Раздел 2. Конструкции многоэтажных каркасных зданий

Лекция 3. конструкции многоэтажных промышленных зданий

Конструктивные схемы зданий

Многоэтажные промышленные здания служат для размещения различных производств — машино­строения, приборостроения, цехов химической, электро­технической, радиотехнической, легкой промышленности и др., а также базисных складов, холодильников, гара­жей и т. п. Их проектируют, как правило, каркасными с навесными панелями стен.

Высоту промышленных зданий обычно принимают по условиям технологического процесса в пределах от 3 до 7 этажей (при обшей высоте до 40 м), а для некоторых видов производств с не тяжелым оборудованием, уста­навливаемым на перекрытиях, до 12—14 этажей. Ширина промышленных зданий может быть равной 18—36 м и более. Высоту этажей и сетку колонн каркаса назначают в соответствии с требованиями типизации элементов кон­струкций и унификации габаритных параметров. Высоту этажей принимают кратной модулю 1,2 м, т.е. 3,6; 4,8; 6 м, а для первого этажа иногда 7,2 м. Наиболее распро­страненная сетка колони каркаса 6x6, 9х6, 12х6 м. Такие ограниченные размеры сетки колонн каркаса обу­словлены большими временными нагрузками на пере­крытия, которые могут достигать 15 кН/м², а и некото­рых производствах 25 кН/м² и более.

Для промышленного строительства наиболее удобны многоэтажные каркасные здания без специальных вер­тикальных диафрагм, поскольку они ограничивают сво­бодное размещение технологического оборудования и производственных коммуникаций. Основные несущие конструкции многоэтажного каркасного здания — желе­зобетонные рамы и связывающие их междуэтажные пе­рекрытия (рис. 3.1). Пространственная жесткость здания обеспечивается в поперечном направлении рабо­той многоэтажных рам с жесткими узлами — по рамной системе, а в продольном — работой вертикальных стальных связей или же вертикальных железобетонных диаф­рагм, располагаемых по рядам колонн и в плоскости на­ружных стен, — по связевой системе(рис. 3.2). Если в продольном направлении связи или диафрагмы по тех­нологическим условиям не могут быть поставлены, их заменяют продольными ригелями. В этом случае прост­ранственная жесткость и в продольном направлении обеспечивается по рамной системе.

1 – поперечные рамы; 2 – продольные вертикальные связи; 3 – панели перекрытий

Рис. 3.1. Конструктивный план многоэтажного каркаса промышленного здания

Рис. 3.2. Вертикальные связи многоэтажного каркаса в продольном направлении

При относительно небольшой временной нагрузке на перекрытия пространственная жесткость и в поперечном направлении обеспечивается по связевой системе; при этом во всех этажах устанавливаются поперечные вер­тикальные диафрагмы. Шарнирное соединение ригелей с колоннами в этом решении достигается установкой ри­гелей на консоли колонн без монтажной сварки в узлах.

Ригели соединяют с колоннами (стойками) на консо­лях, с применением ванной сварки выпусков арматуры и обетонированием полости стыка на монтаже. Для между­этажных перекрытий применяют ребристые плиты шири­ной 1500 или 3000 мм. Плиты, укладываемые по линии колонн, служат связями-распорками, обеспечивающими устойчивость каркаса на монтаже.

В таких зданиях возможно опирание плит перекры­тий двух типов: на полки ригелей таврового сечения (для производства со станочным оборудованием, нагрузки от которого близки к равномерно распределенным) и по верху ригелей прямоугольного сечения (главным образом, для зданий химической промышленности с оборудо­ванием, провисающим из этажа в этаж и передающим большую сосредоточенную нагрузку на одну опору). В обоих типах опирания плит типовые ригели при проле­тах 6 и 9 м имеют одинаковое сечение 800 мм и ширину ребра 300 мм.

Типовые конструкции многоэтажных промышленных зданий с балочными перекрытиями разработаны под различные временные нагрузки — от 5 до 25 кН/м².

Пример решения конструкции здания с безбалочными перекрытиями приведен на рис. 3.3. Ригелем много­этажной рамы в поперечном и продольном направлениях служит безбалочная плита, жестко связанная с колонна­ми с помощью капителей. Пространственная жесткость здания в обоих направлениях обеспечивается по рамной системе. Унификация размеров плит и капителей средних и крайних пролетов безбалочного перекрытия достигает­ся смещением наружных самонесущих стен с оси край­него ряда колонн на расстояние, равное половине шири­ны надкапительной плиты.

Рис. 3.3. Конструкции зданий многоэтажных промышленных зданий

с безбалочными перекрытиями

Многоэтажные промышленные здания с часто распо­ложенными опорами при сетке колонн 6×6 или 9×6 м не всегда удовлетворяют требованиям гибкой планиров­ки цехов, модернизации оборудования и усовершенство­вания производства без дорогостоящих переустройств. Поэтому применять их следует в случае больших времен­ных нагрузок на перекрытия более 10 кН/м².

Особенность конструктивного решения универсальных промышленных зданий с этажами в межферменном про­странстве состоит в том, что они имеют крупную сетку колонн 18×6, 18×12, 24×6 м. Большие пролеты здания перекрывают безраскосными фермами. При этом в пре­делах конструктивной высоты этих ферм устраивают дополнительные этажи, в которых размещают инженер­ное оборудование и коммуникации, бытовые, складские и другие вспомогательные помещения. Высота межфер­менных этажей может быть 2,4; 3 и 3,6 м.

Пример решения конструкций универсального про­мышленного здания приведен на рис. 3.4. Здание име­ет 6 этажей — три основных и три межферменных. Без­раскосные фермы, жестко связанные с колоннами, явля­ются составной частью многоэтажного каркаса и работают как ригели рам. Крайние стойки ферм вверху и внизу снабжены выступами для соединения с колоннами ниже- и вышележащих этажей. Плиты перекрытий в основных этажах ребристые; их укладывают на верхний пояс ферм. Панели перекрытий вспомогательных этажей пустотные или ребристые; опираются они на полки ниж­него пояса ферм (рис. 3.5).

1 – основные этажи; 2 – межферменные этажи; 3 – соединения колонн с безраскосыми фермами

Рис. 3.4. Конструкция многоэтажного промышленного здания

с межферменными этажами

Рис. 3.5. Деталь опирания перекрытия на нижний пояс безраскосных ферм

Многоэтажные гражданские каркасные и панельные (бескаркасные) здания проектируют для массового стро­ительства высотой 12—16 этажей, а в ряде случаев — высотой 20 этажей и более. Сетка колонн, шаг несущих стен и высоты этажей выбирают в соответствии с требо­ваниями типизации элементов конструкций и унифика­ции габаритных параметров. Конструктивные схемы зданий, возводимых из сборных элементов, характерны постоянством геометрических размеров по высоте, регу­лярностью типовых элементов конструкций, четким реше­нием плана.

Каркасные конструкции применяют для различных административных и общественных зданий с большими помещениями, редко расположенными перегородками, а в некоторых случаях и для жилых домов высотой более 25 этажей. Основными несущими конструкциями много­этажного каркасного здания в гражданском строитель­стве являются железобетонные рамы, вертикальные связевые диафрагмы и связывающие их междуэтажные пе­рекрытия.

Важнейшим условием достижения высоких эксплуа­тационных качеств многоэтажного здания является обес­печение его надежного сопротивления горизонтальным нагрузкам и воздействиям. Необходимая пространствен­ная жесткость такого здания достигается различными вариантами компоновки конструктивной схемы, в основ­ном отличающимися способами восприятия горизонталь­ных нагрузок.

Например, при поперечных многоэтажных рамах и по­перечных вертикальных связевых диафрагмах, горизон­тальные нагрузки воспринимаются вертикальными конст­рукциями совместно, и каркасное здание в поперечном направлении работает по рамно-связевой системе, при этом в продольном направлении при наличии только вер­тикальных связевых диафрагм здание работает по связевой системе (рис. 3.6, а).

При поперечном расположении вертикальных связе­вых диафрагм и продольном расположении многоэтаж­ных рам здание в поперечном направлении работает по связевой системе, а в продольном направлении — по рамной системе(рис. 3.6, б). Конструктивная схема каркаса при шарнирном соединении ригелей с колонна­ми будет связевой в обоих направлениях.

1 – балка; 2 – колонна; 3 – панель

Рис. 3.6. Направление ригелей поперек (а) и вдоль (б) здания

в сборном балочном перекрытии

Панельные конструкции применяют для жилых до­мов, гостиниц, пансионатов и других аналогичных зда­ний с часто расположенными перегородками и стенами. В панельных зданиях основными несущими конструк­циями служат вертикальные диафрагмы, образованные панелями внутренних несущих стен, расположенными в поперечном, иногда в продольном направлении, и связы­вающие их междуэтажные перекрытия. Панели наруж­ных стен навешивают на торцы панелей несущих попе­речных стен. Многоэтажное панельное здание как в поперечном, так и в продольном направлении восприни­мает горизонтальную нагрузку по связевой системе. Возможны другие конструктивные схемы много­этажных зданий. К ним относятся, например, каркасное здание с центральным ядром жесткости, в котором в ка­честве вертикальных связевых диафрагм используются внутренние стены сблокированных лифтовых и вентиля­ционных шахт, лестничных клеток; здание с двумя ядрами жесткости открытого профиля — в виде двутавров; здание с двумя ядрами жест­кости и сложной конфигурацией в плане, позволяющей индивидуализировать архитектурное решение. В описанных конструктивных схемах зданий горизонтальные воздействия воспринимаются по рамно-связевой или связевой системе.