1Металлические конструкции одноэтажных производственных зданий
1.1Общая характеристика каркасов производственных зданий
Современные производства размещаются в многоэтажных и одноэтажных зданиях, схемы и конструкции которых достаточно многообразны.
По числу пролетов одноэтажное здание подразделяются на однопролетные и многопролетные (с пролетами одинаковой и разной высоты).
По виду внутрицехового транспорта здания подразделяются на бескрановые, с мостовыми кранами, с подвесными кранами, с подвесными конвейерами.
Комплекс несущих конструкций, воспринимающий и передающий на фундаменты нагрузки от массы ограждающих конструкций здания (кровля, стеновые панели, переплеты остекления и т.п.), атмосферные нагрузки (снег, ветер), нагрузки от внутрицехового транспорта (мостовые, подвесные, консольные краны), от технологического оборудования, называется каркасом здания.
Наряду с полностью стальными или железобетонными каркасами применяются смешанные каркасы производственных зданий, в которых отдельные конструкции (чаще всего конструкции покрытия и подкрановые балки) выполняются из стали, а колонны – из сборного ж/б.
Основу каркаса составляют поперечные рамы, состоящие из колонн, жестко защемленных в фундаменте, и ригелей (стропильных ферм), жестко или шарнирно соединенных с колоннами. Расстояние между осями колонн в поперечном направлении здания называется пролетом. Расстояние между рамами называется шагом рам.
Рисунок 1.1 –
Конструктивная схема стального каркаса
2-пролетного производственного здания.
1 – колонны, 2 – стропильные фермы, 3 –
подкрановые балки,
4 – светоаэрационные
фонари, 5-связи по колоннам
Жесткость и устойчивость каркаса и его отдельных элементов обеспечивается системой связей: вертикальными связями по колоннам, воспринимающими продольные усилия от действия ветра на торец здания и сил продольного торможения кранов; горизонтальными и вертикальными связями по шатру здания, обеспечивающими устойчивость конструкции покрытия.
Каркасы производственных зданий в большинстве случаев проектируют так, что несущая способность (включая жесткость ) поперек здания обеспечивается поперечными рамами, а вдоль – продольными элементами каркаса, кровельными и стеновыми панелями.
Кроме перечисленных элементов в составе каркаса обязательно имеются конструкции торцевого фахверка (а иногда и продольного, площадок, лестниц и других элементов здания).
1.2Основные требования, предъявляемые к каркасам производственных зданий.
Конструкция здания должна полностью удовлетворять назначению сооружения, обеспечивать надежность и долговечность, и в то же время быть наиболее экономичной. Можно выделить некоторые общие для всех производств требования:
Удобство обслуживания и ремонта производственного оборудования;
Нормальная эксплуатация кранового оборудования, доступность его осмотра и ремонта;
Необходимые условия аэрации и освещения зданий;
Долговечность конструкций, в основном зависящая от степени агрессивности внутрицеховой среды;
Безопасность при пожарах и взрывах.
Большое влияние на работу каркаса оказывают воздействия кранов. Являясь динамическими, многократно повторяющимися и большими по величине, крановые воздействия часто приводят к раннему износу и повреждению конструкций каркаса, особенно подкрановых балок.
Поэтому при проектировании каркаса здания особенное внимание должно уделяться учету эксплуатационного режима работы мостовых кранов, который зависит от назначения здания и производственного процесса в нем.
Мостовые краны могут иметь ручной (при малой грузоподъемности) и электрический привод. Режим работы кранов определяется интенсивностью и условиями их работы. Интенсивность оценивается рядом показателей (общим числом циклов работы, коэффициентом нагружения, числом включений механизма в час) и не зависит от грузоподъемности. Условия работы характеризуются типом транспортируемых грузов (расплавленный металл, шлак. Ядовитые, взрывчатые вещества и другие опасные грузы). По правилам Госгортехнадзора и ГОСТа на грузоподъемные краны (ГОСТ 25546-82) различают четыре режима и восемь режимных групп работы кранов:
К кранам легкого режима работы (Л) относятся краны режимных групп 1К-3К (в том числе краны, имеющие ручной привод). Они имеют большие перерывы в работе и редко поднимают грузы предельной величины. Это крюковые краны, предназначенные для монтажа оборудования и выполнения ремонтных работ.
К кранам среднего режима работы (С) относятся краны режимных групп 4К, 5К, 6К, характеризуются более интенсивной работой. Это крюковые краны в основном механических и сборочных цехов со среднесерийным производством, а также краны ремонтно-механических предприятий.
К кранам тяжелого режима работы (Т) относятся краны режимной группы 7К, работающие еще более интенсивно, поднимая грузы, близкие к предельным. Сюда относятся крюковые краны цехов с крупносерийной продукцией, а также литейные, ковочные и завалочные.
Краны весьма тяжелого режима работы (ВТ, режимная група 8К) характеризуются интенсивной круглосуточной работой с грузами предельной величины. К этой группе кранов относятся также специальные краны с повышенными динамическими воздействиями. К кранам весьма тяжелого режима работы относятся преимущественно мостовые краны металлургических цехов, грейферные, магнитные с жесткой и гибкой траверсой, магнитно-грейферные, магнитные краны шихтовых, скрапных и копровых отделений, литейные и т.п.
На работу строительных конструкций зданий большое влияние оказывает внутрицеховая среда, степень агрессивного воздействия которой определяется скоростью коррозионного поражения поверхности металла в мм /год:
– слабая (до 0,05 мм/год);
– средняя (до 0,1 мм/год);
– сильная (свыше 0,1мм/год).
При проектировании МК зданий со средней и сильной степенью агрессивного воздействия среды следует применять гладкие, открытые элементы, легкодоступные для очистки и окраски.
При проектировании металлических конструкций зданий с высоким тепловым воздействием, предусматривается специальная защита конструкций от чрезмерного нагревания. При длительном воздействии лучистой или конвекционной теплоты, или при кратковременном непосредственном воздействии огня или брызг расплавленного металла, применяются подвесные металлические экраны, футеровки из кирпича или жаропрочного бетона.
При проектировании зданий, эксплуатируемых в условиях низких температур (t = - 40 - 60 C) вследствие возможности хрупкого разрушения стали необходимо применять соответствующие марки стали. Конструкции рассчитывают только по упругой стадии работы, предусматривают дополнительные связи по покрытию, уменьшают размеры температурных блоков, предусматривают мероприятия, уменьшающие концентрацию напряжений.
К экономическим факторам относятся прежде всего затраты, связанные с возведением сооружения, изготовления, перевозки и монтажа конструкций. Необходимо учитывать эффект, получаемый от сокращения времени строительства и более раннего начала выпуска продукции, а также расходы, связанные с поддержанием сооружения в состоянии, обеспечивающем условия его нормальной эксплуатации в течение всего срока службы. Эти факторы очень сложны, часто противоречат один другому. При проектировании конструкции здания все это должно учитываться; Необходимо найти оптимальное технико-экономическое решение, наилучшим образом удовлетворяющее всем условиям.