Каркасы одноэтажных промышленных зданий. Характеристика, основные элементы и конструктивные особенности.

Преобладающим видом промышленных зданий являются одноэтажные (примерно 64% всех промышленных зданий). Это объясняется требованиями технологии, возможностью передачи нагрузок от тяжеловесного оборудования непосредственно на грунт, сравнительной простотой и экономичностью их возведения. Конструктивные схемы одноэтажных промышленных зданий разнообразны (рис. 1): наиболее распространенными являются однопролетная и многопролетная рамные схемы каркасов с системой покрытий (плоской и пространственной) в виде куполов и вантовых конструкций. По виду материалов конструкции каркасов бывают железобетонные и стальные. Железобетонные каркасы могут быть монолитными и из типовых сборных железобетонных элементов заводского изготовления.

Каркас одноэтажного здания с покрытием из плоских элементов состоит из поперечных рам, образованных защемленными в фундаментах колоннами, и шарнирно опирающимися на колонны стропильными фермами или балками. В продольном направлении рамы связаны подкрановыми балками, балками-распорками, подстропильными фермами, жестким диском покрытия и- в необходимых случаях — стальными связями. Жесткий диск образуют плиты, приваренные к стропильным фермам или к балкам с последующим замоноличиванием швов. Плоские конструкции перекрывают пролеты до 36 м.

Пролетом называется внутренний объем, ограниченный двумя рядами колонн и торцовыми стенками.

В связи с массовым выпуском унифицированных 6-м стеновых и оконных панелей в крайних рядах колонн чаще принимают 6-м шаг. В целях эффективного и маневренного использования производственных площадей в средних рядах колонн наиболее распространен 12-м шаг.

Пролеты одноэтажных промышленных зданий принимают равными 12, 18, 24, 30 и 36 м для цехов с крановыми нагрузками и от 12 до 48 м и более для бескрановых цехов.

Колонны сборные железобетонные могут быть сплошными прямоугольного сечения и двухветвевыми.

Рис. 1. Схемы покрытий одноэтажных пролетных зданий а — плоская по стропильным и подстропильным фермам; б — по решетчатым прогонам и стропильным фермам; в — пространственная система покрытия с оболочкой двоякой кривизны

Сплошные колонны применяют в бескрановых цехах и при наличии кранов грузоподъемностью до 30 • 104 Н и высоте здания до 10,8 м; сквозные — при кранах грузоподъемностью более 30 • 104 Н и высоте здания свыше 10,8 м.

Двухветвевые колонны имеют в нижней подкрановой части две стойки (ветви), соединенные распорками по высоте через 1,5—3 м, а в верхней надкрановой части — сплошное прямоугольное сечение.

По расположению в здании колонны бывают крайние и средние. К крайним колоннам с наружной стороны примыкают стеновые ограждения. Крайние колонны, в свою очередь, подразделяют на основные, воспринимающие нагрузки от стен, кранов и конструкций покрытия, и фахверковые, служащие только для крепления стен. Стальные фахверковые колонны (рис. 2) устанавливают в торцах здания и между основными колоннами у продольных стен при шаге основных колени 12 м и 6-м стеновых панелях. В ряду выделяют связевые колонны, соединенные стальными вертикальными связями для восприятия горизонтальных сил.

Колонны армируют сварными каркасами и формуют при прямоугольном сечении из бетона марки 200; двухветвевые — из бетона марок 300—400. Во всех колоннах в местах опирания стропильных конструкций и подкрановых балок, в крайних колоннах на уровне швов стеновых панелей, в связевых колоннах в местах примыкания продольных связей имеются закладные элементы, заанкеренные в бетон или приваренные для фиксации положения к рабочей арматуре. Закладные стальные трубки диаметром 50—70 мм образуют отверстия, используемые для строповки при распалубке и монтаже. Закладные элементы в местах опирания подкрановых балок и стропильных конструкций представляют собой стальной лист с пропущенными сквозь него анкерными болтами.

Для соединения с фундаментом колонну заводят в стакан на глубину до 0,85 м при прямоугольном сечении и до 1,20 м при двухветвевом изамоноличивают бетоном марки, равной марке бетона в колонне.

В поперечном направлении устойчивость зданий обеспечивается жесткостью заделанных в фундамент колонн и жестким диском покрытия, в продольном направлении — дополнительно стальными связями, устанавливаемыми по всем рядам между колоннами и опорами стропильных конструкций.

Межколонные стальные связи располагают в среднем шаге тем- ператуного отсека в бескрановых зданиях при высоте помещений до 10,8 м в пределах подземной высоты колонн; в зданиях с опорными кранами — при любой высоте помещений в пределах высоты подкрановой части колонн. По схеме стальные связи подразделяют на крестовые и портальные.

Рис. 2. Стальной торцовый фахверк а — стойки фахверка; б — ригели

Для перемещения мостовых кранов по колоннам монтируют железобетонные или стальные подкрановые балки. Железобетонные подкрановые балки применяют в зданиях с опорными кранами грузоподъемностью до 30 • 104 Н, с шагом основных колонн 6 и 12 м. Балки таврового сечения с предварительным напряжением арматуры формуют из бетона марок 300—500.

Крепят подкрановую балку к консоли колонны анкерными болтами, пропущенными через опорный лист, а к шейке колонны путем приварки вертикального листа к закладным пластинам. На торцовых подкрановых балках устанавливают стальные торцовые упоры.

В качестве несущих конструкций покрытий одноэтажных промышленных зданий применяют: сборные железобетонные плиты типа КЖС размером 1,5 X 12, 3 X 12, 3 X 24 м, которые опираются на продольные обвязочные и подстропильные железобетонные балки; железобетонные стропильные балки (односкатные, двухскатные и с параллельными поясами) для пролетов до 18 м; железобетонные фермы для пролетов до 24 м; железобетонные арки для пролетов более 36 м; стальные фермы для пролетов более 24 м; пространственные конструкции в виде сферических и цилиндрических оболочек из сборных железобетонных плит; монолитные и сборные железобетонные своды-оболочки и купола; пространственные конструкции покрытий типа «Структура» из стальных элементов для перекрытий ячеек 12 X 18, 12 X 24, 18 X 24, 24 X 24 и 30 X 30 м.

Железобетонные балки и фермы. Все конструкции, несущие покрытие, подразделяют на стропильные и подстропильные. Стропильные конструкции перекрывают пролет и подобно стропилам непосредственно поддерживают настил кровли. Подстропильные конструкции перекрывают 12-м и 18-м шаги колонн и образуют промежуточные опоры для стропильных конструкций, расположенных с 6-м шагом.

По схеме восприятия внешних и распределению внутренних усилий эти конструкции представлены балками и фермами.

Балка — одноэлементная конструкция, на которую плиты могут опираться по всему пролету (рис. 3); ферма — составная стержневая конструкция, нагрузка на которую может передаваться только в узловых соединениях (рис. 4). Собственная масса фермы в 1,5—2 раза меньше массы балки.

Перед установкой к опорным узлам стропильных конструкций приваривают опорные листы, затем опорные листы приваривают к оголовкам колонн; монтажное крепление — на анкерных болтах. Подстропильные балки и фермы непосредственно приваривают к оголовкам колонн. Крепление стропильных конструкций к подстропильным аналогично креплению к колоннам.

Арки. При больших пролетах зданий 36 м и более экономичной конструкцией покрытия считаются трехшарнирные, двухшарнир- ные и бесшарнирные железобетонные арки. Распор арки воспринимается затяжкой или же передается на фундаменты и грунты основания. Арки преимущественно собирают из сборных элементов, напрягаемой затяжки и подвесок.

Рис. 3. Покрытие по железобетонным бяшгам 1 – фундамент; 2 — фундаментная балка; 3 — колонна; 4 — иоде!цивильные балки; стропильная балка; 6 — плвта покрытия

Рис. 4. Покрытие по железобетонным стропильным и подстропильным фермам

 

Рис. 5. Железобетонные арки а — схемы бесшарнирной, двухшарнирной и трехшарнирной арок; б — монолитная арка: 1 — арка; 2 — затяжка; 3 — подвеска

Своды, оболочки, купола представляют собой тонкую железобетонную монолитную или сборную из элементов заводского изготовления плиту (собственно оболочку), изогнутую по заданной расчетной кривой, усиленную по свободным краям бортовыми элементами и опирающуюся на диафрагмы или опорные кольца.

Стальные стропильные и подстропильные фермы применяют для перекрытия пролетов 24, 30, 36, 42 м и более с шагом колонн 12 и 18 м.

Стропилг-чые фермы опираются на железобетонные или стальные колонны, но могут быть оперты и на кирпичные столбы или подстропильные фермы.
По очертанию верхнего пояса различают фермы с параллельными поясами, трапециевидные, сегментные и треугольные.

Подстропильные стальные фермы одновременно служат в качестве продольных вертикальных связей между колоннами, поэтому их проектируют обычно с параллельными поясами.

Легкие стальные конструкции каркасов промышленных зданий. В последние годы в промышленном строительстве все более широко применяют легкие стальные конструкции каркасов. Отличительные особенности этих конструкций: они предназначены для зданий с легкими ограждающими конструкциями стен и кровли с использованием синтетических материалов — светопрозрачных обшивок, легких утеплителей; их изготовляют из тонкостенных трубчатых и прокатных профилей, которые соединяют при помощи склеивания, самонарезных болтов, точечной сварки. В результате металла расходуется на 25—50% меньше по сравнению с расходом его на обычные металлические конструкции.

Рис. 6. Блок покрытий типа «Структура»

Легкие несущие конструкции заводского изготовления представлены фермами из круглых и прямоугольных труб, тонкостенными прогонами, колоннами постоянного сечения из широкополочных прокатных и сварных профилей, П-образных рам и покрытий типа «Структура».

«Структура» — это пространственная стержневая система, используемая обычно как несущая конструкция покрытия и представляющая собой ряд пересекающихся между собой ферм, расположенных наклонно или вертикально. Обычно решетка этих ферм треугольная из одинаковых элементов. Элементы поясов также имеют постоянное сечение, все узлы одинаковы (рис. 6).

Покрытие такого типа является уникальным, красивым и экономичным, и его широко применяют в гражданском и промышленном строительстве. Используют «Структуры» главным образом для пролетов до 50 м (при опирании по контуру). Устройство консолей увеличивает область рационального применения их. В уникальных конструкциях пролеты превышают 100 м.