переданные через стойки торцового фахверка на жесткий диск покрытия и на торцовые колонны. Усилия со связей по­крытия через распорки передаются на вертикальные связи колонн.

Сечения элементов связей подбирают из условий минимальной гиб­кости сжатых стержней А, = 200, и лишь в зданиях пролетом 24 м и более, а также в высоких зданиях приходится подбирать сечение элементов свя-.зей по расчету на прочность.

Вертикальные связи покрытий располагают по средним рядам ко­лонн — по их оси, а по крайним рядам колонн — со смещением связей на 150 мм от оси внутрь пролета. В нижних узлах связи крепят к столикам, привариваемым к закладным деталям колонн, а в верхних узлах — к за­кладным деталям на верхней плоскости концевых частей смежных стро­пильных ферм (рис. 233) или балок. Во всех случаях следует строго со­блюдать следующее условие: связи поверху должны быть прикреплены так, чтобы усилия с обоих смежных пролетов передавались на колонны; при этом не допускается соединять поверху стропильные фермы или бал­ки из смежных пролетов, поскольку несущие конструкции покрытия при этом могут быть превращены в неразрезные, на что они не рассчитаны. Для этого приходится предусматривать переходные детали (рис. 234), ко­торые могут передавать лишь продольные усилия. Если это условие несоблюдается и связи крепятся к общей накладке, соединяющей две смеж­ные стропильные конструкции, то в верхней зоне балок и ферм, вблизи закладных деталей, появляются трещины.

Если в зданиях с плоской кровлей по крайним рядам колонн с шагом 12 м предусматриваются дополнительно колонны продольного фахверка с шагом 6 м, то вертикальные связи пролетом 6 м и распорки крепятся с одной стороны к основным колоннам и с другой — к колоннам фахверка (рис. 235).

В зданиях с подстропильными конструкциями продольная жесткость покрытия и колонн на уровне их верха обеспечивается подстропильными балками или фермами, прикрепленными к колоннам (рис. 236). В этом случае необходимость в вертикальных связях и распорках на уровне опорных частей стропильных конструкций отпадает, так как продольная жесткость каркаса получается значительно большей, чем при стальных связях (см. рис. 227).

При большой ветровой нагрузке, передаваемой на покрытие (напри­мер, в высоких зданиях больших пролетов), несущая способность свар­ных соединений плит со .стропильными конструкциями оказывается не­достаточной. В этом случае значительная часть ветровой нагрузки, при­ходящейся на торец здания, должна передаваться на специальные конст­рукции, например, горизонтальные ветровые фермы, проектируемые в торце здания, преимущественно на уровне крановых путей (рис. 237Иногда покрытие не может рассматриваться как жесткий диск, напри­мер, в зданиях с мостовыми кранами тяжелого режима работы, при кото­рых величина горизонтальных поперечных сил превышает допускаемую

на плиту. Тогда приходится устраивать стальные горизонтальные связи на уровне верхнего пояса ферм, полностью воспринимающие горизон­тальные усилия, а плиты покрытия можно приваривать в двух местах по концам одного из продольных ребер и рассматривать только как распор­ки, обеспечивающие развязку из плоскости поясов стропильных конст­рукций.