2. Металлический каркас одноэтажного промышленного здания. Конструктивные особенности и действующие нагрузки.

При проектировании производственного здания необходимо иметь ряд сведений технологического, общестроительного и эксплуатационно­го характера. К сведениям технологического характера относятся данные о рас­положении и габаритах аппаратуры и рабочих агрегатов, подъемно-транспортного оборудования и его грузоподъемности; подземных кана­лов и трубопроводов различного назначения, а также о бытовых устрой­ствах, специальных рабочих и ремонтных площадках, проходах, про­ездах и т. п. Сведения общестроительного характера содержат данные о топо­графии участка строительства, грунтах и их расчетных сопротивлениях, уровне грунтовых вод, местных строительных материалах и климатиче­ских условиях в районе строительства. Данные об эксплуатационном режиме здания - режим работы кра­нов и других подъемно-транспортных средств, временные нагрузки и их динамические воздействия; вопросы освещения, вентиляции и отопления. Кроме того, при проектировании необходимо учитывать вопросы, свя­занные с перспективами развития производства и соответствующей ре­конструкцией помещения, т. е. увеличение его габаритов и усиления не­сущих конструкций в связи с увеличением грузоподъемности подъемно-транспортных механизмов.

Выбор материала для строительных конструкций производственных зданий производится на основании анализа технико-экономических рас­четов возможных сопоставимых вариантов конструктивных решений и сметно-финансовых расчетов с учетом рекомендаций «Технических пра­вил по экономному расходованию металла, леса и цемента в строитель­стве» (ТП 101-61), утвержденных Государственным комитетом Совета Министров СССР по делам строительства.

Металлические несущие конструкции применяют для покрытий про­летом 30 м и более, для колонн высотой 15 м и выше, а также при нали­чии кранов грузоподъемностью более чем 30 т. В производственных кор­пусах с большими пролетами и значительной высотой, не имеющих больших нагрузок (гаражи, авторемонтные мастерские и др.), устройство маталлического каркаса может быть также целесообразным.

Элементы металлического каркаса производственного здания автотранспорт­ного предприятия:

1 - колонны; 2 - подкрановые балки; 3 - горизонтальные связи по нижним и 8 - по верхним поя­сам стропильных ферм; 4 - сборные железобетонные плиты; 5 - фонарь; 6 - стропильные фермы; 7 - балка подвесного крана; 9 - вертикальные связи покрытия; 10 - вертикальные связи между колоннами; 11 - база колонны; 12 - анкерные болты

Металлический каркас представляет собой про­странственную систему из несущих элементов, воспринимающих нагруз­ки от ограждающих конструкций (элементов кровли, стен и др.), мосто­вых кранов и другого технологического оборудования.

Элементами плоских поперечных рам каркаса являются стропильные фермы-ригели и колонны-стойки.

К элементам покрытия относятся фермы — стропильные и подстропильные (при большом шаге колонн), а также укладываемый по верхним поясам стропильных ферм сборный железобетонный настил или прогоны с плитами кровельного ограждения. Устройство беспрогонного покрытия более экономично по расходу металла и затрате труда.

Связи металлического каркаса обеспечивают его пространствен­ную жесткость; они воспринимают ветровые нагрузки на здание и инер­ционные усилия кранов.

Фонари устраивают для освещения и аэрации зданий; они могут быть как продольные (перпендикулярно рамам), так и поперечные. Со­вершенствование искусственного освещения и вентиляции позволяет от­казаться от фонарей и перейти к бесфонарньш типам производственных зданий. Эти здания в технологическом отношении лучше, так как они имеют постоянный световой, температурно-влажностный и аэрационный режим. Отсутствие световых и аэрационных фонарей значительно упро­щает конструкцию здания и снижает его стоимость.

Подкрановые балки являются дополнительными продольными элементами каркаса, вместе с тем они воспринимают давление от ко­лес мостовых кранов, обслуживающих цех.

Фахверк представляет собой плоскую систему металлических го­ризонтальных и вертикальных элементов, поддерживающих стеновое ограждение (стеновые сборные панели, плиты или каменную кладку).

К комплексу металлических конструкций производственных зданий относятся также рабочие площадки для поддержания и обслужи­вания производственного оборудования, лестницы, монорельсовые пути для внутрицехового транспортирования грузов и т. д.

Конструкции металлического каркаса здания должны удовлетворять ряду требований, главнейшими из которых являются эксплуатационные, экономические и производственно-монтажные.

Согласно эксплуатационным требованиям производственное здание и его габаритные размеры должны обеспечивать удобство обслу­живания технологических агрегатов цеха, нормальную работу кранов и других подъемно-транспортных механизмов, возможность осуществле­ния достаточного освещения, вентиляции и т. п., а также отвечать опре­деленным условиям производственной эстетики. Конструкция каркаса в целом и отдельные его элементы должны обладать необходимой проч­ностью и устойчивостью, а также поперечной и продольной жесткостью.

К экономическим требованиям относятся: всемерное сокраще­ние затрат, связанных с возведением здания, максимально возможное снижение стоимости материалов, транспортирования, изготовления и монтажа конструкций, а также сокращение сроков возведения. Вопрос экономии стали является основным, поэтому особое внимание обращают на целесообразность применения того или иного материала для конст­рукции и на рациональное конструктивное решение каркаса, требующее минимального расхода металла.

Конструкции каркаса должны удовлетворять принципам индустри­ализации строительства, чему соответствует унификация и типизация основных параметров каркаса зданий и элементов металлических конст­рукций.

Экономическими требованиями предусматривается снижение стои­мости эксплуатации сооружения и амортизационных расходов, завися­щих от его срока службы.

В соответствии с производственно-монтажными требованиями эле­менты конструкций каркаса должны иметь возможно простую форму и состоять из минимального количества деталей; в каркасе следует при­менять максимальное количество однотипных элементов и деталей, что снижает трудоемкость их изготовления; необходимо стремиться к мини­мальному количеству монтажных элементов; конструкции, отправляе­мые с завода, как правило, должны вписываться в габариты предусмот­ренного вида транспорта; следует проектировать укрупнительную сборку элементов каркаса.

Нагрузки от кранов рассчитываются приневыгодном положение кранов. При торможение кранов возникают горизонтальная нагрузка Т которая передается на конструкцию. Максимальное приближение кранов дает возможность рассчитать возникающие вертикальные нагрузки.

1. Максимально приближают краны друг к другу и определяют расчетную раму.

2. Тележку одного из кранов смещаю к одной из стоек

Продолжение 2.Металлические фермы. Классификация. Расчет сжатых и растянутых стержней.

В зависимости от расчетно-конструктивной схемы здания фермы мо­гут быть оперты на несущие стены, железобетонные или металлические колонны, а также использованы в качестве решетчатых ригелей попереч­ных рам.

Очертание и конструктивные формы стальных ферм зависят от на­значения сооружения, размера помещения и его формы, вида кровельно­го ограждения, типа и размеров фонаря, конструкции соединения ферм с металлическими или железобетонными колоннами. В целях экономии металла фермы покрытии проектируют так, чтобы их очертание было возможно ближе к очертанию эпюры изгибающих моментов. Поэтому для однопролетных ферм, воспринимающих распределенные по пролету нагрузки, наиболее рациональны фермы пятиугольные двускатные (рис. а б, г) и полигональные (рис. ж). Фермы с параллельными поясами (рис. е) находят применение в покрытиях зданий с плос­кими кровлями, а также в качестве подстропильных и подкрановых кон­струкций. Пятиугольные двускатные фермы с уклонами i=¹/₁₀-¹/₁₂ и фермы с параллельными поясами пригодны под рулонные кровли. Эти фермы применяют чаще других, они экономичнее треугольных, имеют в сравнении с ними конструктивные преимущества, так как позволяют конструировать сопряжения с колоннами по типу жесткого рамного уз­ла, что обеспечивает надлежащую поперечную жесткость здания.

П ри кровлях, требующих значительных уклонов для отвода атмос­ферных осадков, применяют треугольные фермы (рис. д, е) с по­крытием из стальных или асбестоцементных листов. Если угол наклона верхнего пояса к горизонтали менее 20°, треугольная ферма оказывается нерациональной, так как усилия в крайних панелях поясов получаются очень большими, а конструкция опорных узлов весьма сложной. В атом случае наиболее рациональна ферма с пониженным нижним поясом (рис. з). Если кровля требует особенно большого уклона (черепич­ная кровля), рекомендуется треугольная ферма с приподнятым нижним поясом (рис. е). Высоту треугольных ферм принимают равной ¹/₄-¹/₅ пролета с углом наклона кровли 27-22°. Треугольные фермы имеют повышенный расход металла по сравнению с фермами других очертаний.

Полигональные фермы (рис. ж) рациональны в зданиях боль­ших пролетов (48 м и более).

В фермах пятиугольных и с параллельными поясами из всех систем решеток наиболее рациональна треугольная решетка с дополнительны­ми стойками (рис. а, б). Такая решетка позволяет уменьшить в два раза расчетную длину сжатого пояса (в плоскости фермы), а также об­разует промежуточные опоры для конструкций кровельного ограждения (прогонов или панелей). Наивыгоднейший угол наклона раскосов бли­зок к 45°;

Шпренгельные решетки (б, е, ж.) применяют в фермах значительных пролетов (30-60 м и более), имеющих большую высоту. Устройство такого типа решетки дает возможность устраивать дополни­тельные узлы для опирания прогонов, освобождая верхний пояс от ра­боты на местный изгиб при внеузловомопирании прогонов или ребер настила.

В треугольных фермах проектируют раскосную или треугольную систему решетки; раскосная решетка более рациональна.

Расчет длины в плоскости и из плоскости: 1. Определяем геометрические размеры l. 2. Расчет в плоскости (l_x), для в.п., оп.раск., н.п. l_x =μ·l, где μ=1, для элементов решетки l_x =μ·l, где μ=0,8. 3. Из плоскости в.п., оп.раск., н.п. l_у =l. В.п. (прогонная система) l_у =2·l. 4. Сбор нагрузок от постоянных и временных действий сил, данные записываем в таблицу. 5. Строим диаграмму Максвелла-Кремона и определяем усилия в элементах фермы. 6.Подбор сечения: а) сжатые А_тр=N/φR_y из СНиПа φ=f(λ,R_y), задаемся гибкостью в.п. λ=60-100, элементы раскосной решетки сжатые λ=100-120. По требуемому сечению из сортамента подбираем швеллер, уголок, двутавр и выписываем площадь сечения фактическую, номер и радиусы инерции. Проверяем гибкость λ_x=l_x/i_xф; λ_у=l_у/i_xф (λ_пред≤120)из полученных значений выбираем максимальное. По максимальному значению λ_max из СНиПа φ_min σ=N/ φ_minA_ф≤R_yγ_s. где γ_s=1. 6. б) растянутые элементы А_тр=N/R_y аналогично как и для сжатых, только (λ_пред≤400).