10.4. Металлические каркасы зданий и сооружений и защита их от коррозии

Металлические конструкции обладают следующими достоинствами: надежностью, легкостью, индустриальностью изготовления и монтажа, высокой плотностью и прочностью.

Недостатками, ограничивающими применение металлических конструкций, является их небольшая огнеустойчивость (при 600 ^оС сталь переходит в пластичное состояние) и коррозирование от агрессивного воздействия (влаги и газов) среды.

Металлические конструкции применяют почти во всех видах зданий, особенно при больших пролетах, высотах и нагрузках. Наиболее часто металлические конструкции используют в цельнометаллических или смешанных каркасах для одноэтажных промышленных зданий, при устройстве большепролетных зданий общественного назначения (спортивные сооружения, выставочные павильоны, ангары и т.д.), каркасов многоэтажных зданий и т.д.

Стальные каркасы наиболее часто применяют в одноэтажных зданиях при строительстве цехов с большими пролетами и высотой, в основном для предприятий тяжелой промышленности. В конструктивном отношении схема стального каркаса не отличается от схемы железобетонного каркаса (колонны, несущие конструкции покрытий, ветровые связи в горизонтальной и вертикальной плоскости, обвязочные балки).

Стальные колонны целесообразно применять в одноэтажных зданиях при высоте до низа ферм более 14,4 м и при шаге колонн 12,0 м и выше и в труднодоступных районах строительства. Их делают преимущественно сварными из одной, двух и более двутавровых или швеллерных профилей, уголков и листовой стали. Стальные колонны состоят из нижней части (база или башмак) и верхней части (стержень). Сечения стержня колонн устраивают сплошными или сквозными (решетчатыми) (рис.58).

Сплошные колонны выполняют из прокатных профилей или листов, сваренных между собой. Решетчатые колонны состоят из двух ветвей, выполненных из прокатных профилей и соединенных между собой поперечными планками или решеткой (рис. 59). По высоте колонны могут иметь одинаковое или переменное сечение (при наличии мостовых кранов).

База колонны служит для увеличения площади опоры и сопряжения ее с фундаментом. У колонны сплошного сечения базы устраивают из стальной плиты, усиленной ребрами. У сквозных колонн применяются раздельные базы для каждой ветви.

Р ис. 58. Типы сечений:

а , б, в, л – для сплошных центрально-сжатых колонн; г, д, е – для сквозных центрально-сжатых колонн; ж, и, к – для нижней части внецентренно-сжатых колонн; 1 – двутавр нормального профиля

Рис. 59. Типы колонн:

а, б – постоянного сечения по высоте; в, г – переменного сечения (ступенчатые); д – раздельного типа

Башмак (база) колонны опирается на железобетонный фундамент и крепится к нему анкерными болтами, заделанными в фундамент при его изготовлении.

Обвязочные балки каркаса делают из сплошных стальных профилей (двутавра или швеллера). Подкрановые балки могут быть сплошными, сваренными из прокатных двутавров, или решетчатыми в виде ферм.

Балки могут быть пролетом 6, 12, 18 и 24 м.

Несущие конструкции покрытий и балки выполняют из прокатных профилей. При больших пролетах применяют фермы треугольные, полигональные и с параллельными поясами (рис. 60).

Е сли колонны каркаса железобетонные, стальные строительные фермы применяют пролетами 30 м и более при устройстве скатной кровли и пролетами 24 м и более при плоских кровлях. При стальных колоннах пролет может быть любым.

Рис. 60. Типы ферм:

а – с параллельными поясами; б – односкатные; в – трапецеидальные;

в – треугольные

В настоящее время получают распространение сетчатые системы регулярного строения, называемые структурными плитами (рис. 61). Структурные конструкции применяют главным образом в виде плоских покрытий. Они обладают большой пространственной жесткостью, поэтому ими можно перекрывать большие пролеты при разнообразных опорных контурах. Благодаря частой сетке узлов имеется возможность осуществлять крепление подвесного транспорта, подвесного потолка.

Р ис. 61. Общий вид структурного покрытия из труб:

I – соединение элементов конструкций; II – опора конструкции на колонну

Наиболее экономичной является конструкция из металлических труб.

Связи покрытий могут быть поперечными, продольными, горизонтальными и вертикальными. Связи служат для придания сооружению пространственной жесткости, неизменяемости и для обеспечения устойчивости его отдельных элементов. Беспрогонные кровли, где панели укладываются непосредственно по несущим фермам, представляют собой жесткий диск, и в этом случае нет необходимости в устройстве связей в плоскости этого диска.

Кровли, образованные при помощи прогонов, не обладают достаточной жесткостью из-за мелкоразмерности плит, поэтому между прогонами и двумя смежными несущими фермами устраивают поперечные горизонтальные связи (рис. 62, а). Такие связи устанавливают по концам каждого температурного отсека или по торцам здания, если оно не требует температурных швов. Решетку обычно делают крестовой по верхним поясам.

При наличии в зданиях мостовых кранов помимо поперечных связей устраивают также и продольные, располагаемые вдоль здания в плоскости нижних поясов ферм по всему периметру здания на ширину, равную длине панели фермы (рис. 62, б). Вертикальные связи предназначены для удержания фермы в проектном (вертикальном) положении. В пролете в большинстве случаев вполне достаточно установить один ряд вертикальных связей по средней коньковой стойке (рис. 62, е). По длине здания вертикальные связи устраивают в местах, где имеются поперечные горизонтальные связевые фермы.

Связи между колоннами служат для обеспечения устойчивости (жесткости) каркаса в продольном направлении и для восприятия сил от продольного торможения кранов и ветровой нагрузки на торцы здания.

При изготовлении на заводе металлические конструкции соединяют на заклепках или на сварке. При монтаже элементов на строительстве применяют заклепочные, сварные и болтовые соединения.

Рис. 62. Связи покрытий:

1 – поперечные; 2 – продольные горизонтальные связевые фермы; 3 – вертикальные связи; 4 – распорки