25

СОДЕРЖАНИЕ

10 Основные вопросы проектирования конструкций каркаса производственных зданий …………………………………………………….	4
10.1 Общая характеристика каркасов и основные требования, предъявляемые к их конструкциям …………………………………………..	4
10.2 Состав и конструктивные схемы каркаса ………………………..	7
10.3 Оптимизация конструктивных решений каркасов ………………	7
10.4 Область применения стальных и смешанных каркасов производственных зданий ………………………………………………….….	9
11 Компоновка конструктивной схемы каркаса ……………………...	10
11.1 Размещение колонн в плане ………………………………………	10
11.2 Компоновка однопролетных рам …………………………………	11
11.3 Компоновка многопролетных рам ……………………………….	14
11.4 Связи ………………………………………………………………..	15
11.5 Компоновка конструкции покрытия ……………………………..	20
11.6 Фахверк и конструкции заполнения проемов …………………...	23
12 Особенности расчета поперечных рам …………………………….	25
12.1 Действительная работа и приближенный расчет рам …………..	25
12.2 Нагрузки, действующие на раму …………………………………	27
12.3 Учет пространственной работы каркаса при расчете поперечных рам …………………………………………………………………..	31
13 Конструкции покрытия ……………………………………………...	35
13.1 Прогоны ……………………………………………………………	35
13.2 Фермы ……………………………………………………………....	36
14 Колонны ………………………………………………………………	67
14.1 Типы колонн ………………………………………………………..	67
14.2 Расчет и конструирование стержня колонны …………………….	67
14.3 Узлы колонн ………………………………………………………..	76
15 Подкрановые конструкции ………………………………………….	83
15.1 Общие сведения ……………………………………………………	83
15.2 Сплошные подкрановые балки ……………………………………	84
15.3 Узлы и детали подкрановых конструкций ……………………….	90
16 Усиление МК при реконструкции зданий ………………………….	93
16.1 Обследование конструкций ……………………………………….	93
16.2 Способы увеличения несущей способности конструкций каркаса и усиления их элементов …………………………………………….	94
16.3 Особенности расчета МК каркаса при усилении ………………...	94
Список литературы	96

10 Основные вопросы проектирования конструкций

КАРКАСА ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ

10.1 Общая характеристика каркасов и основные требования, предъявляемые к их конструкциям

Схемы и конструкций одно – и многоэтажных производственных зданий (ПЗ) достаточно многообразны.

По числу пролетов, одноэтажные производственные здания бывают одно – и многопролетные, с пролетами одинаковой и разной высоты.

По виду внутрицехового транспорта здания делятся на бескрановые, с мостовыми и подвесными кранами, с подвесными конвейерами и с наземным транспортом (козловые и полукозловые краны).

Ограждающие конструкции, пути внутрицехового транспорта, различные площадки, лестницы, трубопроводы и другое технологическое оборудование крепятся к каркасу здания.

Каркас – это комплекс несущих конструкций, воспринимающий и передающий на фундаменты нагрузки от веса ограждающих конструкций, технологического оборудования, атмосферные нагрузки и воздействия, нагрузки от внутрицехового транспорта, температурные воздействия и т.п., может выполняться из железобетона, смешанным и стальным. Выбор материала каркаса является важной технико-экономической задачей.

Конструктивная схема стального каркаса двухпролетного ПЗ показана на рисунке 10.1.

1-колонны; 2-стальные фермы; 3-подкрановые балки; 4-светоаэрационные фонари; 5-связи между колоннами Рисунок 10.1 - Конструктивная схема каркаса двухпролетного производственного здания

Конструкция здания должна полностью удовлетворять назначению сооружения, быть надежной, долговечной и наиболее экономичной.

10.1.1 Эксплуатационные требования, требования надежности и долговечности.

На конструктивную схему каркаса наиболее существенное влияние оказывает технология производства, которая весьма разнообразна, а эксплуатационные требования всегда конкретны, специфичны именно для данного производства. Однако некоторые требования являются общими для всех производств:

– удобство обслуживания и ремонта производственного оборудования;

– нормальная эксплуатация кранового оборудования и других подъемных механизмов, доступность его осмотра и ремонта;

– необходимые условия для аэрации и освещения зданий;

– долговечность конструкций, которая зависит в основном от степени агрессивности внутрицеховой среды;

– относительная безопасность при пожарах и взрывах.

При проектировании каркаса ПЗ необходимо особо учитывать режим работы мостовых кранов, который зависит от назначения здания и производственного процесса в нем. Крановые нагрузки, являясь динамическими, многократно повторяющимися и большими по величине часто приводят к раннему износу и повреждению конструкций каркаса.

Мостовые краны бывают с ручным приводом (при малой грузоподъемности) и электрические. Режим работы кранов определяется интенсивностью их работы и численно оценивается коэффициентом использования по грузоподъемности (отношение средней массы груза за смену к грузоподъемности) и другими параметрами и условиями эксплуатации. По ГОСТ 25546 – 82 все краны разделены на четыре режима и восемь режимных групп (1К – 8К).

Краны с электрическим приводом могут работать в четырех режимах:

– легком (Л), работают с большими перерывами, резко поднимают грузы;

– среднем (С), обеспечивают технологический процесс в цехах со среднесерийным производством;

– тяжелом (Т), работают в цехах с крупно серийной продукцией и в некоторых цехах металлургического производства;

– весьма тяжелом (ВТ), краны цехов металлургического производства, краны с жестким подвесом груза.

Краны (Л), (С), (Т) режимов работы имеют гибкий подвес груза.

На работу и долговечность конструкций оказывает внутрицеховая среда, степень агрессивности которой определяется скоростью коррозионного поражения незащищенной поверхности металла, мм/год. В зависимости от концентрации агрессивных газов и относительной влажности установлены четыре степени агрессивности среды для стальных конструкций:

– неагрессивная (скорость коррозии до 0,01 мм/год);

– слабая (до 0,05 мм/год);

– средняя (до 0,1 мм/год);

– слабая (свыше 0,1 мм/год).

При нагреве металлических конструкций до температуры 100-150^оС разрушается лакокрасочное защитное покрытие, при температуре свыше 200-300^оС происходит искривление и коробление элементов, а при температуре более 400-500^оС происходит падение прочностных свойств стали. Поэтому, при проектировании конструкций таких зданий, нужно предусматривать специальную защиту от нагрева.

При низких температурах ( от – 40^оС до – 65^оС) выбирают соответствующие марки стали, предусматривают дополнительные связи, сокращают размеры температурных отсеков и т.п.

При взрывоопасных производствах предусматривают возможность "сбрасывания" части конструкции без полного разрушения каркаса.

В пожароопасных зданиях несущие конструкции отодвигаются от возможных очагов пожара и защищают от огня.

Кроме достаточной надежности (прочность, устойчивость, выносливость, малая деформативность) предъявляются требования повышенной жесткости каркасов зданий с кранами весьма тяжелого режима работы.

По степени ответственности ПЗ разделены на три класса. Большинство ПЗ относятся ко второму классу, и при расчете их конструкций вводится коэффициент надежности по назначению _n=0.95. главные здания ТЭЦ и АЭС относятся к первому классу, _n=1.0, а складские помещения без процессов – к третьему классу.

10.1.2 Экономические факторы.

К ним относятся прежде всего затраты на возведение сооружения, включающие стоимость материалов, изготовления, перевозки и монтажа конструкций. При проектировании необходимо учитывать все факторы и найти оптимальное технико-экономическое решение, удовлетворяющее всем условиям.

Основными направлениями снижения расхода стали, уменьшение массы каркаса, стоимости конструкций являются: использование сталей повышенной прочности, эффективных видов проката, принципы концентрации материала, предварительное напряжение и т.п.

Задача снижения трудоемкости и стоимости изготовления требует сокращения типоразмеров конструкций, унификацию их, типизацию конструкций, унификацию габаритных схем зданий, типизацию конструктивных элементов, модульности размеров и т.п.

Применение типовых конструкций и элементов обеспечивает: уменьшение числа монтажных элементов, объема укрупнительной сборки на стройплощадке; транспортабельность; упрощение монтажных сопряжении; необходимую жесткость элементов; сокращение времени проектирования.

Снижение стоимости монтажа конструкций каркаса достигается использованием конвейерной сборки, блочного метода монтажа и других прогрессивных методов сборки и монтажа.