Несущие конструкции покрытий одноэтажных промышленных зданий. Железобетонные балки и фермы. Несущие конструкции покрытий
1.1 .. Промышленные здания отличаются разнообразием объемно- планировочных и конструктивных решений и классифицируются ро следующим основным признакам: по назначению :
Производственные (в которых осуществляется производство какого-либо вида продукции);
Обслуживающие(склады, транспортные боксы и пр.);
Вспомогательные(котельные, трансформаторные, насосные, и пр.);
Административно-общественные (заводоуправление, бытовые помещения, лаборатории и пр).
по этажности :
Одноэтажные;
Многоэтажные;
по количеству пролетов:
Однопролетные;
Многопролетные.
по оснащенности подъемно-транспортным оборудованием:
Крановые;
Бескрановые.
Характерной особенностью промышленных зданий служит их зависимость от технологических требований, к которым, помимо ранее освещенных общих требований функциональной целесообразности, прочности, художественной выразительности и экономичности, относятся следующие: - к рабочему пространству, которого должно быть достаточно для размещения в нем технологического оборудования, инженерных систем, полноценных рабочих мест для людей, занятых в производстве;
- к воздушной среде , которая должна обеспечивать благоприятные условия для протекания технологического процесса и работы людей в соответствии с санитарными нормами, оговоренными в соответствующих СНиП;
к температурно-влажностному режиму , параметры которого(температура, влажность, скорость движения воздуха) строго регламентируются нормами для различных видов производственных процессов.
Особо следует выделить требование к механизации и автоматизации производственных процессов, которые призваны значительно повысить производительность и комфортность условий труда.
1 .2. Большинство одноэтажных промышленных зданий выполняются каркасными с использованием сборных железобетонных конструкций (рис. 1.12). Жесткость таких зданий обеспечивается поперечными рамами (совместная работа колонн с фермами или балками покрытия), жестким диском покрытия , подкрановыми балками и вертикальными связями .
Пролеты одноэтажных каркасных промзданий принимаются равными 6, 9, 12, 18 и 24 м; шаг колонн - 6, 12 и 18 м; высота пролетов (расстояние от пола до низа несущих конструкций покрытия) - от 3 до 6 м с модулем 600 мм и от 6 до 18 с модулем 1200 мм.
Рис.1.12. Одноэтажные промышленные здания:
а - однопролетное, бескрановое; б - многопролетное равновысокое, крановое; в - многопролетное разновысокое, крановое; 1 - монорельс; 2 - мостовой кран; 3 - подвесной кран; 4 - зенитный фонарь; 5 - обвязочная балка.
В состав промышленного здания входят: фундаменты, колонны, подкрановые балки, стропильные конструкции (балки, фермы), подстропильные фермы, плиты покрытия, связи жёсткости.
Устойчивость и пространственная жёсткость одноэтажных какркасов обеспечивается совместной работой поперечных рам каркаса, связанных между собой подкрановыми балками, жёстким диском покрытия и вертикальными металлическими связями жёсткости (рис.1.13).
Детальное рассмотрение особенностей проектирования и конструирования одноэтажного железобетонного каркаса промышленного здания является темой одного из практических занятий, поэтому в данном вопросе ограничимся общей информацией.
. 
Рис.1.13. Фрагмент одноэтажного промышленного здания, выпол-
ненного в железобетонном каркасе:
1 - фундамент; 2 - фундаментные балки; 3 - колонны; 4 - подкрановые балки;
5 - стропильные фермы; 6 - плиты покрытия; 7 - фонарь; 8 - окно; 9 - стена;
10 - стальные вертикальные связи жёсткости.
Основу стального одноэтажного каркаса (рис.1.14) составляют колонны – прокатные двутавровые с консолями для опирания подкрановых балок (рис.1.15а); в зданиях со значительными нагрузками используют ступенчатые(двухветвевые) колонны (рис.1.15б).
Стальные подкрановые балки длиной 6 и 12 м имеют двутавровое сечение, усиленное двусторонними рёбрами.
Стальные стропильные фермы по очертанию верхнего пояса бывают с параллельными поясами или треугольные (рис.1.16). Изготавливают фермы из стальных прокатных профилей и соединяют в узлах электросваркой или высокопрочными болтами.
Пространственная жёсткость стальных каркасов обеспечивается системой горизонтальных и вертикальных связей, установленных между стропильными фермами и колоннами.
Рис.1.14. Фрагмент одноэтажного промышленного здания, выпол-
ненного в стальном каркасе:
1 - колонны; 2 - подкрановые балки; 3 - вертикальные связи; 4 - стропильные фермы;
5 - связи в коньке фермы; 6 - растяжки; 7 - прогоны; 8, 9 - крестовые вертикальные и
горизонтальные связи.
Рис. 1.15. Кололнны стального каркаса: а) - постоянного сечения
для крайнего ряда; б) - двухветвевая для среднего ряда.
1 - фундамент; 2 - башмак; 3 - ствол; 4 - подкрановая консоль; 5 - оголовок; 6 - обрез
колонны; 7 - решётка.
Рис. 1.16. Стропильные и подстропильные стальные фермы.
1 - колонна; 2 - стропильные фермы; 3 - кровельное покрытие; 4 - треугольная
подстропильная ферма.
Лёгкими называют одноэтажные промышленные здания с несущими элементами из высокопрочной стали или эффективных профилей, в которых стены и покрытия выполняются из тонколистного металла.
Наиболее распространены следующие типы зданий.
Со структурным покрытием из прокатных профилей или труб (рис.1.17). Колонны в таких зданиях выполняют из двутавров или труб, подкрановые балки - сварные двутавры, покрытие - пространственная структура в виде плиты, образованной пирамидами из уголков и труб. Прогоны покрытия - из швеллеров, покрытие и стены - из тонкого стального листа с эффыективным утеплителем.
Рис. 1.17. Здание облегчённого типа.
1 - колонна; 2 - подкрановая балка; 3 - пространственная структура; 4 - покрытие
из стального настила; 5 - зенитные фонари; 6 - прогоны покрытия; 7 - стеновые
панели из стального лтста; 8 - окно; 9 - цокольная панель; 10 - стойка стенового
фахверка; 11 - ригели фахверка.
С несущими рамами из двутавров с перфорированной стенкой (рис.1.18). Поперечные рамы совместно с прогонами покрытия и элементами стенового фахверка образуют несущий каркас здания. Стены и покрытие здания выполняют из листовых кон-струкций.
Здания из лёгких металлических конструкций используют на предприятиях машиностроения, лёгуко, пищевой и деревообрабатывающей промышленности.
Рис.1.18. Здание с каркасом из перфорированных двутавров.
1 - фундамент; 2 - рама из стального двутавра; 3 - прогоны; 4 - покрытие из
асбестоцементных листов; 5 - стены из асбестоцементных листов; 6 - окно;
7 - цокольнфя панель.
1 .3 В основу многоэтажных промышленных зданий, которые, как правило, выполняются каркасными с самонесущими или навесными (панельными), стенами, положены типовые унифицированные двух-, трех- и многопролетные габаритные схемы с сеткой колонн 6х6, 6х9, 6х12 м (рис.1.19). Высота этажей колеблется в пределах 3,6 - 7,2 м (кроме случаев с большепролетным верхним этажом, оснащенным мостовым краном (рис. 19д)
Схема каркаса – рамно-связевая, где поперечная устойчивость обеспечивается жесткостью поперечных рам, а продольная - вертикальными стальными связями.
Рис. 1.19. Габаритные схемы многоэтажных промышленных зданий:
а - двухпролетная; б - многопролетная; в - двухпролетная с подвесным краном; г - трехпролетная с подвесным краном в верхнем этаже; д - то же, с мостовым краном; L - пролет 6, 9 или 12 м; Hв - .высота верхнего этажа (3,6; 4,8; 6 м); Hср – высота среднего этажа (3,6; 4,8; 6 м); Hн - высота нижнего этажа (3,6; 4,8; 7,2 м); шаг колонн во всех схемах 6 м.
Несущий остов многоэтажного промышленного здания, исполненного в железобетонном каркасе включает в себя фундаменты, фундаментные балки, колонны, ригели, плиты перекрытия, вертикальные связи жесткости (рис.1.20).
Рис. 1.20. Многоэтажный балочный каркас.
1 - фундамент; 2 - колонны; 3 - ригели; 4 и 5 - плиты перекрытия и покрытия.
Фундаменты и фундаментные балки идентичны тем, что используются в одноэтажных каркасных зданиях (I. 3.3).
Колонны с консолями прямоугольного сечения 400х400 и 400х600 мм изготав-
ливают высотой на 1, 2 или 3 этажа.
Стыки колонн устраивают на 900 или 500 мм выше уровня чистого пола, поскольку именно в этих местах изгибающий момент имеет наибольшее значение.
Ригели, имеют прямоугольное или тавровое сечение высотой 800 мм, опираются на консоли колонн и соединятся с ними сваркой закладных деталей (рис.1.21).
В тех случаях, когда применяются ригели таврового сечения (тип 1), плиты перекрытия опираются на его нижние полки и имеют длину 5550 мм (связевые - 5050 мм), в то время, как при использовании ригелей прямоугольного сечения (тип 2), плиты укладываются поверх ригеля и имеют длину 5950 мм (рис.1.22). Размеры сечения плит - 1500х400 и 750х400 мм.
Рис.1.21. Узлы балочного железобетонного каркаса: а) - стык колонн и опирание
ригелей; б) - сопряжение ригеля с крайней колонной.
1 - колонна; 2 - плита перекрытия; 3 - швы, заделанные бетоном; 4 - сталь-
ные оголовки колонн; 5 - выпуски арматуры; 6 - стыковые стержни; 7 - ри-
гель; 8 - стыковая накладка.
Монтаж перекрытия начинают со связевых (межколонных) плит, расположенных по осям колонн в соответствии со схемой, приведенной на рис.1.22. Связевые плиты передают горизонтальные продольные усилия на вертикальные связи жесткости. В системе перекрытия тип 1 его общая строительная высота составляет 900мм(800+100 –отводится на конструкцию пола), в системе перекрытия тип 2 - 1300 мм (800+400+100)
Система перекрытия типа 1 применяется в зданиях, где возникает необходимость в подвешивании к перекрытию транспортного или технологического оборудования.
Рис.1.22. Схема раскладки плит перекрытия:
а - система типа 1; б - система типа 2.
В промышленных зданиях, где необходимы потолки с гладкой поверхностью применяется безбалочный каркас . (рис.1.23).
В состав безбалочного каркаса входят следующие элементы: - колонны квадратного сечения высотой на этаж с четырёхсторонней консолью в верхней части;
- капитель пирамидальной формы с квадратным отверстием в центре для пропуска колонны;
- надколонные плиты с выпусками арматуры;
- пролётные плиты квадратной формы с выпусками арматуры по периметру.
Стыки колонн имеют такую же конструкцию, как и в балочном каркасе. Ка
пители опирают на четырёхстороннюю консоль колонны с последующим замоноличиванием стыка бетоном. Надколонные плиты опирают на полки капителей, сваривая выпуски арматуры и замоноличивая стык бетоном. Пролётные плиты опираются по контуру, а выпуски арматуры сваривают с закладными деталями на подколонных плитах (рис.1.23б).
Рис.1.23. Безбалочный каркас многоэтажного промздания.: а) - фрагмент здания;
б) - узел каркаса.
1 - фундамент; 2 - колонна; 3 - капитель; 4 - надколонные плиты; 5 - пролёт-
ная плита; 6 - четырёхсторонняя консоль.
Покрытие промышленного здания определяет долговечность, характер внутреннего пространства и внешний облик здания. На него приходится от 20 до 50% от общей стоимости одноэтажного здания.
По теплотехническим качествам покрытия делят на утепленные и неутепленные (холодные). Их выбирают с учетом требований условий микроклимата помещений, климатических особенностей района строительства и способа удаления снега с кровли здания.
Утепленные покрытия устраивают над отапливаемыми помещениями. Толщину утеплителя назначают с расчетом, чтобы исключить образование конденсата на внутренней поверхности покрытия. Ендовы часто делают менее утепленными, нежели основное покрытие, что способствует их большему прогреву и исключает скопление снега и образование наледей.
Неутепленные покрытия устраивают в неотапливаемых зданиях и с избыточными выделениями тепла.
По конструктивным схемам покрытия классифицируют на плоскостные и пространственные. В первых несущие и ограждающие конструкции работают в основном независимо друг от друга. Во вторых – функции несущих и ограждающих конструкций совмещаются. Пространственные покрытия, имея криволинейные поверхности рациональной геометрической формы, обладают высокой жесткостью, позволяют снизить расход материала и целесообразны в зданиях с пролетами, превышающими 30 м.
Покрытия должны иметь хорошую гидроизоляцию, теплозащиту, должны быть прочными, долговечными и надежными в эксплуатации, обладать необходимыми огнестойкостью и пожарной безопасностью, быть индустриальными, иметь простые и надежные узловые сопряжения конструктивных элементов.
Конструкции покрытий
Покрытия промышленных зданий, как правило, устраивают бесчердачными. Состоят они из несущих и ограждающих конструкций.
Несущими стропильными конструкциями являются фермы, балки, арки и рамы. Они поддерживают ограждающую часть, придавая ей, соответствующий материалу кровли, необходимый уклон.
Ограждение включает настил (железобетонные плиты, асбестоцементные или металлические листы и т.п.), пароизоляцию, утеплитель, выравнивающую стяжку и гидроизоляцию.
В неутепленных («холодных») покрытиях отсутствуют пароизоляция и утеплитель.
В одноэтажных промышленных зданиях наиболее распространены покрытия из крупноразмерных плит, укладываемых по верхним поясам стропильных конструкций. При использовании настилов из мелкоразмерных элементов последние опирают на прогоны, укладываемые на стропильные конструкции.
Несущие конструкции покрытий
Несущие конструкции покрытий изготавливают из железобетона, металла, дерева и комбинированными (из перечисленных выше материалов, напр. металлодеревянные фермы и т.п.).
Металлические покрытия являются прочными и легкими конструкциями. Они просты в изготовлении и монтаже, являются высокосборными конструкциями. Покрытия, выполненные из железобетона, отличаются огнестойкостью и долговечностью.
Железобетонные стропильные балки и фермы.
Железобетонные балки применяются в односкатных, многоскатных и малоуклонных, а также плоских (i =1:20) покрытиях одноэтажных промышленных зданий с пролетами (L ) от 6 до 18 м.
Балки односкатных, плоских и малоуклонных покрытий имеют прямолинейный верхний пояс (рис. 1 а, б, в), а в двускатных балках верхний пояс имеет ломаное очертание с уклоном i = 1:12 (рис.2).
Конструкция балок допускает крепление к ним подвесных кранов грузоподъемностью до 50 кН.
Для пролетов 6 и 9 м балки имеют тавровое сечение с высотой на опоре 590 и 890 мм.
Балки пролетами 12 и 18 м изготавливают двутаврового или прямоугольного сечений с высотой на опоре 890, 1190 и 1490 мм. Балки двутаврового сечения с толщиной стенки 80 мм усилены на опорах массивными вертикальными ребрами. Для снижения массы в балках прямоугольного сечения устраивают отверстия (рис.2 б). Такие балки
опорных частях просты в изготовлении и облегчают разводку верхних коммуникаций, но имеют больший вес, нежели балки таврового или двутаврового сечений.
На верхнем поясе железобетонных балок предусматривают закладные элементы (М) для крепления прогонов или плит покрытия, на нижнем поясе и стенке – для крепления подвесных путей, а в – стальные листы с вырезами для крепления балок к колоннам. Опирание балки на колонну показано на рис. 3.
б)
г)
в
)
Рис. 1. Железобетонные балки пролетом 6, 9 и 12 м:
а) для односкатных покрытий (L = 6, 9 м);
б) для плоских покрытий (L = 12 м);
в) для малоуклонных покрытий (L = 12 м)
г) сечение балок для б) и в)
а
2 - 2
Рис. 2. Двускатные железобетонные балки:
а) сплошного сечения для L = 6, 9 м;
б) решетчатая для L = 12 и 18 м
Рис. 3. Опирание железобетонной балки на колонну
Железобетонные фермы применяют для перекрытия пролетов 18, 24 и редко 30 м. По очертанию поясов они бывают сегментными, арочными безраскосными и раскосными, с параллельными поясами и полигональными (рис.4).
Рис. 4. Очертания поясов ферм: а – сегментное; б – полигональное;
в – трапецеидальное; г – с параллельными поясами; д - треугольное
Треугольные фермы применяют, в основном, для кровель из асбестоцементных и металлических листов, а с параллельными поясами – для плоских покрытий под рулонную кровлю.
Для придания кровле небольших уклонов используют сегментные и арочные фермы со столбиками для опирания на них панелей покрытия. Такие «рожковые» фермы для малоуклонных покрытий приведены на рис. 5 а.
Наиболее рациональны по распределению материала сегментные и арочные фермы, имеющие ломаный или криволинейный верхний пояс. По сравнению с фермами других очертаний в элементах решетки этих ферм усилия меньше, что позволяет делать решетку более редкой. Фермы с параллельными поясами и полигональные имеют простую конфигурацию и хороши тем, что взаимозаменяемы со стальными фермами. Однако, к их недостаткам следует отнести сравнительно мощную решетку и большую высоту, что приводит к перерасходу материала на стены и увеличению малополезного объема здания, кроме того, они требуют дополнительных вертикальных и горизонтальных связей в покрытии.
Опирание железобетонной фермы на колонну показано на рис.6.
Рис. 5. Железобетонные безраскосные фермы:
а – для малоуклонной кровли;
б - для скатной кровли
Рис. 6. Опирание железобетонной фермы на колонну
Пространственную систему, состоящую из колонн, подкрановых балок и несущих конструкций покрытия, называют каркасом одноэтажного промышленного здания.
Вертикальные несущие элементы железобетонного каркаса называют колоннами. По расположению в здании колонны подразделяют на крайние и средние.
Колонны постоянного сечения (бесконсольные) (рис. 7) применяют в зданиях без мостовых кранов и в зданиях с подвесными кранами.
Колонны крайних рядов - прямоугольного постоянного по высоте сечения. Средние колонны, имеющие в плоскости поперечной рамы размер сечения менее 600 мм, снабжены вверху двусторонними консолями с таким выступом, чтобы длина площадки для опирания конструкции покрытия была равна 600 мм. При размере сечения 600 мм и более колонны не имеют консолей.
В колоннах, примыкающих к торцовым стенам, должны быть предусмотрены со стороны стен закладные детали для крепления приколонных стоек фахверка, у которых нулевая привязка к продольным осям.
Рис. 7. Сборные железобетонные колонны для бескрановых пролетов одноэтажных зданий:
а - крайние колонны; б, в - средние колонны;
1 - закладные стальные детали для крепления ферм или балок покрытия;
2 - то же для приварки анкеров, скрепляющих стену с колоннами;
3 - риски; 4 - анкерный болт
Колонны изготовляются из бетона класса В15-В30. Основная рабочая арматура - стержневая из горячекатаной стали периодического профиля класса A-III.
Колонны прямоугольного сечения для здания с мостовыми кранами, имеющие консоли (рис. 8, а, б), применяют в зданиях пролетом 18 и 24 м, высотой до 10,8 м, оборудованных мостовыми кранами грузоподъемностью 10-20 т. Крайние колонны одноконсольные, средние - двухконсольные. Колонны имеют прямоугольное поперечное сечение как в верхней (надкрановой), так и в нижней (подкрановой) части.
Рис. 8. Сборные железобетонные колонны для крановых пролетов:
а, б - одноветвевые (крайние и средние); в, г - двухветвевые;
1 - закладные детали для крепления балок или ферм покрытия; 2 - то же
для приварки анкеров, скрепляющих стену с колоннами; 3 - риски;
4 - анкерные болты; 5 - закладные детали для крепления подкрановых балок
Колонны внутренних и наружных рядов, устанавливаемые в местах расположения вертикальных связей, должны иметь закладные детали для крепления связей.
Колонны изготовляются из бетона класса В15, В25. Основная рабочая арматура - стержневая из горячекатаной стали периодического профиля класса A-III.
Двухветвевые колонны (рис. 8, в, г) применяются в зданиях пролетом 18, 24, 30 м, высотой от 10,8 до 18 м, оборудованных мостовыми кранами грузоподъемностью до 50 т.
Для крайних колонн при шаге 6 м, высоте не более 14,4 м и грузоподъемности крана меньше или равной 30 т принята нулевая привязка, а в остальных случаях - 250 мм.
Колонны запроектированы в нижней части с двумя ветвями и соединительными распорками. Ветви, распорки и верхняя часть всех колонн имеют сплошное прямоугольное сечение.
Колонны изготовляются из бетона класса В15, В25. Основная рабочая арматура - стержневая из горячекатаной стали периодического профиля класса А-Ш.
Нижние части железобетонных колонн, заводимые в стакан, в номинальную высоту колонны не включаются. Колонны предназначены для использования в условиях, когда верх фундаментов имеет отметку -0,150. Длину колонн подбирают в зависимости от высоты цеха и глубины заделки в стакан фундамента.
В зданиях с подстропильными конструкциями длина средних колонн уменьшается на 700 мм.
Подкрановые и обвязочные балки
Железобетонные подкрановые балки (рис. 9) применяют в зданиях при шаге колонн 6 и 12 м, при грузоподъемности кранов до 30 т. Балки имеют тавровое и двутавровое сечение с утолщением стенок на опорах. Унифицированные размеры балок принимают в зависимости от шага колонн и грузоподъемности кранов: при шаге колонн 6 м балки имеют длину 5950 мм, высоту сечения 800, 1000, 1200 мм; при шаге колонн 12 м длина балок 11 950 мм, высота 1400, 1600, 2000 мм. Изготовляют из бетона класса В25, В30, В40 с предварительно напряженной арматурой.
По местоположению в здании различают подкрановые балки рядовые и торцовые. Они отличаются местоположением закладных пластин.
В балках предусматриваются закладные элементы для крепления к колоннам (стальные листы) и для крепления к ним крановых рельсов (трубки диаметром 20-25 мм через 750 мм подлине полки).
Крепят подкрановые балки к колоннам сваркой закладных элементов и анкерных болтов. Болтовые соединения после окончательной выверки заваривают. Рельсы к подкрановым балкам крепят стальными парными лапками, расположенными через 750 мм. Под рельсы и лапки укладывают упругие прокладки из прорезиненной ткани толщиной 8-10 мм.
Во избежание ударов мостовых кранов о торцовые стены здания на концах подкрановых путей устраивают стальные упоры, снабженные деревянным брусом.
Обвязочные железобетонные балки (рис. 10) предназначены для опирания кирпичных и мелкоблочных стен в местах перепада высот пролетов, а также для повышения прочности и устойчивости высоких самонесущих стен. Обычно балки устраивают над оконными проемами. Железобетонные обвязочные балки имеют длину 5950 мм, высоту сечения 585 мм, ширину 200, 250, 380 мм. Их устанавливают на стальные опорные столики и крепят к колоннам с помощью стальных планок, привариваемых к закладным элементам.
Рис. 9. Сборные железобетонные подкрановые балки:
а - пролетом 6 м; б - пролетом 12 м; в - опирание подкрановой балки
на колонну (общий вид); г - то же, с фасада и в сечении;
1 - закладные детали колонны; 2 - то же подкрановой балки; 3 - стальная планка; 4 - стальная накладка; 5 - заделка бетоном; 6 - отверстия для крепления рельса
Стены над обвязочными балками можно предусматривать сплошными, с отдельными проемами, с ленточным остеклением.
Балки изготовляются из бетона класса В15.
Рис. 10. Обвязочные балки, их опирание на колонны:
а - балка прямоугольного сечения; б - балка прямоугольного
сечения с полочкой; в - опирание балок (вид снизу) на стальную консоль;
1 - закладные детали; 2 - сварная металлическая консоль; 3 - монтажная накладка
Стропильные и подстропильные балки и фермы
В покрытиях зданий несущими элементами служат балки и фермы, укладываемые поперек или вдоль здания.
По характеру укладки балки и фермы бывают: стропильные, если они перекрывают пролет, поддерживают опертые на них конструкции покрытия, и подстропильные, если перекрывают 12-18-метровые шаги колонн продольного ряда и служат опорой для стропильных конструкций.
Железобетонные стропильные балки (рис. 11) перекрывают пролеты 6, 9, 12 и 18 м.
Рис. 11. Железобетонные стропильные балки:
а - односкатная таврового сечения; б - односкатная двутаврового сечения;
в -двускатная (пролетом 6-9 м); г -двускатная (пролетом 12-18 м);
д - решетчатая (пролетом 12-18 м); е - с параллельными поясами;
1 - опорный стальной лист; 2 - закладные детали
Для их изготовления используют бетон класса В15-В40. На верхнем поясе балок предусматривают закладные детали для крепления плит покрытия или прогонов, на нижней полке и стенке балки - закладные детали для крепления путей подвесного крана.
Балки крепят к колоннам сваркой закладных деталей.
Названия балок зависят от очертания верхнего пояса.
Односкатные балки применяются в однопролетных зданиях. Балки имеют тавровое сечение с утолщением на опорах и с толщиной стенки 100 мм. Для 12-метровых пролетов используются балки двутаврового сечения с предварительно напряженной арматурой.
Двускатные балки предназначены для зданий со скатной кровлей. Для пролетов 6 и 9 м применяются балки таврового сечения с утолщением на опоре и толщиной стенки 100 мм. Для 12-18-метровых пролетов предназначаются балки двутаврового сечения с вертикальной стенкой толщиной 80 мм и с предварительно напряженной арматурой.
Решетчатые балки имеют прямоугольное сечение с отверстиями для пропуска труб, электрокабелей и др.
Балки С параллельными поясами используются для зданий с плоской кровлей. Они имеют двутавровое сечение с утолщением в опорных узлах и толщиной вертикальной стенки 80 мм.
Железобетонные стропильные фермы (рис. 12) используются в зданиях пролетом 18, 24, 30, 36 м. Между нижним и верхним поясами ферм располагают систему стоек и раскосов. Решетка ферм предусматривается таким образом, чтобы плиты перекрытия шириной 1,5 и 3 м опирались на фермы в узлах стоек и раскосов. В основном применяются плиты 3 м, на особо нагруженных участках - 1,5 м.
Широкое применение получили сегментные безраскосные фермы пролетом 18 и 24 м, сечения верхнего и нижнего пояса прямоугольные.
Для уменьшения уклона покрытия для многопролетных зданий предусматривают устройство на верхнем поясе ферм специальных стоек (столбиков), на которые опирают плиты покрытия. Придание покрытию малого уклона обеспечивает лучшую возможность механизации кровельных работ, что создает большую надежность кровли в эксплуатации. Однако из-за необходимости увеличения при этом высоты наружных стен малоуклонные кровли целесообразны в многопролетных зданиях.
Подстропильные фермы изготовляют трех видов:
Для малоуклонных кровель большей высоты;
Для скатных кровель меньшей высоты с устройством стоек на опорах, служащих опорой для крайних настилов покрытия;
С провисающим нижним поясом.
В опорных частях подстропильной фермы и в ее среднем нижнем узле предусмотрены площадки для опирания стропильных ферм. Изготовляют фермы из бетона класса В25-В40. Нижний пояс выполняют предварительно напряженным и армируют пучками из высокопрочной проволоки. Для армирования верхнего пояса, раскосов и стоек применяют сварные каркасы из горячекатаной стали периодического профиля.
Крепят фермы к колоннам болтами и сваркой закладных деталей. В фермах предусмотрены закладные детали.
Рис. 12. Железобетонные фермы:
а, б - стропильные сегментные раскосные;
в _ стропильная арочная безраскосная;
г_ стропильная безраскосная с опорами для устройства плоских покрытий;
д _ стропильная с параллельными поясами;
е - подстропильная для скатных покрытий;
ж - подстропильная для плоских покрытий
Привязка колонн к разбивочным осям здания
В одноэтажных промышленных зданиях с железобетонным и смешанным каркасами колонны крайних рядов по отношению к продольным разбивочным осям имеют нулевую привязку, т.е. наружная грань колонны совмещается с продольной разбивочной осью и совпадает с внутренней гранью стенового ограждения. При этом между внутренней гранью панели и колонной должен быть предусмотрен зазор 30 мм (рис. 13).
Рис. 13. Привязка несущих конструкций одноэтажных
промышленных зданий к разбивочным осям:
а - продольных наружных стен и колонн (бескрановых зданий);
б - продольных стен и колонн (при кранах грузоподъемностью до 30 т);
в - продольных наружных стен и колонн (при кранах
грузоподъемностью до 50 т); г - в торцовых стенах;
д - в местах деформационных швов (ДШ); е - фрагмент плана здания;
1 - стены; 2 - колонны; 3 - подвесной кран; 4 - мостовой кран;
5 - фахверковая колонна; 6 - подкрановая балка
Колонны средних рядов в железобетонном, стальном и смешанном каркасах имеют по отношению к продольной разбивочной оси центральную привязку, т.е. разбивочная ось среднего ряда колонн совмещается с осью сечения надкрановой части колонн.
Колонны крайних рядов в стальном каркасе по отношению к продольной разбивочной оси имеют привязку 250 мм и совмещаются с внутренней гранью стеновой панели с зазором 30 мм.
Торцовые колонны основных рядов любого каркаса по отношению к крайней поперечной разбивочной оси имеют привязку 500 мм, т.е. ось колонны отстает от этой крайней поперечной разбивочной оси на 500 мм.
Все колонны фахверка устанавливаются в торцах пролетов с шагом 6 м и предназначены для навешивания на них стеновых панелей и восприятия ветровых нагрузок. Независимо от рода материала по отношению к поперечной разбивочной оси пролета колонны фахверка имеют нулевую привязку.
В железобетонном и смешанном каркасах при пролете 72 м и более, а в стальном каркасе - 120 м и более посредине пролетов в поперечном направлении предусматривается температурный шов, который устраивается за счет установки пары колонн, оси которых отстают от оси температурного шва, совмещенного с очередной шаговой осью, на 500 мм каждая. Благодаря этому создается два температурных блока, независимо работающих под нагрузкой. Для обеспечения пространственной жесткости и устойчивости колонн в вертикальном направлении в середине температурного блока меж ду колоннами предусматриваются вертикальные стальные связи (при шаге колонн 6м - крестовые, при шаге 12 м - портальные).
Продольные температурные швы или переход высот продольных пролетов решаются на двух рядах колонн, при этом предусматриваются парные разбивочные оси со вставкой 500, 1000, 1500 мм. В здании со стальным каркасом переход высот осуществляется на одной колонне за счет изменения высоты ее ветвей.
Примыкание двух взаимно-перпендикулярных пролетов осуществляется на двух колоннах со вставкой по наружной стене и в уровне покрытия. Размер вставки определяется в зависимости от толщины наружных стен и от привязки колонн.
В здании при наличии мостовых электрокранов вертикальные оси крановых путей отстают от продольных разбивочных осей здания на 750 мм (без прохода) и на 1000 мм (с проходом), а при наличии подвесных кранов вертикальные оси подвески и передвижения их отстают от продольных разбивочных осей на 1500 мм.
Обеспечение пространственной жесткости железобетонного каркаса
Система связей призвана обеспечить необходимую пространственную жесткость каркаса. В ее состав входят:
· вертикальные связи;
· горизонтальные связи по верхнему (сжатому) поясу ферм;
· связи по фонарям.
Вертикальные связи располагают:
· между колоннами в середине температурного блока в каждом ряду колонн: при шаге колонн 6м - крестовые; 12м - портальные. В зданиях бескрановых и с подвесными кранами связи ставят только при высоте колонн 9,6 м. Выполняют связи из уголков или швеллеров и крепят к колоннам с помощью косынок (рис. 14);
· между опорами ферм и балок связи ставят в крайних ячейках температурного блока в зданиях с плоским покрытием. Без подстропильных конструкций - в каждом ряду колонн, с подстропильной конструкцией - только в крайних рядах колонн.
Горизонтальными связями являются: плиты покрытия;
· в торцах фонарных проемов устойчивость стропильных балок и ферм обеспечивается горизонтальными крестовыми связями, установленными в уровне верхнего пояса, в последующих пролетах (под фонарями) - стальными распорками; при больших пролетах и высоте здания на уровне нижнего пояса ферм устраивают горизонтальные связи между крайними парами ферм, находящимися в торцах здания; в зданиях с шагом крайних и средних колонн 12 м предусматриваются горизонтальные фермы в торцах (по две в каждом пролете на температурный блок). Эти фермы стоят на уровне нижнего пояса стропильных ферм.
Узлы сборного железобетонного каркаса
Места сопряжений разнотипных элементов сборного каркаса называют узлами (рис. 15). Узлы железобетонных каркасов должны удовлетворять требованиям прочности, жесткости, долговечности; неизменяемости сопрягаемых элементов при действии монтажных и эксплуатационных нагрузок; простоты при монтаже и заделке.
Сопряжение колонны с фундаментом. Глубина заделки колонн прямоугольного сечения 0,85 м, двухветвевого - 1,2 м. Стык замоно-личивают бетоном класса не ниже В15. Бороздки на гранях колонны способствуют лучшему сцеплению бетона в полости стыка.
Опирание подкрановой балки на выступы колонны. К опорам балки (до ее установки) приваривают стальной лист с вырезами для анкерных болтов. На опорах колонны балку закрепляют к анкерным болтам и приваривают закладные детали. Верхнюю полку подкрановой балки закрепляют стальными планками, приваренными к закладным деталям.
Сопряжение стропильных ферм и балок с колонной. К опорам стропильных конструкций приваривают стальные листы. После установки и выверки опорные листы стропильных конструкций приваривают к закладным деталям на оголовке колонны.
Опирание подстропильных конструкций на оголовке колонны. Закладные детали стыкуемых элементов сваривают потолочным швом.
Крепление подвесных кранов к конструкциям покрытия. Несущие балки кранов закрепляют болтами к стальным обоймам на стропильных конструкциях. Перекидные балки перераспределяют нагрузку от подвесных кранов между узлами стропильных ферм.
Сопряжение стропильных и подстропильных элементов аналогично креплению ферм и балок на оголовке колонн.
Многоэтажный сборный железобетонный каркас
Многоэтажные промышленные здания возводят, как правило, каркасными.
В зависимости от типа перекрытия конструктивная схема здания может быть балочная и безбалочная.
В балочных железобетонных каркасах (рис. 16) несущими элементами являются фундаменты с фундаментными балками, колонны, ригели, панели перекрытий и покрытия, а также металлические связи.
Рис. 14 Обеспечение пространственной жесткости каркаса:
а - размещение горизонтальных связей в покрытии; б - усиление торцовых
стен венцовыми фермами; в - размещение вертикальных связей в зданиях
с плоскими покрытиями (без подстропильных конструкций);
г - вертикальные связи в зданиях с подстропильными конструкциями;
д - вертикальные крестовые связи; е - вертикальные портальные связи;
1 - колонны; 2 - стропильные фермы; 3 - плиты покрытия; 4 - фонарь;
5 - ветровая ферма; 6 - горизонтальная крестовая связь (в торцах фонарного проема); 7 - стальные распорки (в уровне верхнего пояса ферм); 8 - подкрановые балки; 9 - металлические связевые фермы между опорами стропильных ферм; 10 - вертикальные крестовые связи (в продольном ряду колонн); 11 - подстропильные фермы; 12 - вертикальные портальные связи (в продольном ряду колонн)
Рис. 15. Узлы железобетонного каркаса одноэтажных промышленных зданий: а - сопряжение колонны с фундаментом; б - опирание подкрановой балки
на колонну; в - сопряжение балок и ферм с колонной; г - опирание
подстропильных конструкций на оголовке колонны; д - крепление подвесных
кранов к несущим балкам покрытия; е - опирание стропильных
и подстропильных балок на оголовки колонны;
ж - сопряжение стропильных, подстропильных ферм;
1 - фундамент; 2 - колонна; 3 - монолитный бетон; 4 - бороздки;
5 - закладная деталь; 6 - крепежная планка; 7 - болты М20;
8 - опорный лист толщиной 12 мм; 9 - подстропильные балки;
10 -сварной потолочный шов; 11 - стропильная балка;
12 - стальная обойма; 13 - несущая балка подвесного крана;
14 - стропильная ферма
Рис. 16. Многоэтажное здание с балочными перекрытиями:
а - поперечный разрез здания с плитами, опертыми на полки ригелей;
б - план; в - детали каркаса; 1 - самонесущая стена; 2 - ригель с полками;
3 - ребристые плиты; 4 - консоль колонны;
5 - железобетонный элемент для заполнения деформационных швов
Рис. 17. Сопряжение колонн между собой и с ригелями:
а - конструкция стыка колонн; б - общий вид сопряжения колонны и ригеля;
1 - стыкуемые оголовки колонн; 2 - центрирующая прокладка;
3 - рихтовочная пластинка; 4 - арматура колонны рабочая;
5 - то же поперечная; 6 - стыковые стержни;
7 - зачеканка и замоноличивание бетоном класса В25; 8 - ригель;
9 - плита перекрытия (связевая); 10 -закладные детали колонны
ригеля и плит; 11 - сварка арматуры, выпущенной из колонны и ригелей;
12 - накладка для сварки плит
Фундаменты устраивают столбчатые стаканного типа.
Колонны сечением 400 х 400, 400 х 600 мм консольного типа высотой в один этаж (для зданий с высотой этажа 6 м и для верхних этажей трех- и пятиэтажных зданий), в два этажа (для двух нижних, а также для верхних этажей четырехэтажных зданий) и в три этажа (для зданий с высотой этажа 3,6 м). У крайних колонн для опирания ригелей имеются консоли с одной стороны, у средних колонн - консоли с обеих сторон. Колонны изготовляют из бетона класса В15-В40.
На консоли колонн в поперечном направлении укладывают ригели. Их изготовляют из бетона класса В25, В30. Ригели первого типа (с полками для опирания плит) перекрывают пролеты 6 и 9 м. Ригели второго типа имеют прямоугольное сечение, их применяют в перекрытиях при установке провисающего оборудования.
Плиты перекрытий и покрытий изготовляются с продольными и поперечными ребрами из бетона класса В15-В35. По ширине их подразделяют на основные и доборные, укладываемые у наружных продольных стен. У основных плит, укладываемых по верху ригелей, в торцах имеются вырезы (для пропуска колонн). При нагруз-ках на перекрытие до 125 кН/м 2 применяются плоские пустотелые плиты, а вдоль средних рядов колонн укладывают сантехнические панели.
Связи между колоннами устанавливают поэтажно в середине температурного блока по продольным рядам колонн. Их изготовляют из стальных уголков в виде порталов или треугольников такой же конструкции, как и в одноэтажных зданиях.
Привязка колонн крайних рядов и наружных стен к продольным разбивочным осям нулевая, либо разбивочная ось здания проходит по центру колонны. Привязка колонн торцовых стен принимается 500 мм, а в зданиях с сеткой колонн 6x6 м - осевая. Колонны средних рядов располагаются на пересечении продольных и поперечных осей. Узлы каркаса (рис. 17) - это опорные соединения однотипных или разнотипных сборных элементов, обеспечивающих пространственную жесткость конструктивных стержней. К основным узлам относят:
сопряжение ригелей с колоннами достигается сваркой закладных деталей ригелей и консолей колонн, а также сваркой выпусков верхней арматуры ригелей со стержнями, пропущенными сквозь тело колонны. Зазоры между колоннами и торцами ригелей заполняют бетоном;
стыки колонн многоэтажных зданий для удобства монтажа предусматривают на высоте 0,6 м от уровня пола. Торцы колонн снабжены стальными оголовкам. Стык осуществляется приваркой стыковых стержней к металлическим оголовкам с последующим замоноличиванием;
стыки плит перекрытия. Уложенные плиты соединяют сваркой закладных деталей с ригелями, с колоннами и между собой. Полости стыков между ребрами замоноличивают бетоном. Безбалочный железобетонный каркас с сеткой колонн 6x6м в виде многоярусной и многопролетной рамы с жесткими узлами и нагрузками на перекрытие от 5 до 30 кН/м 2 (рис. 18).
Основные элементы каркаса: колонны, капители, межколонные и пролетные плиты - изготовляют из бетона класса В25-В40.
Колонны высотой в один этаж устанавливают по сетке 6x6м. В верхней части колонны имеется уширение (оголовки) для опирания капителей, которое имеет вид опрокинутой усеченной пирамиды со сквозной полостью для сопряжения с концами колонн.
Рис. 18. Многоэтажное здание с безбалочными перекрытиями:
а - поперечный разрез; б - план; 1 - самонесущая стена;
2 - капитель колонны; 3 - плиты межколонные; 4 - то же пролетные
Рис.19 . Сборное безбалочное перекрытие:
а - план и разрезы; б - общий вид;
1 - оголовок колонны; 2 - капитель; 3 - плита межколонная;
4 - то же пролетная; 5 - монолитный бетон; 6 - монолитный железобетон;
7 - полка для опирания пролетной плиты; 8 - колонна
Капитель надевают на оголовок и крепят сваркой стальных закладных деталей. На капители в двух взаимно-перпендикулярных направлениях укладывают многопустотные межколонные плиты и приваривают по концам к закладным деталям капителей. После установки колонны следующего этажа стык заливают бетоном. Затем в зону между концами межколонных плит укладывают стальную арматуру, приваривая ее к закладным деталям. После забето-нирования плиты работают как неразрезные конструкции.
Участки перекрытия, ограниченные межколонными плитами, заполняют пролетными плитами квадратной формы, опирая их по контуру на четверти, предусмотренные в боковых гранях межколонных плит.
К основным узлам безбалочного каркаса относят (рис. 19): стыки колонн, расположенные на 1 м выше перекрытия, такой же конструкции, как и в балочном каркасе; стык капители с колонной. На четырехстороннюю консоль колонны опирают капитель, приваривая снизу закладные детали, а сверху арматурные накладки. Зазор между колонной и капителью замоноличивают бетоном класса В25; стыки плит перекрытия. Межколонные плиты опирают выпусками арматуры на закладные детали, замоноличивая стык бетоном. Пролетные плиты опирают выпусками арматуры на закладные детали межколонных панелей. После сварки клиновидные пазы стыков замоноличивают.
При строительстве одноэтажных и многоэтажных промышленных зданий в качестве несущей принимается, как правило, каркасная система. Каркас позволяет наилучшим образом организовать рациональную планировку производственного здания (получить большепролетные пространства, свободные от опор) и наиболее приемлем для восприятия значительных динамических и статических нагрузок, которым подвержено промышленное здание в процессе эксплуатации.
В одноэтажном здании несущий остов представляет собой поперечные рамы, соединенные продольными элементами. Продольные элементы воспринимают горизонтальные нагрузки (от ветра, от торможения кранов) и обеспечивают устойчивость остова (каркаса) в продольном направлении.
Несущая поперечная рама каркаса составлена из вертикальных элементов - стоек, жестко закрепленных в фундаменте и горизонтального элемента - ригеля (балки, фермы), опертого на стойки. К продольным элементам остова относятся: подкрановые, обвязочные и фундаментные балки, несущие конструкции покрытия(в т.ч. подстропильные) и специальные связи (рис. 25.1).
Многоэтажные здания сооружают в основном с использованием сборного железобетонного каркаса, главными элементами которого являются колонны, ригели, плиты перекрытия и связи (рис. 25.2). Сборные междуэтажные перекрытия выполняют балочными или безбалочными. Сборные балочные перекрытия нашли применение для 2-5 этажных зданий с нагрузкой на перекрытие от 10 до 30 кПа.
Перекрытия обеспечивают пространственную работу каркаса в качестве горизонтальных диафрагм жесткости. Они воспринимают горизонтальное силовое воздействие от ветра и распределяют его между элементами каркаса. Вертикальными связями служат железобетонные продольные и поперечные внутренние стены, лестнично-лифтовые клетки и коммуникационные шахты, а также стальные крестообразные элементы, устанавливаемые между колоннами.
Наружные стены одно- и многоэтажных зданий выполняются навесными или самонесущими.
При рассмотрении соотношения относительной стоимости (в % от общей стоимости строительно-монтажных работ) основных элементов промзданий несущие конструкции каркаса составляют для одноэтажных зданий 28% и для многоэтажных 17%, соответственно, стены и покрытия - 28% и 24 % (перекрытия 30%), кровля - 11% и 4%.
Конструктивная схема покрытия может выполняться в двух вариантах: с использованием прогонов (дополнительных элементов) и без прогонов. В первом варианте вдоль здания, по балкам (фермам) укладывают прогоны (в основном, таврового сечения длиной б м), на которые опирают плиты сравнительно небольшой длины.
Во втором, более экономичном, беспрогонном варианте применяют крупноразмерные плиты длиной, равной шагу балок (ферм). В строительстве используют два типа конструкций плит длиной, равной пролету: плиты П-образного сечения с плоскими скатами, плиты типа 2Т и сводчатая, типа КЖС (рис. 25.3, 25.4). Применение таких элементов позволяет отказаться от балок в покрытии.
Каркасы одноэтажных промышленных зданий выполняют, в основном, из железобетона (преимущественно, сборного), реже - из стали. В отдельных случаях используют монолитный железобетон, алюминий, древесину. Каждый из этих материалов обладает своими достоинствами и недостатками, поэтому, выбор материала осуществляется на основе всесторонней оценки его соответствия комплексу требований к возводимому зданию, с учетом его последующей эксплуатации.
Конструкции из железобетона обладают долговечностью, несгораемостью и малой деформативностью; их применение позволяет экономить сталь, не требует больших эксплуатационных затрат.
К недостаткам относятся: большая масса, трудоемкость выполнения стыковых соединений. Представляет сложность и требует дополнительных затрат выполнение монолитных железобетонных конструкций в зимних условиях.
Снижению массы и повышению несущей способности железобетонных конструкций способствует использование высокопрочного бетона и предварительно напряженной высокопрочной арматуры. Это позволило получить эффективные тонкостенные конструкции, существенно расширить область применения железобетона (рис. 25.5, 25.6, 25.7).
Все большее применение в строительстве промышленных зданий находят легкие несущие и ограждающие конструкции. Легкими называют конструкции, суммарная масса которых, приходящаяся на 1 м 2 ограждающей поверхности здания, составляет не более 100-150 кг. К ним относятся конструкции из стали и алюминиевых сплавов, из клееной древесины.
Использование легких конструкций ведет к существенному (на 10 - 15%) снижению массы производственных объектов и их стоимости, повышается эффективность строительства; стимулируется поиск новых конструктивных решений несущих и ограждающих элементов, разработка и внедрение новых эффективных теплоизоляционных материалов. Расширяется прогрессивный метод строительства зданий (секций) из комплектно поставляемых унифицированных строительных конструкций заводского изготовления - стальных пространственных, решетчатых (перекрестных), рамных и пр. Наряду с этим увеличивается количество зданий из смешанных конструкций (колонны - из железобетона, фермы, балки - металлические, из клееной древесины и т.п.).
Стальные конструкции (рис. 25.8) по своим свойствам более предпочтительны перед железобетонными. Они обладают меньшей массой и большей несущей способностью, высокой индустриальностью изготовления и сравнительно малой трудоемкостью монтажа, меньших затрат требует их усиление. Недостатками являются: подверженность коррозии и потеря несущей способности при пожаре под действием высоких температур, хрупкость при низких температурах.
Сравнительные характеристики железобетонного и стального каркасов приведены в табл. 25.1.
Конструкции из алюминиевых сплавов обладают легкостью и высокой несущей способностью, а также стойкостью против коррозии. Алюминий так же пластичен, как и сталь, менее хрупок при низких температурах, при ударных воздействиях не образуется искр. К недостаткам алюминиевых конструкций относят высокий коэффициент температурного расширения, малую огнестойкость (уже при +300 °С полностью теряет прочность), относительную трудоемкость соединения элементов, высокую стоимость. Экономически выгодно применять алюминиевые сплавы в качестве ограждающих конструкций, а как несущие - в большепролетных конструкциях(для существенного уменьшения их собственного веса).
Деревянные конструкции, напротив, обладают низким коэффициентом температурного расширения. Они значительно дешевле железобетонных и стальных. Главное их достоинство - высокая стойкость в химически агрессивных средах, что позволяет их применять в производственных зданиях химических предприятий. Вместе с тем, деревянные конструкции подвержены возгоранию, гниению, значительным деформациям под действием нагрузок вследствие разбухания и усушки. Наиболее прогрессивны клееные деревянные конструкции, в которых тонкие доски склеиваются синтетическими клеями и пропитываются минеральными солями, что делает их достаточно огнестойкими и неувлажняемыми. Наибольшее применение для промышленных зданий нашли деревянные балки, перекрывающие пролеты 6-12 м и сегментные фермы на пролеты 12-24 м. Применяются также клееные деревянные арки и рамы, которыми можно перекрыть пролеты до 48 м.
Конструкции из пластмасс отличаются легкостью, стойкостью к коррозии, инду-стриальностью. Применяются в составе ограждающих конструкций.
Каркасы одноэтажных промышленных зданий массового строительства выполняются в основном из железобетона. Стальные конструкции применяют в особых случаях, а именно:
А) колонны: высотой более 18 м; в зданиях с мостовыми кранами грузоподъемностью 50 т и более, независимо от высоты колонн; при тяжелом режиме работы кранов; при двухъярусном расположении мостовых кранов; при шаге колонн более 12 м; могут применяться в качестве стоек фахверка; в качестве несущих и ограждающих конструкций комплектной поставки; для зданий, возводимых в труднодоступных районах при отсутствии базы производства железобетонных конструкций.
Б) стропильные и подстропильные конструкции: в отапливаемых зданиях с пролетами 30 м и более; в неотапливаемых зданиях с легкой кровлей и подвесными кранами грузоподъемностью до 3,2 т с пролетами 12 м и 18 м; в зданиях с пролетами 24 м и более.
Использование в железобетонном каркасе одноэтажного здания линейных элементов. независимых по своему назначению (колонн от ферм, плит покрытия и т.д.) создает определенные преимущества как в изготовлении элементов на заводах ЖБИ, так и при монтаже на стройплощадке. Это также позволяет проводить их унификацию и типизацию.
Колонны каркаса опирают на отдельные фундаменты, в основном, стаканного типа. В некоторых случаях, - при слабых, просадочных грунтах, - устраивают фундаменты ленточные под ряды колонн или в виде сплошной плиты под все здание.
По способу возведения и конструкции фундаменты разделяют на сборные и монолитные. Сборные фундаменты устраивают из одного блока, состоящего из подколон-ника со стаканом или из блока(подколонника) и плиты. Блоки выполняют высотой 1,5; 1,8-4,2 м с градацией через 0,3 м, подколонники имеют размеры в плане 0,9x0,9...1,2x2,7 м с градацией через 0,3 м. Размеры стакана соотнесены с размерами поперечного сечения и глубиной заделки колонн. При этом, размеры стакана в плане поверху на 150 мм и понизу на 100 мм превышают размеры сечения колонн, а его глубина составляет 800, 900, 950 и 1250 мм. При установке колонн зазор заполняется бетоном, что обеспечивает жесткое соединение фундамента с колонной.
Элементы сборного фундамента укладываются на растворе и скрепляются друг с другом сваркой стальных закладных деталей.
В случаях, когда масса сборных элементов фундамента превышает грузоподъемность транспортных и монтажных средств, он сооружается из нескольких блоков и плит. При устройстве температурных швов на один фундаментный блок могут опираться от двух до четырех колонн. Одноблочные фундаменты заводского изготовления имеют массу до 12 т. Тяжелые фундаменты массой до 22 т обычно изготавливают монолитными непосредственно на стройплощадке.
Подошва блока фундамента имеет в плане квадратную или прямоугольную форму размерами от 1,5х1,5 м до 6,6x7,2 м с градацией 0,3 м. Площадь подошвы фундамента определяется расчетом и зависит от величины передаваемой нагрузки и несущей способности грунта основания.
Сборные фундаменты требуют большого расхода бетона и стали. В целях снижения этих расходов применяют сборные облегченные ребристые и пустотелые фундаменты. Широко применяются свайные фундаменты с монолитным или сборным ростверком, который используется и как подколонник.
Самонесущие стены промышленного здания опираются на фундаментные балки, которые устанавливают между подколонниками на специальные бетонные столбики сечением 300 х 600 мм. Фундаментные балки имеют высоту 450 мм для шага колонн 6м и 600 мм для шага 12 м. Поперечное сечение фундаментных балок бывает тавровым, прямоугольным и трапециевидным. Наибольшее распространение получили балки таврового сечения как более экономичные по расходу бетона и стали. Ширина балки поверху принимается 260, 300, 400 и 520 мм, исходя из толщины панелей наружных стен. Чтобы исключить возможную деформацию фундаментной балки под действием пучинистых грунтов балку на всю длину с боков и снизу засыпают шлаком. Эта мера также предохраняет пол от промерзания вдоль наружных стен.
Для одноэтажных зданий используют унифицированные колонны сплошного прямоугольного сечения высотой от 3,0 до 14,4 м бесконсольные (для зданий без мостовых кранов и с подвесными кранами), высотой от 8,4 до 14,4 м с консолями (для зданий с мостовыми кранами) а также двухветвевые высотой 15,6-18,0 м для зданий с опорными, подвесными кранами и бескрановых.
Подкрановые балки устанавливают в зданиях (пролетах) с опорными кранами для крепления к ним крановых рельсов. Они жестко крепятся (болтами и сваркой закладных деталей) к колоннам и обеспечивают пространственную жесткость здания в продольном направлении. Подкрановые балки выполняются из металла и железобетона. Последние имеют ограниченное применение, - при шаге колонн 6 и 12 м и грузоподъемности мостовых кранов до 30 т.
Каркас многоэтажного здания должен обладать долговечностью, прочностью, устойчивостью, огнестойкостью. Этим требованиям отвечает железобетон, из которого и выполняют каркасы большинства промышленных многоэтажных зданий. Стальной каркас применяется при больших нагрузках, при динамических воздействиях от работы оборудования, при строительстве в труднодоступных районах; каркас требует защиты от воздействия огня жаропрочной футеровкой, обкладкой кирпичом.
Для производственных зданий с небольшой нагрузкой на перекрытия (до 145 кН/м) и вспомогательных зданий(бытовых, административных, лабораторных, конструкторских бюро и т.п.) используется связевой каркас межвидового назначения. Каркас имеет сетку колонн 6x6, (6+3+6)х6 и (9+3+9)х6 м; высоты этажей от 3,6 до 7,2 м. Разработаны единые унифицированные элементы - колонны, плиты междуэтажных перекрытий, лестницы, стеновые панели.
Колонны многоэтажных зданий по типу разделяют на крайние и средние, высотой в два этажа. Для зданий с нерегулярными, разными по высоте этажами разработана дополнительная номенклатура колонн - на один этаж, которые можно применить начиная с третьего этажа. При этом стыки колонн размещают на 600 - 1000 мм выше уровня перекрытия, что делает более удобным их выполнение. Сечение колонн 400x400 мм и 400x600 мм, плиты перекрытий плоские с пустотами высотой 220 мм и ребристые высотой 400 мм, шириной 1,0; 1,5 и 3,0 м (основные) и 750 мм (доборные). Ригели - прямоугольного и таврового сечения с полками понизу, соответственно, высотой 800 мм и 450 и 600 мм.
Балки железобетонные стропильные принимают: таврового сечения для пролета 6 м, двутаврового сечения для пролетов 9, 12, 18 и 24 м, а также подстропильные балки пролетом 12 м. Фермы используют для пролетов 24 м. Плиты покрытий ребристые плоские имеют размеры Зх6 м и Зх12 м.
Безбалочный каркас состоит из колонн высотой на один этаж сечением 400x400 и 500x500 мм с квадратными капителями с размерами 2,7x2,7 м; 1,95х2,7 м и высотой 600 мм, а также пролетных надколонных плит с размерами 3,1x3,54x0,18 м; 2,15x3,54x0,18 м и 3,08x3,08x0,15 м. Капители опираются на четырехсторонние консоли колонн и крепятся к ним сварными соединениями. Пролетные плиты укладывают на капители или консоли колонн и также крепят сваркой стальных элементов с последующим замоноличиванием швов бетоном. Используются квадратная сетка колонн 6x6м и высоты этажей 4,8 м и 6,0 м (рис. 25.9).
Урок 53-54 (9-10)
1. Фундаменты воспринимают нагрузки от надземной части, передают их на основание.
2. Работа фундаментов - в изменяющихся условиях от нагрузок, к их качеству повышенные требования.
3. Требования к материалам для фундаментов :
а) механическая прочность
б) высокая морозостойкость
в) долговечность
г) стойкость к агрессивным грунтовым водам.
4. Классификация фундаментов промышленных зданий :
А) по конструктивному решению: ленточные, столбчатые, свайные.
Б) по технологии возведения: монолитные и сборные
В) по заглублению - мелкого заложения и глубокого.
Столбчатые фундаменты для промышленных каркасных зданий (с. 180)
1. Монолитный под ЖБ колонну: подколонник + стакан + плита со ступенями. (рис)
2. Стакан сверху имеет уширение для удобства монтажа и центровки колонны.
3. Глубина стакана на 50-150 мм больше заводимой в стакан колонны.
4. Низ колонны фиксируют песком или бетоном, зазоры между стаканом и колонной заполняют бетоном или раствором.
5. Двухветвевые колонны - в общем стакане или двух стаканах под каждую ветвь (б).
6. В температурных и осадочных швах под каждую колонну нужен свой стакан.
7. Если шов осадочный, под каждую колонну устраивают - свой фундамент.
8. Подготовка под фундамент - бетон класса В5 толщиной 100 мм.
9. Плиты фундаментов и подколонник армируют.
10. Бетон для фундамента – класса В 12,5, В15.
11. Рабочая арматура - сталь классов A-II и A-111.
12. Подколонник опирают на один, два или три ряда фундаментных блоков.
13. Нижний ряд блоков - на песчаной подготовке на расстоянии 600 мм один от другого.
14. Сборные фундаментные плиты располагают на выравнивающем слое песка.
Фундамент под металлические колонны (182)
1. Столбчатый с подколонником сплошного сечения
2. Верх подколонника располагают на отметке -0,600 или -0,200.
3. У колонны устраивают опорную базу - башмак. Под колонну укладывают стальной лист для равномерной передачи нагрузки площадь бетона фундамента.
4. Базу заглубляют ниже отметки у.ч.п. и обетонируют).
7. Базы к фундаментам крепят анкерными болтами, заделываемыми в фундаменты при их изготовлении.
8. Болты пропускают через опорную плиту и другие элементы базы.
9. Высота подколонника не менее 700 мм
10. Стены каркасных зданий опирают на фундаментные балки между подколонниками.
11. Под воротами для въезда в цех фундаментные балки не укладывают.
12. Участки стен в пределах этого шага колонн опираются на монолитную подбетонку.
ЖБ фундаментные балки (183)
1. Имеют трапециевидное или тавровое сечение.
2. Их размеры зависят от шага колонн.
3. Балки у температурного шва и торцевых стена укорачиваются на 500 мм.
4. Верх фундаментных балок - на 30 мм ниже уровня пола.
5. Устанавливают балки на подливку из цементно- песчаного раствора толщиной 20 мм.
6. Таким же раствором заполняют зазоры между торцами балок и подколонниками.
7. По фундаментным балкам -гидроизоляция стен – 1-2 слоя рулонного материала.
8. Во избежание деформации балок от пучения грунтов снизу и с боков балок -подсыпка из шлака, песка или кирпичного щебня.
9. Балки изготовляют из бетона класса В15-В30.
Свайные фундаменты под колонны промышленных зданий
1. Забивные или набивные сваи + ростверк сверху + ЖБ башмак со стаканом для колонн.
2. Свайные фундаменты устраивают при залегании у поверхности земли слабых фунтов и при наличии фунтовых вод.
Урок 55-57 (11-13)
Тема 3.5.3. ЖБК промышленных зданий
1. Каркас 1-этажного промышленного здания - колонны + подкрановые балки +покрытия.
2. Колонны каркаса: крайние и средние.
3. Виды колонн
А) постоянного сечения (бесконсольные) : 185
* для зданий с подвесными кранами
* крайние - прямоугольные постоянного сечения, средние – с консолью
Б) прямоугольного сечения с консолями – рис.186, а,б
* для здания пролетом 18 и 24 м, высотой до 10,8 м с мостовыми кранами гр. 10-20 т.
* крайние колонны одноконсольные, средние - двухконсольные.
В) двухветвевые колонны (186, в, г)
для зданий пролетом 18, 24, 30 м, высотой 10,8 -18 м, с мостовыми кранами гр. до 50 т.
Г) сборные ЖБ колонны для бескрановых пролетов одноэтажных зданий.