Конструкции гражданских и промышленных зданий.
Глава 12. ЭЛЕМЕНТЫ И КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ ^ 12.1. Классификация промышленных зданий Промышленные предприятия разделяют на отрасли производства, которые являются составной частью народного хозяйства. Они состоят из промышленных зданий, которые предназначены дня осуществления производственно-технологических процессов, прямо или косвенно связанных с выпуском определенного вида продукции.
Независимо от отрасли промышленности здания разделяют на четыре основные группы: производственные, энергетические, здания транспортно-складского хозяйства и вспомогательные здания или помещения.
^ К производственным относятся здания, в которых осуществляется выпуск готовой продукции или полуфабрикатов. Они подразделяются на многие виды соответственно отраслям производства, среди которых механосборочные, термические, штамповочные, ткацкие, инструментальные, ремонтные и др.
^ К энергетическим принадлежат здания ТЭЦ (теплоэлектроцентралей), котельных, электрические и трансформаторные подстанции и др.
К зданиям транспортно-складского хозяйства относятся гаражи, склады готовой продукции, пожарные депо и др.
^ К вспомогательным зданиям относятся административно-конторские, бытовые, пункты питания, медицинские пункты и др.
Характер объемно-планировочного и конструктивного решения промышленных зданий зависит от их назначения и характера технологических процессов.
Здания подразделяют на четыре класса, причем к І классу относят те, к которым выдвигаются повышенные требования, а к ІV классу — постройки с минимальными требованиями. Для каждого класса определены свои эксплуатационные свойства, а также долговечность и огнестойкость основных конструкций зданий.
Установлены три степени долговечности промышленных зданий: І степень — не менее 100 лет; ІІ — не менее 50 лет и ІІІ — не менее 20 лет.
По огнестойкости здания и сооружения подразделяют на пять степеней. Степень огнестойкости, характеризуемая группой возгораемости и пределом огнестойкости основных строительных конструкций, принимается: для зданий І класса — не ниже ІІ степени, для зданий ІІ класса — не ниже ІІІ степени. Для зданий ІІІ и ІV классов степень огнестойкости не нормируется.
По архитектурно-конструктивным признакам промышленные здания подразделяют на одноэтажные, многоэтажные и смешанной этажности.
Производства, в которых технологический процесс протекает по горизонтали и характеризующиеся тяжелым и громоздким оборудованием, крупногабаритными изделиями и значительными динамическими нагрузками, целесообразно размещать в одноэтажных зданиях.
В зависимости от количества пролетов одноэтажные здания могут быть одно- и многопролетными (рис.12.1). Пролетом называется объем промышленного здания, ограниченный по периметру рядами колонн и перекрытий по однопролетной схеме. Расстояние между продольными рядами колонн называют шириной пролета.
Рис.12.1 – Основные типы одноэтажных промышленных зданий.
а – однопролетные бесфонарные; б – то же, с мостовым краном.
в,г – многопролетные с фонарями; д – общий вид здания.
В многоэтажных зданиях размещают производства с вертикально направленными технологическими процессами для предприятий легкой, пищевой, радиотехнической и аналогичных видов промышленности. Их, как правило, сооружают многопролетными (рис.12.2). На первых этажах размещают производства, имеющие более тяжелое оборудование, выделяющие агрессивные сточные воды, в верхних – производства, которые выделяют газовые вредности, пожароопасные и др.
Рис.12.2 — Основные типы многоэтажных промышленных зданий.
а-в — схемы поперечных разрезов; г — общий вид здания По расположению внутренних опор промышленные здания разделяют на ячейковые, пролетные, зальные и комбинированные.
В зданиях ячейкового типа обычно используют квадратную сетку опор с относительно небольшим продольным и поперечным шагом. В этих зданиях технологические линии размещают в двух взаимно перпендикулярных направлениях.
В зданиях пролетного типа . которые являются наиболее распространенными, ширина пролетов преобладает над шагом опор.
^ Здания зального типа характерны для производств, которые требуют значительных свободных площадей без внутренних опор.
Здания комбинированного типа представляют собой сочетание перечисленных выше типов.
По наличию подъемно-транспортного оборудования здания бывают крановые (с мостовым или подвесным транспортом) и бескрановые.
По материалу основных несущих конструкций здания можно разделить: с железобетонным каркасом (сборным, сборно-монолитным и монолитным); со стальным каркасом; с кирпичными стенами и покрытием по железобетонным, металлическим или деревянным конструкциям.
Кроме перечисленных факторов промышленные здания классифицируют и по другим признакам: системе отопления, вентиляции, освещения по профилю покрытия. Ниже рассмотрены особенности проектирования зданий с учетом этих признаков. ^ 12.2. Требования к промышленным зданиям К промышленным зданиям предъявляют технологические, технические, архитектурно-художественные и экономические требования.
^ Технологические требования обусловливают полное соответствие здания своему назначению, т.е. здание должно обеспечивать нормальное функционирование размещаемого в нем технологического оборудования и нормальный ход технологического процесса в целом. С этой целью при проектировании здания составляют технологическую часть проекта и решают все вопросы, связанные с выбором способа производства, типов оборудования, его производительности и др. В эту часть проекта входит так называемая технологическая схема, которая определяет последовательность операций в технологическом процессе и, следовательно, последовательность расстановки оборудования и компоновки производственных помещений.
С учетом технологических требований выбирают вид и материал несущих и ограждающих конструкций, тип и грузоподъемность внутрицехового подъемно-транспортного оборудования, обеспечивают соответствующие санитарно-гигиенические условия работающим в цехе, качество и характер отделки.
Решая вопросы объемно-планировочного и конструктивного решения здания, необходимо учитывать перспективы развития используемого технологического процесса, который даст возможность изменять и совершенствовать производство без реконструкции самого здания.
^ К техническим требованиям относятся обеспечение необходимых прочности, стойкости и долговечности зданий, противопожарных мероприятий, а также сооружение зданий индустриальными методами. Перечисленные качества, которые обеспечиваются во время проектирования и сооружение здания, характеризуют его надежность. Под надежностью здания или его отдельных конструктивных элементов обычно понимают безотказную работу в заданных условиях и всего расчетного периода эксплуатации.
К техническим требованиям относят также требования по пожарной, взрывопожарной и взрывной опасности. Следует иметь в виду все более возрастающее значение этого фактора в связи с усложняющейся технологией производства, применением дорогостоящего оборудования.
^ Архитектурно-художественные требования предусматривают необходимость придания промышленному зданию красивого внешнего и внутреннего вида, который удовлетворяет эстетическим запросам людей с учетом значимости здания. При этом особое внимание уделяют комплексности застройки, созданию целостного архитектурного промышленного ансамбля. Важную роль здесь играют фактура и цвет поверхностей ограждающих конструкций, художественное сочетание разных строительных материалов и высокое качество строительно-монтажных работ.
^ Экономические требования выдвигают задачу оптимального, научно обоснованного расхода средств на строительство и эксплуатацию здания, которое проектируют. С этой целью обычно берут несколько вариантов объемно-планировочных и конструктивных решений и сравнивают их по основным технико-экономическим показателям. ^ 12.3. Одноэтажные и многоэтажные промышленные здания. Унификация. Одноэтажные здания могут иметь в плане простые и сложные формы. В основном преобладает прямоугольная форма, а сложные формы характерны для производств со значительными тепло- и газовыбросами, если нужна организация притока и удаления воздуха.
В зависимости от характера технологического процесса одноэтажные здания по объемно-планировочному решению могут быть пролетного, зального, ячейкового и комбинированного типа.
Здания пролетного типа проектируют в тех случаях, если технологические процессы направлены вдоль пролета и обслуживаются кранами или без них.
Основными конструктивными элементами современного одноэтажного пролетного промышленного здания являются (рис.12.3): колоны, которые передают нагрузки на фундаменты; конструкции покрытия, которые состоят из несущей (балки, фермы, арки) и ограждающей (плиты и элементы покрытия) части; подкрановые балки, которые устанавливают на консоли колонн; фонари, которые обеспечивают нужный уровень освещенности и воздухообмен в цехе; вертикальные ограждающие конструкции (стены, перегородки, конструкции остекления), причем конструкции стен опираются на специальные фундаментные и обвязочные балки; двери и ворота для движения людей и транспорта; окна, которые обеспечивают необходимый световой режим.
Одноэтажные промышленные здания проектируют чаще всего по каркасной системе, образованной стояками (колоннами), вмонтированными в фундамент, и ригелями (фермами или балками.
Специальные связи (горизонтальные и вертикальные) обеспечивают пространственную жесткость каркаса.
Габариты сборных элементов для промышленных зданий унифицированы, и соответственно унифицированы габариты конструктивных элементов на основе укрупненного модуля.
Пролет зданий (поперечное расстояние между колонами) принимают 12, 18, 24, 30. 36 м и др.
Высота от пола до низа несущей конструкции покрытия устанавливают кратной модулю 0,6 м (от 3,6 до 6,0 м), укрупненному модулю 1,2 м (от 6,0 до 10,8 м) и модулю 1,8 м (от 10,8 до 18,0 м.
Здания зального типа применяют тогда, когда технологический процесс связан с выпуском крупногабаритной продукции или установкой большеразмерного оборудования (ангары, цеха сборки самолетов, главные корпусы мартеновских и конверторных цехов и др.). Пролеты зданий зального типа могут быть 100 м и более.
Развитие и внедрение средств автоматизации и механизации технологических процессов создает потребность передвижения транспортных средств в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Необходимость частой модернизации технологического процесса легко осуществима в одноэтажных зданиях сплошной застройки с квадратной сеткой колонн. Такое объемно-планировочное решение получило название ячейкового . а здания – гибких, или универсальных.
В зданиях комбинированного типа сочетаются основные признаки зданий зального, пролетного или ячейкового типа.
Рис.12.3 – Конструктивное решение одноэтажного многопролетного.
1 — бетонный подлив для опоры фундаментных балок; 2 — подкрановая балка; 3 — колонна среднего ряда; 4 — подстропильная железобетонная ферма; 5 — железобетонная безраскосная ферма; 6 — железобетонная плита покрытия; 7 — пароизоляция; 8 — слой утеплителя; 9 — цементная стяжка; 10 — многослойный рубероидный ковер; 11 — конструкция остекления; 12 — стеновая панель; 13 — цокольная стеновая панель; 14 — колонна крайнего ряда; 15 — металлическая крестовая вертикальная связь между колоннами; 16 — железобетонная фундаментная балка; 17 — железобетонный фундамент под колонну Многоэтажные промышленные здания применяют в легкой, пищевой, электротехнической и других видах промышленности.
По конструктивной схеме многоэтажные промышленные здания бывают с неполным каркасом и несущими внешними стенами или с полным каркасом (рис.12.4). Основными элементами каркаса являются колонны, ригели, плиты перекрытий и связи. Междуэтажные перекрытия выполняют из сборных железобетонных конструкций двух типов: балочные и безбалочные.
Рис.12.4 – Конструктивное решение многоэтажного здания.
1 — колонна; 2 — монтажный столик для опоры стеновых панелей; 3 — вертикальная металлическая портальная связь между колоннами; 4 — балка (ригель); 5 — плита перекрытия железобетонная ребристая; 6 — железобетонная подкрановая балка; 7 — железобетонная двухскатная балка покрытия; 8 – железобетонная плита покрытия; 9 — стеновая панель; 10 — конструкции оконного остекления; 11 — отмостка; 12 — фундаментная балка (ранд-балка); 13 — бетонный прилив для опирания фундаментных балок; 14 — песчаная подготовка.
Сборные каркасы могут быть решены по рамной, рамно-связевой или связевой системе. При рамной системе каркаса пространственная жесткость здания обеспечивается работой самого каркаса, рамы которого воспринимают как горизонтальные, так и вертикальные нагрузки. При рамно-связевой системе вертикальные нагрузки воспринимаются рамами каркаса, а горизонтальные — рамами и вертикальными связями (диафрагмами). В случае связевой системы вертикальные нагрузки воспринимаются колонами каркаса, а горизонтальные -вертикальными связями.
Сетку колонн многоэтажных зданий принимают 6х6 или 6х9 м, в последнее время разработаны проекты с сеткой 6х12, 6х18 и даже 6х24 м.
Высоты этажей многоэтажных производственных зданий унифицированные и могут быть 3,6; 4,8; 6,0 м, для первых этажей допускается высота 7,2 м (модуль 12 м.
Для вертикального транспорта в многоэтажных зданиях предусматривают грузовые и пассажирские лифты, которые вместе с лестницами объединяются в узлы.
При выборе конструктивных решений промышленных зданий необходимо иметь в виду экономическую значимость стоимости отдельных конструктивных элементов в общей сметной стоимости здания. Для многоэтажных зданий наибольшее влияние на стоимость оказывают стены, каркас, полы и проемы, в одноэтажных – каркас, конструкции кровли, полы и стены. Контрольные вопросы.
Основные виды промышленных зданий и предъявляемые к ним требования.
Принципы объемно-планировочных решений одноэтажных промышленны зданий.
Принципы объемно-планировочных решений многоэтажных промышленных зданий.
Глава 13. КАРКАСЫ, ИХ ВИДЫ И ЭЛЕМЕНТЫ ^ 13.1. Каркас промышленного здания Каркас одноэтажных и многоэтажных промышленных зданий состоит из поперечных рам, образованных колоннами и несущими конструкциями покрытия (балки, фермы, арки и др.), и продольных элементов: фундаментных, подкрановых и обвязочных балок, подстропильных конструкций, плит покрытия и перекрытия и связей (рис.12.3 и 12.4). Если несущие конструкции покрытий выполняют в виде пространственных систем — сводов, куполов, оболочек, складок и других, то они одновременно являются продольными и поперечными элементами каркаса.
Каркасы промышленных зданий монтируют в основном из сборных железобетонных конструкций, стали и реже из монолитного железобетона, древесины и пластмасс.
Выбирая материал, надо учитывать размеры пролетов и шаг колонн, высоту зданий, величину и характер действующих на каркас нагрузок, параметры воздушной среды производства, наличие агрессивных факторов, требования огнестойкости, долговечности и технико-экономические предпосылки.
Несущий каркас чаще всего выполняют целиком из железобетона или стали и смешанным. Устройство железобетонного каркаса в сравнении со стальным дает возможность экономить до 60% стали. Элементы каркаса подвергаются силовым и несиловым влияниям (рис.13.1). Силовые воздействия возникают от постоянных и временных нагрузок. В связи с этим элементы каркаса должны отвечать требованиям прочности и устойчивости.
Под воздействием несиловых влияний и внутренней среды в виде положительных и отрицательных температур, тепловых ударов, жидкой и парообразной влаги, воздуха и содержащихся в воздухе химических веществ элементы каркаса должны отвечать требованиям долговечности.
Одноэтажные промышленные здания с типовыми унифицированными конструкциями с укрупненной сеткой колонн могут иметь конструктивные схемы с применением подстропильных конструкций или без них (рис.13.2.
При выборе каркаса из стальных элементов надо учитывать величину пролетов, режим работы кранов, величину нагрузок от кранов и покрытия и другие факторы. Стальные конструкции элементов каркаса применяют главным образом в цехах заводов, в которых используют краны тяжелого и непрерывного режима работы. При этом надо широко применять легкие конструкции массового изготовления.
Рис.13.1 – Внешние влияния на элементы каркаса.
1 –постоянные нагрузки; 2 – временные нагрузки; 3 – температура внутреннего воздуха; 4 – тепловые удары; 5 –жидкая и парообразная влага; 6 – агрессивные химические вещества; 7 – микроорганизмы; 8 – блуждающие токи; 9 – звук.
Рис.13.2 – Конструктивные схемы одноэтажного промышленного здания.
а – с шагом колонн 6 м; б – то же, с подстропильными конструкциями.
при шаге крайних колонн 6 м.
Каркасы многоэтажных зданий устраивают также из унифицированных железобетонных элементов заводского изготовления с балочными или безбалочными перекрытиями (рис.13.3). Балочные перекрытия как более простые и более универсальные применяют чаще. Безбалочные перекрытия используют при больших полезных нагрузках и необходимости получить гладкую поверхность потолка для устройства подвесного транспорта, развязки в разных направлениях коммуникаций, а также для улучшения санитарно-гигиенических качеств помещений. Рис.13.3 – Каркасы многоэтажных промышленных зданий.
а — балочный, при оперании ригелей на консоли колонн (І — вариант перекрытий с опиранием ребристых плит на полке ригелей; ІІ – то же, с опиранием плит по верху ригелей); б — балочный, при бесконсольном опирании ригелей (ІІІ — перекрытия с ребристыми плитами; ІV — то же, с многопустотными); в — безбалочный с надколонными плитами, расположенными в двух направлениях; г — то же, с надколонными плитами, расположенными в одном направлении; 1 — ригель продольной рамы; 2 – сантехническая панель ^ 13.2. Фундаменты и фундаментные балки По способу устройства фундаменты бывают сборные и монолитные. Под колонны каркаса предусматривают отдельные фундаменты с подколонниками стаканного типа (рис.13.4), а стены опирают на фундаментные балки (рис.13.5.
В зависимости от величины нагрузки на колонны, ее сечения и глубины закладки фундаментов применяют несколько типоразмеров фундаментов: высота фундаментных блоков 1,5 и от 1,8 до 4,2 м с градацией через 0,6 м; размеры подошвы блоков в плане от 1,5х1,5 м и более с модулем 0,3 м; размеры подколонника в плане от 0,9х0,9 до 1,2х7,2 м с модулем 0,3 м. Глубина стакана принята 0,8; 0,9; 0,95 и 1,25 м, а высота ступеней — 0,3 и 0,45 м.
Сборные фундаменты могут состоять из одного блока (подколонника со стаканом) или быть составными из подколонника и опорной фундаментной плиты. Устройство сборных фундаментов по расходу бетона, стоимости и трудозатратам экономичнее монолитных.
В целях уменьшения массы и снижения расхода стали применяют сборные ребристые или пустотелые фундаменты (рис.13.4.
Рис.13.4 – Типы фундаментов промышленных зданий.
а — монолитный; б — сборный составной; в — свайный; г — сборный ребристый; д — сборный пустотелый; е — с подколонником пенькового типа; 1 — ростверк; 2 — свая.
Фундаменты с подколонниками пенькового типа устраивают под железобетонные колонны большого сечения или под стальные колонны (рис.13.4,е). Пенек, являющийся элементом колонны, устраивают во время работ нулевого цикла. Пенек с фундаментом и колонну с пеньком соединяют сваркой выпусков арматуры и бетоном, которые нагнетаемы в швы.
Свайные фундаменты делают в случае залегания у поверхности земли слабых грунтов и наличия грунтовых вод (рис.13.4,в). Головные части свай связывают монолитным или сборным железобетонным ростверком, который одновременно является и подколонником.
Для сокращения типоразмеров колонн верх фундаментов независимо от глубины заложения подошвы рекомендуется располагать на отметке 0,15 м, т.е. на 15 см ниже от отметки чистого пола цеха. Их устанавливают на подливку из цементного раствора толщиной 20 мм.
Навесные панели стен допускается опирать на слой набетонки, передавая их массу непосредственно на подколонники.
По фундаментным балкам укладывают 1-2 слоя гидроизоляционного материала, а чтобы предотвратить деформацию балок вследствие возможного вздымания грунтов, снизу и по бокам предусматривают подсыпку из шлака, крупнозернистого песка или кирпичного щебня.
Несущие стены в зданиях бескаркасных или с неполным каркасом опирают на ленточные фундаменты, которые рекомендуется делать из сборных элементов. Принципы их устройства аналогичные гражданским зданиям. Это дает возможность вести монтаж колонн при засыпанных котлованах после устройства подготовки под полы и прокладывание подземных коммуникаций, т.е. после работ нулевого цикла.
Колоны с фундаментами соединяют разными способами. Наиболее распространено жесткое крепление с помощью бетона.
Стены каркасных зданий опирают на фундаментные балки, укладываемые между подколонниками фундаментов на специальные железобетонные столбики или на консоли колонн. Фундаментные балки защищают пол от продувания в случае просадки отмостки. Железобетонные фундаментные балки (рис.13.5,а) при шаге колонн 6 м в зависимости от размеров подколонников и способов опирания имеют длину от 5,95 до 4,3 м, сечение – тавровое и трапециевидное.
Высоту балок под самонесущие стены из кирпича, мелких блоков и панелей берут 450 мм, а под навесные панели – 300 мм.
Если шаг колонн 12 м, применяют в основном балки трапециевидного сечения высотой 400 и 600 мм и длиной 11,95-10,2 м. Балки монтируют так, чтобы их верх был на 30 мм ниже уровня пола.
Рис.13.5 – Детали фундаментов крайнего ряда колонн.
а – типы фундаментных балок; б, в – детали; 1 – песок; 2 – щебеночная подготовка.
3 – асфальтовое или бетонное покрытие (отмостка); 4 – гидроизоляция; 5 – колонна.
6 – шлак или крупнозернистый песок; 7 – железобетонные столбики; 8 – фундаментная балка.
^ 13.3. Колоны. Подкрановые и обвязочные балки Для устройства каркасов одноэтажных и многоэтажных промышленных зданий применяют железобетонные и стальные колонны.
Железобетонные колоны одноэтажных промышленных зданий (рис.13.6) могут быть с консолями и без них (если нет мостовых кранов). По расположению в плане их подразделяют на колонны средних и крайних рядов.
В зависимости от поперечного сечения колонны бывают прямоугольные, таврового профиля и двухветвевые. Размеры поперечного сечения зависят от величины действующих нагрузок. Применяют такие унифицированные размеры сечений колонн: 400х400, 400х600, 400х800, 500х500, 500х600 и 500х800 мм — для прямоугольных; 400х600, 400х800 мм — для тавровых и 400х1000, 500х1300, 500х1400, 500х1500, 600х1400, 600х1900 и 600х2400 мм для двухветвевых. Колонны могут состоять из нескольких частей, которые собирают на строительной площадке.
Рис.13.6 – Основные типы железобетонных колонн.
одноэтажных промышленных зданий.
а — прямоугольного сечения для зданий без мостовых кранов при шаге 6 м; б – то же, при шаге 12 м; в – двухветвевые для зданий без мостовых кранов; г — прямоугольного сечения для зданий с мостовыми кранами; д – то же, двухтаврового сечения; е — двухветвевые для зданий с мостовыми кранами; е — общий вид колонны; 1 — закладочная деталь для крепления несущей конструкции покрытия; 2, 3 — то же, подкрановой балки; 4 — то же, стеновых панелей Колонны с консолями состоят из надкрановой и подкрановой ветвей. Сечение надкранових ветвей чаще всего квадратное или прямоугольное: 400х400 или 500х500 мм.
Кроме основных колонн для устройства фахверков используют фахверковые колонны. Их устанавливают вдоль здания при шаге крайних колонн 12 м и длине панелей стен 6 м, а также в торцах зданий.
Для устройства каркасов многоэтажных зданий используют железобетонные колонны высотой на один, два и три этажа. Сечение колонн 400х400 и 400х600 мм (рис.13.7). Соединение ригелей с колоннами может быть консольным и безконсольным. Стыки колонн устраивают на 600-1000 мм выше перекрытия.
Рис.13.7 – Типы железобетонных колонн многоэтажных промышленных зданий.
при оперании ригелей на консоли колонн ^ Стальные колонны одноэтажных зданий могут иметь постоянное по высоте и переменное сечение. В свою очередь, колонны с переменным сечением могут иметь подкрановую часть сплошного и сквозного сечения (рис.13.8). Сквозные колонны подразделяют на колонны с ветвями, соединенными связями, и колонны раздельные, которые состоят из независимо работающих шатровой и подкрановой ветвей (рис.13.8,д). Колонны постоянного сечения используют в случае применении кранов грузоподъемностью до 20 т и высоте здания до 9,6 м.
В случае, когда колонны в основном работают на центральное сжатие, применяют колонны сплошного сечения. Для изготовления сплошных колонн используют широкополочный прокатный или сплошной двутавр, а для сквозных колонн можно использовать двутавры, швеллеры и уголки.
Раздельные колонны устраивают в зданиях с тяжелыми мостовыми кранами (125 т и больше). В нижней части колонн для соединения с фундаментами предусматривают стальные базы (башмаки). Базы к фундаментам крепят анкерными болтами, которые закладывают в фундамент при их изготовлении. Нижнюю опорную часть колонны вместе с базой покрывают бетоном.
Рис.13.8 – Основные типы стальных колонн.
а — постоянного сечения; б-г – переменного сечения; д — раздельная Жесткость и устойчивость зданий достигаются установкой системы вертикальных и горизонтальных связей. Так, для снижения и перераспределения усилий, которые возникают в элементах каркаса от температурных и других влияний, здание разделяют на температурные блоки и в середине каждого блока устраивают вертикальные связи между колоннами: при шаге колонн 6 м — крестовые; при шаге колонн 12 м — портальные (рис.13.9). Связи выполняют из уголков или швеллеров и приваривают к закладным частям колонн.
Для обеспечения работы мостовых кранов на консоли колонн монтируют подкрановые балки, на которые укладывают рельсы. Подкрановые балки обеспечивают также дополнительную пространственную жесткость здания. Они могут быть железобетонные и стальные.
^ Железобетонные подкрановые балки применяют при шаге колонн 6 и 12 м, но сравнительно редко, так как они имеют значительные массу, расход бетона и арматуры. Балки могут иметь тавровое (для длины 6 м) и двухтавровое сечение с утолщением стенок только на опорах.
К колоннам железобетонные подкрановые балки крепят сваркой закладных деталей и анкерными болтами. После тщательной установки и выверки гайки на анкерных болтах заваривают. Рельсы к балкам присоединяют прижимными лапками, которые располагают через 750 мм. В концах подкрановых путей устанавливают стальные упоры — ограничители, оборудованные амортизаторами-буферами из деревянного бруса.
Рис.13.9 – Вертикальные связи между колоннами и устройство температурного шва.
1 — крестовая связь; 2 — портальная связь Более эффективными по сравнению с железобетонными являются стальные подкрановые балки . которые делятся на разрезные и неразрезные. Они более простые в изготовлении и монтаже. По типу сечения подкрановые балки могут быть сквозными (решетчатыми) и сплошными.
Высоту балок определяют по расчету, она может быть от 650 до 2050 мм с градацией размеров через 200 мм.
Крепление рельсов к балкам может быть неподвижным и подвижным. Неподвижное крепление осуществляют путем приваривания рельса к верхней полке балки при кранах грузоподъемностью до 30 т. Подвижное крепление, которое применяют наиболее часто, делают с помощью скоб и прижимных лапок.
Если в качестве материалов для стен применяют кирпич или мелкие блоки, то для их опирания, а также в местах перепада высот смежных пролетов используют обвязочные железобетонные балки (рис.13.10,а). Их обычно устраивают над оконными проемами или лентами остекления.
Обвязочные балки длиной 5950 мм имеют высоту сечения 585 мм и ширину 200, 250 и 380 мм. Их устанавливают на опорные стальные столики и крепят к колоннам с помощью стальных планок, привариваемых к закладным элементам (рис.13.10,б). Рис.13.10 – Обвязочные балки.
а — общий вид; б — узел крепления к колонне; 1 — стальной опорный столик.
2 — стальная планка ^ 13.4. Несущие конструкции покрытия.
Несущие конструкции покрытия, являющиеся важнейшим конструктивным элементом здания, принимают в зависимости от величины пролета, характера и значений действующих нагрузок, вида грузоподъемного оборудования, характера производства и других факторов.
По характеру работы они бывают плоскостные и пространственные. По материалу конструкции покрытия делят на железобетонные, металлические, деревянные и комбинированные. В связи с характером работы эти конструкции должны быть прочными, устойчивыми, долговечными, архитектурно-художественными и экономичными. Поэтому при выборе несущих конструкций покрытия производят тщательный технико-экономический анализ нескольких вариантов. Так, железобетонные конструкции огнестойкие, долговечные и часто более экономичные по сравнению со стальными. Стальные же имеют относительно небольшую массу, простые в изготовлении и монтаже, имеют высокую степень сборности. Деревянные конструкции отличаются легкостью, относительно небольшой стоимостью и при соответствующей защите – приемлемой огнестойкостью и долговечностью. Довольно эффективны комбинированные конструкции, которые состоят из нескольких видов материалов. При этом важно, чтобы каждый материал работал в тех условиях, которые для него наиболее благоприятные. Ниже рассматриваются основные виды несущих конструкций покрытий.
^ Железобетонные балки (рис.13.11) применяют при пролетах до 18 м. Они могут быть одно- и двухскатными. Для их изготовления используют предварительно напряженное армирование. На верхнем поясе балок предусматривают закладные детали для крепления панелей покрытия или прогонов. Балки крепят к колоннам сваркой закладных деталей (рис.13.11, д.
Более эффективны по сравнению с балками железобетонные фермы . которые используют в зданиях пролетом 18, 24, 30 и 36 м (рис.13.12). Они могут быть сегментные, арочные с параллельными поясами, треугольные и др. Между нижним и верхним поясами ферм размещают систему стоек и раскосов. Решетку ферм предусматривают таким образом, чтобы плиты перекрытий шириной 1,5 и 3,0 м опирались на фермы в узлах стоек и раскосов.
Широкое применение получили сегментные безраскосные железобетонные фермы пролетом 18 и 24 м. Для уменьшения уклона покрытия для многопролетных зданий предусматривают устройство на верхнем поясе таких ферм специальных стоек (столбиков), на которые опирают панели покрытия.
Межферменное пространство рекомендуется использовать для пропуска коммуникаций и устройства технических и межферменных этажей.
Крепят фермы к колоннам болтами и сваркой закладных элементов.
При шаге стропильных ферм и балок 6 м и шаге колонн средних рядов 12 м используют подстропильные железобетонные фермы и балки.
Рис.13.11 – Железобетонные балки покрытия.
а, г — односкатные и плоские двухтаврового сечения; б — то же, для многоскатных покрытий; в — решетчатая для многоскатных покрытий; д — узел опирания балки на колону.
1 — анкерный болт; 2 — шайба; 3 — опорная плита Достаточно эффективными несущими конструкциями покрытий являются стальные стропильные подстропильные фермы (рис.13.13). Стропильные фермы применяют для пролетов 18, 24, 30, 36 м и более при шаге 6, 12 м.
Пояса и решетку ферм конструируют из уголков или труб и соединяют сваркой с помощью фасонок из листовой стали. Сечения полок поясов, стоек и раскосов принимают по расчету.
Рис.13.12 – Железобетонные фермы покрытия.
а — сегментная; б — арочная безраскосная; в — с параллельными поясами; г — трапецеидальная; д — фрагмент разреза покрытия здания с применением подстропильных ферм Для многоэтажных промышленных зданий применяют балочные и безбалочные перекрытия. Балки перекрытий (ригели) изготовляют из бетона марок 200-400 координационными пролетами 6 и 9 м унифицированной высотой сечения 0,8 м. Балки могут иметь прямоугольное и тавровое сечение (рис.13.14). Ригели прямоугольного сечения делают при больших нагрузках. Соединение с колонной осуществляют путем опирания ригеля на консоль колонны.
Рис.13.13 – Стальные стропильные фермы.
а — основные типы ферм; б — узел опирания на колонну фермы с параллельными поясами при «нулевой» привязке; в — то же, полигональной при привязке 250 и 500 мм; г — то же, треугольной при «нулевой» привязке; 1 — надопорная стойка; 2 — колонна; 3 — ригель фахверка Для многоэтажных зданий со сборным безбалочным каркасом с сеткой колонн 6х6 м применяют плоские плиты перекрытий сплошного сечения (надколонные и пролетные) толщиной 150 или 180 мм. Надколонные плиты устанавливают выступами в гнезда капители, предусмотренные по ее периметру, с образованием после замоноличивания железобетонных шпонок.
Рис.13.14. –Конструкции перекрытий многоэтажных промышленных зданий.
а — балочное перекрытие; б — безбалочное перекрытие; в — опирание ригеля прямоугольного сечения; г – то же, таврового сечения; 1 — колонна; 2 — ригель; 3 — панель перекрытия; 4 — капитель; 5 — надколонные плиты; 6 — пролетная плита; 7 — бетон; 8 — полка для опирания плиты перекрытия; 9 — стыковая накладка; 10 — стальной оголовник; 11 — выпуски арматуры Для устройства помещений, имеющих значительные размеры, используют большепролетные и пространственные конструкции покрытий. Покрытия в большепролетных зданиях бывают плоскостные, пространственные и висящие.
^ Большепролетными плоскостными покрытиями являются железобетонные и стальные фермы (рис.13.15). Железобетонные фермы пролетом до 96 м изготовляют из бетона М500 с предварительно напряженным нижним поясом. Используют также сборные и монолитные рамы и арки, имеющие различные пролеты.
Рис.13.15 – Большепролетные плоскостные покрытия.
а — с железобетонными фермами пролетом 96 м.
б — с металлическими рамами пролетом 80 м Пространственные покрытия выполняют из плоскостных элементов, монолитно связанных между собой и работающих как цельная конструкция, или в виде оболочек (рис.13.16). Оболочки, которые могут перекрыть большие пролеты, имеют незначительную толщину 30-100 мм, так как бетон в этом случае работает в основном на сжатие.
Оболочки могут быть цилиндрические, купольные, параболоидные и др. Хорошие показатели имеет покрытие из длинных цилиндрических оболочек, применяемых при сетке колонн 12х24 м и более.
Устраивают также висячие покрытия . которые работают на растяжение (рис.13.17). Висячие конструкции делятся на вантовые и собственно висящие.
Несущими элементами в вантовых покрытиях являются тросы и вантовые прямолинейные элементы. В качестве настилов используют алюминиево-пластмассовые панели, коробчатые настилы из стеклопластиков и сотовые панели. Вантовые покрытия могут быть пролетом 100 м и более.
Рис.13.16 – Примеры покрытий в виде оболочек.
а — шедовое с диафрагмами в виде железобетонных арок; б – то же, в виде стальных ферм криволинейного очертания.
Рис.13.17 – Висящие покрытия.
а — однопоясное пролетом 12+78+12 м; б — двопоясное пролетом 9+50+9 м В собственно висячих покрытиях несущими конструкциями являются мембраны и гибкие нити, криволинейно очерченные под действием приложенной к ним нагрузки.
В промышленном строительстве широко используют и пневматические конструкции. Принцип возведения их основан на том, что во внутреннее замкнутое пространство мягких оболочек нагнетают атмосферный воздух, который растягивает оболочку, придавая
