Железобетонные каркасы одноэтажных промышленных зданий

Несущим остовомодноэтажного каркасного промышленного здания служат поперечные рамы и связыва­ющие их продольные элементы.

Поперечная рама каркасасостоит из стоек, жестко заделанных в фун­дамент, и ригелей (ферм или балок), являющихся несущими конструкциями покрытия, опертых на стойки каркаса.

Подольные элементы каркасаобеспечивают устойчивость каркаса в продольном направлении и воспри­нимают кроме нагрузок собственной массы продольные нагрузки от тор­можения кранов и нагрузки от ветра, действующего на торцевые стены зда­ния. К этим элементам относятся: фундаментные, обвязочные и подкра­новые балки, несущие конструкции ограждающей части покрытияи спе­циальные связи(между стойками и между несущими конструкциями пок­рытия).

Сборные железобетонные каркасы могут быть решены по рамной, рамно-связевой или связевой системе. При рамной системе каркаса пространственная жесткость здания обеспечивается работой самого карка­са, рамы которого воспринимают как горизонтальные, так и вертикальные нагрузки. При рамно-связевой системе вертикальные нагрузки восприни­маются рамами каркаса, а горизон­тальные — рамами и вертикальными связями (диафрагмами). При связе­вой системе вертикальные нагрузки воспринимаются колоннами каркаса, а горизонательные — вертикальными связями.

Рамно-связевые системы имеют не­которые преимущества по сравнению с рамами, так как упрощаются узловые сопряжения элементов каркаса и их можно унифицировать, достигая неко­торое сокращение расхода стали за счет облегчения закладных деталей в стыках и уменьшения арматуры в ко­лоннах.

В тех случаях, когда поперечные стены или лестничные клетки отсутст­вуют или расстояние между ними очень велико, а также когда перекры­тия ослаблены отверстиями, обеспе­чить удовлетворительную работу сбор­ного железобетонного каркаса рамно-связевой системы не представляется возможным. В таких случаях приме­няют сборный каркас рамной системы. В отдельных случаях каркас может быть решен с балочной конструкцией перекрытия и жестким железобетон­ным монолитным ядром. Ядро на всю высоту здания выполняют в подвиж­ной опалубке. В стенах ядра остав­ляют отверстия для опирания ригелей каркаса, устройства дверей и проклад­ки трубопроводов.

Наружные стеныкаркасных зда­ний представляют собой лишь ог­раждающие конструкции и поэтому решаются как самонесущие или навес­ные. Конструктивная система покры­тияможет быть беспрогонной или с прогонами. В первом случае по не­сущим конструкциям покрытия укла­дывают крупноразмерные плиты (па­нели). Во втором случае вдоль зда­ния укладывают прогоны, а по ним в поперечном направлении — плиты

Сборные железобетонные ко­лонны подразделяют на две группы. Колонны, относящиеся к первой груп­пе, предназначены для зданий без мостовых кранов, в бескрановых це­хах и в цехах, оснащенных подвес­ным подъемно-транспортным оборудо­ванием. Колонны, относящиеся ко вто­рой группе, применяют в цехах, оборудованных мостовыми кранами.

По конструктивному решению ко­лонны разделяют на одноветвевые и двухветвевые,по местоположению в здании — на крайние, средние и рас­полагаемые у торцевых стен. При кранах грузоподъемно­стью до 30 т и высоте здания бо­лее 10,8 м применяют двухветвевые колонны, которые по расходу мате­риала экономичнее одноветвевых. Они бывают ступенчатыеи ступенчато-консольные; первые предназначены для крайних рядов, вторые — для средних. Высота типовых двухветвевых ко­лонн 10,8—18 м. Величина заглубления колонн ни­же нулевой отметки зависит от вида и высоты колонн, грузоподъемности кранового оборудования и наличия помещений или приямков, распола­гаемых ниже уровня пола. Величина заглубления колонн в зданиях с под­весным транспортом и без него — 0,9 м; колонн прямоугольного сечения, применяемых в зданиях с мостовыми кранами,— 1 м; двухветвевых колонн высотой 10,8 м — 1,05 м и таких же колонн высотой 12,6—18 м—1,35 м; двухветвевых колонн при кранах гру­зоподъемностью более 50 т — 1,6 м, а при наличии технических подполий, каналов или подвалов — 3,6—5,6 м.

Фундаменты под колонны.Объем бетона, идущего в фундаменты под колонны в промышленном здании, составляет 20—35% общего объема расходуемого бетона, а стоимость их возведения составляет 5—20% полной стоимости здания. Фундаменты устраивают монолит­ными и сборными. Сборные железо­бетонные фундаменты могут быть из одного блока, из блока и плиты или из нескольких блоков и плит. Блоки и плиты укладывают на под­готовку толщиной 100 мм — щебеноч­ную при сухих грунтах и бетонную (марки 50) при влажных грунтах.

На один фундаментный блок мож­но опирать от одной до четырех колонн (в местах устройства темпе­ратурных швов). Площадь подошвы и другие размеры фундамента уста­навливают по расчету в зависимости от передаваемой на него нагрузки и несущей способности основания.

Отметка верхнего обреза фунда­мента независимо от грунтовых усло­вий должна быть на 150 мм ниже отметки чистого пола. Такое решение дает возможность осуществлять монтаж конструкций на­земной части здания после того, как произведена обратная засыпка котло­ванов, устроена подготовка под полы и проложены все коммуникации.

Фундаментные балки.Наружные и внутренние самонесущие стены здания устанавливают на фундаментные бал­ки, посредством которых нагрузку пе­редают на фундаменты колонн карка­са. Фундаментные балки укладывают на специально заготовленные бетон­ные столбики, устанавливаемые на обрезы фундаментов.

Обвязочные балкислужат для опирания наружных стен в местах пере­пада высот зданий, а при распо­ложении этих балок над оконными проемами они выполняют роль пере­мычек. Изготовляют обвязочные бал­ки разрезными. Их размеры и форму поперечного сечения принимают в за­висимости от толщины устанавливае­мых на них стен и величины переда­ваемой нагрузки. Обвязочные балки применяют тог­да, когда стены здания делают из кирпича или мелких блоков.Несущие конструкции покрытийпромышленных зданий подразделяют на стропильные, подстропильные и не­сущие элементы ограждающей части покрытия.

В промышленных зданиях обычно применяют следующие типы стро­пильных несущих конструкций: плос­костные - балки, фермы, арки и рамы;пространственные — оболочки, складки, купола, своды и висячие системы.

Подстропильные конструкции вы­полняют в виде балоки ферм,а несу­щие конструкции ограждающей части покрытия - в виде крупноразмерных плит.Соответственно унифицирован­ным размерам объемно-планировочных элементов промышленных зданий величину поперечных пролетов и про дольного шага несущих конструкций назначают кратной укрупненному мо­дулю 6 м, в отдельных случаях допускают применение модуля 3 м.

Железобетонные балкиприменяют для устройства покрытий в промыш­ленных зданиях при пролетах 6, 9, 12 и 18 м. Необходимость балочных по­крытий при пролетах 6, 9 и 12 м (таких размеров пролеты можно перекрыть и плитами) возникает в случае подвески к несущим конструкциям монорельсов или кранов.

Железобетонные фермыприменя­ют обычно для перекрытия пролетов 18, 24 и 30 м, их устанавливают с шагом 6 или 12 м. Фермы пролетом 18 м легче железобетонных балок того же пролета, но более трудоемки в изготовлении.

Цилиндрические оболочкисбор­ные и монолитные применяют при пролетах 24-48 м. Оболочка состоит из тонкой изогнутой по цилиндричес­кой поверхности плиты, усиленной бортовыми элементами. Ее опирают по торцам на диафрагмы, поддерживае­мые колоннами.

Куполаприменяют для устройства покрытий над промышленными здани­ями или сооружениями, имеющими круглую форму в плане. Они могут быть из сборных железобетонных эле­ментов и монолитными. Первые, как правило, с ребристой структурой, вто­рые - с гладкой. Сборные железобе­тонные купола имеют радиальную или радиально-кольцевую разрезку по­верхности на сборные элементы.

Наряду со сплошными железобе­тонными устраивают сетчатые купола, которые в большинстве случаев соби­рают из решетчатых прямоугольных, треугольных, ромбовидных или шести­угольных панелей.

Сводыприменяют для устройств покрытий зданий при пролетах до 100 м и более. Для таких больших пролетов тонкостенные своды являют­ся одним из рациональных конструк­тивных решений. Отличительная осо­бенность этой конструкции — наличие распора, который передается на опоры или воспринимается затяжками. Сво­ды могут опираться на вертикальные несущие конструкции (колонны, стены) или непосредственно на фундаменты.

Висячие покрытияза последние го­ды находят все большее распростра­нение, особенно при строительстве промышленных зданий с большими пролетами.

Основное достоинство висячего по­крытия — его несущая конструкция — ванты (стальные тросы) — работает только на растяжение, благодаря чему сечение вантов подбирают исключи­тельно из условий прочности. Кроме того, висячие конструкции просты в монтаже, их можно применять при любой конфигурации плана здания, они имеют небольшую строительную высоту, транспортабельны.

Подстропильные конструкции. Втех случаях, когда шаг колонн каркаса превышает шаг несущих конструкций покрытия - балок или ферм, их опи­рают на подстропильные конструкции. Железобетонные под­стропильные конструкции устраивают в виде балок высотой 1500 мм или в ви­де ферм высотой 2200 и 3300 мм. Под­стропильные конструкции применяют в зданиях, технологический процесс в которых требует широкого шага опор. Стропильные конструкции — балки или фермы — опирают на под­стропильные конструкции по нижнему поясу, так как такое решение умень­шает высоту здания.

Несущие элементы ограждающей части покрытий.При плоских и скат­ных несущих конструкциях промыш­ленных зданий несущие элементы ог­раждающей части покрытий могут быть выполнены с применением про­гонов, по которым укладывают мелко­размерные плиты, или в виде крупно­размерных плит. В первом случае по­крытие получило название прогонного,и во втором - беспрогонного.

Связи.Каркасы промышленных зданий должны обладать простран­ственной жесткостью. Когда несущие элементы ограждающей части покры­тия выполняют в виде крупноразмер­ных плит, то жесткость каркаса здания и покрытия достигают установкой связей и диском покрытия. При про­гонных покрытиях жесткость обеспе­чивают только связями.

Связи подразделяют на вертикальные и горизонтальные. Первые устра­ивают между колоннами и в покры­тиях, вторые — только в пределах по­крытий. Конструкция связей зависит от высоты здания, величины пролета, шага колонн каркаса, наличия мосто­вых кранов и их грузоподъемности. Связи не только обеспечивают жест­кость каркаса здания, но и восприни­мают горизонтальные ветровые на­грузки, действующие на торцы здания, фонари, горизонтальные тормозные усилия от мостовых опорных и под­весных кранов, а также придают ус­тойчивость сжатым поясам попереч­ных ферм и рам.

Вертикальные связи между колон­нами обеспечивают каркасу здания геометрическую неизменяемость и про­дольную жесткость, собирают все го­ризонтальные усилия с покрытия и продольных рам и передают их на фундаменты. Связи по колоннам уста­навливают в каждом ряду посереди­не температурного блока.

По своему конструктивному реше­нию связи могут быть крестовыми и портальными. Крестовые связи при­меняют при шаге колонн каркаса 6 -12 м и высоте до головки подкрано­вого рельса 6 -12,6 м, портальные — при шаге колонн 12 и 18 м и высоте до головки подкранового рельса 8 - 14,6 м. При портальных связях легче организовать пропуск напольного транс­порта. В бескрановых промышленных зданиях силовые воздействия, возни­кающие от ветровой нагрузки, дейст­вующей на торцы зданий, восприни­мают сварными швами, соединяющи­ми плиты с несущими конструкциями покрытий, а вертикальные связи меж­ду колоннами в этом случае не ставят. Вертикальные связи обычно изготов­ляют из прокатных профилей и мон­тируют на сварке. Для крепления связей в колоннах пре­дусматривают дополнительные за­кладные детали.

Вертикальные связи в покрытии не ставят, если здание имеет скатную кровлю, а высота несущих конструк­ций покрытия составляет на опорах не более 900 мм или когда покрытие решено с подстропильными конструк­циями. В этом случае действующие горизонтальные нагрузки передают непосредственно через опорные части несущих конструкций покрытия или их воспринимают подстропильные конст­рукции. Когда высота балок или ферм на опорах более 900 мм, в покрытии устанавливают вертикальные связи в крайних ячейках температурного блока здания по продольным осям в местах опор несущих конструкций покрытия.

Вертикальные связи представляют собой стальные фермы с параллель­ными поясами пролетом, равным шагу колонн каркаса. Горизонтальные связи устанавли­вают по верхним и нижним поясам основных несущих конструкций покры­тия. Роль горизонтальных связей по верхнему поясу поперечных ферм и рам при беспрогонном решении вы­полняют крупнопанельные плиты по­крытия, прикрепленные через заклад­ные стальные детали сваркой к риге­лям. В зданиях, оборудованных мос­товыми кранами тяжелого режима ра­боты, для восприятия действующих на покрытие горизонтальных попереч­ных сил устраивают стальные кресто­вые горизонтальные связи, при этом плиты покрытия работают только как распорки. Горизонтальные связи по нижнему поясу несущих конструкций покрытия устанавливают в зданиях, оборудован­ных мостовыми кранами с тяжелым режимом работы, или в тех случаях, когда имеется технологическое обору­дование, которое вызывает колебание конструкций. Горизонтальные связи, располагаемые по нижнему поясу не­сущих конструкций покрытия, выпол­няют в виде крестовых элементов из прокатной стали, образуя ферму с па­раллельными поясами, называемую ветровой.