2.Виды каркасов

Каркасы различаются по следующим признакам:

1. По материалам:

• железобетонные каркасы (монолитным, сборным, сборно-монолитным);

• металлические каркасы.

2. По устройству горизонтальных связей: с продольным, поперечным, перекрестным расположением ригелей и с непосредственным опиранием перекрытий на колонны (безригельное решение).

3. По характеру статической работы:

• рамные с "жесткими" (монолитными) соединениями элементов в узлах (пересечениях) каркаса;

• связевые со сварными соединениями узлов, отличающиеся простотой конструктивного исполнения, но по принципу геометрической неизменяемости системы имеющие связи жесткости, устанавливаемые между колоннами и ригелями каркаса;

• рамно-связевые с жесткими соединениями узлов в поперечном направлении и сварными соединениями - в продольном направлении.

Каркасный тип здания целесообразен там, где требуются помещения с большой свободной площадью, а также в условиях, когда здание воспринимает большие статические или динамические нагрузки.

В эксплуатации высотных промышленных застроек важна их крепость, в связи с работой в них тяжелого оборудования. Для обеспечения надежности таких зданий каркас возводится монолитным. Этот процесс очень трудоемкий и требует применения дефицитного и дорогостоящего лесоматериала.

Достоинством монолитных конструкций обладает сборно-монолитная конструкция, элементы которой друг с другом соединяются жесткими швами, но при этом не требует подмостков и опалубок, а вот заделка швов обходится дорого и трудоемко. В производстве этих конструкций происходит лишний расход стальных элементов. В ходе стройки сборные и сборно-монолитные основы сокращают затраты труда и времени.

Такое разнообразие позволяет делать выбор в пользу того или иного каркаса в зависимости от исходного капитала, дороговизны конструкции в работе и сроков на реализацию проекта.

Каркас многоэтажного здания из стали имеет разные конструкции.

Пространственная жесткость в каркасах с металлическими конструкциями достигается путем ветровых связей на периметре и температурными швами.

Соединяются металлические колонны непосредственно опиранием приторцовыванием плоскости друг к другу и приваренными накладками.

3.Конструктивные схемы каркасов

Конструктивная схема многоэтажного здания решается с полным или неполным каркасом. В зданиях с полным каркасом наружные стены — самонесущие, воспринимающие нагрузки только от собственной массы, или навесные, передающие нагрузки от собственной массы на несущий каркас. В зданиях с неполным каркасом наружные стены — несущие, воспринимающие нагрузки от перекрытия и собственной массы. Таким образом, при полном каркасе нагрузки от междуэтажных перекрытий передаются на крайние и внутренние колонны; при неполном каркасе нагрузки от перекрытий передаются только на внутренние колонны и стены.

Многоэтажные промышленные здания, как правило, решаются с полным каркасом, преимущественно с балочными междуэтажными перекрытиями и с навесными панельными стенами.

Основными несущими элементами конструкций многоэтажных производственных зданий являются: железобетонный каркас, образованный ригелями, колоннами, фундаментами; перекрытия и покрытия.

Для обеспечения пространственной жесткости каркасы многоэтажных зданий проектируются по следующим конструктивным схемам: рамной, связевой, комбинированной — рамной в одном направлении и связевой — в другом.

При рамной конструктивной схеме все вертикальные и горизонтальные нагрузки воспринимаются рамами, состоящими из колонн, связанных друг с другом ригелями. Узлы соединения ригелей и колонн выполняются жесткими или шарнирными.

Количество жестких узлов определяется исходя из условий обеспечения прочности и жесткости каркаса на всех стадиях его возведения и эксплуатации.

Для невысоких зданий (с высотой не более 10—12 м) при воздействии на каркас незначительных статических нагрузок и отсутствии динамических нагрузок конструктивную схему здания рационально принимать со всеми шарнирными узловыми сопряжениями ригелей с колоннами. При этом колонны на всю высоту должны предусматриваться цельными (без монтажных стыков по высоте здания) и жестко заделанными в фундаменты. Жесткость несущего каркаса здания при монтаже и эксплуатации обеспечивается жесткостью колонн.

При рамной конструктивной схеме достигается максимальная свобода для размещения оборудования и технологических коммуникаций. Вследствие же того, что каждая рама способна работать независимо друг от друга, можно устраивать в перекрытиях любое количество проемов. Это весьма существенно для многоэтажных зданий, в которых размещаются производства с вертикальным технологическим, процессом (предприятий горнообогатительных комбинатов, угольной промышленности и др.), требующим устройства значительного количества отверстий разных размеров в междуэтажных перекрытиях для пропуска технологических и санитарно-технических коммуникаций, спусков, наклонных конвейеров, лотков, шахт и т. п.

Рамным схемам сборных каркасов с жесткими узлами присущ общий недостаток, заключающийся в необходимости производства мокрых процессов по - омоноличиванию узлов (в особенности в зимнее время). Этот недостаток усугубляется при решении узлов с жесткими соединениями поперечных и продольных ригелей с колоннами. Кроме того, передача горизонтальных нагрузок на каркас при рамной схеме связана со значительными дополнительными моментами в колоннах, особенно в нижних этажах. Поэтому при небольших вертикальных и значительных горизонтальных нагрузках на каркас применение рамной схемы с жесткими узлами может привести к увеличению расхода материалов по сравнению, например, со связевой схемой.

При связевой конструктивной схеме вертикальные нагрузки воспринимаются перекрытиями и колоннами, а горизонтальные— перекрытиями и вертикальными связями из стальных профилей (крестовых или портальных) либо из сплошных железобетонных элементов — диафрагм или П-образных рам.

Сборный многоэтажный каркас членится на отдельные элементы, изготовляемые на заводах. Каркас может быть расчленен по следующим основным схемам:

• прямолинейной, когда колонны и ригели представляют собой прямолинейные отправочные элементы; при этой схеме элементы имеют простую форму, что упрощает их изготовление, хранение, транспортирование и монтаж, но усложняет сопряжения; места расположения стыков находятся в зонах, где в каркасе возникают максимальные усилия;

• рамной, когда для сохранения монолитности узлов сборные элементы представляют собой рамы или полурамы, состоящие из колонн с ригелем (полностью или частично) в виде единых изделий ;при таком членении каркаса получаются П-образные, крестообразные, Н-образные и Г-образные элементы, соединяемые на месте монтажа с прямолинейными элементами-ригелями и колоннами; стыки располагаются в местах наименьших изгибающих моментов, что дает возможность их упростить; такое членение в свою очередь приводит к усложнению формы элементов, затрудняет их изготовление, транспортирование и поэтому применяется редко.