Стальные несущие конструкции покрытия

Стальные колонны каркаса

В зависимости от габаритов здания, наличия и вида подъемно-транспортного оборудования и конструкции покрытия применяют колонны сплошного и сквозного типов с постоянным или переменным по высоте сечением (рис. 8.1).

Рис. 8.1 Основные типы стальных колонн: а – сплошного постоянного сечения для зданий без мостовых кранов; б – сплошного постоянного сечения для зданий без мостовых кранов двухветвевого сечения; в – сплошного сечения для зданий оборудованных мостовыми кранами; г – для зданий, оборудованных мостовыми кранами, двухветвевого переменного сечения; д –для зданий, оборудованных мостовыми кранами, раздельного типа переменного сечения.

Колонны сплошного постоянного сечения (рис. 8.1 а) используют в зданиях без мостовых кранов высотой до 8,4 м. В зависимости от шага каркаса колонны крайних рядов имеют кривизну «0» (при шаге 6 м) и «250» (при шаге 12 м).

В зданиях без опорных мостовых кранов высотой от 9,6 до 18 м применяют колонны сквозного двухветвевого сечения с двухплоскостной безраскосной решеткой (рис. 8.1 б). ветви колонн выполняют из двутавров от №20 до №70. Расстояние между ветвями единое для средних и крайних колонн – 800 мм. Колонны рассчитаны на привязку к продольным разбивочным осям – 250 мм.

Для зданий высотой от 8,4 до 9,6 м, оборудованных мостовыми опорными кранами грузоподъемностью до 20 т, разработаны колонны сплошного постоянного сечения (рис. 8.1 в). Для зданий с кранами до 50 т и высотой 10,8 – 18 м – двухветвевые колонны (рис. 8.1 г). Двухветвевые колонны могут быть использованы в зданиях пролетами 18, 24, 30 и 36 м с шагом колонн по крайним и средним рядам 12 м. Их выполняют ступенчатыми. Подкрановая решетчатая часть состоит из двух ветвей: наружной, выполняемой, как правило, из прокатных и гнутых швеллеров, и подкрановой – из широкополочных двутавров. Решетку подкрановой части выполняют обычно раскосной, двухплоскостной из прокатных уголков.

При использовании в зданиях кранов грузоподъемностью более 50 т, а также при их двухъярусном расположении или на случай предполагаемого расширения производства применяют колонны раздельного типа (рис. 8.1 д).

Стальные колонны могут применяться в районах с расчетной температурой наружного воздуха до -40ºС для отапливаемых зданий и до -30ºС для неотапливаемых зданий, возводимых в I-IV ветровых и снеговых районах.

Базы колонн имеют опорные плиты или траверсы, которые заделывают в фундамент на глубину от -0,300 до -1,000 в зависимости от типа колонны (рис. 8.2).

Рис. 8.2 Базы стальных колонн: а, б – база колонн с опорными плитами; в, г – база колонн с траверсами; д – база двухветвевой колонны.

база колонны – конструктивный элемент металлической колонны, расположенный в нижней ее части и служащий для ее крепления к фундаменту.

Двухветвевые колонны имеют раздельные базы (рис. 8.2 д), которые с помощью анкерных болтов крепится к фундаментам.

Анкерный болт – крепежная деталь, предназначенная для соединения строительных конструкций, нижним концом закрепленная в теле фундамента, на другом конце имеющая нарезку под болт.

Верх колонн (оголовок) конструктивно решается в зависимости от способа соединения со стропильными конструкциями покрытия. Более подробно будет рассмотрен в разделе «Несущие конструкции покрытия».

Подкрановые балки

По статической (расчетной) схеме подразделяют на разрезные и неразрезные. Наиболее распространены разрезные балки, т.к. они просты по конструкции, менее чувствительны к осадкам опор, несложны в монтаже, но по сравнению с неразрезными имеют большую высоту и более материалоемки. При том неразрезные балки сложнее монтировать и перевозить.

По сечению подкрановые балки подразделяют на сплошные и решетчатые (рис. 8.3). Балки сплошного сечения, устанавливаемые при шаге колонн 6 м и небольшой грузоподъемности кранов, изготавливают из прокатных двутавров с усилением верхнего пояса стальным листом или уголками (рис. 8.3 а).

Рис. 8.3 Стальные подкрановые балки: а – сплошного сечения из прокатных двутавров с усилением верхних полок; б – сплошного сечения, сварные; в – сплошного сечения, клепаные; г – сквозного сечения; д – крепление балок к колонне; е - крепление балок к стальной колонне; ж – крепление рельса к балке крюками; з – крепление рельса к балке лапками; 1 – тормозная балка; 2 – крепежная планка; 3 – упорный уголок; 4 – стальная фасонка; 5 – подставка; 6 – цементно-песчаный раствор; 7 – опорное ребро; 8 – рельс; 9 – крюк; 10 – стальная лапа.

Для зданий с пролетами 18, 24, 30 и 36 м и с шагом колонн 6 и 12 м, оборудованных мостовыми кранами грузоподъемностью от 5 до 50 т, применяют балки сплошного сечения в виде сварных двутавров (рис. 8.3 б).

Высота балок на опоре составляет от 700 до 1450 мм, ширина верхнего пояса 320 и 400 мм, нижнего 200 и 250 мм. Толщина листа для верхних поясов – 10÷16мм, для нижних 10 мм и для стенок – 6, 8 10 и 12 мм. Стенки балок усиливают поперечными ребрами жесткости.

Подкрановые балки для кранов грузоподъемностью 50 т и более, могут быть клепанными из низколегированной стали (рис. 8.3 в). Для восприятия горизонтальных усилий, возникающих при поперечном торможении крана, предусмотрены тормозные балки или фермы (рис. 8.3 б; поз. 1).

Решетчатые подкрановые балки в виде шпренгельных систем более экономичны по сравнению со сплошными, т.к. расход стали на 20% меньше.

Подкрановые балки опирают на консоли колонн и крепят анкерными болтами (при железобетонных колоннах) и планками.

Между собой балки соединяют болтами, пропущенными через опорные (торцевые) ребра.

Стальные рельсы под краны к металлическим балкам крепят парными крюками или лапками (рис. 8.3 ж, з), на расстоянии 750 мм друг от друга. На концах подкрановых путей устраивают упоры-амортизаторы, исключающие удары кранов в торцевые стены здания.

Стальные несущие конструкции покрытия

Стропильные фермы

Ферма (франц. ferme от лат. firmus - прочный) – сквозная несущая конструкция, состоящая из стержней, расположенных в одной плоскости и соединенных между собой в узлах таким способом, что они образуют геометрически неизменяемую решетчатую систему.

Фермы относятся к плоскостным конструкциям, т.е. работающим в одной вертикальной плоскости, проходящей через ее опоры.

В качестве стропильных конструкций покрытия наибольшее распространение получили фермы, которые по форме бывают с параллельными поясами, полигональные, треугольные (рис. 8.4).

Рис. 8.4 Стальные стропильные фермы: а – с параллельными поясами; б – полигональная; в – треугольная; г – с параллельными поясами из круглых труб; д – узлы ферм с параллельными поясами из уголков; е – узлы ферм с параллельными поясами из широкополочных двутавров; ж – узлы ферм с параллельными поясами из гнутосварных профилей прямоугольного соединения; з – узлы ферм с параллельными поясами из круглых труб.

Фермы с параллельными поясами применяют для плоских и малоуклонных кровель (1,5%) в отапливаемых зданиях. Полигональные фермы с уклоном верхнего пояса 1:8 применяют для скатных покрытий из рулонной кровли, а треугольные с уклоном верхнего пояса 1:3,5 – для однопролетных, неотапливаемых зданий с наружным водостоком под кровлю из асбестоцементных или стальных листов.

Унифицированные стальные фермы имеют пролеты от 18 до 36 м. В целях унификации узловых соединений решетку в фермах принимают треугольной. Длина панелей верхнего пояса фермы принята 3 м при использовании в покрытии железобетонных плит шириной 3 м. При использовании в покрытии прогонов или плит шириной 1,5 м, длина панелей верхнего пояса может быть уменьшена введением в решетку фермы шпренгелей (на рис. 8.4а показаны пунктиром).

Шпренгель – конструктивный элемент фермы состоящий из стоек и раскосов, вводимый в ее решетку для уменьшения длины панели верхнего пояса.

Высота ферм на опоре:

- с параллельными поясами – 2550 и 3750 мм;

- полигональных 2200 мм;

- треугольных – 450 мм.

Пояса и решетку ферм выполняют из спаренных прокатных уголков, широкополочных тавров и двутавров, замкнутых гнутосварных профилей прямоугольного сечения и из круглых труб.

Шаг стропильных ферм зависит от конструкции покрытия и составляет от 3 до 12 м.

Подстропильные фермы

Подстропильные фермы применяются в том случае, если шаг стропильных ферм (1,5; 3; 6 м) меньше шага колонн основного каркаса (12÷24 м) (рис. 8.5).

Для стропильных ферм из прокатных уголков применяют подстропильные фермы с параллельными поясами длиной от 12 до 24 м, высота фермы составляет 3130 мм, (рис. 8.5 а).

Они имеют опорную стойку из двутавра, в нижней части которой предусмотрен столик для опирания стропильных ферм.

Для стропильных ферм из труб и из широкополочных двутавров применяют треугольные подстропильные фермы длиной 12 м (рис. 8.5 б). Высота подстропильных ферм из труб – 2830 мм, из двутавров – 3000 мм.

Подстропильные фермы из гнутых профилей выполняют с параллельными поясами высотой – 1700 мм (рис. 8.5 в).

Крепление стропильных и подстропильных ферм к оголовкам колонн выполняют на болтах.

Рис. 8.5 Стальные подстропильные фермы: а – для стропильных ферм из горячекатаных уголков; б – для ферм из широкополочных двутавров и труб; в – для ферм из гнутых профилей прямоугольного сечения.

Связи в покрытии

Пространственную жесткость и устойчивость плоскостных конструкций обеспечивают системой связей, устанавливаемых между этими конструкциями.

Плоскостная конструкция – плоскостной является конструкция, работающая в одной вертикальной плоскости, проходящей через ее опоры

Для повышения устойчивости зданий предусматривают систему вертикальных и горизонтальных связей между колоннами каркаса и в покрытии. В данном разделе рассмотрены связи в покрытии зданий со стальным каркасом.

В покрытиях зданий со стальными фермами предусматривают горизонтальные связи в плоскостях верхних и нижних поясов стропильных ферм, а также вертикальные связи между фермами.

На рис. 8.6 рассмотрены типы связей, устанавливаемых в покрытии при уклоне верхнего пояса 1,5% с ограждением из железобетонных плит.

Рис. 8.6 Связи в покрытии со стальными фермами: а – по верхним поясам стропильных ферм; б – по нижним поясам стропильных ферм; 1 – распорки; 2 – растяжки; 3 – раскосы; 4 – вертикальные связи; 5 – стропильные фермы; 6 – связные фермы.

Связи по верхним поясам стропильных ферм состоят из распорок, раскосов и растяжек, монтируемых в пределах фонарного проема покрытия (рис. 8.6 а).

По нижним поясам стропильных ферм (рис. 8.6 б) в систему связей входят: поперечные горизонтальные связевые фермы, размещенные в торцах температурного отсека здания (при длине отсека более 96 м устанавливают также промежуточные связевые формы через 42-60 м); продольные горизонтальные связевые фермы, размещаемые в одно-, двух- и трехпролетных зданиях только вдоль крайних рядов колонн, а в зданиях с числом пролетов более трех – также и вдоль средних рядов колонн через 2-3 пролета (в зависимости от режима работы); - распорки и растяжки.

Вертикальные связи располагают вдоль стоек стропильных и фонарных ферм с интервалом 6-12 м. ставят их по нижним поясам стропильных ферм в местах размещения поперечных горизонтальных связей (рис. 8.6 позиция 4).

Покрытия по прогонам

Ограждающая часть покрытия может быть устроена из мелкоразмерных элементов с применением железобетонных или стальных прогонов.

Покрытия по прогонам устраивают, когда из-за недостаточной жесткости плит, настилов и листов требуется их опирание с ограниченным пролетом (3… 4 м), т.е. меньше шага стропильных конструкций покрытия (6 и 12 м).

Железобетонные прогоны из-за большой массы применяют редко, хотя они позволяют экономить сталь до 8 кг на 1 м² покрытия.

В данной теме рассмотрены стальные прогоны.

На рис. 8.7 представлены типы стальных прогонов.

а) б)

в)

Рис. 8.7 Типы прогонов: а – стальные гнутого профиля; б – стальные прокатного профиля; в – решетчатые прогоны длиной 12 м.

При шаге ферм 12 м прогоны из прокатных профилей становятся невыгодными. Их заменяют (сквозными) решетчатыми прогонами, которые представляют собой легкие фермы из тонких прокатных профилей и круглой стали (рис. 8.7 в).

На рис. 8.8 приведен пример расчетной схемы, узлов и характеристик прогона длиной 12 м.

Рис. 8.8 Типовой прогон пролетом 12 м: а – геометрическая схема; б – узлы; в – таблица технических характеристик.