6. Указания по выбору конструкций здания

6.1. Колонны.

Выбор колонн проводится в соответствии с параметрами схемы, указанными в задании на проектирование (грузоподъемность крана, пролет, высота здания, шаг колонн, взаимное расположение пролетов).

Данные для подбора сборных железобетонных колонн приведены в приложении 1, для стальных колонн – на листе 2.01, 2.02 [1].

При грузоподъемности крана 1050 т принимаются колонны для зданий с мостовыми опорными кранами; сечение колонн прямоугольное и двухветвевое.

При грузоподъемности крана 5 т принимаются колонны прямоугольного сечения для зданий без мостовых кранов.

Привязку крайних колонн к продольным координационным осям принимают в зависимости от грузоподъемности крана, высоты здания и шага крайних колонн равной «0» или «250» (см. табл. 5.5).

Для удобства дальнейшей работы над проектом следует выполнить эскиз каждого типа выбранной колонны с указанием основных габаритных размеров, вида базы, привязки к осям.

6.2. Фундаменты.

Каркасная конструкция производственного здания обусловливает необходимость устройства самостоятельного фундамента под колонну, т.н. столбчатого фундамента.

В курсовом проекте применяется монолитный железобетонный фундамент с подколонником стаканного типа (для сборных железобетонных колонн) и пенькового типа (для стальных колонн), а также одно-, двух- или трехступенчатой плитной частью.

Размер фундамента определяется нагрузкой, приходящейся на колонну, предельно допустимым давлением на грунт под подошвой фундамента и глубиной промерзания грунта. Поскольку в объем данного курсового проекта не входит сбор нагрузок и определение прочностных характеристик грунта, то размеры подошвы фундамента назначаются самостоятельно.

6.2.1. Конструктивное решение столбчатого фундамента под железобетонную колонну определяется способом обеспечения жесткого соединения колонны с фундаментом, что достигается заделкой нижнего конца колонны в специальный стакан фундамента.

Для сокращения общей номенклатуры унифицированы размеры подколонника и подошвенной части фундамента (размеры в плане кратны модулю 300 мм), а также отметка верха стакана (- 0,15м).

Размеры стакана на 150 мм вверху и на 100 внизу больше размера колонны.

Размеры подколонника в плане подбираются соответственно принятым размерам сечения колонны.

Размеры подошвенной части и число ступеней принимаются соответственно грузоподъемности кранового оборудования. Для фундаментов под колонны среднего ряда размеры подошвенной части принимаются в 1,52 раза больше аналогичных размеров для колонн крайних рядов.

Фундаменты под смежные колонны в местах устройства продольных и поперечных температурных швов выполняется общий, независимо от числа колонн в узле. Размеры подошвы фундаментов под смежные колонны назначаются путем суммирования размеров подошвы под каждую колонну с учетом вставки между осями колонн и при соблюдении кратности размеров подошвы модулю 300 мм. Если же шов осадочный, то под каждую колонну выполняется свой независимый фундамент.

Привязка фундаментов к координационным осям определяется привязкой колонн. Следует учитывать, что больший размер подколонника и подошвенной части фундамента располагается в поперечном направлении, а меньший – в продольном направлении.

Глубина заложения фундаментов с учетом нагрузок от проектируемых зданий и применительно к нормальным грунтовым и климатическим условиям, характерным для части территории Украины, может быть принята ориентировочно от –1.5 м до –2.5 м.

6.1.2. Размеры фундаментов под стальные колонны выбираются как для сборной железобетонной колонны, имеющей размеры сечения, близкие к габаритным размерам сечения стальной колонны.

Подколонник выполняется сплошной (без стакана). Сечение подколонника под базы стальных колонн выбирается исходя из условия размещения анкерных болтов таким образом, чтобы расстояние от оси болта до грани подколонника было не менее 150 мм. Привязки анкерных болтов определяются в соответствии с размерами выбранной колонны (см. лист 2.01 и 2.02 [1]).

Верх подколонника принимается на отм. –0.700 м или –1.000 м в зависимости от высоты базы колонны. При отсутствии развитой базы верх подколонника располагают на отм. – 0.250 м.

6.2.3. Для опирания фундаментных балок устраиваются бетонные столбики – приливы площадью сечения 0.3х0.6 м. Верх столбиков принимается на отм. – 0.45 м при высоте фундаментных балок 0.4 м и шаге колонн 6 м. Отметка верха фундаментной балки принимается на 30 мм ниже уровня чистого пола (отметка – 0.030 м). Для предохранения балок от деформации при пучении грунтов снизу или с их боков делают подсыпку из шлака или крупнозернистого песка. В целях утепления пристенной рабочей зоны ширина подсыпки из утеплителя в отапливаемых зданиях может составлять 1…2 м.

Длина фундаментной балки зависит от ее расположения в здании (угловые, рядовые, у температурных швов), шага колонн и от размера подколонника в плане. Варианты узлов опирания фундаментных балок на монолитные фундаменты приведены в приложении 5. Таблица с типоразмерами фундаментных балок для шага колонн 6 м приведена в приложении 6.

6.2.4. Под фахверковые колонны могут быть приняты фундаменты с одной ступенью и размерами подколонника 0.9х0.9 м.

6.3. Крановое оборудование.

В курсовом проекте предусмотрено применение подвесных кранов (при грузоподъемности Q  5 т) и опорных мостовых кранов (при грузоподъемности Q = 1050 т).

Основные привязки подвесных кранов в пролетах одноэтажных промзданий и габаритные размеры опорных мостовых кранов приведены в приложении 2. Номинальные отметки головки подкранового рельса для мостовых кранов в зависимости от высоты здания и грузоподъемности крана приведены в приложении 3.

6.4. Подкрановые балки.

Железобетонные подкрановые балки в зданиях применяют при шаге колонн 6 и 12 м и грузоподъемности крана до 30 т (серия 1.426.1-4, в. 1, 2). По условиям технологичности изготовления и монтажа их устраивают разрезными. Железобетонные подкрановые балки имеют тавровое сечение, высота типовых балок пролетом 6 м – 800 и 1000 мм, а 12 м – 1400 мм. По местоположению в здании подкрановые балки различают торцевые – у торцевых стен, рядовые, температурные – у температурных швов. Они отличаются друг от друга наличием и расположением закладных деталей для крепления к колоннам.

Поскольку при работе кранов подкрановые балки испытывают динамические нагрузки, предпочтительнее вместо железобетонных балок использовать металлические. Стальные подкрановые балки подразделяются по конструкции на: 1) разрезные постоянного сечения в виде сварного двутавра и 2) неразрезные, компонуемые из различных сечений. Высота подкрановых балок определяется шагом колонн и грузоподъемностью крана (см. лист 2.03 [1]).

6.5. Связи.

На решение системы вертикальных связей влияют: высота здания, наличие или отсутствие в здании мостовых кранов и решение покрытия (высота балок или опорной стойки ферм). Примеры компоновки продольных рам при железобетонном каркасе см. приложение 4, стр. 29.

В зданиях, оборудованных мостовыми кранами, вертикальные связи по колоннам устанавливаются ниже уровня подкрановых балок в одном (желательно среднем) шаге колонн каждого температурного отсека. При этом подкрановые балки рассматривают как распорки вертикальных связей. Если по требованиям технологии нельзя расположить вертикальные связи в среднем шаге колонн температурного отсека, допускается перенос их в соседний шаг.

Не разрешается устанавливать вертикальные связи, располагаемые ниже уровня подкрановых балок, в двух крайних шагах отсека, так как такое расположение связей препятствует свободе деформаций конструкций при изменении температуры.

В бескрановых зданиях связи по колоннам требуются только при высоте от пола до низа несущих конструкций покрытия, превышающей 10,8 м. Так же, как и в зданиях, оборудованных кранами, связи располагаются в одном среднем шаге температурного отсека. Роль распорок по колоннам могут выполнять плиты покрытия при высоте опорной стойки ферм или балок не более 0,8м. При большей высоте опорной стойки ферм требуется установка специальных распорок в уровне верха колонн.

При высоте опорного узла ферм или балок не более 0,8м устройство специальных вертикальных связей в уровне опорных узлов покрытия не требуется. При высоте опорной стойки ферм или балок, превышающей 0,8 м, требуется установка дополнительных связей в уровне конструкций покрытия. Поскольку эти связи меньше, чем связи нижних ярусов, препятствуют свободе температурных деформаций колонн, их располагают в двух крайних шагах каждого температурного отсека, что позволяет вести монтаж с любого конца отсека.

Если имеются подстропильные фермы, то они выполняют функции распорок по колоннам, и специальные элементы распорок не устанавливаются.

Помимо оговоренных вертикальных связей по колоннам предусматриваются вертикальные связи по фонарям и по подвесным крановым путям.

В зданиях из металлического каркаса в подкрановом пространстве связи устанавливают по всем колоннам среднего шага, а в надкрановом пространстве – крайнего шага температурного отсека. Вид решетки связевых ферм определяют размером шага и высотой здания. При двухветвевых колоннах связи ставят в плоскости крана: по крайним колоннам они будут одноплоскостные, а по средним колоннам – двухплоскостные. Варианты установки связей при стальном каркасе приведены в приложении 4, стр. 30.

Типы вертикальных связей в зависимости от параметров объемно-планировочного решения здания и грузоподъемности крана приведены в приложении 4, стр. 31.

6.6. Стропильные конструкции.

6.6.1. Несущие конструкции покрытия из сборного железобетона плоскостного типа включают в свой состав стропильные, а при необходимости и подстропильные элементы, а также настилы из плит покрытия. Несущие конструкции, состоящие только из стропильных элементов, применяют при одинаковом шаге колонн по крайним и средним рядам, а с применением подстропильных элементов – когда шаг по наружному и среднему рядам различен (например, когда шаг колонн по наружному ряду принимают 6 м, а по среднему – 12 м).

Сборные железобетонные балки применяют при устройстве покрытий зданий с пролетами от 6 до 24 м. Варианты конструктивных решений железобетонных балок для различных пролетов покрытия с плоской и скатной кровлей приведены в приложении 7. При несовпадении в здании шага колонн по крайним и средним рядам применительно к рассмотренным стропильным балкам разработаны подстропильные балки.

Фермы по сравнению с балками обладают лучшими технико-экономическими показателями: меньшей массой, возможностями использования межферменного пространства. Фермы из сборного железобетона эффективны для перекрытия пролетов 18 и 24 м. В зависимости от очертания стропильные фермы подразделяют на сегментные, безраскосные, с параллельными поясами, полигональные и треугольные (см. приложение 8). Применение безраскосных ферм по сравнению с сегментными позволяет лучше использовать межферменное пространство. Безраскосные фермы для малоуклонных кровель (3,3%) имеют дополнительные стойки над верхним поясом, которые служат опорами для плит размерами 3х6 и 3х12 м.

Фермы с параллельными поясами и полигональные используются реже, так как они имеют большую высоту на опоре. Из-за чего увеличивается высота стен и неполезный объем здания, а также возникает необходимость в дополнительных связях в покрытии.

Треугольные фермы применяют для устройства покрытий в неотапливаемых зданиях под кровлю из асбестоцементных или металлических профилированных листов.

Подстропильные фермы разработаны для вариантов малоуклонных и скатных кровель (см. приложение 8).

К балкам и фермам из сборного железобетона можно подвешивать краны грузоподъемностью до 5 т.

6.6.2. Стальные несущие конструкции покрытия, как и железобетонные, могут быть решены с подстропильными элементами и без них.

Стропильные конструкции устраиваются в виде ферм. В зависимости от размера перекрываемого пролета, конструкции кровли, состояния воздушной среды в здании и климата местности стальные фермы изготавливают с параллельными поясами, полигональными и треугольными.

Фермы с параллельными поясами применяют для плоских и малоуклонных кровель (1,5%) в отапливаемых зданиях, а треугольные с уклоном верхнего пояса 1 : 3,5 – для однопролетных, неотапливаемых зданий с наружным водостоком под кровлю из асбестоцементных или стальных листов (см. приложение 9). Полигональные фермы с уклоном верхнего пояса 1 : 8 применяют для скатных покрытий из рулонной кровли.

Пояса и решетки ферм выполняют из спаренных прокатных уголков, широкополочных двутавров и тавров, замкнутых гнутосварных профилей прямоугольного сечения и из круглых труб. Два последних варианта наиболее эффективны для пролетов от 18 до 30 м. Фермы из круглых труб разработаны для устройства по ним легкого покрытия из профилированного стального листа.

Подстропильные фермы. Для стропильных ферм из прокатных уголков проектируют подстропильные фермы с параллельными поясами длиной от 12 до 24 м. Для стропильных ферм из труб и широкополочных двутавров применяют треугольные подстропильные фермы длиной 12 м (см. приложение 9).

6.7. Покрытие.

6.7.1. Железобетонныеплиты, служащие основанием для кровли, укладывают по поперечным стропильным конструкциям; они имеют четыре типоразмера. При шаге стропильных конструкций 6 м используются плиты 3х6м и 1,5х6м, а при шаге 12 м – 12х6м и 1,5х12м (см. приложение 10). В основном применяют плиты шириной 3м, что соответствует расстоянию между узлами ферм. Плиты шириной 1,5 м используют главным образом в ендовах, когда для восприятия нагрузки, возникающей от отложения снега, несущая способность плит шириной 3 м оказывается недостаточной.

6.8. Стеновое ограждение. В курсовом проекте разрабатывается проект отапливаемого промышленного здания, поэтому в качестве стенового ограждения используются утепленные конструкции.

При железобетонномкаркасецелесообразно применять легкобетонные самонесущие панели. Согласно унификации высоту основных стеновых панелей подчиняют модулю 300мм и принимают 1,2 и 1,8 м, подкарнизных и парапетных – 0,9 и 1,5 м. Цокольную панель принимают в основном высотой 1,2 м, но она может быть и выше, если это диктуется технологическими соображениями. В верхней части одноэтажных зданий горизонтальный шов основных стеновых панелей в целях удобства монтажа делают на 0,6 м ниже отметки низа несущих конструкций покрытия. В торцевых стенах одноэтажных зданий допускается использование специальных панелей с наклонным верхом, а также длиной 3 м.

Длину стеновых панелей принимают в зависимости от шага колонн и способов организации проемов. Номинальная длина панелей может быть 12; 6; 3; 1,2 м и др. В углах зданий, где основные колонны каркаса сдвинуты с поперечной координационной оси на 500 мм, применяют удлиненные панели или панели с доборными вкладышами.

В торцевых стенах здания панели крепят к фахверковым колоннам.

В одноэтажных зданиях для устройства торцевыхипродольныхфахверковприменяют сборные железобетонные или стальные колонны.

Сборные железобетонные колонны фахверка выполняют сплошными и ступенчатыми квадратного или прямоугольного сечения. Сплошные колонны имеют сечение от 300х300 до 600х400 мм (через 100 мм), а ступенчатые: в пределах высоты от пола до низа стропильных конструкций - 300х300 и 300х400 мм. Длина колонн рассчитана на их использование в зданиях высотой 14,4 м включительно. Ступенчатые колонны применяют в зданиях выше 10,8м.

Стальные колонны фахверка в зависимости от высоты здания могут быть выполнены: из обычных, широкополочных или сварных двутавров; из двух швеллеров или двух уголков, образующих замкнутое прямоугольное сечение.

В стенах одноэтажных отапливаемых зданий, предназначенных для размещения производств с неагрессивной и слабоагрессивной средой при относительной влажности воздуха помещений не более 60% эффективны панели из металлических трехслойных панелей. В курсовом проекте такие панели рационально применять при металлическом каркасе. Номинальная длина рядовой панели 1,2 м. Толщина 0,1 м, высота от 1,2 до 6 м. Конструктивные решения панелей и их сопряжений приведены на листах 6.10; 6.11; 6.12 [1].

6.9. Окна.

В курсовом проекте оконное заполнение выполняется раздельным с применением деревянных либо стальных переплетов (ДСТУ Б В.2.6-23-2001 (ГОСТ 23166-99) «Блоки оконные. Общие технические условие», ГОСТ 12506-81 «Окна деревянные для производственных зданий. Типы, конструкция и размеры»).

Типовые варианты оконных блоков предусматривают их исполнение с открывающимися створками и фрамугами и неоткрывающимися. Способы открывания створок и фрамуг принимают распашными, подвесными, откидными, поворотно-откидными и вращаюшимися. Открывание предусматривают наружу и или внутрь. Условные обозначения открывания окон см. приложение 18.

Деревянные окна предназначены для заполнения проемов в зданиях с нормальным температурно-влажностным режимом. Деревянные оконные блоки изготавливают размерами: по высоте 1,2 и 1,8 м; по ширине – 1,8; 2,4; 3 и 4,8 м.

Стальные переплеты по сравнению с деревянными более долговечны и огнестойки. Размеры отдельных светопроемов со стальными переплетами увязывают по высоте с модулем 600 мм, а по ширине – с конструкциями стен: 4,5 м (при длине простеночных стеновых панелей 1,5 м) и 3 м (при длине простеночных стеновых панелей 3 м).

6.10. Ворота промышленных зданий. Двери.

В курсовой работе применяются ворота для автомобильного и железнодорожного транспорта различной грузоподъемности. Для автотранспорта - с размерами 3х3; 3,6х3; 3,6х3,6 и 3,6х4,2 м, а для железнодорожного транспорта узкой и нормальной колеи – 4,2х4,2 и 4,8х5,4 м.

6.10.1. Распашные и откатные ворота.

Типовые распашные ворота разработаны для координационных размеров проемов ворот (ширина х высота): 3х3; 3,6х3,6; 4,2х4,2 и 4,8х5,4 м (ГОСТ 18853-73. Ворота деревянные распашные для производственных зданий и сооружений. Технические условия»). Рама ворот состоит из ригеля и двух стоек, устанавливаемых на фундамент и закрепляемых к нему анкерными болтами. Раму устанавливают с наружной стороны здания.

6.10.2. Подъемно-секционные ворота.

Ворота подъемного типа применяют в условиях большой интенсивности движения транспорта (около 100 циклов в сутки). Открывание и закрывание полотен автоматическое. Полотна ворот скользят по направляющим пазам рамы портала.

Различные варианты конструкции ворот см. листы 7.08-7.10 [1]. Конструктивное решение фундамента в месте установки рамы ворот см. приложение 5.

6.11. Двери.

В промышленных зданиях двери применяются деревянные (ГОСТ 14624-84. «Двери деревянные для производственных зданий») и металлические. Стандартные размеры однопольных деревянных дверей: щирина – 884 и 984 мм (0,9 и 1,0 м); высота наружных дверей – 2000 и 2300 мм, внутренних – 1800 и 2000 мм. Двухпольные двери делают шириной 1274, 1474 и 1874 мм, высотой 2000 и 2300 мм.

Тип дверей, а также места установки их в здании не оговариваются, поэтому студент назначает параметры дверей самостоятельно, руководствуясь требованиями технологического процесса.

6.12. Полы.

При выборе вида и конструкции пола исходят из характера производственных воздействий на него и обеспечения долговечности и эксплуатационной надежности пола. Поэтому на отдельных участках цеха могут выполняться различные по конструкции полы. Основными конструктивными элементами полов являются покрытие, подстилающий слой, прослойка, стяжка, гидроизоляция и основание. Тип пола в задании не указывается, поэтому студент назначает его параметры самостоятельно, руководствуясь требованиями технологического процесса. Основные типы полов в зависимости от воздействия приведены на листе 9.01 [1].