Жесткость и устойчивость каркаса и его элементов обеспечивается системой связей.

Требования, предъявляемые к каркасам промзданий. При проектировании промзданий в первую очередь учитываются эксплуатационные требования и экономические факторы.

Эксплуатационные требования.

1) удобство обслуживания и ремонта производственного оборудования, что требует соответствующего расположения колонн, подкрановых путей, связей и т.д.

2) нормальную эксплуатацию кранового оборудования и других подъемных механизмов;

3) создание необходимых условий аэрации и освещения зданий;

4) долговечность конструкций.

На работу каркаса здания исключительно большое влияние оказывают воздействия кранов. Такие нагрузки являются динамическими, многократно повторяющимися, большими по величине. Вследствие этого нередко наступает ранний износ и повреждение конструкций каркаса. Особенно большое воздействие испытывают подкрановые балки. Поэтому при проектировании каркаса здания необходимо правильно учитывать эксплуатационный режим работы мостовых кранов.

На работу конструкций большое влияние оказывает внутрицеховая среда. Степень агрессивности среды определяется скоростью поражения металла (мм/год), которая в свою очередь от концентрации агрессивных газов и влажности среды. Здания со средней и сильной степенью агрессивности среды относятся к категории зданий с особыми условиями работы. Сюда же относятся здания с высокими тепловыми воздействиями.

При проектировании таких зданий необходимо предусматривать специальную защиту металлических конструкций от чрезмерного нагрева: подвесные металлические экраны, футеровки из огнеупорного кирпича или жаро- прочного бетона.

При проектировании зданий в условиях низких температур (), вследствие возможности хрупкого разрушения стали необходимо учитывать ряд специальных требований: конструкции рассчитываются только по упругой стадии работы, предусматриваются дополнительные связи по покрытию, уменьшаются размеры температурных отсеков, предусматриваются мероприятия, уменьшающие концентрацию напряжений.

Экономические факторы. К ним относят затраты, связанные с возведением сооружения, включающие стоимость материалов, изготовления, перевозки и монтажа конструкций. Необходим учет также эффектов, от сокращения сроков строительства и более раннего начала производства продукции; расходов, связанных с поддержанием сооружения в состоянии нормальной его эксплуатации в течение монтажа конструкций.

Необходим учет также эффектов, от сокращения сроков строительства и более раннего начала производства продукции; расходов, связанных с поддержанием сооружения в состоянии нормальной его эксплуатации в течение всего срока службы. При проектировании конструкций здания необходимо найти оптимальное технико - экономическое решение, учитывающих все условия.

Выбор материала каркаса. Задача решается из условия назначения здания и с учетом экономических факторов. Стальной каркас рекомендуется применять:

1) для зданий с режимами работы 7К, 8К;

2) для зданий на вечномерзлых или просадочных грунтах;

3) для зданий, возводимых в труднодоступных районах или при значительном удалении объектов строительства от производственных баз;

4) возводимых в обычных условиях, но: при высоте до низа ферм 18м; при большом шаге внутренних колонн >12м; в зданиях с тяжелыми кранами тс.; при двухярусном расположении кранов; в зданиях с большими пролетами 30м.

Основным критерием выбора материала конструкций каркаса являются стоимостные показатели, определяемые вариантным проектированием.

Задача снижения трудоемкости и стоимости изготовления конструкций требует возможно большего сокращения типоразмеров конструкций, т. е. их унификации. Оптимальное решение дает типизация конструкций. Типизация конструкций относится как к конструктивным схемам здания в целом, так и к отельным элементам. Конечным этапом типизации является разработка рабочих чертежей сортамента типовых конструктивных элементов, из которых собирают каркас здания.

Основной предпосылкой типизации является принцип модульности, т.е. соизмеримости размеров элементов, кратности их определенному размеру, называемому модулем. Основной модуль М, равный 10см. Укрупненные модули 2М, 3М, 6М и т. д.

В настоящее время для производственных зданий общего назначения разработаны чертежи типовых колонн, ферм, подкрановых балок, фонарей, вспомогательных конструкций, применение которых резко ускоряет проектирование и изготовление конструкций, снижает стоимость, улучшает качество и повышает надежность.

Проектирование каркаса промздания начинают с компоновки его конструктивной схемы. Исходным материалом является технологическое задание, в котором даются расположение и габариты агрегатов и оборудования цеха, число кранов, их грузоподъемность и режим работы. Технологическое задание содержит также данные о районе строительства, условиях эксплуатации цеха (освещенность, температурно-влажностный режим и т. п.).

При компоновке конструктивной схемы каркаса решают вопросы размещения колонн здания в плане (разбивка сетки колонн), выбирают схему поперечной рамы, устанавливают внутренние габариты здания, назначают генеральные размеры основных конструкций каркаса, решают систему связей по колоннам и по шатру здания, компонуют конструкции подкрановых путей, устанавливают типы ограждающих конструкций (стен, кровли).

Размещение колонн в плане принимают с учетом технологических, конструктивных и экономических соображений. Колонны зданий в плане расставляют по модульной сетке разбивочных осей. Шаг 12м рекомендуется принимать для зданий больших пролетов м и высотой м с кранами тс. У торцов здания колонны обычно смещаются с модульной сеткой на 500мм для удобства оформления углов здания стандартными плитами и панелями, имеющими модульные размеры 6 или 12м, но при этом увеличивается число типоразмеров конструкций. В многопролетных зданиях шаг внутренних колонн исходя из технологических требований часто принимается увеличенным и кратным шагу наружных колонн.

От изменения температуры в элементах каркаса могут возникнуть большие дополнительные напряжения. Поэтому здания, имеющие большие размеры в плане, разрезают на отдельные отсеки поперечными и продольными температурными швами. Нормами проектирования установлены предельные размеры температурных отсеков, при которых влияние климатических температурных воздействий можно не учитывать (табл.11.1,с. 266 / 1 /).

Системы покрытий. Для перекрытий одноэтажных промзданий в большинстве случаев наиболее рациональной оказывается рамная система, состоящая из колонн, ригелей - стропильных ферм. В многопролетных зданиях при шаге внутренних колонн, большем, чем наружных, по внутренним колоннам устанавливают подстропильные фермы, которые служат опорами для промежуточных стропильных ферм.Компоновка поперечных рам. Для металлических каркасов промзданий основным типом являются рамы со стойками сплошного или сквозного сечений, жестко защемленных в основании, и ригелями в виде стропильных ферм. Сопряжение ригелей с колоннами может быть шарнирным или жестким. Жесткое сопряжение целесообразно в однопролетных рамах с тяжелыми кранами (т. е. при значительных горизонтальных воздействиях и больших динамических нагрузках).Шарнирное сопряжение ригелей с колоннами обычно применяют в многопролетных рамах, которые обладают большой горизонтальной жесткостью. Особенно целесообразно такое сопряжение в узлах среднего ряда колонн при одинаковой высоте смежных пролетов. При смешанном каркасе - шарнирное сопряжение ригелей с колоннами.