МК_Справочник_том_2

ГЛАВА 3

КАРКАСЫ МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ

3.1. ÊЛАССИФИКАЦИЯ МНОГОЭТАЖНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ

Многоэтажные производственные здания разделяются на собственно производственные многоэтажные здания различного назначения и открытые промышленные этажерки для химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Производственные многоэтажные здания выполняются обычно не выше девяти этажей. Исключение составляют производственно-лабораторные корпуса, высота которых достигает в некоторых случаях 25 этажей. Последние по архитектурно-планировоч- ным условиям и конструктивным решениям каркаса аналогичны высотным многоэтажным административным и жилым зданиям и здесь не рассматриваются.

Открытые промышленные этажерки предназначены для размещения на них аппаратов, разного технологического оборудования и обслуживающих площадок, высота их может достигать 100 м и более. Примеры каркасов многоэтажных зданий различного назначения приведены на рис.3.1–3.3.

19,200

6,000

41

42

3.2. ÊОНСТРУКТИВНЫЕ ФОРМЫ КАРКАСОВ

По способу восприятия горизонтальных воздействий схемы каркасов можно разделить на связевые, рамные и рамно-связевые. Наиболее экономичны и просты в изготовлении и монтаже связевые каркасы. Однако современные повышенные архитектурно-строительные требования, необходимость обеспечения технологиче- ской гибкости производственного здания затрудняют использование связевых схем каркасов. Только открытые этажерки решаются обычно по такой схеме. Наиболее распространенная для производственных многоэтажных зданий – рамно-связевая схема с рамами в поперечном направлении и вертикальными связями в продольном направлении здания. Такая схема каркаса удовлетворяет эксплуатационным требованиям и позволяет использовать экономичное сечение колонн в виде двутавра, обеспечивающее простоту рамных узлов сопряжения ригелей с колоннами.

При разработке конструктивной формы каркаса многоэтажного здания требуется решать ряд технико-экономических задач.

1.Обеспечение эксплуатационно-технологических требований с учетом перспективного изменения технологии. В производственных зданиях увеличение шага колонн нередко приводит к заметному росту эффективности производства, чем окупается некоторый дополнительный расход стали. Компактность габаритов сече- ний элементов каркаса оправдана увеличением полезного объема здания. Однако при этом необходимо считаться и с тем, что наличие вертикальных связей, распорок, вспомогательных элементов каркаса в некоторых случаях может ухудшить объемно-планировочные решения зданий.

2.Выбор материала каркаса (сталь или железобетон) производится на основании сравнения стоимости вариантов каркасов, выполненных из различных материалов. При этом, помимо сопоставления основных технико-экономических показателей, необходимо учитывать следующие особенности. Стальной каркас значи- тельно легче железобетонного, благодаря чему упрощаются транспортные, такелажные и монтажные работы; при стальном каркасе просто решаются узлы крепления трубопроводов, технологического оборудования, пути подвесного транспорта; размеры температурных блоков здания со стальным каркасом значительно больше, чем в зданиях с железобетонным каркасом. При изменении технологиче- ского процесса и необходимости реконструкции здания стальной каркас сравнительно легко может быть перестроен и усилен применительно к новой технологии.

Êнедостаткам стальных каркасов относится необходимость дополнительных затрат на их огнезащиту в зданиях пожароопасных категорий. Применение огнезащитных красок, использование спринклерных установок может несколько снизить эти затраты.

3.Наиболее широкое использование связевых схем. Во всех случаях, если это позволяют объемно-планировочные решения и условия производства, следует предусматривать вертикальные связи. Они могут быть установлены в зонах глухих перегородок, лестничных и лифтовых шахт, по наружным рядам колонн.

4.Обеспечение пространственной работы каркаса. Междуэтажные перекрытия, образующие жесткие горизонтальные диски, обеспечивают пространственную работу каркаса и позволяют уменьшить число связей и рам, что создает большую свободу объемно-планировочных решений.

5.Сокращение числа монтажных элементов, их укрупнение, создание крупных монтажных блоков. Наличие башенных кранов и мобильных гусеничных кранов большой грузоподъемности обеспечивает установку в проектное положение элементов значительной массы на большую высоту. Укрупнение элементов каркаса в плоские пространственные блоки больших размеров позволяет не только ускорить монтаж, но и упростить и облегчить конструкцию каркаса.

43

Примером такого решения может служить каркас производственного здания, представленного на рис.3.4, в котором предусмотрены специальные узловые вставки, позволившие вести монтаж перекрытий крупными блоками размером 12×12 ì.

ÏРОДОЛЬНЫЙ РАЗРЕЗ

60,500

50,500

44,500

23,500

±0,000

10 × 12000 = 120000

6.Унификация элементов каркаса, позволяющая снизить трудоемкость изготовления и монтажа конструкций, а также стоимость строительства. В этих целях следует принимать шаги колонн кратными 6 м, пролеты – кратными 3 м, высоты этажей – кратными 0,6 м.

7.Обеспечение необходимой жесткости каркаса. При недостаточной жесткости каркаса может нарушаться целостность внутренних перегородок и отделочных покрытий, осложняется нормальная работа лифтов; колебания зданий могут быть чувствительны для людей. Как показывает опыт эксплуатации многоэтажных зданий, необходимая жесткость обеспечивается, если горизонтальное смещение верха здания от нормативной ветровой нагрузки не превышает 1/500 высоты здания.

44

На рис.3.5 и 3.6 приведены графики расхода стали на рамно-связевый каркас для четырехэтажных зданий с высотой этажа 4,8 м, шагом колонн 6 м и пролетами 6, 9 и 12 м, с перекрытиями из сборных железобетонных плит. Ориентировочное распределение массы металлического каркаса по его элементам приведено в табл.3.1.

Таблица 3.1. Относительный расход стали на элементы каркаса, %

45

Рис.3.11. Узлы опирания железобетонных плит перекрытия на ригели

47

Âкачестве настила перекрытий рекомендуется комбинированная железобетонная плита с внешним армированием стальным профилированным листом. Совместная работа листа с бетоном достигается благодаря специальным выштамповкам в профилированном листе. Последний одновременно выполняет роль опалубки и потолка. Наилучшие показатели по расходу стали и стоимости имеют конструкции перекрытий с применением листа Н8ОА-674-09 с рифами.

Âнастоящее время промышленностью освоен только лист с рифами Н8ОА-674- 1 по ТУ 67-452-82. Лист целесообразно укладывать широкими полками вниз. Плиты над опорами рекомендуется дополнительно армировать в верхней растянутой зоне. В качестве ригелей и вспомогательных балок рекомендуются в этом случае балки со сквозной стенкой, получаемые из прокатных балок несимметричного сечения с развитым нижним поясом. Вместе с комбинированной плитой перекрытия они образуют комплексные сталебетонные балки. Вместо балок со сквозной стенкой могут быть использованы прокатные балки или сварные бистальные двутавровые балки несимметричного сечения с развитым нижним поясом. Совместная работа ригелей с плитой обеспечивается вертикальными анкерами (штырями), привариваемыми специальными пистолетами к верхнему поясу ригелей. В качестве анкеров могут быть использованы обрезки труб. Приварка их к поясу ригеля осуществляется с помощью специального оборудования (авторское свидетельство

¹1310486 À1).

3.3. ÍАГРУЗКИ

Нагрузки на каркасы – постоянные, временные длительные и кратковременные (в том числе возникающие в процессе строительства), снеговые, ветровые, а также температурные климатические воздействия – принимают в соответствии с указаниями СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия», по технологическим заданиям

èïî архитектурно-строительной части проекта; сейсмические воздействия – по СНиП II-7-81* («Строительство в сейсмических районах»). Взрывные воздействия

èнагрузки, вызываемые возможными нарушениями технологического процесса и временной неисправностью или поломкой оборудования, а также вероятные соче- тания технологических нагрузок учитываются в соответствии с технологическим заданием на проектирование. Нагрузки от кранов и различных транспортных средств принимаются по технологическим заданиям, соответствующим стандартам

èнормалям заводов-изготовителей.

Коэффициенты надежности по нагрузке, коэффициенты сочетания нагрузок, динамические коэффициенты крановых нагрузок назначают в соответствии с указаниями СНиП 2.01.07-85. Динамическое воздействие нагрузок от оборудования в сочетании с другими нагрузками учитывается в соответствии с указаниями нормативных документов по проектированию фундаментов и несущих конструкций под машины с динамическими нагрузками. Все данные по нагрузкам и соответствующие коэффициенты следует включать в состав проекта каркаса.

В связи со сложностью учета действительного расположения оборудования, возможной модернизацией производства производственные многоэтажные здания рассчитывают, как правило, на воздействия эквивалентных нагрузок на перекрытия, включающих в себя вес оборудования, временных перегородок, нагрузку от людей. В этом случае нагрузки принимаются как длительные. Временная эквивалентная нагрузка на перекрытия производственных многоэтажных зданий для плит перекрытий принимается не менее 4 кН/м2, для остальных конструкций – не менее 3 кН/м2. При расчете ригелей, балок, колонн, фундаментов и оснований производственных зданий распределенную нагрузку следует принимать с учетом понижающих коэффициентов по пп.3.8 и 3.9 СНиП 2.01.07-85.

48

Открытые этажерки проектируются под заданное оборудование и кратковременная распределенная нагрузка для них включает в себя вес людей на перекрытиях, массу материалов и оборудования при ремонте аппаратов. В большинстве случаев нормативная нагрузка назначается 4 и 2 кН/м2. Ввиду того, что полная загрузка больших площадей перекрытий этой нагрузкой исключается, при расчете главных балок и ригелей временная распределенная нагрузка для них также принимается с учетом указанных понижающих коэффициентов. Еще менее вероятна полная загрузка всех перекрытий этажерки. К тому же нагрузка от оборудования и материалов при ремонте аппаратов составляет часть веса самих аппаратов, поэтому суммарная нагрузка на колонны при ремонте практически не меняется.

Нагрузка от заполнения оборудования (аппаратов) может иметь два значения: одно – в период эксплуатации и другое – во время испытания. Как правило, во время испытания аппарат заполняется полностью, поэтому число одновременно испытываемых аппаратов следует ограничивать одним– двумя, что должно быть отражено в технологическом задании. Нагрузка от трубопроводов должна быть задана в виде сосредоточенных вертикальных и горизонтальных сил, учитывающих вес самих труб с изоляцией и заполнением, а также от их температурных деформаций. Динамические воздействия оборудования вызывают крайне нежелательные колебания конструкций этажерки, поэтому во всех случаях следует рассмотреть возможность переноса механизмов вниз с опиранием на свои фундаменты. Конструкции здания при опирании на них механизмов должны быть достаточно жесткими, чтобы максимальная амплитуда колебаний их не превышала предельного нормативного значения, указанного в «Санитарных нормах проектирования промышленных предприятий».

Монтажные нагрузки подразделяются на нагрузки при монтаже самих конструкций и нагрузки при монтаже оборудования (аппаратов). Обе эти группы нагрузок действуют в разное время и должны быть соответственно учтены при проектировании конструкций здания. Открытые этажерки в некоторых случаях монтируют крупными пространственными блоками. При этом в проектах следует указывать все места строповок и максимальные силы в этих местах. В проекте должны быть проверены расчетом всевозможные положения монтируемых блоков при их монтаже.

Если предусматривается монтаж этажерки ползучим краном, то в проекте указывают все места стоянок этого крана и максимальные нагрузки от него, а также нагрузки, возникающие при перемещении ползучего крана. Кроме того, должны быть заданы места подвески такелажного оборудования, нагрузки от него и пути перемещения оборудования (аппаратов) по перекрытиям, а также возможные положения его при монтаже и соответствующие им нагрузки. Как правило, конструкции должны воспринимать все нагрузки без дополнительного их усиления на монтаже. При учете воздействия монтажных нагрузок ветровая нагрузка принимается в размере 25 %.

Ветровая нагрузка на открытые этажерки должна определяться как сумма статической и динамической составляющих. Для производственных многоэтажных зданий высотой до 40 м учитывается только статическая составляющая ветровой нагрузки. Нормативные значения статической и динамической составляющих ветровой нагрузки для многоэтажных зданий высотой более 40 м и для открытых этажерок определяются по п.6 СНиП 2.01.07-85. При этом коэффициент лобового сопротивления ветра Ñx принимается 1,4.

При определении ветровой нагрузки на открытые этажерки коэффициенты уменьшения ветрового напора η на элементы и аппараты, расположенные за лобовым, следует принимать по табл.3.2 и 3.3. При вычислении динамической составляющей ветровой нагрузки для открытых этажерок с равномерно распределенной

49

массой и постоянной по высоте шириной допускается рассматривать только первую форму собственных колебаний. Период собственных колебаний этажерки можно определять по приближенной формуле

ãäå f – горизонтальный прогиб этажерки в уровне верхнего перекрытия, см, от суммы всех расчетных нагрузок, действующих на этажерку, условно приложенных в уровне верхнего перекрытия.

Таблица 3.2. Коэффициент уменьшения ветрового напора для ряда параллельных балок, ребер перекрытий и других элементов

Направление ветра

l

Перекрытие

П р и м е ч а н и е . Коэффициенты η даны для второй и последующих балок; для первой балки

η=1.

Таблица 3.3. Коэффициент снижения аэродинамического коэффициента для аппаратов, расположенных в ряд в направлении ветра

Направление ветра d

П р и м е ч а н и е . Коэффициенты η даны для второго и последующих аппаратов; для первого аппарата η=1.

При расчете горизонтальных дисков перекрытий, передающих все промежуточ- ные горизонтальные нагрузки на основные несущие конструкции каркаса (вертикальные связевые фермы или рамы), следует кроме горизонтальных нагрузок от ветра, оборудования и сейсмических нагрузок добавлять горизонтальные нагрузки, вызванные перекосами колонн (отклонениями от вертикали) в результате погрешностей при монтаже. Немного в запас прочности значения этих нагрузок можно принять равными 1/100 нормальной силы в колонне. При большом числе колонн вероятность перекосов всех колонн в одну сторону уменьшается, что может

быть учтено снижающим коэффициентом 13 n , ãäå n – число колонн, дающих дополнительную нагрузку на диск перекрытия.

ЛИТЕРАТУРА

Троицкий П.Н. Промышленные этажерки. –М.: Стройиздат, 1965.

50