7. Конструктивні рішення основних несучих елементів каркаса

До основних несучих елементів каркаса належать елементи, що входять до складу поперечної рами, сприймають навантаження і передають їх на фундамент. У плоских рамах такими елементами є колони і ригелі.

Конструктивні рішення основних несучих елементів залежать від багатьох факторів – призначення будівлі, типу покриття, виду та вантажопідйомності кранів, габаритних розмірів тощо.

Сталеві колони поперечної рами можуть бути постійного по висоті перерізу або ступінчастими. Колони постійного перерізу залежно від висоти приміщення і діючих навантажень можуть бути запроектовані суцільними або наскрізними (рис. 1.18, а, б). Їх використовують у безкранових будівлях, при підвісних кранах і мостових кранах вантажопідйомністю до 20 т. В останньому випадку на колонах влаштовуються консолі для обпирання підкранових балок (рис. 1.18, в, г).

Рис. 1.18. Типи колон виробничих будівель:

а, б – безкранові постійного перерізу;

в, г – постійного перерізу з підкрановими консолями;

д,е, – ступінчасті; є – роздільна;

ж – влаштування проходу у тілі колони;

1 – прохід з боку колони; 2 – прохід у тілі колони

Ступінчасті колони зі змінним по висоті перерізом використовують для будівель з опорними мостовими кранами вантажопідйомністю понад 20 т. (рис. 1.18, д, е). Верхня частина таких колон (надкранова) завжди має переріз у вигляді суцільного симетричного двотавру (прокатного або складеного).

Нижня частина ступінчастих колон (підкранова) може бути запроекто-вана суцільного або наскрізного перерізу. При ширині нижньої частини колони 1 м та більше найчастіше використовують наскрізний переріз як найбільш економічний. Наскрізна колона складається з двох гілок, об’єд-наних розкісною решіткою (рис. 1,18, е).

Безрозкісна решітка (планки) найчастіше виявляється неекономічною, бо перерізувальна сила в колонах виробничих будівель є досить великою, а тому на планки, що працюють на згин і зсув, вимагаються значні витрати сталі. Підкранові балки встановлюють на уступ колони і суміщують вісь підкранової балки з віссю підкранової гілки нижньої частини колони. Зовнішню гілку крайньої колони називають шатровою і приймають у вигляді швелера або двотавра, а внутрішню (підкранову) – у вигляді двотавра. У середніх рядах будівлі, в колонах, на які з двох боків обпираються мостові крани, обидві гілки є підкрановими і мають двотавровий переріз.

В окремих випадках при низькому розташуванні підкранової рейки і кранах великої вантажопідйомності нижню частину колони проектують роздільного типу, в якій підкранова гілка пов’язана з шатровою гнучкими у вертикальній площині планками з листів і тому не передає вертикальне навантаження від підкранової балки на шатрову гілку (див. рис. 1.18, ж). Таке конструктивне рішення колони виявляється дуже зручним при можливому збільшенні вантажопідйомності крана, бо дозволяє підсилити тільки підкранову гілку колони і залишити незмінною шатрову.

У прольотах будівлі з мостовими кранами груп режимів роботи 8К незалежно від їх кількості або кранах груп режимів роботи 7К і 4К-6К при кількості кранів більше двох в прольоті при цілодобовій безперервній їх роботі необхідно передбачати проходи вздовж кранових шляхів з обох боків прольоту. Робота кранів вважається безперервною, якщо найбільша одно-разова перерва в їх роботі протягом доби не перевищує 4 години. Для проходів використовують гальмівні конструкції підкранових шляхів. Ширина проходу повинна бути не меншою 500 мм, а висота – не меншою1800 мм. В місцях розташування колон прохід може бути збоку або в тілі колони шириною не меншою 400 мм. При влаштуванні проходу збоку ще додається 50 мм на огородження (див. рис. 1.18, ж,і).

Д ля деяких виробництв характерне розташування мостових кранів у двох або більше рівнях. Колони в такому випадку також виконують двох або багатоярусними. Якщо при цьому вантажопідйомність одного з кранів до 20 т, то для його спирання використовують консоль (рис. 1.19).

Рис. 1.19. Конструктивна схема колони з двоярусним розташуванням кранів

Ф ерми, що використовуються як ригель виробничих будівель, за своєю схемою найчастіше бувають: з паралельними поясами, трапецоїдними та трикутними. Крім того, за обрисом поясів ферми підрозділяються на дво-скатні і односкатні (рис. 1.20).

Рис. 1.20. Схеми кроквяних ферм:

а, б, в, г, д, е –з паралельними поясами; є, ж,і – у формі трапеції;

к,л –трикутні; м –шпренгельна ферма

Кути похилу верхніх поясів наскрізних ригелів, а також осей суцільних ригелів повинні задовольняти вимоги ДБН В.2.6-14-95 і ГОСТ 23838-79 (СТ СЭВ 1404-78), які регламентують похили покрівель із різних матеріалів. Так, для рулонних і мастичних матеріалів похил повинен бути 1,5...5%, що дозволяє використовувати ферми з паралельними поясами (рис. 1.20, а,б,в,г). Необхідний для стоку води похил покрівлі у випадку ферм із паралельними поясами забезпечується будівельним підйомом. При покрівлях із гідроізолюючим шаром із металевих профільованих листів (тришарових панелей) небхідний похил становить 10...20%, тому ферми у цьому випадку проектують двоскатними трапецоїдними (рис. 1.20, є, ж,і) або односкатними (рис. 1.20, д).

Для холодних покрівель із використанням азбестоцементних або сталевих профільованих листів необхідний похил становить 25%, і тому тут використовуються трикутні ферми (рис. 1.20 к, л).

Крок вузлів верхнього поясу в теплих покрівлях вибирають, як правило, відповідно до схеми прикладання зовнішнього навантаження таким чином, щоб усі зосереджені сили від прогонів або плит покриття передавалися у вузлах ферм.

Вибір типу решітки залежить від конструктивних особливостей ферми: типу перерізів елементів, способу спирання на колони і т. ін. Найбільшого поширення набула трикутна решітка з додатковими стояками, яка має найменшу кількість стержнів та вузлів, а також забезпечує найкоротший шлях передачі зусилля від середини ферми на опори (див. рис. 1.20, а,б,є). Трикутна решітка використовується у фермах із замкнених гнутозварних профілів, які мають знижену висоту, при цьому сталевий профільований настил спирається безпосередньо на верхній пояс (див. рис. 1.20, в). Крок таких ферм становить 4 м згідно з несучою здатністю настилу.

Хрестова решітка може бути дуже раціональною у фермах із поясами з таврів і розкосами з одиночних кутиків (див. рис. 1.20, г). Крім того, хрестова решітка є доцільною у фермах, навантаження на які бувають змінними за напрямком (наприклад, вітрове навантаження). Стиснуті розкоси такої решітки можуть виключатися з роботи внаслідок втрати стійкості, а роботу ферми будуть забезпечувати розтягнуті розкоси і стиснуті стояки. Це дозволяє виконати такі розкоси з гнучких елементів і полегшити решітку ферми.

Шпренгельну решітку використовують для зменшення кроку вузлів верхнього поясу, а також його розрахункової довжини в площині ферми (див. рис. 1.20, і). Така решітка досить трудомістка, але може забезпечити економію сталі.

У легких покрівлях можливе використання розрідженої (малоелемент-ної) решітки з позавузловою передачею навантаження від покрівлі на верхній пояс. При цьому треба пам’ятати, що ферми з такою решіткою мають підвищену деформативність.

При умові виконання верхніх поясів ферм із широкополичкових двотаврів розріджена решітка може використовуватись і у теплих покрівлях, в тому числі з підвісними кранами (див. рис. 1.20, е, л, м). Це зменшує трудомісткість виготовлення таких ферм та спрощує їх транспортування, бо вони можуть перевозитися на будівельний майданчик окремими елементами.

Сполучення кроквяних ферм із колонами може бути шарнірним або жорстким. Жорстке сполучення може бути здійснене тільки при фермах із паралельними поясами або трапецоїдних. Жорстке сполучення ускладнює монтаж ферм і тому його треба використовувати тільки тоді, коли воно при-зводить до економії сталі або коли шарнірне спирання ферм не забезпечує необхідної горизонтальної жорсткості каркаса.

Спирання кроквяних ферм на колони може здійснюватися в рівні ниж-нього або верхнього поясів ферм. Спирання в рівні нижнього поясу завжди доцільне в будівлях, у яких необхідне влаштування поздовжніх та попереч-них в’язей покриття, а також при жорсткому сполученні з колонами. Спирання ферм у рівні верхнього поясу зручніше при виконанні монтажу.

При проектуванні ферм необхідно дотримуватись вимог, встановлених за умовами транспортування металевих конструкцій залізничним транспортом. Так, максимальний розмір по висоті відправних елементів не повинен перевищувати 3,86 м. Ферми прольотом 24 і 30 м розбиваються на два, а прольотом 36 м – на три відправних елементи.

Уніфікація і модулювання геометричних розмірів ферм веде до скоро-чення кількості типорозмірів елементів, що дає можливість при масовому виготовленні конструкцій використовувати високомеханізоване спеціалізо-ване обладнання.

На сьогодні розроблені уніфіковані схеми кроквяних ферм з паралель-ними поясами для опалюваних будівель (рис. 1.21). Ферми з прольотами 18 м запроектовані з горизонтальними нижніми поясами, а верхні пояси мають похил 1,5%. При прольотах 24, 30 і 36 м ферми мають паралельні пояси, похил яких становить 1,5%. Номінальні довжини ферм прийняті меншими ніж прольоти будівель за рахунок укорочення крайніх панелей на розмір прив’язок ферми, які вказані на їх схемах. Довжина панелей верхнього поясу прийнята 3 м. Висота ферм залежно від типу перерізу верхнього поясу вказана на рис. 1.21.

Р ис. 1.21. Схеми уніфікованих кроквяних ферм:

а – із спарених кутиків і таврів; б – з широкополичкових

двотаврів з решіткою із замкнених гнутозварних профілів;

в – з поясами із таврів і решіткою з одиночних кутиків;

г – із труб; д – із замкнених гнутозварних профілів

У випадках, коли крок колон у будинках не співпадає з кроком ригелів, у покриттях передбачають установку підкроквяних ферм по середніх і крайніх рядах. Уніфіковані підкроквяні ферми виконують з паралельними поясами або трикутними (рис. 1.22). Типи перерізів елементів підкроквяних ферм приймають такими ж, як і у кроквяних. Сполучення кроквяних і підкроквяних ферм з паралельними поясами виконують таким чином, щоб їх зовнішні грані знаходилися в одному рівні. Таке рішення забезпечує універсальність опорних вузлів кроквяних ферм, що спираються на підкроквяні ферми і на колони. Висота підкроквяних ферм по зовнішніх гранях поясів буде 3130 мм.

Рис. 1.22. Уніфіковані схеми підкроквяних ферм:

а, г, д – з прокатних кутиків при кроці ригелів 6 м;

б – з широкополичкових таврів і труб;

в – із замкнених гнутозварних профілів;

е – з прокатних кутиків при кроці ригелів 12 м

Ферми з поясами, які виготовлені з широкополичкових таврів, двотав-рів і труб, спирають на підкроквяні ферми трикутного обрису. Підкроквяні ферми із замкнених гнутозварних профілів мають висоту 1700 мм, а ригелі спираються на їх верхні пояси в місцях розташування вузлів (рис. 1.22, в).

Якщо крок колон по середнім рядам прийнятий 18 або 24 м, то вико-ристовують підкроквяні ферми висотою 3130 мм відповідних прольотів, а кроквяні ферми розташовують з кроком 6 або 12 м (рис. 1.22, г,д,е).

Для покриттів неопалюваних будівель з азбестоцементних листів роз-роблені уніфіковані схеми двоскатних та односкатних трикутних ферм про-льотами 18 і 24 м (рис. 1.23). Верхні пояси виконуються з балочних дво-таврів із паралельними гранями полиць за ГОСТ 26020-83, а решітка прий-нята розрідженою з парних гарячекатаних кутиків. Двоскатні ферми вико-ристовуються в однопрольотних будівлях, а односкатні – в двопрольотних.

Р ис. 1.23. Уніфіковані схеми трикутни ферм для холодної покрівлі:

а – двоскатних; б – односкатних; в – з підвісними кранами

При наявності підвісних кранів вантажопідйомністю до 5 т схема решітки ферм відповідним чином змінюється (рис. 1.23, в), щоб забезпечити прик-ріплення балок підвісних шляхів до нижнього пояса.