Рекомендации по компоновке несущей системы здания

Компоновка конструктивной схемы здания состоит из выбора сетки колонн, внутренних габаритов здания, выбора конструкции покрытия, разбивки здания на температурные блоки, выбора системы связей для обеспечения пространственной жесткости здания, привязки колонн к разбивочным осям здания и т. п.

При компоновке поперечной рамы необходимо обратить внимание на выполнение следующих требований:

- в зданиях с кранами грузоподъемностью до 30 т при шаге колонн 6 м и высоте от пола до низа несущей конструкции покрытия менее 16, 2 м наружные грани колонн совмещаются с продольной разбивочной осью (нулевая привязка) (рисунок 1, а);

- в зданиях с мостовыми кранами грузоподъемностью Q > 30 т при шаге колонн 6 м и высоте от пола до низа несущей конструкции H > 16, 2 м, а также при шаге колонн 12 м и H ≥ 8, 4 м наружные грани колонн смещаются в наружную сторону от продольных разбивочных осей на 250 мм (рисунок 1, б).

Геометрические оси средних колонн должны совпадать с продольной разбивочной осью.

При большой протяженности в продольном направлении здание делят температурными швами.

Максимальная длина температурного блока:

- в отапливаемом здании – 72 м;

- в неотапливаемом здании – 48 м.

Геометрические оси торцевых колонн и поперечных температурных швов смещаются с поперечной оси внутрь здания на 500 мм (рисунок 1, в).

Расстояние от разбивочной оси ряда до оси подкрановой балки, а также при наличии проходов в подкрановой части колонны

λ =750 мм при Q≤ 50 т; λ =1000 мм при Q> 50 т

Рама решается с жестким сопряжением стоек (колонн) с фундаментами и шарнирным (реже – жестким) сопряжением стоек с ригелем. При шарнирном соединении возможна независимая типизация ригелей и колонн, так как в этом случае нагрузки, приложенные к одному из элементов, не вызывают изгибающих моментов в другом. Шарнирное соединение ригелей с колоннами упрощает их форму и конструкцию стыка, отвечает требованиям массового заводского производства и, как более экономичное, принято в качестве типового соединения. Шарнирное сопряжение осуществляется при помощи анкерных болтов, выпускаемых из колонн, на которые заводят вырезы опорных листов ригелей с последующей сваркой закладных элементов ригеля и колонны.

Рисунок 1 – Привязки колонн к координационным осям

При пролетах до 18 м в качестве ригелей применяют предварительно напряженные балки, при L=24…30 м – фермы.

Колонны каркасного здания могут быть сплошными прямоугольного сечения или сквозными двухветвевыми. Возможно применение колонн двутаврового и кольцевого сечения. При выборе конструкции колонн следует учитывать грузоподъемность мостового крана и высоту здания. Сплошные колонны применяют при кранах грузоподъемностью Q < 30 т и высоте от пола до головки кранового рельса H^´ ≤ 10 м (высоте здания Н₀< 12 м). При кранах грузоподъемностью Q≥ 30 т и высоте здания H₀> 12 м применяют сквозные колонны.

Размеры сечения колонны в надкрановой части назначают с учетом опирания ригелей на торец колонны. Высота сечения h₁ для средних колонн- h₁=500 или 600 мм; для крайних - h₁=380 или h₁= 600 мм. Ширина сечения b средних и крайних колонн- b=400…600 мм (бó льшие размеры принимают при шаге 12 м и грузоподъемности Q≥ 30 т).

Высота сечения подкрановой части сплошных колонн h₂≥ (1/10…1/14)H₂ (H₂ – высота подкрановой части колонны). Сквозные колонны имеют в нижней подкрановой части две ветви, соединенные распорками. Высота сечения подкрановой части для средних колонн - h₂=1200…1600 мм, для крайних колонн – h₂=1000…1300 мм. При этом принимают размеры высоты сечения ветви колонны h=250 или h=300 мм (рисунок 2).

Рисунок 2 – Сечения колонны

Расстояние между осями распорок S=(8…10)h. Распорки располагают так, чтобы размер от уровня пола до низа первой надземной распорки составлял не менее 1, 8 м и между ветвями обеспечивался удобный проход. Нижнюю распорку располагают ниже уровня пола. Высота сечения распорки h- 1, 5…2, ширина равна ширине сечения ветви b.

Определение размеров колонны по высоте показано на рисунке 3.

Рисунок 3 – Размеры колонны по высоте

Надкрановая часть колонны

Н₁=Н_кр+h_p+h_пб+а₂,

где Н_кр – высота крана (определяется в соответствии с приложением А);

h_p – высота подкранового рельса (приложение А);

h_пб – высота подкрановой балки (h_пб=1000 мм при грузоподъемности Q≤ 30 т и шаге колонн 6 м; h_пб=1400 мм при грузоподъемности Q> 30 т и шаге колонн 12 м);

а₂ – зазор между краном и стропильной конструкцией, а₂≥ 100 мм.

Подкрановая часть колонны

Н₂=Н^´ -h_p-h_пб+а₁,

что отвечает модулю кратности 0, 6 м для высоты нулевой отметки до низа стропильной конструкции

где а₁=150 мм.

Глубину заделки колонны принимаем большей из двух значений:

Н₃=0, 5+0, 33∙ h₂;

Н₃=1, 5∙ b.

Полная высота колонны

Н_п=Н+Н₃=Н₁+Н₂+Н₃.

Высота помещения Н₀ с учетом требований унификации основных размеров здания должна быть принята с округлением до ближайшего большего значения величины: Н₀ = 10, 8; 12, 6; 14, 4; 16, 2; 18 м.

Под колонны устраиваются фундаменты железобетонные стаканного типа. Верх стакана фундамента располагается на глубине 150 ммниже
отметки чистого пола. Отметка низа фундамента регламентируется
конструктивными требованиями и районом строительства.

Система связей служит для обеспечения пространственной жесткости здания, т.е. его способности сопротивляться воздействию горизонтальных нагрузок (ветровых и крановых).

Пространственная жесткость здания в поперечном направлении обеспечивается расчетом и конструкцией поперечной рамы, т.к. устройство специальных связей препятствовало бы технологическому процессу. Поэтому жесткость здания в поперечном направлении обеспечивается защемлением колонн в фундаментах и достаточной изгибной жесткостью колонны (сечение колонны развито в поперечном направлении).

Пространственная жесткость в продольном направлении обеспечивается установкой вертикальных и горизонтальных связей и распорками из стального проката (рисунок 4).

Рисунок 4 – Система связей

а - вертикальные связи (по колоннам и по стропильным конструкциям);

б - горизонтальные связи (по нижнему и верхнему поясу стропильных
конструкций;

в - связи фонаря;

1 – вертикальные связи по колоннам; 2 – то же, по стропильным конструкциям; 3 – распорки; 4 – горизонтальные связевые фермы по нижнему поясу; 5 – то же, по верхнему поясу; 6 – распорки по коньку; 7 – го­ризонтальные связи по фонарю; 8 – то же, вертикальные

Вертикальные связи устанавливают:

- по продольным рядам колонн в середине температурного блока на высоту от пола до низа подкрановых балок. По конструкции они могут быть: крестовые (одно или двухъярусные) и портальные (по внутренним рядам колонн). При такой конструкции необходимость в расчете продольной рамы отпадает;

- по стропильным конструкциям в торцах температурного блока. Они выполняются в виде вертикальных связевых ферм с крестовой решеткой, их связывают железобетонными или стальными распорками по верху колонн.

Горизонтальные связи.

Устойчивость сжатого пояса ригеля из его плоскости обеспечивается плитами покрытия. При наличии фонарей сжатый пояс имеет свободную длину, равную ширине фонаря. Для исключения потери его устойчивости из плоскости по коньку устраивают распорки, которые в край­них пролетах температурного блока крепят к горизонтальным стальным фермам. При достаточно больших высотах и пролетах здания на уровне низа стропильных конструкций или на уровне крановых путей устанавливают горизонтальные связи в виде ферм из стальных уголков в торцах блока.

Связи по фонарям.

Фонарные фермы объединяют в жесткий блок устройством системы стальных связей: вертикальных -в плоскости остекления- и горизонтальных – в плоскости покрытия фонаря в торцах блока.

Обычно установка вертикальных связей по колоннам достаточно обеспечивает их жесткость, и расчет продольных рам не выполняют.