Р ис.11.12. Схемы системы связей по покрытию

1, П – связи соответственно по верхним и нижним поясам ферм

При шаге стропильных ферм 12м диагональные элементы связей, даже в крестовой решетке, получаются тяжелыми. Поэтому систему связей проектируют так, чтобы наиболее длинный элемент был не более 12м, и поддерживают ими диагонали (рис. 11.12,в). На рис. 11.12,г показана схема связей, где диагональные элементы вписываются в квадрат размером 6м и опираются на продольные элементы длиной 12м, служащие поясами связевых ферм. Эти элементы делают составного сечения или из гнутых профилей.

Вертикальные связи между фермами и фонарями выполняют в виде отдельных транспортабельных ферм, что возможно, если их высота менее 3900 мм. Различные схемы вертикальных связей показаны на рис. 11.12,е.

В многопролетных цехах горизонтальные поперечные и вертикальные связи в верхних поясах ферм ставят во всех пролетах, а по нижним поясам ферм – по контуру здания и некоторым средним рядам колонн через 60—90м по ширине здания (рис. 11.13). В зданиях, имеющих перепады по высоте, продольные горизонтальные связи ставят и вдоль этих перепадов.

Элементы связей шатра рассчитывают, как правило, по гибкости. Предельная гибкость для сжатых элементов связей должна быть - 200, для растянутых - 400.

На рис. 11.11 показаны знаки усилий, возникающие в элементах связей покрытия при определенном направлении ветра, местных горизонтальных усилий и условных поперечных сил. Так как элементы связей могут быть, как сжаты, так и растянуты то их сечение подбирают по худшему случаю - по гибкости для сжатых элементов связей.

Распорки в коньке верхних поясов ферм (элемент 3 на рис. 11.11,б) обеспечивают устойчивость верхнего пояса из плоскости ферм как во время монтажа, так и при эксплуатации.

Растянутый нижний пояс ферм не может потерять устойчивость, и поэтому растяжки (элемент 4 на рис. 11.11,в) ставятся для уменьшения колебаний нижнего пояса во время эксплуатации. Поскольку имеются поперечные связи по торцам, то растяжки работают только на растяжение.

Р ис. 11.13. Размещение связей по поясам ферм в многопролетных зданиях

Сечения раскосов крестовой решетки (см. рис. 11.11,в) подбирают по предельной гибкости для растянутых элементов связей.

11. Ограждающие конструкции покрытия. Беспрогонные покрытия. Покрытия по прогонам (прогоны сплошного сечения, решетчатые прогоны)

Покрытие производственного здания состоит из кровельных (ограждающих) конструкций, несущих элементов (прогонов, ферм, фонарей), на которые опирается кровля, и связей по покрытию.

Покрытие производственного здания решается с применением прогонов или без них. В первом случае между стропильными фермами устанавливают прогоны через 1,5 - 3м, на которые укладывают кровельные листы - настилы. Во втором случае крупноразмерные плиты или панели (1,5х6; 3х6; 1,5х12 и 3х12м) укладываются непосредственно на стропильные фермы

Кровля по прогонам получается легче, вследствие небольшого пролета ограждающих конструкций, но требует большего расхода металла (на прогоны) и более трудоемка в монтаже. Бес прогонная кровля индустриальная, проста в монтаже, требует меньшего расхода стали (при применении железобетонных панелей); основной ее недостаток - большая масса.

Выбор конструкции кровли производится на основании технико-экономического сравнения возможных вариантов с учетом технологических и экономических факторов - назначения здания, температурно-влажностного режима внутрицеховой среды, стоимости возведения здания, наличия производственной базы по изготовлению крупноразмерных панелей в районе строительства, условий транспортировки, обеспеченности монтажными механизмами и т.д.

В зависимости от принятого типа кровли определяется ее уклон.

При само залечивающихся кровлях с гравийной зашитой принимается уклон 1,5 - 2,5%. При кровлях из рулонных материалов без защиты - 1/8 – 1/12; при кровлях, не обеспечивающих герметизацию покрытия (асбоцементные листы, волнистая сталь и т.д.), уклон кровли должен быть не менее 1/4 - 1/6.

Покрытия по прогонам. Прогоны устанавливают на верхний пояс стропильных ферм в их узлах. В качестве прогонов применяют прокатные балки, гнутые профили либо сквозные конструкции (при шаге ферм больше 6м). Кровельные покрытия бывают теплыми (с утеплителем) в отаплива­емых производственных зданиях и холодными без утеплителя (для не отапливаемых зданий, а также для горячих цехов, где имеются избыточные тепловыделения от технологических

Чтобы избежать конденсации влаги, в цехах с избыточным тепловыделением иногда устраивают утепленные покрытия.

Для теплых кровель в качестве несущих элементов, укладываемых по прогонам, используют часто стальной профилированный настил. Применяют и мелкоразмерные керамзитобетонные, армоцементные и асбестоцементные плиты, трехслойные панели типа "сэндвич", состоящие из двух металлических листов, между которыми расположен утеплитель, а также монопанели с несущим слоем из профилированного настила и гидроизоляцией из мягкой кровли.

Профилированный настил изготавливают из оцинкованной рулонной стали толщиной t = 0,8; 0,9; 1мм; высота профиля h = 40, 60 и 80мм; ширина 680, 711 и 782мм; длина до 12м.

Профилированные листы укладывают по прогонам, расположенным через 3 - 4м. При шаге стропильных ферм 4м настил может опираться непосредственно на фермы.

Настил крепится к прогонам самонарезающими винтами. Между собой листы настила соединяются комбинированными заклепками, позволяющими вести клепку с одной стороны настила. Масса настила – 10 - 15кг/м² .

Холодные кровли выполняют из волнистых асбестоцементных, стальных или алюминиевых листов, укладываемых по прогонам, расположенным через 1,25 - 1,5м. Масса асбестоцементных листов в среднем составляет 20кг/м². Волниcтые стальные листы изготавливают из холоднокатаной стали толщиной от 1 до 1,8мм. Высота волны h = 30 и 35мм. Масса листов 15 - 20 кг/м². Волнистые алюминиевые листы имеют толщину 0,6 - 1,2мм и массу 5 - 7кг/м². Волнистые листы крепят к прогонам с помощью упругих специальных кляммеров или крюков из круглой стали.

Для обеспечения водоотвода, в местах стыков, волнистые листы перепускают внахлестку на 150 - 200мм, при этом уклон кровли должен быть не менее 1/4 - для асбестоцементных листов и не менее 1/6 - для стальных и алюминиевых

Во избежание электрохимической коррозии в местах контакта алюминия со сталью, при установке алюминиевых листов на стальные прогоны, соприкасающиеся поверхности покрывают специальными грунтами (например, АЛГ) или применяют изолирующие прокладки.

В горячих цехах целесообразна кровля из плоских стальных листов, так как из асбестоцементных листов - недолговечна. При высоких температурах асбестоцемент пересушивается и растрескивается. Стыки между листами сваривают сплошными швами автоматической сварки, что обеспечивает герметичность кровли, поэтому уклон такой кровли может быть принят - 1/8 – 1/12. Из условий жесткости кровли толщина листов должна быть не менее 3 - 4мм.

Беспрогонные покрытия. Для покрытий производственных зданий широко применяют крупнопанельные железобетонные плиты шириной 3м и длиной 6 и 12м. Продольные ребра плит опираются непосредственно в узлах верхнего пояса ферм и привариваются минимум по трем углам. Иногда в качестве доборных применяют плиты шириной 1,5м. В этом случае верхний пояс ферм рассчитывают с учетом местного момента от внеузловой передачи нагрузки или ставят дополнительные шпренгели, подкрепляющие верхний пояс в местах опирания плит.

Основной недостаток крупнопанельных железобетонных плит - их большой собственный вес (1,4 - 2,1кН/м²), что утяжеляет все нижележащие конструкции здания.

Для снижения нагрузок от покрытия в последнее время находят применение металлические панели шириной 1,5 и 3м и длиной 6 и 12м. Масса таких панелей в 4 - 5 раз меньше, чем железобетонных. По сравнению с кровлей по прогонам металлические панели более индустриальные и позволяют значительную часть работ по устройству кровли перенести на заводы металлических конструкций или в специализированные мастерские. Однако расход стали на них больше по сравнению с прогонным решением за счет дополнительных элементов, обеспечивающих жесткость панелей при транспортировке и монтаже.

Снижение расхода стали можно достичь применяя оцинкованные стальные настилы повышенной жесткости по ГОСТ 24045-86, перекрывающие пролеты до 6м.

Утепленные стальные панели обычно состоят из каркаса, профилированного настила, утеплителя и гидроизоляционного слоя. Для кровли по крупнопанельным плитам пролета 12м разработаны панели со шпренгелем, с предварительно напряженной обшивкой и другие решения.

Не утепленные стальные панели применяются в покрытиях зданий с повышенным тепловыделением

Панели с использованием алюминиевых сплавов легкие и обладают высокой коррозионной стойкостью, но дорогостоящие. Поэтому их применяют в производствах с сильно агрессивной средой и в отдаленных районах, где высока стоимость транспортных расходов.

Различают каркасные и бескаркасные алюминиевые панели. Бескаркасные панели выполняются из тонких алюминиевых листов с приклеенным к ним утеплителем, обладающим необходимой жесткостью. Несущая способность бескаркасных панелей мала, и они требуют частого расположения несущих конструкций.

Каркасные панели сложнее в изготовлении, о обладают большей несущей способностью. Конструктивные решения их разнообразны

Обшивка таких панелей выполняется как из плоских, так и из профилированных листов. Для обеспечения устойчивости плоских листов целесообразно использовать предварительное напряжение.

Покрытия промышленных зданий состоят из следующих элементов: стропильных конструкций (фермы, балки сплошного сечения и т.п.); подстропильных конструкций (при шаге колонн, большем, чем шаг стропильных конструкций); горизонтальных и вертикальных связей; прогонов (при использовании мелкоразмерных кровельных элементов); фонарей.

Прогоны воспринимают нагрузку от кровли и передают ее на стропильные конструкции. Прогоны бывают сплошного и решетчатого сечения. Сплошные – проще в изготовлении и монтаже, применяются при шаге ферм 6м. Сплошные прогоны изготавливают из прокатных швеллеров, реже из двутавров. Более рациональны прогоны из гнутых профилей швеллерного, С-образного и Z-образного сечения. Они имеют развитую высоту при тонкой стенке. Чтобы обеспечить устойчивость полок устраивают отгибы.

При легкой кровле и небольших нагрузках (снег) прогоны из гнутых профилей применяются при шаге ферм 12м. При больших нагрузках рациональны прогоны перфорированного (“сквозного”) двутавра и тонкостенных балок.

При мало уклонной кровле работа прогонов ничем не отличается от работы обычных прокатных балок на вертикальную нагрузку. При большом уклоне прогоны работают на изгиб в двух плоскостях (косой изгиб). Вертикальную силу раскладывают на действующую в плоскости большей жесткости прогона “ ” и скатную составляющую “ ”.

Чтобы уменьшить изгибающий момент от скатной составляющей, прогоны раскрепляют тяжами из круглой стали диаметром 18-22мм. Тяжи ставят между всеми прогонами кроме конькового. У конька тяжи крепятся к стропильной ферме или к коньковому прогону вблизи опор. По коньку могут устанавливаться спаренные прогоны с большей жесткостью.

Наибольшие напряжения в прогоне при изгибе в двух плоскостях равны:

Прочность прогонов разрешается проверять с учетом пластических деформаций по формуле: , где и - коэффициенты, зависящие от типа сечения прогона.

Прогиб прогонов от нормативной нагрузки проверяют только в плоскости, нормальной к скату; этот прогиб не должен превышать пролета.

Прогоны крепят к поясам ферм с помощью коротышей из уголков, планок, гнутых элементов из листовой стали.