10.2 Состав и конструктивные схемы каркаса

Несущая способность и жесткость каркаса ПЗ обеспечивается поперечными рамами, состоящие из колонн (стойки рамы) и ригелей (в виде ферм или сплошностенчатых сечений), а вдоль здания – продольными элементами каркаса (подкрановые конструкции, подстропильные фермы, связи между колоннами и фермами, прогоны), кровельными и стеновыми панелями.

В состав каркаса входят конструкции торцевого фахверка (иногда продольного), лестниц и других элементов ПЗ.

На рисунке 10.2 приведены конструктивные схемы каркасов, применение которых обуславливается следующими требованиями: схемы 10.2 а,б – при одинаковых шагах колонн по всем рядам, наиболее простая схема и обеспечивает выполнение эксплуатационных требований в большинстве машиностроительных и металлургических цехов (шаг колонн внутреннего ряда 6-12 м), для бесфонарных зданий или с продольными фонарями; 10.2, в – при необходимости освещения с помощью поперечных фонарей; 10.2, г – при необходимости больших шагов колонн, продольные фонари; 10.2, д – при повышенных требованиях по освещенности – шедовые покрытия (на ригель опираются поперечные фонари, а на них – прогоны или плиты покрытия); 10.2, е – при больших пролетах и шагах колонн – пространственный ригель коробчатого сквозного сечения с консолями; 10.2, ж – при небольших пролетах 12-24 м, высота 5-8 м без мостовых кранов или с кранами грузоподъемностью до 20 т с фонарями или без них.

В цехах, где по средним рядам, шаг колонн больше, чем по крайним рядам устраиваются подстропильные фермы.

Конструктивные схемы каркасов по виду сопряжений ригеля с колонной бывают жесткие, которые применяются для однопролетных ПЗ большой высоты, при кранах ВТ и Т режимов работы, шарнирное – в остальных однопролетных и многопролетных зданиях.

Опирание колонн на фундаменты в плоскости рам обычно принимается жестким, но возможно и шарнирное.

10.3 Оптимизация конструктивных решений каркасов

Цель оптимизации конструкций – получение наибольшего экономического эффекта при полном удовлетворении технологических требовании к зданию и обеспечении его надежности.

Наиболее эффективный путь оптимизации, из разнообразных критериев – это выбор рациональной конструктивной схемы, решения которых разнообразны.

Рисунок 10.2 - Конструктивные схемы каркаса

Некоторые общие принципы проектирования экономичных каркасов:

– концентрация материала в некоторых несущих конструкциях (при больших нагрузках и высотах колонн шаг 12 м выгоднее, чем 6м, а число колонн и ферм сокращается почти в 2 раза);

– наиболее полное использование прочности всего объема материала в конструкциях (выбор конструктивной схемы, регулирование усилий и т.п., численный показатель «нагруженность» – уровень напряжений и объем материала);

– совмещение функции элементов;

– наименьший путь передачи нагрузок на фундамент.

Другой путь экономии материала – это оптимизация в рамках определенной конструктивной формы размеров всей системы и ее элементов, т.к. в ПЗ обычно нельзя менять пролет и высоту, но возможны поиски оптимального шага поперечных рам.

Так, на рисунке 10.3 показано изменение стоимости конструкций цеха в зависимости от шага поперечных рам:

а – колонн и фундаментов; б – стропильных ферм; в – подстропильных ферм; г – сплошных подкрановых балок; д – сквозных подкрановых балок; е – подкраново-подстропильных ферм ; ж – конструкции кровли (прогоны, панели, настилы и т.д.).

Стоимость конструкции	Шаг поперечных рам, м	Наличие возрастающих и убывающих графиков указывает на возможность определения минимумов суммарной стоимости (3), где скачки соответствуют изменению конструктивной формы каркаса (А – переход к покрытию с подстропильными фермами; Б – замена подстропильных ферм и подкрановых балок подкраново – подстропильными фермами). Все указанные графики могут быть выражены и аналитически в виде целевой функции, что дает возможность использования САПР.
Рисунок 10.3 - Изменение стоимости конструкции на 1 м2 площади цеха в зависимости от шага поперечных рам