Arkhitektura_i_stroitelnye_konstruktsi1

Купола образуются вращением полуарки вокруг вертикальной оси. Это безраспорная конструкция, так как усилия распора

воспринимает опорное кольцо, входящее в состав купола. Купол может быть сплошным и сетчатым.

Складки – это конструкции, которые образованы взаимно пересекающимися плоскими или криволинейными элементами.

Перекрестно-стержневые системы выполняют из металла или дерева.

Висячие (вантовые конструкции) применяют для перекрытия зданий и сооружений больших пролетов (50 – 400 м). Основные несущие элементы в этих системах – стальные тросы, которые работают на растяжение. Вследствие этого их материал используется наиболее эффективно. В зависимости от геометрической формы и условий работы висячие системы также могут быть плоскими и пространственными.

3.6.3. Несуще-ограждающие конструкции покрытий

В качестве несуще-ограждающих конструкций покрытий могут быть использованы железобетонные плиты, стальной оцинкованный профилированный настил, асбестоцементные листы, панели из этих материалов (монопанели, трехслойные панели с металлическими обшивками и др.).

Несуще-ограждающие конструкции покрытия могут иметь прогонное и беспрогонное решение.

Беспрогонное решение выполняется, если несуще-ограждающие конструкции можно опирать непосредственно на элементы несущей части покрытия. Примером такого решения являются железобетонные плиты покрытия.

Прогонное решение чаще всего применяют, когда в качестве НОКПК используют легкие эффективные материалы, например, стальной оцинкованный профилированный настил, несущая способность которого обеспечена, если расстояние между опорами не превышает 4 м.

Однако в некоторых случаях и при использовании легких ограждающих конструкций возможно применение беспрогонного решения. Это возможно, в частности, при использовании в покрытии здания перекрестно-стержневых систем из прокатных профилей, а также, если стропильные фермы располагаются с шагом 4 м (фермы из замкнутых гнутосварных профилей прямоугольного сечения).

52

3.6.3. Кровли и водоотвод с покрытий промышленных зданий

В промышленных зданиях чаще всего используют рулонные кровельные материалы (толь, гидроизол, рубероид, стеклорубероид, пергамин и т. д.). Количество слоев кровельного материала зависит от величины уклона скатов и от климатических условий района строительства. Например, при использовании рубероида при уклоне i < 2,5% должно быть не менее 4-х слоев, при 2,5≤ i ≥10 не менее 3-х слоев, а при i ≤ 25% не менее 2-х слоев гидроизоляционного материала.

Гидроизоляционный ковер наклеивается на стяжку с помощью мастики (дегтевой, битумной и др.) либо наплавляются.

Для отвода воды с покрытия промышленного здания можно применять наружный или внутренний водоотвод.

Внутренний водоотвод применяют в отапливаемых и неотапливаемых зданиях с любым числом пролетов (в последних должен быть предусмотрен обогрев воронок в холодное время года).

1 – водоприемные воронки; 2 – стояки; 3 – подпольный трубопровод; 4

– подвесной трубопровод; 5 – коллектор ливневой канализации.

Количество воронок в покрытии и их размещение определяется от профиля покрытия, климатических условий, типа кровли, ширины пролета, шага колонн и других факторов.

Наружный водоотвод применяется редко, только при высоте здания не более 10 м и ширине не более 72 м.

3.7. Колонны каркаса и подкрановые конструкции одноэтажных промышленных зданий

3.7.1. Классификация и характер работы колонн промышленных зданий

По расположению в здании различают колонны крайних рядов (крайние колонны), которые располагаются вдоль крайних продольных осей, и колонны средних рядов (средние колонны).

По назначению различают крановые колонны, предназначенные для опирания мостовых кранов, и бескрановые.

По типу сечения колонны: сплошные, двухветвевые.

По материалу: железобетонные, стальные, сталежелезобетонные и деревянные

Колонны каркаса работают на внецентренное сжатие (сжатие с изгибом). Для бескрановых колонн характерно наличие малых эксцентриситетов приложения действующей вертикальной нагрузки, а для крановых – больших.

При наиболее часто применяемых плоскостных несущих конструкциях покрытия колонна как элемент поперечной рамы воспринимает вертикальные нагрузки и горизонтальные поперечные.

53

Всвязи с этим изменение высоты и пролета здания незначительно сказываются на ширине сечения колонны. В направлении же поперечной рамы высота сечения колонны существенно увеличивается с увеличением высоты здания, пролета, грузоподъемности мостовых кранов, увеличением шага колонн и др., т.к. во всех этих случаях существенно возрастает изгибающий момент, а, следовательно, необходимо сечение колонны с большим моментом инерции.

Р1 – нагрузка от покрытия; Р2нагрузка от стеновых ограждающих конструкций; Р3 - давление крана; Tпоп - поперечное торможение крана; М1

-изгибающий момент (в случае жесткого сопряжения ригеля с колонной).

Вколоннах можно выделить следующие основные части: оголовок, ствол, крановая консоль, база.

3.7.2. Конструктивные решения колонн

Железобетонные колонны применяют в зданиях с кранами средней грузоподъемности (до 50 т) при шаге колонн не более 18 м, при незначительных динамических нагрузках.

Бескрановые колонны обычно имеют постоянное по высоте сечение. Если размеры сечения колонны недостаточны для опирания на них конструкций покрытия, они могут иметь консольное уширение в верхней части. Бескрановые колонны при любой высоте выполняют сплошными.

Крановые железобетонные колонны высотой H ≤ 14,4 м выполняют сплошного сечения, а при большей высоте – двухветвевыми. Применение двухветвевых колонн позволяет увеличить момент инерции сечения в направлении поперечной рамы без существенного увеличения расхода материала.

Железобетонные колонны должны иметь стальные закладные детали для подъема при монтаже, крепления конструкций покрытия, стеновых панелей и подкрановых балок.

Стальные колонны также имеют сплошное или двухветвевое сечение, однако сплошные колонны, как крановые, так и бескрановые, проектируют только в зданиях небольшой высоты.

Крепление плоскостных конструкций покрытия к колоннам каркаса обычно выполняется шарнирным.

2.7.3. Подкрановые конструкции

Подкрановые конструкции под мостовые опорные краны состоят из подкрановых балок или ферм, тормозных конструкций, элементов крепления крановых рельсов и тормозных упоров.

Подкрановые балки предназначены для движения мостовых кранов по уложенным на них рельсам. Балки выполняют железобетонными и стальными, разрезными и неразрезными.

54

Железобетонные балки обычно бывают сборными, заводского изготовления, т.е. разрезными. Они могут быть использованы в зданиях с железобетонным каркасом при шаге колонн 6 или 12 м с мостовыми кранами грузоподъемностью не более 32 т.

При шаге крайних колонн 6 м, а средних 12 м средние колонны должны иметь отметку верха на 600 мм меньше, а отметку крановой консоли на 400 мм меньше соответствующих отметок крайних колонн.

Подкрановые балки крепятся к консоли колонны анкерными болтами, а также стальным листом в уровне верхнего пояса балки.

Так как железобетон плохо работает при динамических нагрузках, в новых зданиях допускается использовать только стальные подкрановые балки. При реконструкции ранее построенных объектов также рекомендована замена железобетонных балок стальными.

Стальные балки применяют как в зданиях со стальным, так и в зданиях с железобетонным каркасом. Чаще применяют разрезные подкрановые балки. Высота таких балок из сварных двутавров может быть от 500 мм до 3680 мм (грузоподъемность кранов от 5 до 450 т).

Для воспринятия сил поперечного торможения крана и во избежание потери устойчивости верхним поясом балки при пролетах более 12 м необходимо устраивать тормозные конструкции (балки или фермы).

2.7.4. Температурные швы. Связи в промышленном здании

При изменении температуры в зданиях значительной протяжённости могут возникать значительные температурные деформации или, если есть элементы, препятствующие перемещениям, значительные температурные напряжения, которые могут нарушить нормальную эксплуатацию здания. Чтобы этого избежать, здания большой протяженности разбивают на температурные блоки, в пределах которых деформации и напряжения не достигают предельных значений.

Максимальная длина температурного блока определяется нормами. Для зданий с железобетонным каркасом – не более 72 м.

В местах устройства температурных швов обычно устраивают два ряда колонн (спаренные колонны).

Так как элементы поперечных рам воспринимают нагрузки, действующие в их плоскости, для обеспечения жесткости и устойчивости элементов каркаса в продольном направлении обычно устанавливают стальные связи по колоннам и по покрытиям. Каждый температурный блок имеет свою систему связей.

Вертикальные связи по колоннам должны устанавливаться таким образом, чтобы они не препятствовали температурным деформациям здания.

55

2.8. Фундаменты под колонны каркаса

2.8.1. Фундаменты под железобетонные колонны

Фундаменты под железобетонные колонны каркаса проектируют столбчатые, стаканного типа.

Глубина заложения фундамента зависит, главным образом, от конструктивных особенностей и размеров сечения колонны, требуемого размера подошвы, уровня грунтовых вод, наличия расположенных рядом зданий и др. факторов. Минимальная глубина заложения типового фундамента под колонну составляет не менее 1500 мм, что превышает глубину промерзания грунта для нашего региона.

Как отмечалось ранее, колонны чаще всего имеют жесткое сопряжение с фундаментом. Сопряжение считается жестким, если глубина заделки колонны в стакан фундамента не менее 1,5b, где b – бόльший размер сечения колонны.

Отметку верха фундамента под железобетонную колонну рекомендуется выполнять –0,150, что соответствует уровню земли, принимаемому в промышленных зданиях, и позволяет монтировать колонны каркаса после выполнения работ нулевого цикла.

На уступах фундаментов под крайние и торцевые колонны устраивают бетонные столбики, на которые устанавливают железобетонные фундаментные балки, служащие опорой для стеновых конструкций.

2.8.2. Фундаменты под стальные колонны

В отличие от железобетонных колонн, стальные колонны не заводят в стакан фундамента. Фундаменты в зданиях с металлическим каркасом имеют сплошные подколонники, в котором при изготовлении фундамента предусматривается установка анкерных болтов. Количество болтов и их размещение определяется в зависимости от действующей нагрузки, размеров колонны и характера ее крепления к фундаменту (жесткое или шарнирное).

Вариант жесткого крепления сплошной колонны

Отметка верха фундамента в этом случае зависит от конструкции базы колонны. Всё остальное выполняется аналогично фундаментам под железобетонные колонны.

2.9. Стены промышленных зданий

Так же, как и в гражданских зданиях, стены промышленных зданий могут быть несущими, самонесущими и навесными.

56

2.9.1. Стены из мелкоразмерных элементов

В производственных зданиях несущие стены встречаются редко, главным образом в зданиях старой постройки. Такие стены могут быть выполнены из кирпича, керамических камней и мелких блоков. Для опирания несущих конструкций покрытия и подкрановых балок в них предусматривают устройство пилястр.

Самонесущие стены из мелкоразмерных элементов встречаются чаще, однако, чтобы обеспечить их устойчивость при значительной высоте здания, их необходимо крепить к колоннам каркаса гибкими связями.

2.9.2. Стены из бетонных и железобетонных панелей

Широко применяются в зданиях с железобетонным каркасом. Длина панелей обычно соответствует шагу колонн и может быть 6 или 12 м. Панели из легкого бетона применяют в отапливаемых зданиях, а железобетонные – в неотапливаемых

Панельные стены обычно имеют горизонтальную разрезку и могут быть навесными и самонесущими.

1 – цокольная панель; 2 – простеночная панель; 3 – ленточное остекление; 4 – оконные переплеты.

В первом случае стена может быть только навесной (ненесущей), так как нагрузка от стеновых панелей не должна передаваться на панели остекления. Во втором случае стены отапливаемых зданий чаще всего бывают самонесущими. Высота самонесущего участка стены определяется в зависимости от толщины панелей, прочности бетона и др. факторов. Стены неотапливаемых зданий обычно выполняют ненесущими.

Крепление панелей к элементам каркаса должно соответствовать характеру работы стены.

2.9.3. Вертикальный фахверк

Так как размеры панелей часто бывают меньше расстояния между колоннами каркаса, для их крепления необходима установка дополнительных вертикальных элементов – стоек фахверка.

1 – колонны каркаса; 2 – стойки продольного фахверка; 3 – торцевые стойки фахверка; 4 – приколонные стойки фахверка.

Стойки фахверка могут быть выполнены из железобетона, металла или быть комбинированными.

Стойки фахверка должны воспринимать нагрузки от стен и ветра и не должны воспринимать нагрузки от покрытия. Для этого их нижняя часть (ствол) и верхняя часть (оголовок) не доводятся соответственно до низа и верха несущих конструкций покрытия не менее чем на 100 мм.

57

Крепление стоек фахверка к покрытию должно практически исключать передачу на фахверк вертикальных нагрузок от покрытия и обычно выполняется с помощью листового шарнира.

Крепление фахверковых стоек к фундаменту выполняется шарнирным. Приколонные стойки фахверка выполняются стальными, опираются на обрез фундамента основной колонны, крепятся к ней и передают на нее все

нагрузки.

2.9.4. Лёгкие стеновые конструкции

В зданиях с металлическим каркасом могут применяться легкобетонные панели, но чаще применяют стеновые конструкции с использованием стального оцинкованного профилированного настила, алюминиевых листов, асбестоцемента и др.

Наиболее широко применяют стальной оцинкованный профилированный настил. Стены из настила могут быть полистовой сборки (построечного изготовления) или с использованием панелей заводского изготовления.

Трехслойные панели имеют внутреннюю и наружную обшивки из профнастила и внутренний слой из утеплителя (пенополиуретан, вспененный в полости панели). Стены из панелей чаще всего имеют вертикальную разрезку. Для их крепления кроме вертикальных стоек фахверка необходимо устанавливать также горизонтальные элементы фахверка (ригели).

1 – цокольная панель из легкого бетона (кирпичный цоколь); 2 – ригели; 3 трехслойные панели.

Стены полистовой сборки

1 – ригели рам;

2 – стойки рам;

3 – профилированный настил;

4 – минераловатные плиты.

2.10. Конструкции многоэтажных промышленных зданий

Конструктивное решение каркасов многоэтажных зданий зависит от уровня действующих нагрузок, назначения здания, технологических требований.

Многоэтажные промышленные здания могут иметь сборный железобетонный, металлический или смешанный каркас.

Железобетонный каркас обладает большей жесткостью, однако у них большая масса и большая трудоемкость возведения.

Для массового строительства применяют габаритные схемы с сеткой колонн 6х6, 9х6 и 12х6 м с нагрузкой на перекрытие до 30 кН/м2.

58

Втаких зданиях могут применяться балочные и безбалочные, сборные, монолитные и сборно-монолитные перекрытия.

Наибольшее распространение получили сборные железобетонные балочные каркасы. В них сборные железобетонные колонны каркаса высотой на 1, 2 или 3 этажа и жестко соединенные с колоннами ригели образуют многоэтажные поперечные рамы.

Для опирания ригелей колонны имеют консоли. При незначительных нагрузках на перекрытия (сопоставимые с нагрузками, действующими в гражданских зданиях) выполняют так называемые скрытые консоли, на которые опирается ригель таврового сечения. В качестве плит перекрытия в таких зданиях могут служить многопустотные плиты перекрытия, настил 2Т, коробчатый настил.

Увеличение нагрузок приводит к увеличению сечения ригеля и применению имеющих большую несущую способность ребристых железобетонных плит перекрытия.

Дальнейшее увеличение нагрузок практически исключает применение железобетонного каркаса. В этом случае применяют стальной или смешанный каркас.

Вкачестве ригелей используют одностенчатые или двустенчатые стальные балки. Нагрузки на перекрытие могут достигать 150 кН/м2. При этом значительно увеличивается высота ригеля, а, следовательно, и строительный объем здания.

Несколько сократить расход стали и уменьшить высоту ригеля при нагрузках свыше 150-200 кН/м2 позволяет применение сталежелезобетонных конструкций перекрытия. В них стальные ригели и железобетонные плиты работают совместно.

Многоэтажные поперечные рамы воспринимают вертикальные и поперечные горизонтальные нагрузки. Продольная жесткость многоэтажных каркасных зданий обеспечивается связями или диафрагмами жесткости, устанавливаемыми между колоннами в продольном направлении. Большую роль при этом играют также плиты перекрытий, располагаемые между колоннами. Их называют «плиты-распорки».

Втех случаях, когда при невысоком уровне нагрузок на перекрытие необходимо иметь значительное пространство без промежуточных опор, возводят так называемые здания с межферменными этажами. В таких зданиях в качестве ригелей перекрытий пролетом 12, 18 или 24 м применяют стальные или железобетонные фермы. В межферменном пространстве могут быть проложены коммуникации (hэт = 0,8-1,0 м) либо находиться обслуживающие помещения (hэт ≥ 2,5м).

Втех случаях, когда к производственным помещениям предъявляются повышенные гигиенические требования (предприятия пищевой промышленности, холодильники и др.) применяют безбалочные перекрытия. Сетка колонн таких зданий 6х6 м. Колонны имеют капители, на которые опираются надколонные плиты перекрытий, которые, в свою очередь, служат опорой для пролетных плит.

59

2.11. Фонари промышленных зданий

Фонари – это конструкции, устраиваемые в покрытии здания для освещения или аэрации.

По назначению различают фонари: - световые; - светоаэрационные; - аэрационные.

По форме профиля фонари могут быть: прямоугольные; трапециевидные; шедовые; зенитные.

Зенитные фонари – наиболее часто применяемые в промышленных зданиях световые фонари. Они позволяют обеспечить равномерное освещение рабочих мест, имеют небольшой вес и хорошие теплоизолирующие свойства. Могут выполнять аэрационные функции.

Зенитные фонари бывают точечного и панельного типа. Точечный фонарь с площадью остекленной поверхности не более 4,5 м2 применяют при высоте здания не более 8,4 м. В остальных случаях устраивают панельные фонари с Sост > 4,5 м2. Расположение фонарей зависит от требований к освещенности, при этом Sост ≤ 15% S пола.

По форме остекленной поверхности зенитные фонари бывают купольные, односкатные и двускатные. Размеры отверстий под фонари: 1,5х1,7; 1,5х5,9; 2,9х5,9; 3х6; 2,9х2,9; 2,9х3,9 м. Светопрозрачное заполнение может быть одно-, двухили трехслойным и выполняться из листового стекла, стеклопакетов или оргстекла (пластик).

Основные конструктивные элементы фонаря:

1 – опорный стакан; 2 – опорная рама; 3 – светопропускающее заполнение; 4 – защитная сетка; 5 – фартук из оцинкованной кровельной стали; 6 – механизм открывания.

Прямоугольные фонари меньше загрязняются, меньше пропускают света, имеют более простое конструктивное решение. Такую форму обычно имеют светоаэрационные фонари. Их часто применяют в зданиях с избыточным тепловыделением. Эти фонари имеют 1 или 2 яруса остекления высотой 1,2 или 1,8 м, оснащенных механизмами открывания.

Основные конструктивные элементы фонаря: 1 – фонарные фермы; 2 – фонарные панели; 3 – панели торца; 4 – ограждающие конструкции покрытия; 5 – бортовые элементы; 6 – панели остекления; 7 – стальные связи.

Фонари имеют ширину 6 м при пролетах 18м и 12 м при больших пролетах. Длина фонаря не должна быть больше 84 м. По противопожарным соображениям их не доводят до торцов температурных блоков на один шаг стропильных конструкций. Для лучшей аэрации здания должны располагаться таким образом, чтобы продольная ось фонаря была перпендикулярна направлению господствующих ветров.

Трапециевидные фонари имеют сходную конструкцию, но больше пропускают света и больше загрязняются;

Шедовые фонари имеют остекленную поверхность, ориентированную на север, что исключает попадание прямых солнечных лучей.

Аэрационные фонари применяют в горячих цехах и имеют значительно более сложное конструктивное решение.

60