3.2 Металеві конструкції каркасу одноповерхових будівель.

Металеві каркаси для одноповерхових промислових будівель споруджують при великій висоті поверху (більше 18 м) або великих прогонах.В харчовій прмисловості такі будівлі зустрічаються в цукровій галузі, консервних заводах, виноробному виробництві. (рис. 56). Металеві каркаси бувають площинними і просторовими. Площинні каркаси являють собою систему одно- або багато прогонних рам, стійкість яких забезпечується за рахунок жорсткого з’єднання фундаментів з колонами. До складу сталевого каркасу входять: колони, кроквинні та підкроквинні сталеві конструкції, які необхідно захищати від впливу агресивного середовища, а в необхідних випадках і від блукаючих струмів. Фундаменти під металеві колони відрізняються від фундаментів під залізобетонні колони тим, що жорстке їх з’єднання досягається за допомогою анкерних болтів.

Сталеві колони застосовують одногілкові та двогілкові ( рис. 54). Одногілкові виготовляють з широкополочних двотаврів прокатних або зварних, для безкранових будівель ( до яких відносяться будівлі харчової промисловості) прогонами 18 та 24 м та висотою 6,0;7,2; та 8,4 м. Для будівель, що мають прогони 18 …30 м. і висоту - 10,8;…18,0 м. з інтервалом 1,2 м застосовують двогілкові колони. Двогілкові колони мають ступінчату форму, верхні частини їх – суцільного, двотаврового перерізу (500 мм). Нижня частина складається з внутрішньої двотаврової гілки і зовнішньої - різних профілів

Рис. 54 Сталеві колони одноповерхових промислових будівель

а,б – одногілкові, в,г – двогілкові

Сталеві несучі конструкції покриття, як і залізобетонні, вирішують із підкроквяними елементами або без них. Як кроквяні конструкції найчастіше використовують ферми, іноді – балки суцільного перерізу. Сталеві ферми (рис. 55) виготовляють з паралельними поясами, полігональні і трикутні, залежно від розміру прогону, конструкції покрівлі,стану повітряного середовища в будівлі.

Ферми з паралельними поясами проектують для горизонтальних покрівель (1,5 %) у будівлях, які опалюються. Полігональні ферми з ухилом верхнього поясу 12,5% використовують для похилих покриттів із рулонною покрівлею, а трикутні ферми з ухилом верхнього пояса 28,6% - для одно прогонних будівель, які не опалюються із зовнішнім водовідводом під покрівлю із азбестоцементних або сталевих листів.

Уніфіковані сталеві ферми виготовляють для прогонів від 18 до 36 м. Пояси і грати ферм виготовляють із спарених прокатних кутиків, широкополочних таврів і двотаврів. Ферми розраховані на установку світлових і аераційних ліхтарів усіх типів. Крок кроквяних ферм залежить від виду огороджувальних конструкцій покриття і може складати від 3 до 12 м.

а)

б)

Рис. 55 Сталеві ферми: а - з паралельними поясами (покриття-залізобетонні плити), б – трикутні(покриття-легкі плити, профільований настил).

Рис. 56 Одноповерхова промислова будівля з каркасом із металевих конструкцій:

1-фундамент, 2-фахферковий стояк,3-фундаментна балка,4-колона, 5-ферма кроквинна,6-ферма підкроквинна,7-лежень.

3.3.Залізобетонні каркаси багатоповерхових промислових будівель

Для харчової промисловості ці будівлі характерні для галузей: кондитерської, спиртової, лікеро-горілчаної ,молочної , м’ясної.

Багатоповерхові залізобетонні каркаси по своїй структурі можуть бути розділені на стойково-балкові, що включають колони, ригелі й плити, і безригельні (безбалочні), що включають колони, капітелі (опорні коміри) і плити.

Рис. 57. Шарнірно- зв'язковий каркас:

1– фундамент; 2– поздовжні зв'язки; 3-колона; 4 – лежень; 5 – зв'язкові плити; 6 – поперечні зв'язки

Стойково-балкові каркаси влаштовують переважно зі збірних елементів, що з'єднують у вигляді рамних або шарнірно- зв'язкових систем (рис. 57). Залежно від призначення й характеру технологічного процесу, що протікає в будівлі, стояково-балкові каркаси мають регулярну або нерегулярну структуру.

Регулярна структура каркаса характерна рівними або близькими розмірами прогонів і кроку по всіх поверхах. При нерегулярній структурі частина об’єму будівлі за умовами розміщення великогабаритного технологічного обладнання.

Рис.58. Каркас із перекриттями над виробничими поверхами, що працюють «на прогін»; I - виробничий поверх; II - технічний поверх : 1 - фундамент; 2 - колона; 3- безрозкосна ферма з двох відправних марок; 4 - настил перекриття по верхніх і нижніх поясах ферм; 5 - вертикальні зв'язки

У виробничих будівлях навантаження на перекриття в багатьох випадках істотно перевищує навантаження, що діють на перекриття цивільних будівель. При підвищених навантаженнях рамна система каркаса переважніше шарнірно- зв'язкова, незважаючи на те, що це викликає відомі труднощі, пов'язані із влаштуванням жорстких з'єднань ригелів рами з колонами. Однак при рамному каркасі висота ригеля виявляється меншою, скорочується витрата матеріалу й у першу чергу металу. Крім того, при рамній системі відпадає необхідність влаштування в площині рами вертикальних діафрагм жорсткості, здатних істотно затруднити доцільне розміщення обладнання і його перестановку при реконструкції.

При каркасах обох систем важке технологічне обладнання прагнуть розміщати на нижніх поверхах або безпосередньо на землі.

Рис.59. Каркас із безбалковим перекриттям капітельного типу (приклад):

1 - фундамент; 2 - колона; 3 - капітель; 4 - чотирибічна консоль; 5 - стик колон; 6 - надколонна плита; 7 - прогонна плита

Це дає можливість конструктивні елементи каркасу зробити більш легкими й домогтися більш економічного рішення несучого каркасу. У тих випадках, коли технологічний процес, що протікає в будівлі, не допускає установки проміжних опор, перекриття влаштовують таким, що працює «на прогін». Несучі конструкції такого перекриття при прогоні 12...18 м являють собою ферму з паралельними поясами висотою до 3 м (рис.58). Це дозволяє використати міжферменний простір як технічний поверх, у якому можуть розміщатися приміщення підсобно-виробничого й допоміжного призначення, проміжні склади, прокладатися інженерні комунікації.

Настили, що укладають по верхніх поясах ферм, у цьому випадку є основою під підлогу верхнього поверху, а, що укладають по нижньому поясу - стелею нижнього поверху. У ряді галузей промисловості (молокозаводи, м'ясопереробні комбінати й т.д.), де потрібні безпустотні перекриття із гладкими стелями, застосовують багатоповерхові каркаси з безбалковими перекриттями капітельного типу (рис. 59). Таке рішення дозволяє краще використати об'єм приміщень через відсутність виступаючих ребер , полегшити влаштування різних проводок, підвищити вимоги до санітарної гігієни. Завдяки меншій конструктивній висоті перекриття зменшується загальна висота багатоповерхової будівлі.

Коли здійснення будівництва з уніфікованих збірних залізобетонних елементів утруднено, каркас будівлі може бути зведений методом підйому перекриттів або поверху (рис. 60). Цей метод дає можливість при необхідності відступати від уніфікованої сітки колон і висот поверхів, а потрібного обрису перекриття, що бетонуються на землі, по черзі піднімати на проектну відмітку.

Рис. 60 Каркас, що зводиться методом підйому поверхів

Жорсткість і незмінюваність рамних каркасів забезпечуються в поперечному напрямку рамами, що мають по всіх поверхах тверде з'єднання ригелів з колонами. При каркасах, що мають у верхньому поверсі будівлі збільшену сітку колон, з'єднання балок або ферм покриття з колонами роблять шарнірне. З'єднання колон між собою по висоті - жорстке.

Шарнірно- зв'язкові каркаси мають шарнірний зв'язок ригелів з колонами, тому стійкість каркаса в обох напрямках забезпечується установкою вертикальних і горизонтальних діафрагм жорсткості.

3.3.1.Стойково-балкові каркаси

Мають сітку колон 6X6, 6X9 і 6X12 м, а висоту поверху 3,6;4,8; 6 м. В окремих випадках висота верхнього поверху може досягати 10,8 м. Число прогонів у поперечному напрямку каркаса визначається граничною величиною температурного блоку, що не повинна перевищувати 60 м. У повздовжньому напрямку довжина каркаса звичайно обмежується також 60 м.

При необхідності будівництва будівлі більшої довжини вона розділяється на температурні блоки, кожний з яких повинен мати довжину не більше 60 м.

Розрізка багатоповерхового каркасу на збірні елементи ґрунтується на досягненні можливо меншого числа стикових з'єднань і одержанні виробів, зручних за умовами виготовлення, транспортування й монтажу. Найпоширеніші способи розрізки колон багатоповерхових каркасів регулярної й нерегулярної структури.

У колонах передбачають заставні сталеві деталі, необхідні для стикування колон, з'єднання з ригелями, кріплення плит перекриття, спирання й кріплення елементів стін і ін.

Прив'язка крайніх колон до поздовжніх координаційних осей прийнята нульова, середніх колон - осьова. Прив'язка крайнього ряду колон до поперечних координаційних осей може бути різною. При збільшеній сітці колон верхнього поверху колони крайніх рядів зміщаються усередину будівлі від поперечних осей на 500 мм, як в одноповерхових будівлях. При регулярній структурі прив'язка може бути як нульовою, так і об'єднаною з геометричною віссю колон, оскільки панелі стін можуть кріпитися безпосередньо до каркаса, внаслідок чого відпадає необхідність установки фахверкових стойок. Торцеві стіни будуть мати прив'язку в першому випадку нульову, а в другому - 200 мм (половину товщини колони). Температурні шви в цих випадках виконуються на двох осях із вставкою.

При шарнірно-зв'язевих каркасах всі колони прив'язуються до поперечних і поздовжніх координаційних осей по геометричній осі.

Ригелі багатоповерхових каркасів розроблені двох типів: тип 1 – призначені для спирання настилів на полки ригелів і тип 2 – зі спиранням настилів на верх ригелів (рис. 64). Колони для спирання ригелів обох типів застосовують однакові. Різниця у відмітках консолей колон компенсується глибиною закладання фундаментів. Перекриття з ригелями типу 2 використовують тільки в рамних каркасах при наявності в будівлі підвісного обладнання і висоті поверху 4,8 м і більше. Для включення перекриттів у спільну роботу з іншими елементами каркасу між колонами в напрямку перпендикулярному робочому прогону ригелів, встановлюють міжколонні плити - розпорки. Настили перекриттів по ригелях рамного каркасу, для якого типові більш високі навантаження, застосовують ребристі (рис. 61).

Рис. 61 Ребристі плити рамного каркасу

В інших випадках настили можуть бути круглопустотні, що утворюють гладку стелю, і ребристі з ребром донизу (рис. 62).

Рис. 62 Різновиди плит в’язевого каркасу

У будівлях з агресивними середовищами , до яких відносяться підприємства харчової промисловості, застосовують тільки ребристі плити.

Рис. 63. Приклад розкладки плит у перекритті: 1 – монолітна ділянка

Плити випускаються обмеженої номенклатури по ширині: основні 1500 мм і добірні 1200 і 750 мм (рис. 61). Плити - розпорки, що встановлюються по середніх рядах, мають ширину 1500 мм, а по крайніх використовують добірні плити. Останні встановлюють на ригелі й сталеві столики, приварені до закладних деталей колон. Плити-розпорки приварюють до ригелів, з'єднують по верху накладками й розпирають із колоною сталевими кутиками (Рис. 64).

Рис. 64. Приклад спирання плит-розпорок крайнього ряду:а - при ригелях типу 1; б - при ригелях типу 2; / - контур плити-розпорки; 2 - столик для спирання міжколонної плити

Рис. 65. Приклад рішення двоповерхової будівлі зі збільшеним прогоном другого поверху:1 - приварені консолі; 2 - одноповерхові колони; 3 - ригель; 4 - двоповерхові колони; 5 - кроквяна ферма; 6 - плити перекриття

Деяку своєрідність мають каркаси двоповерхових будівель (рис.65). Обмежена висота їх (до 16,4 м) дозволяє використати колони одноповерхових виробничих будівель для спирання ферм або балок покриття верхнього поверху.

Рис.66. Типи підсилених ригелів міжповерхового перекриття двоповерхових будівель: а загальний вид; б – перетин при звичайних навантаженнях; в - перетин при підвищених навантаженнях

Рис. 67. Типи плит міжповерхових перекриттів двоповерхових будівель

Міжповерхове перекриття двоповерхових будівель звичайно розраховується на досить більші тимчасові навантаження, тому й ригелі (рис. 66) і плити (рис. 67) мають більші перетини, ніж у багатоповерхових будівлях.

Конструкція покриття верхніх поверхів будівель зі збільшеною сіткою колон вирішується за аналогією з конструкціями покриттів одноповерхових будівель.

3.3.2. Безбалкові каркаси

Основними конструктивними елементами збірного залізобетонного безбалкового каркасу є колони, капітелі, надколонні та прогонні плити.

Сітка колон безбалкового каркасу звичайно квадратна – 6X6 м, рідше 9X9 м, висота поверху 3,6...4,8 м. Безбалочні каркаси особливо доцільні при збільшених тимчасових навантаженнях на перекриття (10 кН/м² і більше). У харчовій промисловості необхідність їх використання викликається підвищеними санітарно-гігієнічними вимогами на підприємствах м’ясної та холодильної промисловості. Колони мають розрізку по поверхах, їхній перетин 400X400 або 500X500 мм. Стикуються вони в межах капітелі або на висоті 1 м від рівня підлоги. Колони першого поверху монтують у стакан підколонника, що забезпечує жорстке з'єднання їх з фундаментом. Всі колони в обох напрямках мають осьову прив'язку, тому прив'язка внутрішньої грані зовнішньої стіни дорівнює половині ширини капітелі (рис. 68).

Капітелі спираються на чотирибічні розширення колони й призначаються для жорсткого з'єднання з надколонними панелями перекриття, що йдуть у двох взаємно перпендикулярних напрямках. Виникаючі в межах висоти капітелі порожнечі заповнюють бетоном.

а)

б)

Рис. 68. Типи безбалочного перекриття: а) з між колонними плитами в одному напрямку; б) без міжколонних плит.

Рис. 69. Вузел спирання перекриття на колону:

1 - колона; 2 - капітель; 3 - сполучні стрижні; 4 – монолітний бетон; 5- надколонна плита; 6 - випуски арматур із плит

Розміри надколонних і прогонних плит у плані визначаються прийнятою їх розрізкою. Панелі можуть бути ребристими й пустотілими. Надколонні панелі перекриттів зварюють із капітеллю, що забезпечує їх нерозрізність і дозволяє розглядати каркас в обох напрямках як рамний (рис. 68). Прогонні панелі перекриттів спираються по всіх чотирьох сторонах на надколонні панелі, що мають полки, і працюють як плити, обперті по контуру. Оскільки перекриття мають шарнірне спирання на колони, для сприйняття горизонтальних зусиль передбачають діафрагми або ядра жорсткості. Жорсткість з'єднання перекриття з колонами досягається за допомогою комірів. Їх виготовляють у вигляді жорстких сталевих втулок і зварюють із робочими арматурами плит. Для вільного ковзання між коміром і колоною передбачають зазор 5...8 мм. Монтажне кріплення перекриттів, що піднімають, здійснюється за допомогою сталевих стрижнів.

3.3.3. Каркасно-монолітні багатоповерхові будівлі.

Міжповерхові монолітні залізобетонні перекриття так само як і збірні залізобетонні, бувають ребристими і безбалочними.

Ребристі перекриття складаються (рис.70) з системи головних балок (лежнів) і другорядних балок з примикаючою до них плитою.

а)

б)

Рис.70 Ребристі монолітні перекриття: а – план та розрізи монолітного перекриття; б – варіанти перекриттів

Безбалочне монолітне перекриття (рис.71) представляє собою плиту, що спирається безпосередньо на капітелі колон.

а)

б)

в)

Рис. 71 Безбалочне монолітне перекриття :а –каркасна будівля; б-капітель; в- варіанти перекриттів