Каркас одноэтажных промышленных зданий и его конструктивные элементы

Для технологических процессов, размещение которых в многоэтажных зданиях невозможно или экономически нецелесообразно предназначены одноэтажные промышленные здания. К ним преимущественно относят цехи машиностроительных и металлургических заводов, здания главных корпусов ТЭС, авиационные ангары и тому подобие. В зависимости от характера производственного процесса, наличия и грузоподъемности кранов современные промышленные здания имеют разнообразные по величине пролеты и высоты и испытывают под воздействием внешних нагрузок значительные усилия.

Стальные каркасы одноэтажных промышленных зданий включают комплекс конструктивных элементов (колонны, стропильные и подстропильные фермы, подкрановые балки, прогоны, элементы фахверка и связи), сочлененных между собой в пространственную геометрически неизменяемую систему. Основу этой системы составляют поперечные рамы, состоящие из колонн, жесткозащемленных в фундаментах, и стропильных ферм шарнирно- или жесткосвязанных с колоннами, воспринимающие вертикальные и горизонтальные нагрузки, действующие на каркас.

Жесткость и устойчивость рамного каркаса обеспечиваются работой вертикальных и горизонтальных связей, устанавливаемых по шатру здания и между колоннами, а также жестким диском покрытия в случае применения крупноразмерных плит.

Генеральным пролетом рамы называется расстояние между осями надкрановой части колонн в поперечном направлении, а шагом рам — расстояние между рамами вдоль здания. Стальные каркасы применяют при пролетах не менее 24 м.

Для промышленного строительства в стране установлен единый модуль М = 600 мм для горизонтальных и вертикальных измерений. Согласно этому модулю, пролеты стальных каркасов одноэтажных зданий назначают равными 24, 30, 36 м и более, кратными 6 м. Шаг колонн по крайним и средним рядам принимают 6 или 12 м. В многопролётных зданиях при необходимости передачи крупноразмерной продукции из пролета з пролет шаг колонн по внутренним рядам может быть увеличен до 18, 24 м и более, его назначают также кратным 6 м. Высота рамы Н от уровня пола до оси нижнего пояса стропильной фермы должна быть кратной 1,2 м (2М) до высоты 10,8 м и кратной 1,8 (ЗМ) при высоте более 10,8 м.

дноэтажные производственные здания бывают однопролетными и многопролетными. Совершенствование машиностроительного, металлургического и других производств с укрупнительной сборкой и непрерывными технологическими процессами требует блокирования различных цехов под одной крышей. Сблокированные здания — корпуса большой площади, состоящие из продольных и поперечных пролетов разных высот, оборудованные мостовыми и подвесными кранами разной грузоподъемности.

Большое влияние на работу каркаса оказывают мостовые краны, режим работы которых определяет и режим работы производственного здания в целом: легкий, средний, тяжелый и весьма тяжелый. Режим работы зданий учитывают при проектировании и расчете конструкций введением специальных коэффициентов в соответствии с требованиями СНиП И-23-81.

При проектировании производственных зданий, подвергающихся воздействию высоких температур и агрессивных сред, предусматривают специальную защиту стальных конструкций от чрезмерного нагрева (облицовка керамикой и бетонами, устройство отражательных экранов и так далее) и коррозии (покрытие масляными красками, битумным лаком, металлами и так далее). При возведении зданий, эксплуатируемых в условиях низких температур (от — 40 до — 65°С), конструкции рассчитывают по упругой стадии, уменьшают размеры температурных отсеков, устанавливают дополнительные связи по каркасу, предусматривают мероприятия, снижающие концентрацию напряжений.

С целью ускорения и снижения трудоемкости монтажа стальных каркасов в последнее время широко применяют конвейерный способ монтажа крупными блоками. Достоинством его является расчленение процесса сборки на простейшие операции, выполняемые на хорошо оборудованных стендах сборки с последующим передвижением блока с одного поста на другой и в зону подъема с помощью передвижных тележек-платформ. Важнейший принцип проектирования стальных каркасов — типизация конструкций, направленная разработку типовых конструктивных схем зданий, их отдельных элементов.

Несущие конструкции покрытия. Основные несущие конструкции покрытий в зависимости от величины перекрываемых пролетов состоят из железобетонных односкатных и двускатных балок, ферм, арок, пространственных конструкций и плит. По виду армирования несущие конструкции делят на обычно армированные и предварительно напряженные. Их выполняют цельными ­­­на всю длину пролета, а также из отдельных блоков, собираемых в элементы путем укрупнительной сборки перед монтажом. Для небольших пролетов (6000, 9000, 12000 и 18000 мм) в качестве несущих конструкций можно использовать железобетонные стропильные балки. Их изготовляют односкатными, двускатными и с параллельными поясами.

Односкатные балки применяют в покрытиях одноэтажных промышленных зданий пролетом 6000 ... 12000 мм, с шагом колонн 6 м и наружным водостоком. Двускатные балки используют в покрытиях одноэтажных промышленных зданий при пролетах 6000 ... 18000 мм, шаге колонны 6000 и 12000 мм с наружным и внутренним водостоком. Балки с параллельными поясами применяют в покрытиях промышленных зданий с плоской кровлей при пролетах 12000 и 18000 мм и шаге колонн 6000 и 12000 м.

Стропильные балки имеют тавровое или двутавровое сечение. Для уменьшения массы балок и пропуска коммуникаций в их стенках устраивают отверстия различного очертания. Одно- и двускатные балки можно собирать из отдельных блоков с последующим натяжением пропущенной через них арматуры.

Балки устанавливают на железобетонные колонны или на несущие стены с устройством железобетонных подушек, а балки пролетом 18000 мм также и на подстропильные балки. К колоннам балки покрытия прикрепляют анкерными болтами, выпущенными из колонн и проходящими через опорный лист, приваренный к закладной детали балки. Опорный лист балки прикрепляют к листу, заложенному в колонну.

Балки изготавливают из бетона классов В30, В40, В50, армируют высокопрочной проволокой класса Вр-II или стержневой арматурой из стали марки А-IV и А-IIIв.

Стропильные фермы. Такие конструкции состоят из отдельных соединенных между собой стержней, образующих каркас. Стержни фермы, расположенные по ее верхнему контуру, составляют верхний пояс, а по нижнему контуру — нижний пояс. Вертикальные стержни фермы называют стойками, наклонные — раскосами. Стойки и раскосы, расположенные между верхними и нижними поясами, образуют решетку фермы; а точки (места), в которых сходятся концы стоек и раскосов, — узлы фермы. Участок между двумя соседними узлами называется панелью.

В зависимости от очертания верхнего пояса фермы делят на сегментные, безраскосные и с параллельными поясами. Их применяют в скатных и плоских покрытиях одноэтажных промышленных зданий пролетом 18000 и более. Устанавливают стропильные фермы на железобетонные колонны или подстропильные фермы. Для крепления ферм к колоннам (подстропильным фермам), а также к фермам плит покрытия, рам фонаря, связей в них предусмотрены соответствующие стальные закладные детали. Фермы выполняют с предварительным напряжением нижнего пояса. Изготавливают из бетона классов B30 ... В50, рабочую арматуру — из высокопрочной проволоки Вр-II и стержней из стали марки А-IV и др.

Подстропильные фермы (балки). Их применяют в покрытиях одноэтажных многопролетных промышленных зданий.

Подстропильные фермы (балки) применяют в средних рядах зданий для опирания ферм или балок покрытия в тех случаях, когда шаг крайних колонн составляет 6000 мм, а шаг колонн средних рядов — 12000 мм. Их устанавливают и закрепляют путем сварки закладных деталей. Все фермы (балки) имеют одинаковый пролет — 12000 мм, кроме ферм, устанавливаемых в торцах здания и у поперечных температурных швов, пролет которых составляет 11500 мм (в соответствии с расположением колонн). По концам и посредине (в нижнем узле) подстропильных ферм (балок) предусмотрены площадки для опирания стропильных ферм (балок). В площадках имеются закладные листы с приваренными к ним анкерными болтами.

Фермы (балки) изготовляют с предварительным напряжением нижнего пояса из бетона классов В40 ... В50. Основная напрягаемая арматура — из высокопрочной стальной проволоки марки Вр-II и стали марки А-IV и др. При возведении .большепролетных производственных зданий в покрытиях часто используют пространственные конструкции.