Глава XIII. Конструкции одноэтажных

ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИИ

§ XIII.1. Конструктивные схемы здании

1. Элементы конструкций

Для металлургической, машиностроительной, легкой

и других отраслей промышленности возводятся

одноэтажные каркасные здания (рис. XIII.1,а).

Конструктивной и технологической особеностью таких зданий

является оборудование их транспортными средствами —

мостовыми и подвесными кранами. Мостовые краны

перемещаются по специальным путям, опертым на колон-

379

9HV wlff ФЯГ 9Я0 9&W 100 Ч&Ч Чк^ *Л1

Рис) XIII.1. Одноэтажное промышленное здание с мостовыми кра-

1 нами

а — конструктивный поперечный разрез; б — схема поперечной

рамы; в — схема продольной рамы

Рис. XII 1.2. Одноэтажные промышленные здания с плоским

покрытием

/ — длинномерные плиты покрытия, 2 — продольные балки

ны; подвесные краны перемещаются по путям,

подвешенным к элементам покрытия. Покрытие одноэтажного

производственного здания может быть балочным из

линейных элементов или пространственным в виде

оболочек

К элементам конструкции одноэтажного каркасного

здания с балочным покрытием относятся колонны

(стойки), заделанные в фундаментах, ригели покрытия

(балки, фермы, арки), опирающиеся на колонны, панели по-

380

йштия, уложенные по ригелям, подкрановые балки,

световые или аэрационные фонари. Основная конструкция

каркаса — поперечная рама, образованная колоннами и

ригелями.

Пространственная жесткость и устойчивость

одноэтажного каркасного здания достигаются защемлением

колонн в фундаментах. В поперечном направлении

пространственная жесткость здания обеспечивается попереч-

ными рамами, в продольном — продольными рамами,

образованными теми же колоннами, элементами покры-

щя, подкрановыми балками и вертикальными связями

|рис. XIII. 1,6, в).

Одноэтажные производственные здания могут быть

Также с плоским покрытием без фонарей. Примером мо-

|кет служить

конструктивная схема здания, в кото-

роя длинномерные панели

покрытия на пролет

уложены по продольным бал-

тсам и служат ригелями

поперечной рамы (рис.

ХШ.2).

2. Мостовые краны

Перемещение груза

поперек пролета

производственного здания

осуществляется движением по

мосту крана тележки с

крюком на гибком или

жестком подвесе (рис. XIII.3).

Перемещение же груза

вдоль пролета

производственного здания

осуществляется движением

моста крана на колесах,

число которых при

грузоподъемности до 50 т рав-

Рис. XI 11.3. Схема мостового

крана и тележки с крюком на гибком

подвесе

/ — ригель; 2 — колесо крана;

3 — подкрановый рельс; 4 —

подкрановая балка; 5 — крюк; 6 —

тележка; 7—мостовой кран; 8 —

колонна

но четырем (по два

колеса на каждом

подкрановом пути).

Мостовые краны различают по режиму работы, т. е.

интенсивности эксплуатации и грузоподъемности.

Легкий режим работы крана характеризуется редкой неси-

381

стематической работой, малой скоростью

передвижения—до 60 м/мин (машинные залы тепловых

электростанций, ремонтные цехи и т.п.); средний режим работы

крана характеризуется интенсивной работой крана,

нормальной скоростью передвижения—до 100 м/мин

(механические и сборочные цехи заводов, формовочные

цехи заводов сборных железобетонных изделий и т.п.);

тяжелый режим работы крана характеризуется весьма

интенсивной трехсменной работой крана, высокой

скоростью передвижения — более 100 м/мин (литейные,

прокатные, ковочные цехи и т.п.). Грузоподъемность

мостового крана может быть 10, 20, 30, 50 т и выше.

Мостовой кран сообщает каркасу здания

вертикальные и горизонтальные нагрузки. Вертикальные нагрузки

складываются из массы моста, тележки, поднимаемого

груза и передаются через колеса крана на подкрановые

пути. Максимальное давление мостового крана

возникает при крайнем положении тележки с грузом на одной

стороне моста, при этом минимальное давление

мостового крана возникает на другой стороне моста.

Нормативная вертикальная нагрузка Fnmax, равная

давлению колеса на крановый рельс, определяется для

кранов различной грузоподъемности по стандартам на

мостовые краны. Значение нормативной вертикальной

нагрузки Fnmin определяется из рассмотрения моста

крана как балки на двух опорах (на четырех колесах)

Q _L Qg + G

Fn-min- ? -*«"«*' (ХШЛ)

где Q — грузоподъемность крана; Qg—масса моста; G — масса

тележки.

Нормативная горизонтальная нагрузка, направленная

поперек кранового пути, вызываемая торможением

тележки, принимается:

для кранов с гибким подвесом грузов

Нп = 0,05 (Q + G); (XIII.2)

для кранов с жестким подвесом грузов

). (XIII.3)

Нагрузка Нп может быть направлена как внутрь

рассматриваемого пролета, так и наружу; она передается

на один крановый путь и распределяется поровну

между двумя колесами крана.

Нормативная горизонтальная нагрузка, направлен»7

Звг

|ная вдоль кранового пути, вызываемая торможением

сора (одним тормозным колесом прн кранах

грузоподъемностью до 50 т):

1 ^„.^ = 0,1^.^. (ХШ.4)

* Коэффициент надежности V/ при расчете элементов

^Конструкций здания на вертикальные и горизонтальные

^крановые нагрузки принимается 1,1.

Подкрановые балки при движении крана испытывают

динамическое воздействие, вызванное быстрым

приложением нагрузки и толчками, возникающими вследствие

неровностей кранового пути, особенно в стыках.

3. Компоновка здания

Сетка колонн одноэтажных каркасных здани-й с

мостовыми кранами в зависимости от технологии

производственного процесса может быть 12X18, 12X24, 12X30

или 6X18, 6X24, 6X30 м. Шаг колонн принимается

преимущественно 12 м, если при этом шаге используются

стеновые панели длиной 6 м, то по наружным осям

кроме основных колонн устанавливают промежуточные

(фахверковые) колонны. Прн шаге колонн 12 м

возможен шаг ригелей 6 м с использованием в качестве

промежуточной опоры подстропильной фермы (рис. XIII.4).

Лучшие технико-экономические показатели по

трудоемкости и стоимости достигаются в сборных

железобетонных покрытиях прн шаге колонн 12 м без

подстропильных ферм.

В целях сохранения однотипности элементов

покрытия колонны крайнего ряда располагают так, чтобы раз-

бивочная ось ряда проходила на расстоянии 250 мм от

наружной грани колонны (рис. XIII.5). Колонны

крайнего ряда при шаге 6 м и кранах грузоподъемностью до

30 т располагают с нулевой привязкой, совмещая ось

ряда с наружной гранью колонны (рис. XIII.6,а).

Колонны торцов здания смещают с поперечной разбивочной

оси на 500 мм (рис. XI 11.6,6). При большой

протяженности в поперечном и продольном направлениях здание

делят температурными швами на отдельные блоки.

• Продольный температурный шов выполняют, как

правило, на спаренных колоннах со вставкой (рис. XIII.6, в),

при этом колонны у температурного шва имеют

привязку к продольным разбивочным осям 250 мм (или нуле-

383

Рис. XI1I.4. Конструктивные схемы здания при шаге колонн

а — 6 м с подстропильными фермами; б — 12 м без подстропильных

ферм

Рис. XI 11.5. Привязка элементов конструкций к разбивочным осям

на поперечном разрезе

вую при 6 м). Поперечный температурный шов также

выполняют на спаренных колоннах, но при этом ось

температурного шва совмещается с поперечной разбивочной

осью, а оси колонн смещаются с разбивочной оси на

500 мм (рис. ХШ.б.г).

Расстояние от разбивочной оси ряда до оси

подкрановой балки при мостовых кранах грузоподъемностью до

50 т принято X,—750 мм (см. рис. XIII.3). Это

расстояние складывается из габаритного размера крана В,

размера сечения колонны в надкрановой части h2 и

требуемого зазора между габаритом крана и колонной С. На

крайней колонне A,=fl+/i2+C—250.

384

а)

О

\500

6

О О

Рис. XII 1.6. Компоновочные схемы привязки к разбиаочным осям

колонн

Щ—крайнего ряда при шаге 6 м; б — в торце здания; в — у продоль-

Вого температурного шва; г —у поперечного температурного шва

4. Поперечные рамы

Ригели поперечных рам по своей конструкции могут

быть сплошными илн сквозными, а соединение их со

стойками жесткое илн шарнирное. Выбор очертания

ригеля, его конструкции н характера соединения со стой-

каки зависит от размера перекрываемого пролета, вида

кровли, принятой технологии изготовления и монтажа.

• Жесткое соединение ригелей и колонн рамы

приводит к уменьшению изгибающих моментов, однако при

.этом не достигается независимая типизация ригелей и

'«олонн рамы, так как нагрузка, приложенная к колонне,

"вызывает изгибающие моменты и в ригеле, а нагрузка,

Приложенная к ригелю, вызывает изгибающие моменты

JB в колоннах (рис. ХШ.7,о). При шарнирном соедине-

| возможна независимая типизация ригелей и колонн,

как в этом случае нагрузки, приложенные к одному

Щз элементов, не вызывают изгибающих моментов в дру-

|гом (рис. XIII.7,б). Шарнирное соединение ригелей с ко-

^Лоннами упрощает их форму и конструкцию стыка, от-

|вечает требованиям массового заводского производства.

$В результате конструкции одноэтажных рам с

шарнирными узлами как более экономичные приняты в качест-

ie типовых.

-943

385

Рис. XII 1.7. К выбору рациональной конструкции поперечной рамы;

эпюры моментов

а — прн жестком соединении ригеля с колонной; б — прн шарнирном

соединении

Рис. XIII.8. Конструкция соединения ригеля с колонной иа анкерных

болтах и монтажной сварке

/ — ось ряда; 2 — аикеры; 3 —шайба; 4 — гайка; 5—стальная плас-

тннка 6=12 мм; 6 — ригель; 7 — колонна; 8 — торцовая стальная

плнта

Конструктивно соединение ригелей с колоннами

выполняется монтажной сваркой стального опорного листа

ригеля с закладной деталью в торце колонны (рис.

XIII.8).

При пролетах до 18 м в качестве ригелей применяют

предварительно напряженные балки; при пролетах 24,

30 м — фермы.

Колонны каркасного здания могут быть сплошными

386

А-А

6)

В-В

А_

WOO

А_

1000

\

Л/

L L

Б-Б

Рис. XIII.9. Колонны одноэтажного здания

а — сплошные прямоугольного сечення, 6 — сквозные двухветвенные

Рис. XIII.10. Конструкции соединения двухветвенной колонны с

фундаментом

а — с одним общим стаканом; б — е двумя отдельными стаканами;

в — нрн устройстве шпонок; 1 — бетон замонолнчивания, 2 — колонна

прямоугольного сечения или сквозными двухветвенными

(рис. XIII.9). При выборе конструкции колонны следует

учитывать грузоподъемность мостового крана и высоту

25» 387

здания. Сплошные колонны применяют при кранах гру-"?

зоподъемностью до 30 т и относительно небольшой

высоте здания; сквозные колонны — при кранах грузоподъем- -

ностью 30 т и больше и высоте здания более 12 м.

Размеры сечения колонны в надкрановой части назначают

с учетом опирания ригелей непосредственно на торец

колонны без устройства специальных консолей. Высота

сечения принимается: для средних колонн Л2=500 или

600 мм, для крайних колонн Л2 = 380 или 600 мм;

ширина сечения средних и крайних колонн Ь=400...600 мм

(большие размеры сечения колонны принимают при

шаге 12 м). Размеры сечения сплошных колонн в нижней

подкрановой части устанавливают преимущественно по

несущей способности и из условий достаточной

жесткости с тем, чтобы при горизонтальных перемещениях

колонн в плоскости поперечной рамы не происходило

заклинивания моста крана. По опыту эксплуатации

производственных зданий с мостовыми кранами принято

считать жесткость колонн достаточной, если высота сечения

Л

(//)

' Сквозные колонны имеют в нижней подкрановой

части две ветви, соединенные короткими распорками —

ригелями. Для средних колонн в нижней подкрановой

части допускают смещение оси ветви с оси подкрановой

балки и принимают высоту всего сечения Ai = 1200...1600 мм,

для крайних колонн принимают Ai = 1000...1300 мм. При

этом принимают размеры высоты сечения ветви Л = 250

или 300 мм и ширины сечения ветви Ь = 500 или 600 мм.

Кроме того, Ь=A/25...1/Зб)Я.

Расстояние между осями распорок принимают (8—

10) Л. Распорки размещают так, чтобы размер от уровня

пола до низа первой надземной распорки составлял не

менее 1,8 м и между ветвями обеспечивался удобный

проход. Нижняя распорка располагается ниже уровня

пола. Высоту сечения распорки принимают A,5—2) ft, a

ширину сечения распорки равной ширине сечения ветви.

Соединение двухветвенной колонны с фундаментом

осуществляют в одном общем стакане или же в двух

отдельных стаканах; во втором соединении объем

укладываемого на монтаже бетона уменьшается (рис.

XIII. 10). Глубину заделки колонны в стакане

фундамента принимают равной большему из двух размеров:

Нап = 0,5 + 0,33/ii (м) или Нап = 1,5ft.

388

Рис. XIII.И. Армирование колони одноэтажного здания

а — сплошных прямоугольного сечения; б — сквозных двухветвенных

Кроме того, глубина заделки колонны должна быть

проверена из условия достаточной анкеровки продольной

рабочей арматуры. Если в одной из ветвей колонны

возникает растягивающее усилие, соединение колонны с

бетоном замоноличивания выполняется на шпонках.

Колонны (сплошные и двухветвенные) обычно

изготовляют в вдде одного цельного элемента. Членение их

на части по высоте для уменьшения веса монтажных

элементов связано с затруднениями по устройству

стыков, а потому осуществляется редко.

Примеры армирования сплошных и двухветвенных

колонн приведены на рис. XIII.11; средние колонны,

испытывающие действие моментов двух знаков, армируются

симметрично. Для колонн применяют бетоны классов

В15-В30.

389

Т-ипЛ

Тип Ш

Рис. XIII.12.

Конструктивные схемы фонарных

ферм

Рис. XIII.13. Схема

деформаций каркаса

здания от горизонтальных

нагрузок и расчетные

схемы

б)

гл

томная

сВязеВая

ферма

5. Конструкции фонарей

Конструкции фонарей состоят из поперечных фонар-,

ных ферм и стоек, несущих плиты покрытий и

опирающихся на ригели поперечных рам. В плоскости стоек фо-

каря размещаются бортовые плиты. Ширину фонаря и

высоту переплетов устанавливают в зависимости от

требуемой освещенности цеха. Обычно она обеспечивается

при ширине фонаря, равной 0,3—0,4/. В целях

типизации конструктивных элементов применяют фонари

шириной 6 м при пролетах до 18 м и шириной 12 м при

пролетах 24 и 30 м (рис. XIII.12). Сопряжение несущих

элементов фонарей с ригелями поперечных рам выполняют

на монтажных болтах с последующей сваркой стальных

закладных деталей.

6. Система связей

Система вертикальных и горизонтальных связей

имеет назначение: 1) обеспечить жесткость покрытия в

целом; 2) придать устойчивость сжатым поясам ригелей

поперечных рам; 3) воспринять ветровые нагрузки,

действующие на торец здания; 4) воспринять тормозные

усилия от мостовых кранов. Система связей работает со-

390

;естно с основными элементами каркаса и повышает

остранственную жесткость здания.

Вертикальные связи. При действии горизонтальных

агрузок в продольном направлении здания (ветер иа

|горец, торможение кранов и т.д.) усилия

воспринимаются продольной рамой, ригелем которой является

покрытие. Сопряжение между плитами покрытия и колоина-

уяи осуществляется через балки или фермы, обладающие

|малой жесткостью из своей плоскости. Поэтому при

отсутствии связей горизонтальная сила, приложенная к

[покрытию, может привести к значительным деформаци-

шм ригелей из их плоскости (рис. XIII.13,а), а

горизонтальная сила, приложенная к одной из колонн, может

вызвать существенную деформацию данной колонны без

^передачи нагрузки иа остальные колонны (рис.

XIII. 13,б). Система вертикальных связей по линии

колоии здания предусматривается для того, чтобы создать

жесткое, геометрически изменяемое в продольном

направлении покрытие.

Вертикальные связевые фермы из стальных уголков

устанавливают в крайних пролетах блока между

колоннами и связывают железобетонными распорками или

распорками из стальных уголков по верху колони (рис.

XIII.14,с). Решетка вертикальных связевых ферм для

восприятия горизонтальных сил, действующих слева или

справа, проектируется крестовой системы. При

небольшой высоте ригеля на опоре (до 800 мм) и наличии

опорного ребра, способного воспринять горизонтальную силу,

продольные связи выполняют только в виде распорок по

верху колоии. В этом случае стальные опорные листы

ригеля должны быть соединены сваркой с закладным

листом колонны, рассчитанной на момент M — Wh и

опорное давление F (см. рис. XIII.13,в). Вертикальные связи

'между колоннами из стальных уголков устанавливают в

Каждом продольном ряду в середине температурного

блока. Эти связи приваривают к стальным закладным

деталям колони.

Горизонтальные связи по нижнему поясу ригелей.

Ветровая нагрузка, действующая иа торец здания,

вызывает изгиб колоин торцевой стены. Для уменьшения

расчетного пролета этих колоии покрытие используют

,как горизонтальную опору (рис. XIII.13,г). В зданиях

большой высоты и со значительными пролетами

рационально создать горизонтальную опору для торцевой стены

! 391

а)

* СЗязи по колоннлм 12000*5= 60000

л Фонарные фермы

X

X

Плоскость остекления

М,

j П53

Рис. XIII.14. Схемы связей покрытия

а — вертикальные связи; б — горизонтальные связи по ннжнему поя«

су; в — то же, по верхнему поясу; г — связи фонаря

и в уровне нижнего пояса ригеля устройством

горизонтальной связевой фермы (рис. XIII.14,б).

Дополнительная опора для торцевой стены возможна также в

виде горизонтальной фермы в уровне верха подкрановых

балок. Горизонтальные связи по нижнему поясу

выполняют из стальных уголков, образующих вместе с нижним

892

^поясом крайнего ригеля связевую ферму с крестовой

^решеткой. Опорное давление горизонтальной связевой

фермы передается через вертикальные связи на все

колонны температурного блока и дальше на фундаменты

« грунты основания.

Горизонтальные связи по верхнему поясу ригелей.

Устойчивость сжатого пояса ригеля поперечной рамы из

своей плоскости обеспечивается плитами покрытия,

прикрепленными сваркой закладных деталей к ригелям.

При наличии фонарей расчетная длина сжатого пояса

ригеля из плоскости равна ширине фонаря. Чтобы

уменьшить расчетный пролет сжатого пояса ригеля, по оси

фонаря устанавливают распорки, которые в крайних

пролетах температурного блока прикрепляют к

горизонтальным фермам из стальных уголков (рис. XIII.14, в).

Если же фонарь не доходит до торца температурного

блока, то горизонтальную связевую ферму по верхнему

поясу ригелей не делают, так как железобетонные

панели покрытия за пределами фонаря сами образуют

жесткую диафрагму. В этом случае распорки прикрепляют к

¦ элементам покрытия крайнего пролета.

Связи по фонарям. Фонарные фермы объединяют в

жесткий пространственный блок устройством системы

стальных связей: вертикальных —в плоскости остекления

и горизонтальных — в плоскости покрытия фонаря (рис.

XIII. И,г).

7. Подкрановые балки

Железобетонные предварительно напряженные

подкрановые балки испытывают динамические воздействия

от мостовых кранов и поэтому их применение

рационально при кранах среднего режима работы

грузоподъемностью до 30 т и кранах легкого режима работы. При

кранах тяжелого режима работы и кранах среднего режима

работы грузоподъемностью 50 т и более целесообразны

стальные подкрановые балки.

Наиболее выгодна двутавровая форма поперечного

сечения подкрановой балки (рис. XIII.15). Развитая

верхняя полка повышает жесткость балки в

горизонтальном направлении, уменьшает перемещения при

поперечных тормозных усилиях, а также улучшает условия

г монтажа и эксплуатации крановых путей и крана; ниж-

гНяя полка дает возможность удобно разместить напряга-

* 393

¦6) Рис. XIII.15. Расчетные сечения

, г подкрановой балки

а — на вертикальную нагрузку;

б—на горизонтальную нагрузку

Рис. XIII.16. Конструкция

предварительно напряженной

подкрановой балки пролетом 12 м

а —общий вид; б — армирование

напрягаемой проволочной

арматурой; в — то же, стержневой

арматурой

емую арматуру и обеспечить прочность балки при

отпуске натяжения. Расчетным на вертикальные нагрузки

является тавровое сечение с верхней сжатой полкой, а на

горизонтальные нагрузки — прямоугольное сечение с

верхней полкой.

Высоту сечения подкрановых балок назначают в

пределах Л=A/8...1/10) /, толщину верхней полки — hf =

= A/7...1/8) h, ширину верхней полки — bf = A/10...

...1/20) /. По условиям крепления и рихтовки крановых

путей принимают размер полки bf =500...650 мм. Типе

вые подкрановые балки имеют высоту сечения h —

= 1000 мм при пролете 6 м и высоту сечения h —1400 мм

при пролете 12 м (рис. XIII.16).

Сборные подкрановые балки пролетом 6 и 12 м по

условиям технологичности изготовления и монтажа

выполняют разрезными с монтажным стыком на колоннах.

Расчетные нагрузки от мостовых кранов для расчета

прочности подкрановых балок определяют с

коэффициентом надежности y/=U- Расчетная вертикальная

нагрузка

ax; (XIII.5)

расчетная горизонтальная нагрузка (от одного колеса

моста)

Нтах = — Y/Yn Нп-тах. (XIII.6)

Горизонтальная сила Н приложена в уровне головки

крановых рельсов, но для упрощения расчета,

пренебрегая незначительным влиянием эксцентриситета, ее

полагают приложенной посередине высоты полки таврового

сечения.

Расчет прочности ведется на расчетную нагрузку от

двух сближенных мостовых кранов одинаковой

грузоподъемности, умноженную на коэффициент сочетаний,

равный 0,85 (при кранах легкого и среднего режима).

Подвижную нагрузку от мостовых кранов располагают

в пролете подкрановой балки так, чтобы в ряде сечений

по длине пролета получить максимальные усилия М, Q.

Расстояние между четырьмя силами, передающимися

через колеса мостового крана, устанавливают по

габаритам ширины и базы моста (рис. XIII.17,а). Расчет ведут

по линиям влияния, располагая одну силу в вершине

линии влияния (рис. XIII.17,б). Максимальные усилия

определяют суммированием произведений сил на

соответствующие им ординаты. Например, максимальный

изгибающий момент в рассматриваемом сечении

(XIII.7)

395

Расчетная схема

В-ширина крана

/(-база крана

б) Линии влияния Ми в для сечения балки х=а

If F \F

Рис. XIII.17. К расчету подкрановой балки

6)

а)

¦

1

1

1

1

1 —

3^

ь

1—

—/-

-—'

50

Фп

И \

II

1

Рис. XIII.18. Детали креплений

а — подкрановой балки к

колонне; б — рельса к

подкрановом балке, / — ребровые

планки 100X12; 2 — закладная дс-

1аль подкрановой балки, 3 —

анкеры, выпущенные из колонны; 4 — лапка-прижнм; 5 —

упругие прокладки; 6 — закладные детали колонны 6 = 8 мм

По найденным усилиям строят огибающие эпюры М,

Q. Ординаты огибающих эпюр можно определить по

таблицам, приведенным в справочниках.

Расчет на выносливость ведется на расчетную

вертикальную нагрузку от одного мостового крана,

определяемую умножением нормативной нагрузки на

коэффициент, равный 0,6 (гл. VIII).

Прогиб определяют с учетом действия длительных и

кратковременных нагрузок при коэффициенте

перегрузки, равном единице, значение прогиба должно быть

№/600.

Предварительно напряженные подкрановые балки

армируют высокопрочной проволокой, стержневой

арматурой, канатами. Арматурные каркасы в связи с

динамическими воздействиями на балку выполняют не

сварными, а вязаными. На опорах балки усиливают ребрами

. (уширениями концов) и дополнительной поперечной

арматурой в виде стержней, хомутов, сеток,

обеспечивающих прочность и трещиностойкость торцов при отпуске

натяжения. Для подкрановых балок применяют бетон

классов ВЗО—В50. Масса подкрановой балки пролетом

12 м составляет 10—12 т.

Соединение подкрановых балок с колоннами

выполняют на сварке стальных закладных деталей (рис.

XIИ. 18,а). Для передачи горизонтальных тормозных

усилий в стыке устанавливают ребровые накладки,

привариваемые к верхним закладным листам балок и

специальному закладному листу колонны. Чтобы смягчить

удары и толчки, передаваемые на подкрановую балку

при движении мостового крана, и уменьшить износ

путей, между подкрановой балкой и рельсом укладывают

упругую прокладку из прорезиненной ткани толщиной

8—10 мм. При этом принимают во внимание, что

предварительно напряженные балки имеют выгиб, а крано-

-¦ вый рельс должен получить горизонтальное положение.

Рельс после рихтовки прикрепляют к балке болтами с

помощью стальных деталей (рис. XIII.18,б).

;• § ХШ.2. РАСЧЕТ ПОПЕРЕЧНОЙ РАМЫ

, 1. Расчетная схема и нагрузки

L Поперечная рама одноэтажного каркасного здания

испытывает действие постоянных нагрузок от массы по-

[ крытия и различных временных нагрузок от снега, верти-

Ь 397

I A i ID

Пропет подкранобой

балка

Рис. X1II.19. Расчетно-конструктивная схема поперечной рамы с

крановыми нагрузками

кального и горизонтального давления мостовых кранов,

положительного и отрицательного давления ветра и др.

(рис. XIII.19,а).

В расчетной схеме рамы соединение ригеля с

колонной считается шарнирным, а соединение колонны с

фундаментами — жестким. Длину колонн принимают равной

расстоянию от верха фундамента до низа ригеля. Цель

расчета поперечной рамы — определить усилия в

колоннах и подобрать их сечения. Ригель рамы рассчитывают

независимо как однопролетную балку, ферму или арку.

Постоянная нагрузка от массы покрытия передается

на колонну как вертикальное опорное давление ригеля

F. Эту нагрузку подсчитывают по соответствующей

грузовой площади. Вертикальная нагрузка приложена по

оси опоры ригеля и передается на колонну при привязке

наружной грани колонны к разбивочной оси 250 мм с

эксцентриситетом:

398

в верхней надкрановой части е=0,25/2=0,125 м (при

нулевой привязке е=0);

в нижней подкрановой части е= (Л,—Л2)/2—0,125

(при нулевой привязке e=(hi—h2/2); при этом возника»

ют моменты, равные M=Fe.

Временная нагрузка от снега устанавливается в соот»

ветствии с географическим районом строительства и про^

филем покрытия. Она также передается на колонну кай

вертикальное опорное давление ригеля F и подсчитывав

ется по той же грузовой площади, что и нагрузка от мае*

сы покрытия.

1 Временная нагрузка от мостовых кранов

определяется от двух мостовых кранов, работающих в

сближенном положении. Коэффициент надежности для

определения расчетных значений вертикальной и горизонтальной

нагрузок от мостовых кранов у/=Ы-

ч Вертикальная нагрузка на колонну вычисляется по

линиям влияния опорной реакции подкрановой балки,

наибольшая ордината которой на опоре равна единице.

Одна сосредоточенная сила от колеса моста

устанавливается на опоре, остальные силы располагаются в зави-;

симости от стандартного расстояния между колесами

крана (рис. XIII.19,б). Максимальное давление на

колонну

D FmaxIy, (XIII.8)

при этом давление на колонну на противоположной

стороне

Dmin = Fmin2y- (XIH.9)

Вертикальное давление от кранов передается через

подкрановые балки на подкрановую часть колонны с

эксцентриситетом, равным для крайней колонны e=0,25j+-

-\-К—0,5 Лн (при нулевой привязке е=К—0,5/гн), для

средней колонны е=Х (рис. XIII.19,в).

Соответствующие моменты от крановой нагрузки

Горизонтальная нагрузка на колонну от торможенш

двух мостовых кранов, находящихся в сближенном поло

жении, передается через подкрановую балку по тем ж<

линиям влияния, что и вертикальное давление:

Н = Нтах1,у. (XIII. 10

Временная ветровая нагрузка. В зависимости от гео

графического района и высоты здания устанавливают

а)

1

1

Продольная

Поперечная

_тма

6)

F

\

t

i

4

' щения

L-L

Рис. XI 11.20. Пространственный блок одноэтажного каркасного

здания

а — схема блока; б — схема перемещения блока; /—покрытие;

2 — подкрановая балка; 3 — вертикальные связи по колоннам

значение ветрового давления на 1 м2 поверхности стен

и фонаря. С наветренной стороны действует

положительное давление, с подветренной — отрицательное. Стеновые

панели передают ветровое давление на колонны в виде

распределенной нагрузки

p = wa,

где а — шаг колонн.

Неравномерную по высоте здания ветровую нагрузку

приводят к равномерно распределенной, эквивалентной

по моменту в заделке консоли.

Ветровое давление, действующее на фонарь и часть

стены, расположенную выше колонн, передается в

расчетной схеме в виде сосредоточенной силы W.

2. Пространственная работа каркаса здания

при крановых нагрузках

Покрытие здания из железобетонных плит,

соединенных сваркой закладных деталей и замоноличиванием

швов, представляет собой жесткую в своей плоскости

горизонтальную связевую диафрагму. Колонны здания,

объединенные горизонтальной связевой диафрагмой в

поперечные и продольные рамы, работают как единый

пространственный блок. Размеры такого блока в плане

определяются расстояниями между температурными

швами (рис. XI 11.20, в).

400

Нагрузки от массы покрытия, снега, ветра приложены

одновременно ко всем рамам блока, при этих нагрузках

|>остранственный характер работы каркаса здания не

[роявляется и каждую плоскую раму можно рассчиты-

йть в отдельности. Нагрузки же от мостовых кранов

филожены лишь к двум-трем рамам блока, но благода-

>я горизонтальной связевой диафрагме в работу

включается остальные рамы блока, происходит пространствен-

ая работа.

В каркасном здании из типовых элементов с регу-

ярным шагом и постоянной жесткостью центр жестко-

и (т. е. точка приложения равнодействующей реактив-

х сил при поступательном перемещении блока)

совпадает с геометрическим центром. Поместим начало

«ординат в этом центре. Пусть х— координата по-

|геречной рамы, у — координата продольной рамы (рис.

XIИ.20, б). Приложим к поперечной раме с координатой

Хо'силу F и определим перемещение этой рамы.

Перемещение блока от силы F будет поступательным, а от

момента . M=F — вращательным. Если гПх — реакция

Поперечной рамы от единичного перемещения Д=1, то

поступательное перемещение блока

b = F/nriix, (XIII. 11)

где п — число поперечных рам блока.

При вращении жесткой в своей плоскости

горизонтальной связевой диафрагмы на угол <р=1 поперечные

рамы получают перемещение, равное xtgqj, но

поскольку конечный угол ф будем малым и, следовательно,

|^Ф=Ф=1, поперечные рамы получают перемещение,

равное их координате х; продольные рамы получают

перемещение, равное у. При этом возникнут реакции:

в поперечных рамах

R (XIII. 12)

в продольных рамах

R (XIII. 13)

We Гцу — реакция продольной рамы от смещения Д=1 (определяется

с учетом сопротивления вертикальных связей по колоннам).

Кручением колонн при вращении горизонтальной

диафрагмы ввиду его малости пренебрегаем.

Угловая жесткость блока или реактивный момент

блока от единичного угла поворота диафрагмы ф=1

В = МВ^М 1 = 2 2 xRx + 2 2 УЩ, (ХШ. 14)

1 1

№—943 401

где m=n/2, когда п—чясло поперечных рам четное, или т=(п—1)/2,|

когда п — чясло нечетное; p=q/2, когда q— чясло продольных рам{

четное, ялн р= (q—1)/2, когда q — число нечетное. *

Угловая жесткость блока с учетом значения реакций,

согласно формулам (XIII.12), (XIII.13), составит

(XIII. 15)

——°- г- (хш. 16)

2^iw 2*2 + pS^2

\ 1 1 /

Перемещение поперечной рамы с координатой х0 от

силы F найдем суммированием перемещений —

поступательного и от вращения блока. Тогда

Р = riiy/rux-

Угол поворота блока вокруг центра вращения

М Fxn

д = ¦

¦+•

2г

ц*

. (XIII. 17)

Теперь найдем реактивную силу от единичного

перемещения Д=1 поперечной рамы, приравняв единице пе-,

ремещение по формуле (XIII.17). Тогда \

F = Cdim rllxi (XIII. 18);

где

"dim '

(XIII. 19)'

Коэффициент Cdim характеризует пространственную,

работу каркаса, состоящего из поперечных и продольных^

рам. Следует принять во внимание податливость соедине-^

ний плит покрытия, которую на основании исследований,

можно оценить коэффициентом 0,7 к значению сцт, щ

также учесть загружение нагрузкой от мостовых кранов!

рам, смежных с рассчитываемой, коэффициентом 0,7*1

Тогда !

(хт.щ

402

Если учитывать пространственную работу рам лишь

доэго поперечного направления, то в упрощенном реше-

|и при р=0 из формулы (XIII.19)

!¦

г-

/

/

/

/

.___

Л/ог

—1

1

-р

^w% ЙЯ?

Рис. XIII.21. К

пространственному расчету одноэтажного

каркасного здания на крановые

нагрузки

(ХШ.21)

'огда для второй от торца

ока поперечной рамы, на-

;одящейся в наименее бла-

приятных условиях (в

чага помощи, оказываемой

работой соседних рам), при

|iare 12 м c<ftm=3,4; прн ша-

Таким образом,

поперечную раму можно

рассчитывать на крановые нагрузки

с учетом пространственной

работы каркаса здания

методом перемещений с

введением к реакции от

единичного смещения поперечной

рамы коэффициента с<цт (рис. ХШ.21).

3. Определение усилий в колоннах от нагрузок

Для расчета поперечной рамы на различные нагрузки

и воздействия наиболее удобен метод перемещений с

одним неизвестным Д — горизонтальным перемещением

плоской загружаемой рамы. Вводя по направлению

неизвестного перемещения стерженек-связь, получим

основную систему (рис. XIII.22, а). Основную систему

подвергают единичному воздействию неизвестного, при этом в

колоннах возникают реакции /?д и изгибающие моменты

|рис. XIII.22, б). Затем основную систему

последовательно загружают постоянными и временными нагрузка-

Ми F, М, Н, р, которые вызывают в стойках

соответствующие реакции и изгибающие моменты (рис. XIII.22, в—

0). Значение реакций R в ступенчатых колоннах пере-

йенного сечения при неподвижной верхней опоре могут

рыть определены по формулам, приведенным в

приложении XII. В уравнении

'< eatmru&+Rip**0 (XIII. 22)

Н* 403

Рис. XII 1.22. Основная система по-

перечной рамы и эпюры момента от

ветрового воздействия и нагрузок

Рис. XII 1.23. К расчету

двухъярусной поперечной рамы

а — конструктивная схема; б —

расчетные схемы

приняты обозначения: Гц — реакция поперечной рамы от единичного

перемещения; Rip=T,R — сумма реакций верха колонн от нагрузки;

положительные реакции направлены в сторону неизвестного

перемещения.

Коэффициент сцт для различных загружений

поперечной рамы, кроме загружения крановой нагрузкой,

равен единице.

Из уравнения находят неизвестное Д, а затем

упругую реакцию

Re = R+\R&. (XIII. 23)

При числе пролетов рамы, равном трем и более,

верхнюю опору колонн при действии крановых нагрузок

рассматривают как неподвижную и принимают Д=0.

Для рамы с двухъярусным ригелем при жесткости

внутренних колонн Ви превышающих жесткость

наружных колонн В2, так что Bi^5B2, в качестве расчетной

404

:емы средней высокой части может быть принята неза-

:симая однопролетная рама (рис. ХШ.23). Эту раму

¦акже рассчитывают с учетом пространственной работы

аркаса.

i Изгибающие моменты и поперечные силы в сечениях

колонны определяют как в консольной балке, загружен-

йой внешней нагрузкой и реакцией Re. Обычно

расчетными являются три основных сечения по длине колонны:

н—0 — над крановой консолью; /—2 — под крановой

жонсолью; 2—1 — в основании.

| Эпюры моментов строят для каждого вида нагрузки,

Действующей на раму. Затем составляют таблицу усилий

рМ, N, Q, и в расчетных сечениях колонны устанавливают

расчетные сочетания усилий или нагрузок. Постоянная

шагрузка на колонны участвует во всех сочетаниях,

временные нагрузки — в невыгоднейших.

?, Согласно нормам, временные нагрузки (снег, ветер,

|мостовые краны), действующие на поперечную раму,

относятся к кратковременным. При расчете поперечной

рамы на основные сочетания нагрузок, включающие одну

кратковременную нагрузку, значение которой

учитывают без снижения, а при расчете на основные сочетания,

включающие две или три кратковременные нагрузки,

расчетные значения этих нагрузок или соответствующих

им усилий умножают на коэффициент сочетаний 0,9. При

этом за одну кратковременную нагрузку следует считать

нагрузку от действия двух кранов на одном пути,

умноженную на коэффициент 0,85 для кранов легкого и

<греднего режимов, или же нагрузку от четырех кранов,

Совмещенных в одном створе разных пролетов,

умноженную на коэффициент 0,7.

I Сечения колонн поперечной рамы рассчитывают с

учетом влияния прогиба на значение эксцентриситета

продольной силы. Колонны из плоскости поперечной рамы

Проверяют на устойчивость как сжатые элементы. Кроме

р>го, колонны проверяют на усилия, возникающие при

Транспортировании и монтаже.

| Расчетная длина /0 сборных железобетонных колонн

[Маний с мостовыми кранами для подкрановой (нижней)

Расти и надкрановой (верхней) части в плоскости

поперечной рамы и из плоскости поперечной рамы различная

т. устанавливается согласно табл. XIII.1.

I Расчетная длина сборных железобетонных колонн

рданий без мостовых кранов однопролетных /0=1,5 Н,

[Многопролетных /0 = 1,2 Н.

h 405

Таблица XIII.1. Расчетная длина /0 сборных железобетонные

колонн зданий с мостовыми кранами )

Характеристика

загружения

колонны

С учетом

крановой нагрузки

Без учета

крановой нагрузки

Рассчитываемая

часть колонны

Подкрановая

Надкрановая

Подкрановая

в зданиях:

однопролет-

ных

многопролет-

иых

Надкрановая

В

плоскости

поперечной рамы

1,5//!

2//,

1,5/У

1,2//

2,5//2

Из плоскости

поперечной

при

наличии

вертикальных

связей

0,8//!

1,5//2

0,8//!

0,8//,

1,5//2

рамы

1

при отсут*]

ствии вер^

тикальныд!

связей I

h2Ht \

2Я2 1

1

'¦

1,2/У \

\,2Н '

2Яа

Рис. XI 11.24. Схемы армировании консолей колоин

а — наклонными хомутами; б — горизонтальными хомутами и отги«

бами

Короткие консоли (рис. XIII.24) колонн,

поддерживающие подкрановые балки, рассчитывают на действия по-

перечной силы из условия (XI.20), а также из условия

Q<I.2q>/?M«j|/a, (XIII.24:

в котором правая часть неравенства принимается не более

2,5 RbtbhQ; ф=0,75 — при кранах тяжелого режима рабо-

406

; ф=1 — при кранах среднего и легкого режимов ра-

ы.

Короткими считаются консоли, у которых вылет h^

0,9 п0. Угол наклона сжатой грани консоли с горизон-

|ральной линией должен быть v<45°, а высота сечения

|К>нсоли у свободного края должна быть hi^h/2 (где

ft — высота опорного сечения).

" Армируют консоли наклонными хомутами при h ^2,5,

«Горизонтальными хомутами и отгибами — при ft>2,5 а.

Ютогнутые стержни допускается не ставить, если Л>

Й>3,5 а и Q^Rbtbh0. Во всех случаях расстояние между

рхомутами должно быть не более 150 мм и не более ft/4;

,иаметр отогнутых стержней должен быть не более Vi5

ины отгиба и не более 25 мм. Суммарное сечение от-

ибов и наклонных хомутов, пересекающих верхнюю по-

овину линии, соединяющей крайние точки в пределах

ылета консоли (см. рис. XIII.24), должно быть

^ At + Aw = 0,002№0. (XIII. 25)

Площадь сечения продельной арматуры консоли А,

подбирают по увеличенному на 25 % изгибающему

моменту, действующему в месте примыкания консоли к

колонне. Продольная арматура снабжена на конце

приваренными анкерами в виде шайб или уголков.

4. Особенности определения усилий в двухветвеиных

колоннах

При двухветвенных колоннах расчет поперечной рамы

,с учетом пространственной работы каркаса задния

аналогичен расчету рамы со сплошными колоннами. Двух-

Лветвевая колонна представляет собой многоэтажную

|ОДиопролетную раму (рамный стержень) с расстоянием

it между ветвями осей, расстоянием s между осями рас-

,щорок, числом панелей п, длиной Ь нижней рамной ча-

|сти, длиной а верхней сплошной части, общей длиной I

(рис. ХШ.25, а). Поскольку ригелями рамного стержня

ужат короткие жесткие распорки, а стойками — менее

есткие ветви колонны, деформациями ригелей можно

ренебречь и с практически достаточной точностью

счисть их абсолютно жесткими. Другая возможная расчет-

иая схема — с упругими ригелями, — как показали

исследования, приводит к несущественному уточнению

результатов расчета. Для определения реакций при не-

407

подвижной верхней опоре двухветвенную колонну

рассматривают как стержень, обладающий изгибной

жесткостью Ebh и конечной сдвиговой жесткостью К.

Сдвиговая жесткость двухветвенной колонны обусловлена

местным изгибом ветвей, она равна силе, вызывающей

единичный угол перекоса ветвей (рис. XIII.25, б):

K = 24Ebl/s*, (XIII.26)

где / — момент инерции ветвн.

, г) 8)

±1/

Г

w

Рис. XIII.25. Расчетные схемы двухветвеииых колоии

Приложим к верхнему концу рассматриваемого

стержня пока без верхней опоры силу Х—1 (рис. XIII.25, в).

Тогда перемещение

здесь /, = /i — в нижней части колонны; I,—h — в

верхней части.

Отсюда реакция от перемещения Д=1 верхнего

конца колонны (рис. XIII.25, г)

где

"(i->

(ХШ.28)

h — момент инерции верхней части колонны; А — площадь сечения

ветвн; 1\—Ас2/2 — момент инерции нижней части колонны

(значением 2/ здесь пренебрегают как относительно малым); а=а/1.

40S

Допустим, двухветвенная колонна загружена крано-

Звым мом-ентом М. Найдем перемещение

MM ,,„ Ш2 П - )

О1Р =

А

рГеперь найдем реакцию R при неподвижной верхней

зопоре двухветвенной колонны (рис. XIII.25, д)

адесь знак минус опущен.

Аналогично найдем значения реакций R двухвет-

яенной колонны для других нагрузок, которые

приведены в приложении XII.

Формулы реакций R универсальны, так как могу г

Применяться не только для двухветвенных колонн, но

%акже для сплошных ступенчатых колонн при &=0,

колонн сплошных постоянного сечения при &i=&=0. По

этим же формулам в необходимых случаях можно найти

перемещения бц=///?д; b\p — RIR\, а также выполнить

расчет рамы с учетом упругой заделки колонны в

фундаменте.

При расчете рамы на изменение температуры At учет

действительной податливой заделки колонны в фундамен-

• те (а также учет действительной жесткости колонны на

участках с трещинами) приводит к уменьшению

изгибающего момента. Реакция от поворота колонны в нижнем

сечении на угол <р=1 составит

\ Найдем реактивный момент от поворота фундамента

s_Ha угол ф=1 (рис. XIII.26). Осадка края фундамента с

^размерами сторон в плане h~X.b составит «/=O,5/jtgq>=

-«=0,5 h (деформациями самого фундамента

пренебрегаем). Краевое давление фундамента на основание

,где Сф-коэффициент постели при неравномерном обжатии oci/ова-

, ния (см. гл. XIIj.

Реактивный момент от поворота фундамента

= Сф 7; (XIII.32)

?8десь Су! — угловая жесткость фундамента.

'/ Пример XIII.1. Определить реакцию /?д двухветвенной колонны

k 409

тгрт

I

>мш

а)

¦L-

Рве. XI 11.26. К расчету

податливости заделки колоииы

Рис. XIII.27. К определению ^

усилий в ветвях и распорах ко- ^5

лониы

м

Qs/4

QslQ

Qs/2

7QS/4

OS/?

по данным: /=17,6 м; а=5,2 м; 6 = 12,4 м; s=2,07 м; с=1 м; п=6;

/2=13,8; /==1; A =192.

Решение. Находим расчетные величины:

Ас* т

2 = :

а 5,2

/

17,6

-=96;

: 0,296;

Л =0,16;

(l-«K/i A-0,296)" 96

8пЧ

Вычисляем реакцию

8,6?-1

3,96?ь

17,6» A +0,16 + 0,12)

= 4,1-

Пример XIII.2. Определить реакцию двухветвенной колонны от

ветровой нагрузки интенсивностью v по данным примера XIII. 1.

410

Решение. Вычисляем реакцию

= 2о/[1+«*+1,33A+a)*J = 4y

8(l+* + *i)

Пример XIII.3. Определить реакцию Я сплошной ступенчатой

колонны от кранового момента Л1=500 кН-м по данным: /=11,1 м;

0=3,85 м; 6=7,25 м; /2=1; /,=8.

Решение. Определив расчетные значения а=0,35; ? = 0,3, при

к\ = 0, найдем реакцию ,

ЗМ(\— а2) 3-500A — 0,352)

2/A+Я) ~ 2.11,1A+0,3) -45кН-

Пример XII 1.4. Определить реакцию R сплошной колонны

постоянного сечения длиной /=11,1 м от кранового момента М =

>=500 кН-м, приложенного на расстоянии а=3,85 м.

Решение. Определив а=0,35, при k=k{=0 найдем реакцию

ЗМA-а2) 3-500A —0,35^)

««= - = — =58,5 кН.

После определения из расчета поперечной рамы

упругих реакций Re усилия в расчетных сечениях М, N, Q

вычисляют относительно геометрической оси двухветвен-

ной колонны, усилия же в ветвях и распорках

определяют в последующем расчете при подборе сечений.

Продольные сцлы в ветвях колонны

Nbr^(N/2)±(M4/c), (XIII.33)

где AI, /V — расчетные усилия по оси двухветвенной колонны;

N

г| г=1/A— —— ) —коэффициент продольного изгиба.

При определении коэффициента т) следует учесть

влияние гибкости ветвей в плоскости изгиба

двухветвенной колонны как для составного сечения (рис.

.ХШ.27,а). Приведенный радиус инерции r2red зависит от

радиуса инерции сечения нижней части колонны г\ =

=с2/4 и от радиуса инерции сечения ветви г^=/г2/12.

Приведенная гибкость должна удовлетворять условию

hred

ИЛИ При /0 = //

а2 —i2_li2

После подстановки значений г\ и г2 и сокращения

на /о получим

411

отсюда

здесь n=H\/s — число панелей двухветвенной колонны.

Условная критическая сила в соответствии с

формулой гл. IV

здесь А, ц — площадь сечения н коэффициент армирования ветвн.

При определении коэффициента

я|>г = 1 + Р (Mi/M)

моменты М и Mi вычисляют относительно оси,

проходящей через ось ветви.

Изгибающий момент ветвей при нулевой точке

моментов в середине высоты панели (рис. ХШ.27, б)

Mbr = Qs/4. (XHI.37)

Изгибающий момент распорки равен сумме моментов

ветвей в узле

Поперечная сила распорки

Qds = Q(s/c). (XIII. 39)

Если одна из ветвей при определении продольной

силы по формуле (ХШ.ЗЗ) окажется растянутой, то

следует выполнить расчет двухветвенной колонны с учетом

пониженной жесткости этой растянутой ветви. В этом

случае изгибающие моменты в сжатой ветви и

распорках определяют из условия передачи всей поперечиой

силы в сечении колонны на сжатую ветвь.