Стальной каркас (колонны, базы колонн, фермы, подкрановые балки, подстропильные конструкции)

Стальной каркас промышленного здания состоит из тех же элементов, что и ж/б, только материал каркаса- сталь.

Применение стальных конструкций целесообразно при:

-для колонн: при шаге 12 м и более, высоте здания более 14, 4 м., двухъярусном расположение мостовых кранов, при грузоподъемности кранов 50 т и более, при тяжелых режимах работ;

-для стропильных конструкциях: в отапливаемых зданиях пролетом 30 м и более; в неотапливаемых зданиях 24 м и более; над горячими цехами, в зданиях с большими динамическими нагрузками; при наличии стальных колонн.

-для подкрановых балок, фонарей, ригелей и стоек фахверка

Колонны разработаны одноветвевымисплошностенчатыми постоянного сечения при высоте зданий 6-9, 6 м, пролетом 18, 24 м., двухветвевыми при высоте здания 10, 8-18 м., пролетом 18, 24, 30, 36 м, раздельного типа, применяемые в зданиях большой грузоподъемностью и высотой более 15 м.

При высоте зданий до 7, 2 не предусмотрены мостовые краны, только подвесное оборудование с грузоподъемностью до 3, 2 т.; в зданиях 8, 4-9, 6 могут применяться мостовые краны грузоподъемностью до 20 т.

Колонны разработаны в двух вариантах: с проходами и без проходов. Для колонн без проходов расстояние от разбивочной оси до оси кранового рельса 750 мм, для колонн с проходами -1000 мм

Верхняя часть колонны двутавровая, нижняя из двух ветвей, соединенных решеткой из прокатных уголков, которые приваривают к полкам ветвей.

В целях унификации колонн их нижние торцы нужно располагать на отметке -0, 6 м. Для защиты от коррозии подпольную часть колонн вместе с базой покрывают слоем бетона.

Шаг колонн рекомендован для бескрановых зданий и с подвесным оборудованием по крайним рядам-6 м., средним- 6, 12 м.; с мостовыми кранами по крайним и средние рядам- 12 м.

В средних рядах с перепадом высоты в каркасах можно установить один ряд колонн, но по линии перепада необходимо предусмотреть две разбивочные оси со вставкой между ними. Верхняя часть таких колонны принята одинаковая с верхней часть крайних колонн, т.е. имеет привязку 250 мм. Вторая разбивочная ось совмещена с наружной гранью верхней части колонн.

Фермы покрытия используются в одно и многопролетных зданиях с ж/б или стальными колоннами длиной 18, 24, 30, 36 м., шаг колонн принимается 6, 12 м. состоят из самой фермы и опорных стоек. Опирание фермы на колонны или подстропильные фермы приняты шарнирными.

Изготавливаются трех типов: с параллельными поясами, полигональные, треугольные.

Конструкции ферм:

-Фермы с параллельными поясами пролетом 18 м. имеют уклоны 1, 5 % только верхнего пояса, остальные как верхнего, так и нижнего поясов. Высота фермы на опоре 3150 мм.- по опушкам, и 3300 мм.-полная высота со стойкой, номинальная длина меньше пролета на 400 мм. (по 200 мм крайних отсеков).

Ж/б плиты непосредственно опираются на верхний пояс стропильной фермы, усиленной накладками в местах опирания и привариваются. В покрытиях с проф. настилом применяют прогоны длиной 6 м., которые устанавливаются на верхний пояс и крепятся болтами, решетчатые прогоны длиной 12 м. привариваются.

-Фермы из круглых труб (экономичнее на 20%, менее повержены коррозии из-за отсутствие щелей и пазух) серия 1, 460-5. предназначены только под проф. настил, нижний пояс горизонтален, верхний с уклоном 1, 5%, высота на опоре 2900 мм., полная 3300, 3380 мм., номинальная длина также на 400 мм. короче.

-Фермы с уклоном верхнего пояса 1: 3, 5 (треугольные), предназначены для однопролетных бесфонарных, неотапливаемых складских помещений с наружным водоотводом, серия ПК-01-130/66 для покрытия с прогонами.

Подстропильные конструкции пролетом 12 м устанавливают на ж/б или стальные фермы. Пролетом 18, 24 м только на стальные.

Подкрановые конструкции для мостовых кранов состоят из подкрановых балок, воспринимающие вертикальные и местные усилия от катков кранов; тормозных балок или ферм, воспринимающих горизонтальные воздействия кранов; вертикальных и горизонтальных связей, обеспечивающих жесткость и неизменяемость конструкций.

Подкрановые стальные балки в зависимости от статической схемы делятся на разрезные и неразрезные. Преимущественно используются разрезные. Они просты в конструктивном отношении, менее чувствительны к осадкам опор, несложны в изготовлении и монтаже, но по сравнению с неразрезными имеют большую высоту и осложняют условия эксплуатации подкрановых путей и требуют большего расхода стали.

По типу сечения подкрановые балки могут быть сплошного и сквозного (решетчатого) сечения

Подкрановые балки в виде сварного двутавра с симметричными поясами или нет, пролетом 6, 12, 24 м., высоты: при длине 6 м.-800, 1300 мм.; при длине 12 м.-1100, 1600 мм. Высота сечения сплошных балок 650-2050 мм с градацией 200 мм. Балки снабжены ребрами жесткости для обеспечения устойчивости стенок, располагаемые через 1, 5 м. Балки бывают средние и крайние (располагаются по торцам и у температурного шва, одна из опор отодвинута на 500 мм). Опирание балок на консоли колонн приняты шарнирным: к рядовым – на болтах, к связевым- на болтах и монтажной сварке.

Каркасы МПЗ (балочные и безбалочные варианты перекрытия).

Балочная схема многоэтажных зданий является наиболее распространенной. При этой схеме в поперечном направлении располагаются ригели, опирающиеся на консоли колонн, а по ригелям укладываются сборные железобетонные ребристые или пустотелые настилы. Настилы, укладываемые вдоль разбивочных осей ряда колонн, имеют вырезы для пропуска колонн. Ригели имеют тавровое поперечное сечение. В некоторых случаях для уменьшения высоты перекрытия применяют ригели трапецеидального сечения с четвертями для опирания настилов.

Колонны делают высотой на этаж, при этом стыки колонн располагаются не в уровне междуэтажного перекрытия, а на 60 см выше него. Для унификации размеров всех сборных элементов сечения колонн, ригелей и настилов перекрытий всех этажей принимают одинаковыми. Узлы и стыки сборных элементов выполняются сваркой закладных стальных частей с последующим замоноличиванием.

Стальные планки, заложенные в нижнем поясе ригелей, привариваются к планкам, заложенным в консоли колонн. Планки в консолях шире планок ригелей, благодаря чему сварные швы накладываются в нижнем положении, самом удобном для производства сварочных работ. Поверху ригели соединяются стыковыми накладками, которые обнимают колонну с двух сторон и привариваются к закладным планкам верхнего пояса ригелей. Вертикальные зазоры между торцами ригелей и колонной заполняют бетонной смесью на мелком гравии или цементным раствором. Элементы настила соединяются с ригелями сваркой закладных деталей.

Вместо ригелей могут быть применены парные прогоны, которые опираются на консоли вдоль разбивочных осей колонн. На прогоны укладываются многопустотные настилы. Швы между элементами настила замоноличиваются. Перекрытие получается с гладким потолком, что является большим преимуществом перед перекрытием с ребристым настилом.

Безбалочная схема многоэтажных промышленных зданий в сравнении с балочной обеспечивает большую полезную высоту помещений так как само перекрытие имеет меньшую высоту. Сетка колонн 6 X 6 м.

Основные несущие элементы безбалочного перекрытия — это колонны с капителями, на которые опираются многопустотные надколонные панели толщиной 30 см. На надколонные панели в свою очередь опираются пролетные панели перекрытия толщиной 16 см. Капители имеют форму усеченной пирамиды с квадратным основанием и с отверстием посередине, через которое проходит колонна. Капитель выполняет роль обоймы стаканного типа, которая охватывает верхушку колонны, опирается на консоли колонны и скрепляется с ними путем приварки закладных деталей.

Поэтажный стык колонн осуществляется в пределах капители. Сборные безбалочные перекрытия сложны в монтаже и неэкономичны по расходу бетона и стали, поэтому применяются редко. Более экономичными являются сборно-монолитные безбалочные перекрытия, которые устроены следующим образом: плоская железобетонная плита с отверстием посередине для пропуска колонны служит капителью; на капители опираются межколонные предварительно напряженные многопустотные панели, на которые в свою очередь опираются пролетные панели.

По межколонным панелям укладывается арматурная сетка, которая сваривается с выпусками арматуры пролетных панелей и заполняется бетоном. Такая сборно-монолитная конструкция безбалочного перекрытия благодаря тому, что элементы не разрезаны, отличается большой жесткостью. Достоинство сборно-монолитного перекрытия — значительно меньший расход бетона и стали по сравнению со сборным; недостаток — применение монолитного бетона.

АРКИ

Арками называют системы, состоящие из криволинейных элементов, горизонтальное смещение опор которых ограничено. Это приводит к возникновению распора, обеспечивающего работу арки преимущественно на сжатие. В одноэтажных промышленных зданиях арки применяют в покрытиях средних и больших пролетов. Имеются примеры использования арочных конструкций в ангарах, спортивных сооружениях, мостах, где пролеты превышают 100м.

В зависимости от статической схемы работы арки бывают бес шарнирные, двух шарнирные и трех шарнирные. Они могут возводиться с затяжками или без них, в последнем случае для восприятия распора следует предусматривать специальные конструкции фундаментов. Самые простые при изготовлении и возведении – бесшарнирные арки, однако поскольку это статически неопределимые конструкции, то в них могут появляться дополнительные усилия из – за осадок опор, температурных деформаций, ползучести и усадки бетона. Наиболее экономичны двухшарнирные арки с затяжками, воспринимающими распор. Стрела подъема таких арок принимается в пределах отношение высоты поперечного сечения к пролету должно составлять h/L = 1/30…1/50. Трехшарнирные арки используются реже, так как в этом случае требуются дополнительные работы по устройству шарниров и устройству тяжелых фундаментов для восприятия распора.

Очертание оси арки чаще всего принимается круговым, реже параболическим. Оптимальным очертанием оси арки ведет такое, когда оно совпадает с эпюрой моментов. Поперечные сечение арок принимают прямоугольными, двутавровыми, коробчатыми, решетчатыми и складчатыми. Продольная арматура в сечении размещается конструктивно, железобетонные затяжки необходимо делать предварительно напряженными, они конструируются аналогично нижним поясам ферм. Опорные узлы арок показаны. В зонах анкеровки напрягаемой арматуры следует предусматривать косвенное армирование сварными сетками. Для устранения провисания затяжек через 5…6м одна от другой устраивают железобетонные подвески.

Рис. Железобетонные арки а — схемы бесшарнирной, двухшарнирной и трехшарнирнойарок; б — монолитная арка: 1 — арка; 2 — затяжка; 3 — подвеска

РАМЫ

Железобетонные рамы представляют собой плоские стержневые системы, в которых геометрическая неизменяемость обеспечивается жесткими соединениями в узлах. В зависимости от количества пролетов различают рамы однопролетные, многоэтажные. Ригели рам одноэтажных зданий изготавливаются, их соединение с колоннами рам, как правило, жесткое. Стойки рам могут иметь жесткое или шарнирное соединение с фундаментами. Применение предварительного напряжения в ригелях позволяет (известны решения рам с пролетами до 60м).

Широкое распространение получили схемы однопролетные трехшарнирных рам с ломаным ригелем, которые могут иметь разгружающие консоли или быть без них. Рамы представляют собой распорные конструкции, работа которых напоминает работу арок. По расходу материалов рамы несколько менее экономичны, чем арочные конструкции, но по простоте и трудозатратам на изготовление и монтаж они более предпочтительны. По способу изготовления рамы могут быть монолитными и сборными. Монолитные рамы применяются сравнительно редко из – за сложности производства арматурных и бетонных работ. Узлы соединения элементов монолитных рам с фундаментами, в карнизе и коньке, как правило, выполняются жесткими. Значительно чаще используются сборные железобетонные рамы.

Схема двухпролетной рамы промышленного здания