Каркас одноповерхового промислового будівлі і його складові елементи і зв'язку

Основні елементи каркаса - рами. Вони складаються з колон і несучих конструкцій покриттів - балок або ферм, довгомірних настилів тощо. Ці елементи з'єднують в вузлах шарнірно за допомогою металевих закладних деталей, анкерних болтів і зварювання. Рами збирають з типових елементів заводського виготовлення. Інші елементи каркаса - фундаментні, обв'язувальні і підкранові балки і підкроквяні конструкції. Вони забезпечують стійкість рам і сприймають навантаження від вітру, що діє на стіни будівлі і ліхтарі, а також навантаження від кранів.

Складові елементи каркаса одноповерхових промислових будівель

Як приклад однопролітного будівля, обладнане мостовим краном (рис.1).

До складу каркаса входять наступні основні елементи:

1. Колони, розташовані з кроком Ш уздовж будівлі; основне призначення колон підтримувати підкранові балки і покриття.
2. Несучі конструкції покриття (кроквяні * балки або ферми), які спираються безпосередньо на колони (якщо їх крок збігається з кроком колон) і утворюють разом з ними поперечні рами каркаса.
3. Якщо крок несучих конструкцій покриття не збігається з кроком колон (наприклад, 6 і 12 м), до складу каркаса вводять розташовані в поздовжніх площинах підкроквяні конструкції (також у вигляді балок або ферм), що підтримують проміжні несучі конструкції покриття, розташовані між колонами (рис. 1, б).
4. У деяких (рідкісних) випадках до складу каркаса вводяться прогони, що спираються на несучі конструкції покриття і наявні на відстанях 1,5 або 3 м.
5. Підкранові балки, які спираються на колони і несучі колії мостових кранів. У будівлях з підвісними або підлоговими кранами підкранові балки не потрібні.
6. Фундаментні балки, які спираються на фундаменти колон і підтримують зовнішні стіни будівлі.
7. Обв'язувальні балки, які спираються на колони і підтримують окремі яруси зовнішньої стіни (якщо вона не по всій своїй висоті спирається на фундаментні балки).
8. При відстані між основними колонами каркаса, в площинах зовнішніх стін 12 м і більше, а також у торцях будівлі встановлюють допоміжні колони (фахверк), що полегшують конструкцію стін.

Мал. 1. Каркас одноповерхового однопролітного будівлі (схема):

а - при однаковому кроці колон і несучих конструкцій покриття; б - при неоднаковому кроці колон і несучих конструкцій покриття; 1 - колони; 2 - несучі конструкції покриття; 3 - підкроквяні конструкції; 4 - прогони; 5 - підкранові балки; 6 - фундаментні балки; 7 - обв'язувальні балки; в - поздовжні зв'язку колон; 9 - поздовжні вертикальні зв'язки покриття; 10 - поперечні горизонтальні зв'язки покриття; 11 - поздовжні горизонтальні зв'язки покриття.

У сталевих каркасах обв'язувальні балки також відносять до Фахверк (рис. 2, а). Каркас в цілому повинен надійно і стійко працювати під дією кранових, вітрових та інших навантажень.

Мал. 2 Схеми фахверка

а - фахверк поздовжньої стіни, б - торцевої фахверк, 1 - основні колони, 2 - колони фахверка, 3 - ригель фахверка, 4 - ферма покриття

Вертикальні навантаження Р від мостового крана (рис.3), що передаються через підкранові балки на колони з великим ексцентриситетом, викликають відцентровий стиск тих колон, проти яких розташований в даний момент міст крана.

Мал. 3. Схема мостового крана

1 - габарит крана, 2 - візок, 3 - міст крана, 4 - гак, 5 - колесо крана; 6 - крановий рейок; 7 - підкранова балка; 8 - колона

Гальмування візка мостового крана при її русі вздовж кранового моста (поперек прольоту) створює горизонтальні поперечні гальмівні сили Т1 діючі на ті ж колони.

Гальмування мостового крана в цілому при його русі вздовж прольоту створює поздовжні гальмівні сили Т2, що діють уздовж рядів колон. При вантажопідйомності мостових кранів, що досягає 650 т і вище, що передаються ними на каркас навантаження бувають дуже великі. Підвісні крани рухаються по шляхах, підвішеним до несучих конструкцій покриття, і через них передають свої навантаження на колони.

Вітрові навантаження при різних напрямках вітру можуть діяти на каркас як в поперечному, так і в поздовжньому напрямках.

Для забезпечення стійкості окремих елементів каркаса в процесі його монтажу та спільної просторової їх роботи при впливі на каркас різних навантажень до складу каркаса вводять зв'язку.

Основні види зв'язків каркаса одноповерхових будівель

1. Поздовжні зв'язку колон, що забезпечують їх стійкість і спільну роботу в поздовжньому напрямку при поздовжньому гальмуванні крана і поздовжньому дії вітру, встановлюються в кінці або посередині довжини каркаса.

Стійкість інших колон в поздовжній площині досягається кріпленням їх до зв'язевим колонах горизонтальними поздовжніми елементами каркаса (підкрановими балками, обв'язувальними балками або спеціальними розпірками).

Зв'язки цього виду можуть мати різну схему в залежності від вимог, що пред'являються до проектованого будинку. Найпростішими є хрестові зв'язку (рис. 4, а). У тих випадках, коли вони заважають встановленню обладнання або врізаються в габарит проїзду (рис. 4, б), їх замінюють портальними зв'язками.

У безкранових будівлях невеликої висоти такі зв'язки не потрібні. Робота колон в поперечному напрямку у всіх випадках забезпечується великими в цьому напрямку розмірами їх поперечного перерізу і жорстким кріпленням їх до фундаментів.

Рис.4. Схема вертикальних зв'язків по колонах. 1 - колони, 2 - покриття, 3 - зв'язку, 4 - проїзд

2. Поздовжні вертикальні зв'язку покриття, що забезпечують стійкість вертикального положення несучих конструкцій (ферм) покриття на колонах, оскільки кріплення їх до колон вважається шарнірним, розташовуються по кінцях каркаса. Стійкість інших ферм досягається кріпленням їх до зв'язевим фермам горизонтальними розпірками.

3. Поперечні горизонтальні зв'язки, що забезпечують стійкість верхнього стиснутого пояса ферм проти поздовжнього вигину, розташовуються по кінцях каркаса і утворюються шляхом об'єднання верхніх поясів двох сусідніх ферм в єдину конструкцію, жорстку в горизонтальній площині. Стійкість верхніх поясів інших ферм досягається кріпленням їх до зв'язевим фермам в площині верхнього пояса за допомогою розпірок (або огороджувальних елементів покриття).

4. Поздовжні горизонтальні зв'язки покриття, наявні уздовж зовнішніх стін в рівні нижнього пояса ферм.

Всі три види зв'язків покриття мають на меті об'єднати окремі плоскі несучі елементи покриття, жорсткі тільки у вертикальній площині, в єдину незмінну просторову конструкцію, що сприймає місцеві горизонтальні навантаження від кранів, навантаження від вітру і розподіляє їх між колонами каркаса.

Каркаси одноповерхових промислових будівель зводять найчастіше зі збірного залізобетону, сталеві конструкції допускаються лише при наявності особливо великих навантажень, прольотів або інших умов, що роблять недоцільним застосування залізобетону. Витрата стали в залізобетонних конструкціях менше, ніж в сталевих: в колонах - в 2,5-3 рази; в фермах покриття-в 2-2,5 рази. Види промислових будівель в один поверх докладніше тут .

Однак вартість сталевих та залізобетонних конструкцій однакового призначення відрізняється незначно і в даний час каркаси роблять в основному сталеві.

Описаний вище комплекс зв'язків в найбільш повної і чіткої формі зустрічається в сталевих каркасах, окремі елементи яких мають особливо малу жорсткість. Найпотужніші елементи залізобетонних каркасів мають і велику жорсткість. Тому в залізобетонних каркасах окремі види зв'язків можуть бути відсутні. Наприклад, в будівлі без ліхтарів, з несучими конструкціями покриття у вигляді балок і настилом з великопанельних плит зв'язку в покритті не роблять.

У монолітних залізобетонних каркасах (які у вітчизняній практиці зустрічаються дуже рідко) жорстке з'єднання елементів каркаса у вузлах і велика масивність елементів роблять всі види зв'язків непотрібними.

Зв'язки найчастіше роблять металеві - з прокатних профілів. У залізобетонних каркасах зустрічаються і залізобетонні зв'язку, в основному у вигляді розпірок.

Каркас багатопрогонових будинків відрізняється від каркаса однопролітного будівлі в першу чергу наявністю внутрішніх середніх колон, що підтримують покриття і підкранові балки. Фундаментні балки по внутрішнім рядах колон встановлюють тільки для того, що спирається внутрішніх стін, а обв'язувальні - при великій їх висоті. Зв'язки проектуються за тими ж принципами, що і в однопрогонових будівлях.

При сезонних коливаннях температури конструкції каркаса відчувають температурні деформації, які при великій довжині каркаса і значному температурному перепаді можуть бути досить істотними. Наприклад, при довжині каркаса 100 м, коефіцієнті лінійного розширення α = 0,00001 і температурному перепаді 50 ° (від + 20 ° влітку до -30 ° взимку), т. Е. Для конструкцій, що знаходяться на відкритому повітрі, деформація дорівнює 100 • 0,00001 • 50 = 0,05 м - 5 см.

Вільним деформацій горизонтальних елементів каркаса перешкоджають колони, жорстко закріплені до фундаментів.

Щоб уникнути появи в конструкціях значних напружень від цієї причини, каркас ділять в надземної частини температурними швами на окремі самостійні блоки.

Відстані між температурними швами каркаса по довжині і ширині будівлі вибирають так, щоб можна було не рахуватися з зусиллями, що виникають в елементах каркаса від кліматичних коливань температури.
Граничні відстані між температурними швами для каркасів з різних матеріалів встановлено СНиПом в межах від 30 м (відкриті монолітні залізобетонні конструкції) до 150 м (сталевий каркас опалювальних будівель).

Температурний шов, площина якого розташована перпендикулярно до прольотах будівлі, називається поперечним, шов, що розділяє два суміжних прольоту - поздовжнім.

Конструктивне виконання температурних швів буває різне. Поперечні шви завжди здійснюються шляхом установки парних колон, поздовжні шви виконуються як шляхом установки парних колон (рис. 5, а), так і шляхом влаштування рухомих опор (рис. 5, б), що забезпечують незалежну деформацію, конструкцій покриття сусідніх, температурних блоків. В каркасах, розділених температурними швами на окремі блоки, зв'язку встановлюють в кожному блоці, як в самостійному каркасі.

Рис.5. Варіанти поздовжнього температурного шва

а - з двома колонами, б - з рухомою опорою, 1 - балки, 2 - столик, 3 - колона, 4 - каток

До каркасу відносять також несучі конструкції робочих площадок, які бувають необхідні всередині основного об'єму будівлі (якщо вони пов'язані з основними конструкціями будівлі).

Конструкції робочих майданчиків складаються з колон і спираються на них перекриттів. Залежно від технологічних вимог робочі майданчики можуть розташовуватися на одному або декількох рівнях (рис. 6).

Мал. 6. Багатоярусна робочий майданчик.

Таким чином, при будівництві одноповерхових і багатоповерхових промислових будівель в якості несучої приймається, як правило, каркасна система. Каркас дозволяє найкращим чином організувати раціональне планування виробничої будівлі (отримати великопрогонові простору, вільні від опор) і найбільш прийнятний для сприйняття значних динамічних і статичних навантажень, яким піддається промислова будівля в процесі експлуатації.

Відео - поетапна збірка металоконструкцій