Тема «Каркас одноэтажных промзданий»

Вопросы, подлежащие изучению:

1 Элементы каркаса одноэтажных зданий.

2 Железобетонный каркас.

3 Стальной каркас.

Вопрос

Производственные одноэтажные здания строят, как правило, по каркасной схеме (рис. 16.1). Каркас применяют чаще всего железобетонный, реже стальной; в отдельных случаях может быть применен неполный каркас с несущими каменными стенами.

Каркасы производственных зданий, как правило, представляют собой конструкцию, состоящую из поперечных рам, образуемых колоннами, защемленными в фундаментах и шарнирно (или жестко) связанными с ригелями покрытия (балками или фермами). При наличии подвесного транспортного оборудования или подвесных потолков, а также при подвеске различных коммуникаций несущие конструкции покрытий в ряде случаев можно располагать через 6 м и применять подстропильные конструкции при шаге колонн 12 м. Если подвесного транспортного оборудования нет, стропильные балки и фермы располагают через 12 м, применяя плиты пролетом 12 м.

При стальном каркасе конструктивные схемы в основном аналогичны схемам из железобетона и определяются сочетанием основных элементов здания – балок, ферм, колонн, связанных в единое целое (рис. 16.2).

Вопрос

Рамные железобетонные каркасы являются основной несущей конструкцией одноэтажных производственных зданий и состоят из фундаментов, колонн, несущих конструкций покрытий (балок, ферм) и связей (см. рис. 16.1). Железобетонный каркас может быть монолитными и сборным. Преимущественное распространение имеет сборный железобетонный каркас из унифицированных элементов заводского изготовления. Такой каркас наиболее полно удовлетворяет требованиям индустриализации.

Для создания пространственной жесткости плоские поперечные рамы каркаса в продольном направлении связывают фундаментными, обвязочными и подкрановыми балками и панелями покрытия. В плоскостях стен каркасы можно усилить стойками фахверка, иногда называемого стеновым каркасом.

Фундаменты железобетонных колонн. Выбор рационального типа, формы и надлежащих размеров фундаментов существенно влияет на стоимость здания в целом. В соответствии с указаниями технических правил (ТП 101–81) бетонные и железобетонные отдельно стоящие фундаменты производственных зданий на естественном основании следует выполнять монолитными и сборно-монолитными (рис. 16.3). В фундаментах предусматривают уширенные отверстия – стаканы, имеющие форму усеченной пирамиды (рис. 16.3, I, III), для установки в них колонн. Дно стакана фундамента располагают на 50 мм ниже проектной отметки низа колонн, с тем чтобы подливкой раствора под колонну компенсировать возможные неточности размеров высоты колонн, допускаемые при их изготовлении, и выровнять верх всех колонн.

Размеры фундаментов определяют по расчету в зависимости от нагрузок и грунтовых условий.

Фундаментные балки предназначены для опирания наружных и внутренних стеновых конструкций на отдельно стоящие фундаменты каркаса (см. рис. 16.3, II, III, в, г). Для опирания фундаментных балок применяют бетонные столбики, устанавливаемые на цементном растворе на горизонтальные уступы башмаков или на фундаментные плиты. Установка стен на фундаментные балки кроме экономических создает также и эксплуатационные преимущества – упрощается устройство под ними всевозможных подземных коммуникаций (каналов, туннелей и т. п.).

Для защиты фундаментных балок от деформаций, вызванных увеличением объема при замерзании пучинистых грунтов, и для исключения возможности промерзания пола вдоль стен их засыпают с боков и снизу шлаком. Между фундаментной балкой и стеной по поверхности балки укладывают гидроизоляцию, состоящую из двух слоев рулонного материала на мастике. Вдоль фундаментных балок на поверхности грунта устраивают тротуар или отмостку. Для стока воды тротуарам или отмосткам придают уклон 0,03 – 0,05 от стены здания.

Колонны. В одноэтажных промышленных зданиях применяют обычно унифицированные сплошные железобетонные одноветвевые колонны прямоугольного сечения (рис. 16.5, a) и сквозные двухветвевые (рис. 16.5, б). Прямоугольные унифицированные колонны могут иметь размеры сечения: 400х400, 400х600, 400х800, 500х500, 500х800 мм, двухветвевые – 500х1000, 500х1400, 600x1900 мм и др.

Высоту колонн подбирают в зависимости от высоты помещения Н и глубины их заделки а в стакан фундамента. Заделка колонн ниже нулевой отметки в зданиях без мостовых кранов равна 0,9 м; в зданиях с мостовыми кранами 1,0 м – для одноветвевых колонн прямоугольного сечения, 1,05 и 1,35 м – для двухветвевых колонн.

Для укладки подкрановых балок на колоннах устраивают подкрановые консоли. Верхнюю надкрановую часть колонны, поддерживающую несущие элементы покрытия (балки или фермы), называют надколонником. Для крепления несущих элементов покрытия к колонне в верхнем ее торце закрепляют стальной закладной лист. В местах крепления к колонне подкрановых балок и стеновых панелей (рис. 16.7) располагают стальные закладные детали. Колонны с элементами каркаса сопрягают сваркой стальных закладных деталей с последующим их обетонированием, причем в колоннах, расположенных по наружным продольным рядам, предусматривают также стальные детали для крепления к ним элементов наружных стен.

Связи между колоннами. Вертикальные связи, расположенные по линии колонн здания, создают жесткость и геометрическую неизменяемость колонн каркаса в продольном направлении (рис. 16.8 а, б). Их устраивают для каждого продольного ряда в середине температурного блока. Температурным блоком называют участок по длине здания между температурными швами или между температурным швом и ближайшей к нему наружной стеной здания. В зданиях малой высоты (при высоте колонн до 7...8 м) связи между колоннами можно не устраивать, в зданиях большей высоты предусматривают крестовые или портальные связи. Крестовые связи (рис. 16.8, а) применяют при шаге 6 м, портальные (рис. 16.8, б) – 12 м, их выполняют из прокатных уголков и соединяют с колоннами путем сварки косынок крестов с закладными деталями (рис. 16.7, г).

Плоские несущие конструкции покрытий.К ним относят балки, фермы, арки и подстропильные конструкции. Несущие конструкции покрытия изготовляют из сборного железобетона, стали, дерева. Тип несущих конструкций покрытия назначают в зависимости от конкретных условий – величины перекрываемых пролетов, действующих нагрузок, вида производства, наличия строительной базы и др.

Железобетонные балки покрытий. В качестве несущих конструкций в ряде случаев используют железобетонные предварительно напряженные балки пролетом до 12 м для односкатных и малоуклонных покрытий, двускатные решетчатые пролетом 12 и 18 м (рис. 16.10, а – в) – при наличии подвесных монорельсов и кран-балок. Односкатные балки предназначены для зданий с наружным водоотводом, двускатные можно применять в зданиях как с наружным, так и внутренним водоотводом. Уширенную опорную часть балки (рис. 16.10, г) прикрепляют к колонне шарнирно посредством анкерных болтов, выпущенных из колонн и проходящих через опорный лист, приваренный к балке.

Железобетонные фермы и арки покрытий. Очертание фермы покрытия зависит от вида кровли, расположения и формы фонаря и общей компоновки покрытия. Для зданий пролетом 18 м и более применяют железобетонные предварительно напряженные фермы из бетона марки 400, 500 и 600. Фермы предпочтительнее балок при наличии различных санитарно-технических и технологических сетей, удобно располагаемых в межферменном пространстве, и при значительных нагрузках от подвесного транспорта и покрытия.

В зависимости от очертания верхнего пояса различают фермы сегментные, арочные, с параллельными поясами и треугольные.

Для пролетов 18 и 24 м применяют раскосные фермы сегментного очертания (рис. 16,11, б), а также типовые безраскосные фермы при скатной и малоуклонной кровлях (рис. 16.11, а). Последние обладают определенными преимуществами (удобный пропуск коммуникаций, особенности технологии изготовления).

Фермы с параллельными поясами использованы главным образом на многих действующих предприятиях при пролетах зданий 18 и 24 м и шаге 6 и 12 м. В некоторых случаях для покрытия большепролетных производственных зданий применяют сборные железобетонные арочные конструкции. По конструктивной схеме арки разделяют на двухшарнирные (с шарнирными опорами), трехшарнирные (имеющие шарниры в ключе и на опорах) и бесшарнирные.

Вопрос

Стальные каркасы применяют в цехах при крупных пролетах и значительных крановых нагрузках при строительстве предприятии металлургии, машиностроения и др.

По своей конструктивной схеме стальной каркас в целом подобен железобетонному и представляет собой основную несущую конструкцию промышленного здания, поддерживающую покрытие, стены и подкрановые балки, а в некоторых случаях – технологическое оборудование и рабочие площадки.

Основными элементами несущего стального каркаса, воспринимающими почти все действующие на здание нагрузки, являются плоские поперечные рамы, образованные колоннами и стропильными фермами (ригелями) (рис. 16.14, I, а). На поперечные рамы, расставленные согласно принятому шагу колонн, опирают продольные элементы каркаса – подкрановые балки, ригели стенового каркаса (фахверка), прогоны покрытия и в некоторых случаях фонари. Пространственная жесткость каркаса достигается устройством связей в продольном и поперечном направлениях, а также (при необходимости) жестким закреплением ригеля рамы в колоннах.

Контрольные вопросы

1. Какой фактор является предопределяющим при определении объёмно-планировочной и конструктивной структуры промышленного здания.

2. Какие здания относят к обслуживающим?

3. Как классифицируются промздания по характеру расположения внутренних опор?

4. В каких случаях в качестве основного материала несущих элементов применяют металл?

5. Каким подъёмно-транспортным оборудованием могут быть оснащены промздания.