Каркасы производственных зданий

Каркасы производственных зданий представляют собой комплекс конструкции, предназначенных для восприятия постоянных нагрузок от веса ограждающих и несущих конструкций, снеговой и ветровой нагрузок, а также нагрузок от технологического оборудования.

Основными конструктивными элементами каркаса являются: колонны, ригели перекрытий, стропильные конструкции покрытий (фермы или балки), связи и подкрановые конструкции. Для естественного освещения и вентиляции по покрытиям зданий могут устраиваться светоаэрационные или аэрационные фонари (рис.9.1).

В зависимости от схемы компоновки каркасы могут быть однопролетными и многопролетными. Наиболее распространены стальные каркасы одноэтажных однопролетных производственных зданий.

Каркасы одноэтажных производственных зданий можно разделить на плоскостные и пространственные. В каркасах плоскостной системы основными несущими конструкциями являются плоские поперечные рамы, которые соединяются между собой системой продольных связей. Поперечная

рама воспринимает только нагрузки, действующие в ее плоскости. Нагрузки, действующие вдоль здания, воспринимаются продольными кострукциями, в состав которых включаются вертикальные связи по колоннам, колонны, подкрановые балки. В каркасах пространственной системы при действии любых нагрузок в работу включаются все или большинство элементов и расчетный блок смещается целиком.

Сетка колонн одноэтажных зданий массового применения назначается размером 6х18, 6х24, 6x30, 6x36, 12x18, 12x24, 12x30 и по торцам часто устраиваются дополнительные фахверковые колонны с шагом 6 м для крепления ригелей под легкие стеновые панели или железобетонные стеновые панели длиной 6 м.

Конструкция ригеля сплошного или сквозного сечения зависит главным образом от пролета. При пролетах более 18 м ригели проектируются сквозными в виде ферм с целью экономии материалов.

Пространственная жесткость и устойчивость каркасов одноэтажных зданий в период монтажа и в период эксплуатации обеспечиваются структурной системой связей, поставленных в пределах блока покрытия и в пределах высоты колонны каркаса (рис.9.2).

Горизонтальные связи по верхним поясам устанавливают в поперечном направлении, и они обеспечивают устойчивость сжатых элементов верхнего пояса ферм от вертикальных нагрузок. В беспрогонной системе функцию связей по верхним поясам могут выполнять железобетонные плиты, которые крепят на сварке к верхнему поясу, а связи устанавливают только по краям температурного отсека на период монтажа. Горизонтальные связи по нижним поясам ферм устанавливают как в поперечном, так и в продольном направлениях. Поперечные связи по нижним поясам устанавливают, как правило, в торцах и температурного отсека, и они служат связевыми фермами для восприятия ветровых нагрузок.

Продольные связи по нижним поясам устраивают преимущественно в зданиях с кранами тяжелого режима работы.

Вертикальные связи по фермам устраивают между опорными стойками ферм и в середине пролета. Их основное назначение - создать жесткий пространственный связевой блок, состоящий из стропильных ферм и поперечных связей по верхним и нижним поясам. К этому блоку распорками или прогонами по верхним поясам присоединяются остальные фермы.

Наиболее легкими и в тоже время жесткими являются крестовые связи. Их рассчитывают только на растяжение. В запас прочности работу сжатого элемента связей не учитывают.

Связевые фермы с треугольной решеткой, работающей на растяжение и сжатие, по расходу металла уступают связевым фермам с крестовой решеткой, однако они проще в изготовлении и монтаже, поэтому в последнее время они получают широкое применение.

Кроме связей по шатру устраивают вертикальные связи между колоннами каркаса в продольном направлении (рис.9.2.ж-к), которые обеспечивают жесткость каркаса здания в продольном направлении от воздействия продольных нагрузок, продольных тормозных сил мостовых кранов и ветра. Простейшая конструкция - крестовые или раскосные системы связей (рис.9.2.ж,з). По средним рядам для обеспечения свободного прохода устраиваются портальные или полупортальные системы связей (рис9.2.н, к).

Для одноэтажных промзданий со стальным каркасом наибольшее применение получили рамы бесшарнирного типа (рис.9.3.а). Для одноэтажных промышленных и неких зданий с железобетонным и смешанным каркасом (колонны - железобетонные, ригели - металлические) используют рамы с шарнирным соединением ригеля с колонной и с жестким соединением колонны с фундаментами.

В стальных каркасах соотношение моментов инерции сечений ригеля и стоек рамы задают из конструктивных соображений:

для однопролетных рам

I_inf/I_snp = 7…10; I_b/I_snp = 20...40;

Для многопролетных рам

I_inf.i/I_snp.l = 1…4

где I_inf, I_snp - моменты инерции подкрановой и надкрановой частей сечения колонн в однопролетном здании;

I_inf.i/I_snp.l - то же, колонны наружного и среднего ряда;

I_snp - момент инерции надкрановой части сечения колонны;

I_b - момент инерции поперечного сечения ригеля.

На рис.9.3.б приведена расчетная схема однопролетной рамы.

Ригель каркаса с шарнирным сопряжением ригеля со стойками рассчитывают как обычную балку (ферму) или как неразрезную систему, опертую на ряд колонн. Стойки рамы рассчитывают как внецентренно - сжатые колонны, защемленные в фундаменте.