45. Ж/б каркас одноэтажных промышленных зданий.

Выбор материалов для каркасов

Каркасы одноэтажных промышленных зданий монтируют в основном из сборного железобетона и стали, значительно реже – из монолитного железобетона, кирпича, алюминия, древесины и пластмасс.

При выборе материала для элементов каркаса необходимо учитывать следующие условия: размеры пролетов и шага колонн, высоту здания, величину и характер действующих нагрузок, параметры воздушной среды производства, наличие агрессивных факторов, требования огнестойкости, долговечности и технико-экономические предпосылки.

Ниже кратко рассмотрены положительные и отрицательные стороны конструкций из различных материалов:

Преимущества ЖБК: высокая долговечность, несгораемость, незначительные деформации, экономия стали (до 50-60%), небольшие эксплуатационные затраты.

Недостатки: большая масса, значительная трудоемкость стыковых соединений при сборном железобетоне, зависимость от сезона для каркаса из монолитного железобетона, сложность, работ по усилению конструкций, высокая стоимость перестройки и демонтажа.

Преимущества стальных конструкций: относительно малая масса при большой несущей способности, высокая индустриальность, малая трудоемкость монтажа, высокая надежность, так как сталь отличается однородностью, одинаковыми значениями расчетных сопротивлений на растяжение и сжатие. Поэтому несущая способность стальных конструкций наиболее определена.

Недостатки: подверженность коррозии и снижение несущей способности под воздействием высокой температуры. Вследствие большой потребности в стали во всех областях народного хозяйства применение ее в строительстве ограничено.

Преимущества алюминиевых конструкций: малая масса и высокая несущая способность, стойкость против коррозии (при работе в условиях агрессивной среды их не требуется покрывать защитной покраской), меньшая хрупкость при низких температурах (по сравнению со стальными), хорошие эстетические качества, отсутствие искр при ударе по ним твердыми предметами. Недостатки: пониженная жаропрочность, высокий коэффициент линейного расширения и трудоемкость осуществления соединений (коррозия в узлах).

Преимущества деревянных конструкций: малая собственная масса, стойкость против воздействия многих кислот и газов, ничтожный коэффициент температурного расширения, менее трудоемки в изготовлении (на 30-40%) по сравнению с железобетонными и стальными. Недостатки: малопригодность для зданий с крановым оборудованием (за исключением несущих конструкций покрытия), низкая температура возгорания, ограниченная долговечность, значительная деформативность под действием нагрузок и в результате усушки или разбухания древесины. Т.о. для некоторых зданий ДК весьма эффективны.

Преимущества каменных конструкций: долговечность, огнестойкость и распространенность исходных материалов. Недостатки - многодельность и неиндустриальность в строительстве, тяжелые условия возведения в зимнее время. Т.о. каменные конструкции для несущих элементов применяют редко, главным образом в мелкопролетных зданиях без мостовых кранов, когда нагрузка на опоры незначительна.

Преимущества конструкций из пластмасс: легкость, высокая индустриальность и коррозионная стойкость. Недостатки - низкая огнестойкость, повышенная деформативность и высокая стоимость. Пластмассовые несущие конструкции пока мало распространены, их применяют главным образом в ограждениях зданий. Однако интенсивное развитие химической промышленности открывает перед пластмассами широкие перспективы.

Железобетонные КАРКАСЫ ОДНОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ

В промышленных зданиях массового строительства несущие конструкции, как правило, выполняют из сборного железобетона.

Устройство железобетонного каркаса по сравнению со стальным позволяет экономить до 50-60% стали. При большей долговечности в отечественном строительстве преимущественно распространены каркасы из сборного железобетона.

Сборный железобетонный каркас одноэтажных зданий образуют поперечные рамы, раскрепленные связями. Рамы состоят из колонн, жестко соединенных с фундаментами, и стропильных конструкций, шарнирно опирающихся на колонны. Шарнирное соединение обеспечивает высокую степень универсальности конструкций. Колонны при этом можно использовать при различных пролетах и типах несущих конструкций покрытия (если усилие на колонну не превышает ее несущей способности), а несущие конструкции покрытия - при различных типах и высотах колонн. Кроме того, шарнирное соединение колонн и ригелей конструктивно проще жесткого, а расход материалов при рамных системах с жесткими и шарнирными узлами примерно одинаков.

Железобетонный каркас одноэтажного здания помимо фундаментов, колонн и ригелей включает фундаментные, подкрановые и обвязочные балки, подстропильные конструкции (если шаг колонн больше шага стропильных конструкций) и связи.

Железобетонные колонны.

Железобетонные колонны в одноэтажных промышленных зданиях могут быть без консолей, если в них нет мостовых кранов, и с консолями для опирания подкрановых балок. По расположению в плане колонны подразделяют на колонны крайних и средних рядов.

В номенклатуре железобетонных конструкций предусмотрены колонны прямоугольного и двутаврового сечений, двухветвевые. Двухветвевые колонны по сравнению с прямоугольными обладают повышенной жесткостью, но более трудоемки в изготовлении. На колонны двутаврового сечения бетона расходуется на 25-30% меньше, чем на колонны прямоугольного сечения.

Ветви колонн сквозного сечения связаны короткими ригелями через 1,5 - 3 м по высоте.

В зданиях, оборудованных более чем двумя мостовыми кранами в пролете, по условиям безопасности персонала, обслуживающего краны и подкрановые пути, предусматривают сквозные проходные галереи вдоль подкрановых путей. С этой целью применяют двухветвевые колонны с проходами размером 0,4х2 м в надкрановой части (в уровне верха подкрановых балок).

В железобетонных колоннах имеются стальные закладные элементы для крепления стропильных конструкций, подкрановых балок, стеновых панелей (в колоннах крайних рядов) и вертикальных связей (в связевых колоннах). В местах опирания стропильных конструкций и подкрановых балок через стальные листы пропущены анкерные болты.

Длину колонн подбирают с учетом высоты цеха и глубины их заделки в фундамент. Для колонн прямоугольного сечения в зданиях без мостовых кранов глубину заделки принимают 750 мм (отметка низа колонны - 0,9 м); в зданиях с мостовыми кранами для колонн прямоугольно го и двутаврового сечения - 850 мм (отметка-1,0 м) и двухветвевых колонн с отметкой верха 10,8 м - 900 мм, а с отметкой верха более 10,8 м - 1200 мм (отметки соответственно-1,05 и 1,35 м).

Фахверк.

Помимо основных колонн в зданиях предусматривают второстепенные (фахверковые) колонны, устанавливаемые в торцах зданий и между основными колоннами крайних продольных рядов при шаге 12 м и длине стеновых панелей 6 м. Предназначены они для восприятия ветровых усилий и массы заполнения стены.

Фахверковые колонны жестко заделывают в фундаментах и шарнирно крепят к элементам покрытия. Шарнирное соединение должно обеспечивать передачу ветровых нагрузок на каркас здания и устранять вертикальные воздействия покрытия на колонны фахверка (рис. 3-3, в, г).

При высоте помещений до 4,2 м фахверковые колонны проектируют из стальных прокатных профилей, а при большей высоте - железобетонные. Длину торцовых железобетонных фахверковых колонн принимают на 100-500 мм меньше основных колонн, чтобы образовать необходимый зазор между их верхом и нижним поясом стропильных конструкций.

Связи между железобетонными колоннами.

В поперечном направлении устойчивость зданий с железобетонным каркасом обеспечивается защемлением колонн в фундаментах, жестким диском покрытия, образованным из панелей, соединенных сваркой со стропильными конструкциями. Горизонтальные силы, действующие на диск покрытия в поперечном направлении, передаются на стропильные конструкции и поперечные ряды колонн.

В продольном направлении устойчивость зданий обеспечивается, кроме того, системой вертикальных связей между колоннами и в покрытии. Вертикальные стальные связи по продольным рядам колонн предусматривают при значительных горизонтальных силах, действующих в плоскости продольной рамы (тормозные и ветровые силы), а также при гибких колоннах с целью уменьшения их расчетной длины.

Для снижения усилий в элементах каркаса от температурных и других воздействий вертикальные связи располагают в середине температурных блоков в каждом ряду колонн. При шаге колонн 6 м применяют крестовые связи, а при шаге 12 и 18м - портальные. В зданиях без мостовых кранов и с подвесным транспортом связи ставят только при высоте помещений более 9,6м.

Рядовые колонны соединяют со связевыми в зданиях с мостовыми кранами покрановыми балками, а в зданиях без мостовых кранов и с подвесным транспортом - распорками, располагаемыми по верху колонн. Выполняют связи из уголков или швеллеров и крепят к колоннам с помощью косынок на сварке.

Подкрановые балки.

Подкрановые балки с уложенными по ним рельсами образуют пути движения мостовых кранов и, прочно соединяясь с колоннами, придают каркасу здания дополнительную пространственную жесткость.

Железобетонные подкрановые балки обладают большой массой и значительно дороже стальных; поэтому, несмотря на большой расход стали, преимущественно распространены стальные подкрановые балки. Применять железобетонные балки рекомендуется после тщательного технико-экономического обоснования в случаях, когда они могут быть экономически эффективны. Одним из таких случаев может быть, например, наличие сильноагрессивной среды для стальных конструкций и неагрессивной или малоагрессивной - для железобетона.

Железобетонные подкрановые балки имеют тавровое и двутавровое сечения с утолщением стенок на опорах (рис. 3-5, а, б). Развитая в ширину полка балок обеспечивает усиление сжатой зоны, воспринимает поперечные горизонтальные крановые нагрузки, а также упрощает крепление крановых рельсов.

Во избежание ударов мостовых кранов о колонны торцового фахверка здания на концах подкрановых путей устраивают стальные упоры, снабженные амортизаторами-буферами из деревянного бруса.

(лекции Кузнецов Е.Е.)