Раздел II конструкции промышленных зданий Гл. 7. Каркасы промышленных зданий

§20. Железобетонный каркас одноэтажных производственных зданий

Ж/б каркас по сравнению со стальным позволяет экономить 50-60% стали, поэтому преимущественно распространены каркасы из сборного железобетона.

Каркас одноэтажного здания образует поперечные рамы раскрепленные связями. Рамы состоят из колонн жестко соединенных с фундамент-ми и стропильных конструкций шарнирно опирающихся на колонны. При шарнирном соединении ригеля с колонной обеспечивается высокая степень универсальности конструкции. Шарнирное соединение проще (конструктивно) жесткого, а расход материалов при рамных системах с жесткими и шарнирными узлами примерно одинаков.

Ж/б каркас включает в себя:

фундаменты, колонны, ригели и продольные связи каркаса, роль которых выполняют: обвязочные балки, подстропильные балки, подкрановые балки, специальные связевые конструкции, панели и настилы покрытия (жестко связанные с верхними поясами ферм или балок /по Макл. стр. 291/)

Фундаменты.

Объем бетона – 20-35% от общего объема расходуемого бетона. Стоимость возведения – 5-20% полной стоимости здания. Это говорит о том, что конструкции фундаментов существенно влияют на стоимость здания.

По способу возведения фундаменты подразделяются на:

Монолитные Сборные (стаканного типа)

(ниже по стоим-ти) (широко)

а) сборные – могут быть из одного блока, из блока и плиты, или из нескольких блоков и плит. Блоки укладываются на подготовку толщиной 100 мм.:

щебеночную - при сухих грунтах,

бетонную – при влажных грунтах.

Если грунтовые воды проходят очень близко от поверхности – свайные фундаменты.

Площадь подошвы и другие размеры фундаментов устанавливают в зависимости от передаваемой на него нагрузки и несущей способности основания.

Фундаменты в виде отдельных блоков применяют под сборные ж/б колонны сечением 400х400 и 500х500 мм.

Одноблочные – со ступенями. Размер стакана ≈ размеру колонны. А точнее – большим сечения колонн:

по верху – на 150,

по низу – на 100 мм.

Днище – на 50 мм. ниже отметки пяты колонны. Проектное положение – слоем песка. Зазоры – бетоном с мелким заполнителем.

Под спаренные колонны – фундаменты с двумя раздельными стаканами.

Для сокращения типоразмеров верха фундаментов (независимо от глубины заложения подошвы) располагаются в уровне примыкания к зданию земли, т. е. на 0,15 м. ниже отметки чистого пола. Монтаж колонн можно вести при засыпанных, после устройства подготовки под полы и прокладки коммуникаций, т. е. после «0».

Глубина заложения фундамента (подошвы) зависит от грунтовых условий. Ее можно увеличить:

1. Увеличив верхнюю ступень фундамента.;

2. Использованием колонн одной высоты, но с устройством подколонника пенькового типа;

3. Применением подсыпки требуемой толщины или дополнительной подушки.

Это позволило применять колонны одинаковой длины.

НО конструкции фундаментов не меняются.

У нас соединение колонн с фундаментами – жесткое на бетоне. За рубежом – ВНР, США, - выпуски арматуры, анкера.

При значительных ветровых усилиях поверхность стакана в подколоннике насекается.

Сводчатый фундамент

Основной принцип проектирования фундаментов: Достижение необходимой прочности происходит благодаря рациональной форме, а не массе.

Фундаментные балки.

Нижний ярус ограждающих конструкций в каркасных зданиях всегда самонесущий и опирается на фундаментные балки.

Фундаментные балки укладываются на специальные столбики или на консоли колонн – между подколонниками фундаментов. Наличие фундаментных балок облегчает устройство под стенами тоннелей, каналов, коллекторов для ввода в здание различных подземных коммуникаций. Основные фундаментные балки изготовляют: Н = 450 мм (для шага = 6м).

Н = 650 мм (для шага = 12м).

Ширина: 200; 300 ;400; 520 мм, т. е. соответствуют толщине стеновых панелей. (по верху)

С

Наиболее распространены, наиболее экономичны.

ечение:

Длина зависит от способа опирания = 5050 – 4450; 10700 – 10200 (при шаге 12 м).

Фундаментные балки защищают пол от продувания в случае просадки отмостки. В местах устройства ворот для въезда в цех автотранспорта или ж/д фундаментные балки не укладываются. Раму ворот – в монолит.

Отметка верха фундаментной балки должна быть ниже уровня пола, то есть - 0, 03.

Балки устанавливаются на подливку из цементного раствора толщиной 20 мм. Раствором – зазоры.

• По фундаментной балке для гидроизоляции – 1 - 2 слоя рулонного водонепроницаемого материала на мастике.

Во избежание деформации балок вследствие пучения грунтов – снизу и с боков – подсыпка из шлака. По периметру – отмостку из асфальта или бетона шириной – 0,9 ÷ 1,5 м.

Колонны.

Конструкция колонн зависит от ОПР пром. здания и наличия в нем ПТО. От этого колонны подразделяются на две группы:

1. Для зданий без мостовых кранов и в цехах с подвесным тр-том.

2. В цехах с мостовыми кранами.

По конструктивному решению:

• одноветвевые

• двухветвевые

По местоположению в здании:

1. крайние

2. средние

3. располагающиеся у торцевой стены

Разработаны колонны кольцевого сечения (трубчатые), формуемые на центрифугах. Цилиндрические колонны из центрифугированного ж/б – в экспериментальном порядке, в зданиях без опорных кр. и с кр. Q ≤ 30т. Уменьшается расход бетона на 30-50% и стали на 20-30%.

Если нет мостовых кранов, нет и консолей.

По сравнению с прямоугольными, двухветвевые колонны обладают повышенной жесткостью, но более трудоемки в изготовлении.

На колонны двутаврового сечения расходуется бетона на 25-30% меньше, чем на колонны прямоугольного сечения. Ветви у них связаны короткими ригелями через 1,5-3м. по высоте. Для высоких зданий – составные.

В ж/б колоннах закладные детали устраиваются для крепления стропильных конструкций, подкран. балок, стеновых панелей (в крайн. к.) и вертикальных связей (в связевых колоннах).

В местах опирания несущих элементов покрытия - закл. детали, в местах опирания подкрановых балок - через стальные листы пропущены анкерные болты. В местах крепления подкрановых балок - закл. детали.

Фахверк и связи между ж/б колоннами.

Помимо основных колонн в зданиях предусматривают второстепенные (фахверковые) колонны, устанавливаемые в торцах здания и между основными кол. крайних продольных рядов при шаге 12 м и длине стеновых панелей = 6 м. Они воспринимают ветровые усилия и массу заполнения стены.

Фахверковые колонны шарнирно заделывают в фундаменты и шарнирно крепят к элементам покрытия. Шарнирное соединение обеспечивает передачу ветровых нагрузок на каркас здания, и устраняет вертикальные воздействия покрытия на колонны фахверка. При необходимости в торцах высоких примыкающих зданий устраивается горизонтальная ветровая ферма в плоскости низа подкрановых балок. Используется как ремонтная площадка. При Н помещения до 4,2 м фахверковые колонны проектируются из стальных прокатов, а при большей Н - ж/б колонна. Длину торцевых ж/б колонн принимают на 150-500 мм меньше основных колонн, чтобы был зазор между их верхом и нижним поясом стропильной конструкции.

На высоту покрытия фахверковые колонны наращивают стальными надставками двутаврового сечения.

с кользящая связь

В поперечном направлении устойчивость зда­ния с ж/б каркасом обеспечивается защемлением колонн в фундаменты, жестким диском покрытия, образованным из панелей покрытия, соединенным свар­кой с несущими конструкциями покрытия. Горизон­тальные силы с диска передают нагрузки на несу­щие конструкции покрытия и поперечные ряды колонн.

В продольном направлении устойчивость обеспечивается системой вертикальных связей между колоннами (1) и (2) - в покрытии.

1. Вертикальные стальные связи устр-ся: по продольным рядам колонн при значительных горизонтальных нагрузках, действующих в плоскости, продольной рамы (тормозные и вет­ровые силы). Для снижения усилий в элементах каркаса от темперных и др. воздействий. Вертикальные связи устраивают в середине температур­ных блоков в каждом ряду колонн.

При шаге колонн = 6 и 12 м - крестовые связи, от 12 до 18 м - портальные.

B зданиях без мостовых, кранов но с подв. тр-том связи ставят только при вы­соте помещения более 10,2м.

2. Связи в покрытии.

а. Вертикальные связи между балками или фермами покрытия необхо­димы при Н последних на опоре > 900 мм, а также при отсутствии под­стропильных конструкций (в бескрановых зданиях при Н = от 10,8 м). Это стальные раскосные фермы с параллельными поясами Н = Нстроп. конструкций (в опорной зоне). Устанавливаются они по продольным рядам колонн в крайних ячейках. Пролет = шагу колонн во всех средних пролетах распорки.

б. Горизонтальные связи в покрытии устраивают при наличии в зда­нии кранов с тяжелым режимом работы. Они устанавливаются по нижнему и верхнему поясу стропильных конструкций (а при наличии ж/б панельного по­крытия - только по нижнему поясу). Горизонтальные связи выполняют в виде крестовых элементов образующих фермы.

Обвязочные балки

Обвязочные балки применяют, если стены здания выполнены из кирпича или мелких блоков. Обвязочные балки служат для опирания наружных стен в мес­тах перепада высот зданий, а при расположении этих балок над оконными проемами они выполняют роль перемычек. Их выполняют разрезными.

Размер и форму поперечного сечения принимают в зависимости от тол­щины устанавливаемых на них стен и величины передаваемой нагрузки.

Размеры: под кирпичные стены шириной 250 и 380 мм – с "носиком" под стены из мелких блоков толщиной 190 мм – 200 мм.

Н = 600 /585/ мм L = 6 м /5950 мм/

Ж/Б подкрановые балки

- применяют при легком и среднем режиме работы мостовых кранов Q ≤ 30 т.

- служат опорами для рельсов, по которым передвигаются мостовые краны. Но они еще и обеспечивают жесткость каркаса в продольном направлении.

Ж/б балки находят ограниченное применение. М.б. разрезными (1) и не­разрезными(2)

I - большее применение, т.к. проще в монтаже.

2 - расход арматуры меньше, но выше трудоемкость изготовления.

Балки могут быть средними и крайними. Крайние располагаются у поперечных температурных швов и торцов зданий, и имеют те же размеры, что и средние, но закладные у них располагаются на расстоянии 500 мм от торца балок.

Крепление к колоннам - внизу - на болтах и сварке,

вверху - приваркой вертикально постав­ленного листа к закладной детали в колонне и балке.

М онтаж кранового пути: по верху подкрановой балки укладывают тонкую упругую подкладку из прорезиненной тка­ни толщ. 8 - 10 мм.

Перед укладкой поверхность очищается от грязи и жира. По упругой подкладке - уста­навливается и отрихтовывается крановой рельс, и затем закрепляют его лапками-прижимками. Лапки-прижимки крепят к подкрановым балкам болтами.

После окончания установки подкрановых балок - болты завариваются. Применение упругих подкладок обеспечивает более равномерную передачу давления от рельса на балку, смягчает удары и толчки при движении мостового крана, снижает шум.

В о избежание ударов мост. кранов о колонны торцевых фахверков - на концах подкрановых путей устраивают стальные упоры, снабженные аммортизато-

рами-буферами из деревянного бруса.

Роль тормозной конструкции выполняет стальная пластина. Шаг лапок – 750 мм.

Ведутся работы по внедрению мостового крана на пневмоходу прямо по подкрановой балке Q до 30 т.

Несущие конструкции покрытия промышленных зданий

В промышленных зданиях применяют следующие типы стропильных несущих конструкций:

1. плоскостные: балки, фермы, арки и рамы;

2. пространственные: оболочки, складки, купола, своды, висячие системы.

Плоскостные подразделяются на: 1. стропильные;

2. подстропильные.

Плоскостные конструкции

Ж/Б балки применяют для устройства покрытий в промышленных зданиях при пролетах 6, 9 и 18 m. Балки в 6, 9 и 12 м удобны тогда, когда нужно подвесить монорельсы или краны, а так – плитами, если стены несущие. М.быть односкатные, двухскатные и с параллельными поясами.

Отверстия - для уменьшения массы и пропуска коммуникаций.

Односкатные - на колонны разной высоты (кратны 600 мм).

Опирание на колонны - только монтажной сваркой.

Ж/Б ФЕРМЫ - применяются для перекрытия пролетов 18, 24, 30 м. Их устанавливают с шагом 6 и12 м. Фермы пролетом 18 м легче ж/б балок того же пролета, но более трудоемки в изготовлении. Фермы 18 м - це­лесообразны в том случае, когда в пределах покрытия необходимо разме­стить коммуникации, трубопроводы и вентиляционные каналы или использовать межферменное пространство устройства технических этажей. При пролетах 24-30 м фермы выгоднее, т.к. масса ферм на 30-40% меньше массы балок.

Наибольшее распространение получили сегментные фермы и с па­раллельными поясами.

Ж/б фермы могут быть цельными и составными. Арматура нижнего пояса - предва­рительное натяжение. Ж/б фермы позволяют оборудовать пролеты зда­ний подвесным транспортом Q до 5т /при шаге- 6м/. По верхнему поя­су возможно устройство фонарей (световых, аэрационных).

Безраскосные фермы - менее трудоемки в изготовлении.

Подстропильные конструкции

Если шаг колонн каркаса превышает шаг несущих конструкций по­крытия - балок, ферм - то их опирают на подстропильных конструкций. Их устраи­вают в виде балок Н = 1500 мм, или ферм Н = 2200 и 3300 мм.

Подстропильные конструкции применяют в зданиях, технологический процесс ко­торых требует широкого шага опор. Стр. к. опирают на подстропильные к. по нижнему поясу - для уменьшения строительной высоты здания.

Для одноэтажных зданий целесообразна укрупненная сетка колонн. Для них разработано конструктивное решение покрытия при шаге внутренних колонн и длине подстропильной фермы = 18 м.

Для установи ж/б подстропильных ферм оголовки колонн снижаются на 0,6м. Крепление строп, конструкций к подстропильным аналогичны креплению стропильных конструкций к колоннам. Подстропильные фермы у торца здания укорачиваются, соответственно шагу колонн.

Несущие элементы ограждающей части покрытия

При плоских и скатных несущих покрыти­ях несущие элементы ограждающей части покрытия м.б. выполнены по 3 конструктивным схемам:

1. беспрогонный тип (в виде крупноразмерных плит);

2. с прогонами, а по ним мелкоразмерные плиты;

3. конструктивная схема - основные не­сущие конструкции - вдоль, а по ним плиты на пролет.

Беспрогонный - уменьшается число монтажных элементов, сокращаются сроки монтажа, снизилась трудоемкость и стоимость СМР. Крупноразмерные плиты в этой констр. схеме служат не только несущей конструкцией ограждающей части покрытия, они в то же время обеспечи­вают и пространственную жесткость покрытия и здания в целом. При ж/б каркасе - преимущество у беспрогонной схемы, как у менее тру­доемкой и более экономичной.

Прогонный - при холодных покрытиях, когда кровлю выполняют из асбестоцементных или стекловолокнистых листов.

При беспрогонном - плиты из ж/б размером 3x6; 3x12; 1,5х12 м.

Плиты м. б. выполнены и из армопенообетона и из легкого армированного бетона 1,5x6 м,

По своим показателям плиты шириной 3 м более выгодны, их и применяют. A 1,5 м - как доборные – у перепада высот, у фонарей.

Плиты из легкого бетона (керамзитобетона) применяют для устройства теплых покрытий. Они и несущие и теплоизоляционные элементы покры­тий. Толщину назначают по теплотехническому расчету (требованиям).

Плиты из керамзитобетона применяют только в зданиях имеющих нормальный температурно-влажностный режим.

Опирание - через заклад­ные детали, по углам. Приваривают к закладным деталям верхнего поя­са несущих конструкции.

• Тенденция - к увеличению размеров ж/б элементов покрытий.

Напр. блоки-настилы коробчатого сече­ния,

- настилы-воздуховоды коробчатого сечения.

Для повышения степени индустриальности конструкций покрытий зданий с наиболее распространенной сеткой колонн 18x12, 24x12 применя­ют укрупненные блоки настилов 2Т и КСО (крупноразмерные скл. оболочки) /раньше КЖС/.

Основной элемент - ж/б блок-настил 18 и 24 м. Шириной 3,0 м. Опи­раются на продольные балки L = I2 m. Эти блоки настилов выполняют две функции - как стропильные конструкции и как плиты покрытия.

НЕ допускается жесткое крепление настилов, создающее защемле­ние плит.

Такие конструкции поступают на строительную площадку с уложен­ным на заводе утеплителем и наклеенным гидроизоляционным ковром.

Швы замоналичиваются раствором М 100 (не ниже), после сварки зак­ладных. Такие соединения превращают покрытия в жесткий диск.

Данные конструкции позволяют: значительно сократить число типоразм. элементов, уменьшить стр. объем здания на 7%.

В промышленности наибольшее распространение получили висячие вантовые конструк­ции шатрового или вогнутого типа. Их устраивают над зданиями, как с круглым, так и с прямоугольным планом.

По вантам - плиты покрытия. Перед замоналичиванием - пригруз. Сейчас - висячие конструкции - пролетом - до 200м.

Распор воспринимают: опорная конструкция из оттяжек и анкеров, закрепленных в грунте.

Пример: здание автобусного парка в Киеве. О=161м. Наружное кольцо опирается на 84 колонны Н=18м. К ним - центральное стальное кольцо.

Применение покрытий висячего типа в зданиях с прямоугольным планом ме­нее эффективно, чем с круглым т.к. в них возникает необходимость устройства специальных опорных конструкций с оттяжками для восприятия распора.