2.3.2. Связи между колоннами
Назначение связей: 1) создание продольной жесткости каркаса, необходимой для нормальной его эксплуатации; 2) обеспечение устойчивости колонн из плоскости поперечных рам; 3) восприятие ветровой нагрузки, действующей на торцевые стены здания, и продольных инерционных воздействий мостовых кранов.
Связи устанавливают по всем продольным рядам колонн здания. Схемы вертикальных связей между колоннами даны на рис.2.34. Схемы (рис. 2.34, в, г, е ) относятся к зданиям бескрановым или с подвесным крановым оборудованием, все остальные - к зданиям, оборудованным мостовыми опорными кранами.
В зданиях, оборудованных мостовыми опорными кранами, основными являются нижние вертикальные связи. Они в совокупности с двумя колоннами, подкрановыми балками и фундаментами (рис. 2.34 д, ж...л ) образуют геометрически неизменяемые неподвижные в продольном направлении диски. Свобода или стесненность деформации присоединенных к таким дискам других элементов каркаса существенно зависят от количества жестких блоков и их расположения вдоль каркаса. Если вы расположите связевые блоки по торцам температурного отсека (рис. 2.35, а ), то при повышении температуры и отсутствии свободы деформаций ( t 0) возможна потеря устойчивости сжатых элементов. Вот почему вертикальные связи лучше размещать в середине температурного блока (рис. 2.34, а...в , рис. 2.35, б ), обеспечив свободу температурных перемещений по обе стороны от связевого блока (Δ t 0) и исключив появление дополнительных напряжений в продольных элементах каркаса При этом расстояние от торца здания (отсека) до оси ближайшей вертикальной связи и расстояния между связями в одном отсеке не должны превышать значений, приведенных в табл. 1.2.
В надкрановой части колонн вертикальные связи следует предусматривать в торцах температурных блоков и в местах расположения нижних вертикальных связей (см. рис. 2.34 а, в ). Целесообразность установки верхних связей в торцах здания обусловлена, в первую очередь, необходимостью создания кратчайшего пути для передачи ветровой нагрузки R w на торец здания по продольным связевым элементам или подкрановым балкам на фундаменты (рис. 2.36). Эта нарузка равна опорной реакции горизонтальной связевой фермы (см. рис. 2.30) или двух ферм в многопролетных
Рис. 2.35. Влияние схем расположения связевых блоков на развитие температурных деформаций:
a
- при расположении связевых блоков по торцам; б
- то же, по середине здания
зданиях. Аналогично передаются на фундаменты силы от продольного торможения кранов F кр (рис. 2.36). Расчетную силу продольного торможения принимают от двух кранов одного или смежных пролетов. В длинных зданиях указанные силовые воздействия распределяют поровну на все вертикальные связевые фермы между колоннами в пределах температурного блока.
Конструктивная схема связей зависит от шага колонн и высоты здания. Различные варианты решения связей приведены на рис. 2.34. Самой распространенной является крестовая схема (рис. 2.34, г-и ), так как она обеспечивает наиболее простую и жесткую завязку колонн здания. Количество панелей по высоте назначают в соответствии с рекомендуемым утлом наклона раскосов к горизонтали (α = 35°...55°). При необходимости использования пространства между колоннами, что часто обусловлено технологическим процессом, связи нижнего яруса проектируют портальными (рис. 2.34 к ) или полупортальными (см. рис. 2.34, л ).
Вертикальные связи между колоннами используют также для закрепления в узлах распорок (рис. 2.34 е...и ), если они предусмотрены для уменьшения расчетных длин колонн из плоскостей рам.
В колоннах, имеющих постоянную высоту сечения h ≤ 600 мм, связи располагают в плоскости осей колонн; в ступенчатых колоннах связи выше
Рис. 2.36. Схемы передачи ветровой (с торца здания) и продольной крановой нагрузок:
а, б
- здания с мостовыми опорными кранами; в, г
- здания с подвесными кранами
тормозной конструкции (верхние вертикальные связи) при h ≤ 600 мм устанавливают по осям колонн, ниже подкрановой балки (нижние вертикальные связи) при h > 600 мм - в плоскости каждой полки или ветви колонны. Узлы связей между колоннами показаны на рис. 2.37.
Крепят связи на болтах грубой или нормальной точности и после выверки колонн могут приваривать к фасовкам. В зданиях с мостовыми кранами групп режимов работы 6К...8К фасонки связей следует обваривать либо выполнять соединения на высокопрочных болтах.
При расчете связей вы можете воспользоваться рекомендациями п.6.5.1 .
Для придания цеху пространственной жесткости, а также для обеспечения устойчивости элементов рам устраиваются связи, располагаемые между рамами.
Различают связи: горизонтальные — в плоскости верхних и нижних поясов ферм — и вертикальные — как между , так и между колоннами.
Назначение горизонтальных связей по верхним поясам ферм было рассмотрено в разделе . Эти связи обеспечивают устойчивость верхнего пояса ферм из их плоскости. На фигуре показан пример расположения связей по верхним поясам ферм в покрытии с прогонами.
В беспрогонных покрытиях, в которых крупнопанельные железобетонные плиты привариваются к верхним поясам ферм, жесткость кровли настолько велика, что, казалось бы, нет необходимости в постановке связей.
Учитывая, однако, необходимость обеспечения надлежащей жесткости конструкций на время монтажа плит, а также и то обстоятельство, что нагрузка от плит не приложена строго вертикально по оси ферм и потому может вызвать кручение, считают необходимым ставить связи по верхним поясам ферм по краям температурных отсеков. Столь же необходимы распорки у конька ферм, у опор и под фонарными стойками.
Эти распорки служат для завязки верхних поясов всех промежуточных ферм. Гибкость верхнего пояса между раскрепленными на время монтажа плит точками не должна превышать 200 — 220. Связи по верхним поясам стропильных ферм крепятся к поясам черными болтами.
При изготовлении связей важно точно приварить фасонку к уголку, обеспечив соответствующий угол наклона, так как при помощи связей частично контролируется правильность геометрической схемы смонтированного сооружения.
Поэтому приварку фасонок к элементам связей рекомендуется производить в кондукторах. На фигуре показан простейший тип кондуктора в виде швеллера, на котором точно пробиты отверстия под необходимым углом.
Горизонтальные связи по нижним поясам ферм располагаются как поперек цеха (поперечные связи), так и вдоль цеха (продольные связи). Поперечные связи, расположенные у торцов цеха, используются в качестве ветровых ферм.
На них опираются стойки каркаса торцовой стены цеха, воспринимающего давление ветра. Поясами ветровой фермы служат нижние пояса стропильных ферм. Такие же поперечные связи по нижним поясам ферм устраивают у температурных швов (в целях образования жесткого диска).
При большой длине температурного блока поперечные связи ставятся также в средней части блока с тем, чтобы расстояние между поперечными связями не превышало 50 — 60 м. Это приходится делать потому, что соединение связей часто производится на черных болтах, допускающих большие сдвиги, вследствие чего влияние связей ре распространяется на большие расстояния.
Поперечная деформация каркаса от местной (крановой) нагрузки: а — при
отсутствии продольных связей; б — при наличии продольных связей.
Горизонтальные продольные связи по нижним поясам ферм имеют своим главным назначением вовлечение в пространственную работу соседних рам при действии местных, например крановых, нагрузок; тем самым уменьшаются деформации рамы и увеличивается поперечная жесткость цеха.
Особо важное значение приобретают продольные связи при тяжелых кранах и в цехах с тяжелым режимом работы, а также при легких и нежестких кровлях (из волнистой стали, асбестоцементных листов и т. п.). В зданиях с тяжелым режимом работы связи следует приваривать к нижнему поясу.
Для связевых ферм, как правило, принимают крестовую решетку, считая, что при воздействии нагрузок с какой-либо одной стороны работает только система вытянутых раскосов, а другая часть раскосов (сжатых) выключается из работы. Такое предположение справедливо, если раскосы гибкие (λ > 200).
Поэтому элементы крестовых связей, как правило, проектируют из одиночных уголков. При проверке гибкости перекрестных растянутых раскосов связей из одиночных уголков радиус инерции уголка принимается относительно оси, параллельной полке.
При треугольной решетке связевых ферм во всех раскосах могут возникнуть сжимающие усилия, а потому их необходимо проектировать с гибкостью λ < 200, что менее экономично.
В пролетах более 18 м из-за ограничения боковой гибкости нижних поясов ферм во многих случаях приходится ставить дополнительные распорки по середине пролета. Этим устраняется дрожание ферм при работе кранов.
Вертикальные связи между фермами обычно устанавливают у опор ферм (между колоннами) и в середине пролета (либо под стойками фонаря), располагая их по длине цеха в жестких панелях, т. е. там, где расположены поперечные связи по поясам ферм.
Основное назначение вертикальных связей заключается в приведении в жесткое неизменяемое состояние пространственной конструкции, состоящей из двух стропильных ферм и поперечных связей по верхнему и нижнему поясам ферм.
В цехах с кранами легкого, а иногда и среднего, режима работы при наличии жесткой кровли из крупнопанельных железобетонных плит, приваренных к стропильным фермам, система вертикальных связей может заменить систему поперечных связей по поясам ферм (кроме торцовых ветровых ферм).
При этом промежуточные фермы должны быть связаны распорками.
Конструкция вертикальных связей принимается в виде креста из одиночных уголков с обязательным горизонтальным замыкающим элементом или в виде фермочки с треугольной решеткой. Крепление вертикальной связи к стропильной ферме осуществляется на черных болтах.
Вследствие незначительности усилий, действующих в элементах связей покрытия, при конструировании их креплений может быть допущено незначительное отступление от центрирования.
Вертикальные связи между колоннами устанавливают вдоль цеха для обеспечения устойчивости цеха в продольном направлении, а также для восприятия сил продольного торможения и давления ветра на торец здания.
Если в поперечном направлении рамы, защемленные в фундаментах, являются неизменяемой конструкцией, то в продольном направлении ряд установленных рам, шарнирно связанных подкрановыми балками, представляет собой изменяемую систему, которая при отсутствии вертикальных связей между колоннами может сложиться (опоры колонн в продольном направлении надо считать шарнирными).
Поэтому сжатые элементы связей между колоннами (ниже подкрановых балок), а в зданиях с тяжелым режимом работы и растянутые элементы этих связей, имеющих существенное значение для устойчивости всего сооружения в целом, делают достаточно жесткими, чтобы избежать их дрожания. С этой целью ограничивают предельную гибкость таких элементов значением λ = 150.
Для прочих растянутых элементов связей между колоннами гибкость не должна превышать λ = 300, а сжатых λ = 200. Элементы крестовых связей между колоннами обычно делают из уголков. Особо мощные крестовые связи делают из парных швеллеров, соединенных решеткой или планками.
При определении гибкости пересекающихся стержней (в крестовой решетке) расчетная длина их в плоскости решетки принимается от центра узла до точки их пересечения. Расчетная длина стержней из плоскости фермы принимается по таблице.
Расчетная длина из плоскости фермы стержней перекрестной решетки
| Характеристика узла пересечения стержней решетки | При растяжении в поддерживающем стержне | При неработающем поддерживающем стержне | При сжатии в поддерживающем стержне |
| Оба стержня не прерываются | 0,5 l | 0,7 l | l |
| Поддерживающий стержень прерывается и перекрывается фасонкой | 0,7 l | l | l |
Расчет крестовых связей обычно производится в предположении, что работают только растянутые элементы (на полную нагрузку). В случае, если учитывается работа элементов крестовой решетки также и на сжатие, нагрузка распределяется между раскосами поровну.
Для обеспечения свободы температурных продольных деформаций каркаса вертикальные связи между колоннами лучше всего располагать в середине температурного блока или вблизи от нее.
Но так как монтаж сооружения обычно начинается с краев, то желательно первые две колонны связать в раму так, чтобы они были устойчивы. Это заставляет конструировать связи так, как показано на фигуре Связи по нижним поясам ферм и между колоннами б, т. е. в крайних панелях устанавливать связи только в пределах верхней части колонн.
Такие связи допускают деформацию изгиба нижних частей колонн при изменениях температуры. В то же время один из раскосов, работая от ветровой нагрузки на растяжение, передает эти усилия на подкрановую балку.
Дальнейший путь ветровых усилий показан на фигуре Связи по нижним поясам ферм и между колоннами б; они передаются по жестким подкрановым балкам до средних связей и по ним спускаются в землю. Желательно выбирать такую схему связей, чтобы они примыкали к колоннам под углом, близким к 4 — 5°. В противном случае получаются слишком вытянутые тяжелые фасонки.
Рамные вертикальные связи: а — при шаге колонн 6 м;
б — при шаге колонн не меньше 12 м.
В случае, если по технологическим условиям нельзя полностью занять под связи ни одного пролета, а также при больших шагах колонн устраивают рамные связи; при этом считают, что от односторонней нагрузки работают на растяжение связи одного угла, а элементы другого угла из-за большой гибкости (λ = 200 / 250) выключаются из работы. При такой схеме работы конструкции мы получаем «трехшарнирную арку».
Вертикальные связи устанавливаются ниже подкрановой балки в плоскости подкрановой ветви колонны, а выше подкрановой балки — по оси сечения колонны. В цехах с тяжелым режимом работы связи ниже подкрановых балок прикрепляются к колоннам на заклепках (преимущественно) или на сварке.
«Проектирование стальных конструкций»,
К.К.Муханов
Выбор поперечного профиля многопролетных цехов зависит не только от заданного полезного габарита цеха и габарита мостовых кранов, но и от ряда общестроительных требований, в первую очередь от организации отвода воды с крыши и от устройства освещения средних пролетов. Отвод воды может быть как наружным, так и внутренним. Наружные водостоки устраиваются в нешироких цехах, а также…
1. горизонтальные поперечные связи по нижним поясам ферм размещаются в торцах температурного блока при шаге колонн крайнего и среднего ряда 12 м. При длине блока более 144 м. дополнительно устраивают в середине блока. Образуются путем объединения нижних поясов 2-х соседних стропильных ферм с помощью решетки. В результате они выполняют совместно функции: воспринимают от стоек торцового фахверка ветровую нагрузку и передают ее на связи между колоннами и далее на фундамент, а также предотвращают перемещения вертикальных связей и растяжки между нижними поясами ферм. Распорки между нижними поясами ферм- закрепляют эти пояса от смещения, тем самым сокращая расчетную длину из плоскости фермы, уменьшает вибрации нижних поясов ферм.
2. горизонтальные продольные связи по нижним поясам ферм служат опорами для верхних концов стоек продольного фахверка; при действии крановых нагрузок вовлекают в работу соседние рамы, уменьшая поперечные деформации и избегая заклинивания мостовых кранов. Эти связи обязательны в однопролетных зданиях большой высоты, с тяжелыми мостовыми кранами, при наличии продольного фахверка. Распорки обеспечивают проектное положение ферм в процессе монтажа, ограничивают гибкость ферм из их плоскости. Роль распорок выполняют прогоны, которые закреплены от смещения.
3. горизонтальные поперечные связи по верхним поясам ферм по конструкциям и схемам размещения аналогичны связям по нижним поясам. Служат от смещения распорок по верхним поясам ферм. От них можно отказаться, если между соседними стропильными фермами блока установить вертикальные связи и через них обеспечит крепление распорок к поперечным связям по нижним поясам ферм.
4. 4. вертикальные связи между опорами ферм или балок ставят только в зданиях с плоской кровлей, причем в зданиях без подстропильных конструкций размещаются в каждом ряду колонн, а с подстропильными конструкциями – только в крайних рядах колонн при шаге 6 м. Ставят не чаще, чем через один шаг. При длине температурного блока 60-72 м на каждый ряд колонн их должно быть не более 5 при шаге 6 м и не более 3 при шаге 12 м. при наличии этих связей по верху колонн ставят распорки.
Единая модульная система в строительстве
Типизация в строительстве осуществляется на основе Единой Модульной Системы. Это правила по которым назначаются и согласуются между собой размеры зданий и конструкций.
Размеры по правилам ЕМС назначают по базе модуля. Основной модуль (М) равен 100 мм. При выборе размеров для зданий, конструкций пользуются укрупненным модулем: 6000 мм = 60М; 7200 мм = 72М. Дробный модуль применяют для назначения сечений конструкций: 50 мм = ½М.
ЕМС - единая модульная система, представляющая собой свод правил, которые координируют размеры объемно-планировочных и конструктивных частей строительных объектов и размеры сборных модулей и оборудования.
МКРС - модульная координация размеров в строительстве. Стандарт, применение которого при проектировании зданий позволяет унифицировать размеров строительных конструкций и объемно-планировочные размеры зданий. Данный стандарт предполагает унификацию следующих параметров: высоты этажей (Н0), шагов (В0) и пролетов (L0).
ЕМС основана на принципе кратности размеров. Размер любого из элементов здания должен быть кратен величине, называемой модулем. В системе ЕМС принят модуль в 100 миллиметров, который в технической документации обозначается буквой М. Соответственно, размеры крупных элементов конструкций будут обозначаться как производные от модуля. Например, 6000 мм - 60 М, 3000 мм - 30 М и так далее. Мелкие элемент обозначаются как дробные о т модуля: 50 мм - ½ М, 20 мм - 1/5 М.
15 основа планировки промзданий
Промышленные здания подразделяются по двум видам планировки:
раздельные (отдельно стоящие) здания , планировка которых хотя и дает конструктивную простоту и высокий уровень индустриальности в производстве зданий, однако отличается такими недостатками, как большая площадь застройки, большая протяженность инженерных и транспортных сетей, невозможность организации поточного производства, значительные энергозатраты на отопление помещений;
сплошные (сблокированные) здания , которые представляют собой
многопролетные корпуса большой площади (до 30...35 тыс. кв.м).Сплошная планировка обеспечивает многовариантную расстановку технологического оборудования, уменьшение площади завода на 30…40 %, снижение стоимости строительства на 10…15 %, сокращение длины инженерных и транспортных коммуникаций, сокращение периметра наружных стен на 50 % со снижением расходов на эксплуатацию. Однако недостатками сплошных зданий являются удорожание естественного освещения, затрудненный водоотвод с покрытий, усложнение путей передвижения транспорта и персонала. Блокировать цеха целесообразно в тех случаях, когда смежные производства не требуется разделять капитальными стенами и при этом не ухудшаются условия технологии производства и труда рабочих.
Планировка промышленных зданий сопровождается зонированием в пределах объема производственных зданий, помещений, участков и зон, выделяемых по признакам однотипности технологии, уровню производственной вредности, уровню пожаро- и взрывоопасности, направленности транспортных и людских потоков, по перспективам расширения и переоснащения.
На выбор этажности промышленного здания влияют:
технология производства;
климатические условия района;
требования к застройке (городская, периферийная);
характер отведенного участка (свободный, стесненный рельеф);
достоинства и недостатки.
Одноэтажные здания имеют следующие достоинства :
простое объемно-планировочное решение;
склонность к унификации и блокированию;
снижение стоимости 1 кв. м на 10 % по сравнению со стоимостью многоэтажных зданий;
облегчение установки технологического оборудования;
упрощение путей грузовых потоков и использование горизонтального транспорта;
равномерное освещение рабочих мест естественным светом через фонари;
обеспечение естественного воздухообмена.
Недостатками одноэтажных зданий являются:
большая площадь застройки;
большая протяженность инженерных и транспортных сетей;
повышенные расходы на благоустройство территории;
большая площадь наружных ограждающих конструкций и в результате значительные расходы на отопление.
Многоэтажные здания лишеныбольшинства недостатков одноэтажных зданий и рациональны по применению, особенно при нагрузках до 10 кН/кв. м.
К основным недостаткам многоэтажных зданий относятся:
потребность в вертикальном транспорте;
повышенная стоимость;
ограничение по ширине при необходимости естественного освещения (ширина не более 24 м);
высокий удельный вес подсобных помещений.
Температурный блок.
Для ограничения усилий, возникающих в конструкциях от перепада температур, здание разрезается температурно-деформационными швами на отсеки (температурные блоки), размеры которых зависят от материала каркаса, теплового режима здания и климатических условий района строительства. Эти размеры определяются расчетом.
Продольные и поперечные температурно-деформационные швы указаны синим и красным цветами соответственно.
Для железобетонного и смешанного каркаса длина температурного блока А ≤ 72 м – если в здании по длине присутствуют неразрезные элементы (например, подкрановые балки). Для бескрановых зданий нормами разрешено увеличивать А до 144 м. Однако, если в здании есть подвесное оборудование (монорельс и т.п.) длина температурного блока не должна превышать 72 м. Допускается А увеличивать до 280 м, но при этом высота строения не должна превышать 8,4 м.
Ширина температурного блока Б не должна быть больше 90-96 м.
В особых климатических районах и для неотапливаемых помещениях длину температурного блока А назначают по инструкциям, привязанным к местным климатическим условиям.
В стальных каркасах зданий с мостовыми кранами А ≤ 120 м, в бескрановых зданиях А ≤ 240 м, а Б ≤ 210 м. В зданиях с кранами большой грузоподъемности (Q до 4500 кН) или при тяжелом или особо тяжелом режиме их работы А не должна превышать 96 м.
Температурный шов
Прежде всего, необходимо разобраться с понятием температурного шва и выполняемой им функции. Тактемпературный шов представляет собой сквозную прорезь в стене здания или его кровельной плите. Для каждого здания выполняется несколько таких прорезей, в результате чего оно разделяется на несколько независимых блоков. В результате каждый из этих блоков может свободно деформироваться, что не приводит к образованию трещин в плитах. Дело в том, что деформационные швы и представляют собой своего рода искусственные трещины, которые оформлены таким образом, чтобы не создавать каких-либо проблем при эксплуатации здания. Ширина деформационного шва определяет величину, в пределах которой возможно изменение линейных размеров каждого из блоков. Точнее будет сказать наоборот, ширина температурного шва должна выбираться, исходя из возможной величины деформаций.
Проектирование температурных швов является одной из важнейших стадий строительства здания. При этом необходимо, в первую очередь, определить длину каждого из блоков, на которые стены разбиваются деформационными швами, а также ширину швов. Любые деформационные швы, в том числе и температурные, устраиваются в тех зонах, где концентрируются напряжения, вызываемые соответствующими деформациями. При этом длина блоков должна быть такой, чтобы каждый из них мог подвергаться температурным деформациям без потери конструктивной жесткости и без разрушения. Поэтому для определения данного параметра учитывается целый ряд факторов, к числу которых относятся тип стенового материала, конструктивные особенности, средние температуры в летний и зимний период, характерные для региона строительства.
Важной особенностью температурных швов является то, что они устраиваются только на высоту надземной части строения, в то время как некоторые другие деформационные швы, например осадочные, устраиваются на всю высоту здания до подошвы фундамента. Это связано с тем, что фундамент здания в значительно меньшей степени подвержен перепадам температуры и не нуждается в специальной защите
Поперечные элементы - рамы воспринимают нагрузки от стен, покрытий, перекрытий (в многоэтажных зданиях), снега, кранов, ветра, действующего на наружные стены и фонари, а также нагрузки от навесных стен. Продольные элементы каркаса - это подкрановые конструкции, подстропильные фермы, связи между колоннами и фермами, кровельные прогоны (или ребра стальных кровельных панелей).Основные элементы каркаса - рамы. Они состоят из колонн и несущих конструкций покрытий - балок или ферм, длинномерных настилов и пр. Эти элементы соединяют в узлах шарнирно с помощью металлических закладных деталей, анкерных болтов и сварки. Рамы собирают из типовых элементов заводского изготовления. Другие элементы каркаса - фундаментные, обвязочные и подкрановые балки и подстропильные конструкции. Они обеспечивают устойчивость рам и воспринимают нагрузки от ветра, действующего на стены здания и фонари, а также нагрузки от кранов.
Составные элементы каркаса одноэтажных промышленных зданий
Как пример однопролетное здание, оборудованное мостовым краном (рис.1).
В состав каркаса входят следующие основные элементы:
- Колонны, расположенные с шагом Ш вдоль здания; основное назначение колонн поддерживать подкрановые балки и покрытие.
- Несущие конструкции покрытия (стропильные* балки или фермы), которые опираются непосредственно на колонны (если их шаг совпадает с шагом колонн) и образуют вместе с ними поперечные рамы каркаса.
- Если шаг несущих конструкций покрытия не совпадает с шагом колонн (например, 6 и 12 м), в состав каркаса вводят расположенные в продольных плоскостях подстропильные конструкции (также в виде балок или ферм), поддерживающие промежуточные несущие конструкции покрытия, расположенные между колоннами (рис.1,б).
- В некоторых (редких) случаях в состав каркаса вводятся прогоны, опирающиеся на несущие конструкции покрытия и располагаемые на расстояниях 1,5 или 3 м.
- Подкрановые балки, опирающиеся на колонны и несущие пути мостовых кранов. В зданиях с подвесными или напольными кранами подкрановые балки не нужны.
- Фундаментные балки, опирающиеся на фундаменты колонн и поддерживающие наружные стены здания.
- Обвязочные балки, опирающиеся на колонны и поддерживающие отдельные ярусы наружной стены (если она не по всей своей высоте опирается на фундаментные балки).
- При расстоянии между основными колоннами каркаса, в плоскостях наружных стен 12 м и более, а также в торцах здания устанавливают вспомогательные колонны (фахверк), облегчающие конструкцию стен.
Рис. 1. Каркас одноэтажного однопролетного здания (схема):
а - при одинаковом шаге колонн и несущих конструкций покрытия; б - при неодинаковом шаге колонн и несущих конструкций покрытия; 1 - колонны; 2 - несущие конструкции покрытия; 3 - подстропильные конструкции; 4 -- прогоны; 5 - подкрановые балки; 6 - фундаментные балки; 7 - обвязочные балки; в - продольные связи колонн; 9 - продольные вертикальные связи покрытия; 10 - поперечные горизонтальные связи покрытия; 11 - продольные горизонтальные связи покрытия.
В стальных каркасах обвязочные балки также относят к фахверку (рис. 2, а). Каркас в целом должен надежно и устойчиво работать под действием крановых, ветровых и других нагрузок.
Рис. 2 Схемы фахверка
а - фахверк продольной стены, б - торцовой фахверк, 1 - основные колонны, 2 - колонны фахверка, 3 - ригель фахверка, 4 - ферма покрытия
Вертикальные нагрузки Р от мостового крана (рис.3), передаваемые через подкрановые балки на колонны с большим эксцентриситетом, вызывают внецентренное сжатие тех колонн, против которых расположен в данный момент мост крана.
Рис. 3. Схема мостового крана
1 - габарит крана, 2 - тележка, 3 - мост крана, 4 - крюк, 5 - колесо крана; 6 - крановый рельс; 7 - подкрановая балка; 8 - колонна
Торможение тележки мостового крана при ее движении вдоль кранового моста (поперек пролета) создает горизонтальные поперечные тормозные силы Т1 действующие на те же колонны.
Торможение мостового крана в целом при его движении вдоль пролета создает продольные тормозные силы Т2, действующие вдоль рядов колонн. При грузоподъемности мостовых кранов, достигающей 650 т и выше, передаваемые ими на каркас нагрузки бывают очень велики. Подвесные краны движутся по путям, подвешенным к несущим конструкциям покрытия, и через них передают свои нагрузки на колонны.
Ветровые нагрузки при различных направлениях ветра могут действовать на каркас как в поперечном, так и в продольном направлениях.
Для обеспечения устойчивости отдельных элементов каркаса в процессе его монтажа и совместной пространственной их работы при воздействии на каркас различных нагрузок в состав каркаса вводят связи.
Основные виды связей каркаса одноэтажных зданий
1. Продольные связи колонн, обеспечивающие их устойчивость и совместную работу в продольном направлении при продольном торможении крана и продольном действии ветра, устанавливаются в конце или посередине длины каркаса.
Устойчивость остальных колонн в продольной плоскости достигается креплением их к связевым колоннам горизонтальными продольными элементами каркаса (подкрановыми балками, обвязочными балками или специальными распорками).
Связи этого вида могут иметь различную схему в зависимости от требований, предъявляемых к проектируемому зданию. Самыми простыми являются крестовые связи (рис. 4, а). В тех случаях, когда они мешают установке оборудования или врезаются в габарит проезда (рис. 4, б), их заменяют портальными связями.
В бескрановых зданиях небольшой высоты такие связи не нужны. Работа колонн в поперечном направлении во всех случаях обеспечивается большими в этом направлении размерами их поперечного сечения и жестким креплением их к фундаментам.
Рис.4. Схема вертикальных связей по колоннам. 1 - колонны, 2 - покрытие, 3 - связи, 4 - проезд
2. Продольные вертикальные связи покрытия , обеспечивающие устойчивость вертикального положения несущих конструкций (ферм) покрытия на колоннах, поскольку крепление их к колоннам считается шарнирным, располагаются по концам каркаса. Устойчивость остальных ферм достигается креплением их к связевым фермам горизонтальными распорками.
3. Поперечные горизонтальные связи , обеспечивающие устойчивость верхнего сжатого пояса ферм против продольного изгиба, располагаются по концам каркаса и образуются путем объединения верхних поясов двух соседних ферм в единую конструкцию, жесткую в горизонтальной плоскости. Устойчивость верхних поясов остальных ферм достигается креплением их к связевым фермам в плоскости верхнего пояса при помощи распорок (или ограждающих элементов покрытия) .
4. Продольные горизонтальные связи покрытия , располагаемые вдоль наружных стен в уровне нижнего пояса ферм.
Все три вида связей покрытия имеют целью объединить отдельные плоские несущие элементы покрытия, жесткие только в вертикальной плоскости, в единую неизменяемую пространственную конструкцию, воспринимающую местные горизонтальные нагрузки от кранов, нагрузки от ветра и распределяющую их между колоннами каркаса.
Каркасы одноэтажных промышленных зданий возводят чаще всего из сборного железобетона, стальные конструкции допускаются лишь при наличии особенно больших нагрузок, пролетов или других условий, делающих нецелесообразным применение железобетона. Расход стали в железобетонных конструкциях меньше, чем в стальных: в колоннах - в 2,5-3 раза; в фермах покрытия- в 2-2,5 раза. Виды промзданий в один этаж .
Однако стоимость стальных и железобетонных конструкций одинакового назначения отличается незначительно и в настоящее время каркасы делают в основном стальные.
Описанный выше комплекс связей в наиболее полной и четкой форме встречается в стальных каркасах, отдельные элементы которых имеют особенно малую жесткость. Более массивные элементы железобетонных каркасов имеют и большую жесткость. Поэтому в железобетонных каркасах отдельные виды связей могут отсутствовать. Например, в здании без фонарей, с несущими конструкциями покрытия в виде балок и настилом из крупнопанельных плит связи в покрытии не делают.
В монолитных железобетонных каркасах (которые в отечественной практике встречаются очень редко) жесткое соединение элементов каркаса в узлах и большая массивность элементов делают все виды связей ненужными.
Связи чаще всего делают металлические - из прокатных профилей. В железобетонных каркасах встречаются и железобетонные связи, в основном в виде распорок.
Каркас многопролетного здания отличается от каркаса однопролетного здания в первую очередь наличием внутренних средних колонн, поддерживающих покрытие и подкрановые балки. Фундаментные балки по внутренним рядам колонн устанавливают только для опирания внутренних стен, а обвязочные - при большой их высоте. Связи проектируются по тем же принципам, что и в однопролетных зданиях.
При сезонных колебаниях температуры конструкции каркаса испытывают температурные деформации, которые при большой длине каркаса и значительном температурном перепаде могут быть весьма существенными. Например, при длине каркаса 100 м, коэффициенте линейного расширения α = 0,00001 и температурном перепаде 50° (от +20° летом до -30° зимой), т. е. для конструкций, находящихся на открытом воздухе, деформация равна 100 0,00001 50 = 0,05 м - 5 см.
Свободным деформациям горизонтальных элементов каркаса препятствуют колонны, жестко закрепленные к фундаментам.
Во избежание появления в конструкциях значительных напряжений от этой причины, каркас делят в надземной части температурными швами на отдельные самостоятельные блоки.
Расстояния между температурными швами каркаса по длине и ширине здания выбирают так, чтобы можно было не считаться с усилиями, возникающими в элементах каркаса от климатических колебаний температуры.
Предельные расстояния между температурными швами для каркасов из различных материалов установлены СНиПом в пределах от 30 м (открытые монолитные железобетонные конструкции) до 150 м (стальной каркас отапливаемых зданий).
Температурный шов, плоскость которого расположена перпендикулярно к пролетам здания, называется поперечным, шов, разделяющий два смежных пролета - продольным.
Конструктивное выполнение температурных швов бывает различное. Поперечные швы всегда осуществляются путем установки парных колонн, продольные швы выполняются как путем установки парных колонн (рис. 5, а), так и путем устройства подвижных опор (рис. 5, б), обеспечивающих независимую деформацию, конструкций покрытия соседних, температурных блоков. В каркасах, разделенных температурными швами на отдельные блоки, связи устанавливают в каждом блоке, как в самостоятельном каркасе.
Рис.5. Варианты продольного температурного шва
а - с двумя колоннами, б - с подвижной опорой, 1 - балки, 2 - столик, 3 - колонна, 4 - каток
К каркасу относят также несущие конструкции рабочих площадок, которые бывают необходимы внутри основного объема здания (если они связаны с основными конструкциями здания).
Конструкции рабочих площадок состоят из колонн и опирающихся на них перекрытий. В зависимости от технологических требований рабочие площадки могут располагаться на одном или нескольких уровнях (рис. 6).
Рис. 6. Многоярусная рабочая площадка.
Таким образом, при строительстве одноэтажных и многоэтажных промышленных зданий в качестве несущей принимается, как правило, каркасная система. Каркас позволяет наилучшим образом организовать рациональную планировку производственного здания (получить большепролетные пространства, свободные от опор) и наиболее приемлем для восприятия значительных динамических и статических нагрузок, которым подвержено промышленное здание в процессе эксплуатации.
Видео - поэтапная сборка металоконструкций
