Железобетонные балки и фермы одноэтажных промышленных зданий. Фундаменты и фундаментные балки промышленных зданий. Свайные фундаменты под колонны промышленных зданий

Балки покрытий могут иметь пролет 12 и 18 м, а в отдельных конструкциях - пролет 24 м. Очертание верх­него пояса при двускатном покрытии может быть трапе­циевидным с постоянным уклоном, ломаным или криво­линейным . Балки односкатного покры­тия выполняют с параллельными поясами или ломаным нижним поясом, плоского покрытия - с параллельными поясами. Шаг балок покрытий -6 или 12 м.

Наиболее экономичное поперечное сечение балок по­крытий- двутавровое со стенкой, толщину которой (60... 100 мм) устанавливают главным образом из условий удобства размещения арматурных каркасов, обеспечения прочности и трещиностойкости. У опор толщина стенки плавно увеличивается и устраивается уширение в виде вертикального ребра жесткости. Стенки балок в средней части пролета, где поперечные силы незначительны, могут иметь отверстия круглой или многоуголь­ной формы, что несколько уменьшает расход бетона, создает технологические удобства для сквозных прово­док и различных коммуникаций.

Высоту сечения балок в середине пролета принимают 1/10...1/15/. Высоту сечения двускатной трапециевидной балки в середине пролета определяют уклон верхнего пояса (1: 12) и типовой размер высоты сечения на опо­ре (800 мм или 900 мм). В балках с ломаным очертанием верхнего пояса благодаря несколько большему уклону верхнего пояса в крайней четверти пролета достигается большая высота сечения в пролете при сохранении ти­пового размера - высоты сечения на опоре. Балки с кри­волинейным верхним поясом приближаются по очерта­нию к эпюре изгибающих моментов и теоретически несколько выгоднее по расходу материалов; однако усложненная форма повышает стоимость их изготовления.

Ширину верхней сжатой полки балки для обеспечения устойчивости при транспортировании и монтаже прини­мают 1/50...1/60l . Ширину нижней полки для удобного размещения продольной растянутой арматуры - 250... 300 мм.

Двускатные балки выполняют из бетона класса В25... В40 и армируют напрягаемой проволочной, стержневой и канатной арматурой. При армировании высокопрочной проволокой ее располагают группами по 2 шт. в вертикальном положении, что создает удобства для бетонирования балок в вертикальном положении. Стенку балки армируют сварными каркасами, продоль­ные стержни которых являются монтажными, а попереч­ные-расчетными, обеспечивающими прочность балки по наклонным сечениям. Приопорные участки балок для предотвращения образования продольных трещин при отпуске натяжения арматуры (или для ограничения ши­рины их раскрытия) усиливают дополнительными по­перечными стержнями, которые приваривают к стальным закладным деталям. Повысить трещиностойкость приопорного участка балки можно созданием двухосного предварительного напряжения (натяжением также и по­перечных стержней).

Двускатные балки двутаврового сечения для ограни­чения ширины раскрытия трещин, возникающих в верх­ней зоне при отпуске натяжения арматуры, целесооб­разно армировать также и конструктивной напрягаемой арматурой, размещаемой в уровне верха сечения на опоре . Этим уменьшаются эксцентриситет силы обжатия и предварительные растягивающие на­пряжения в бетоне верхней зоны.

Двускатные балки прямоугольного сечения с часто расположенными отверстиями условно называют решет­чатыми балками . Типовые решетчатые балки в зависимости от значения расчетной нагрузки имеют градацию ширины прямоугольного сечения 200, 240 и 280 мм. Для крепления плит покрытий в верхнем поя­се балок всех типов заложены стальные детали.

Балки покрытия рассчитывают как свободно лежа­щие; нагрузки от плит передаются через ребра. При пяти и больше сосредоточенных силах нагрузку заменяют эквивалентной равномерно распределенной. Для дву­скатной балки расчетным оказывается сечение, распо­ложенное на некотором расстоянии х от опоры. Так, при уклоне верхнего пояса 1: 12 и высоте балки в середине пролета h =l /12, высота сечения на опоре составит hon = l/24 , а на расстоянии от опоры

Если принять рабочую высоту сечения балки h 0 = βh х, изгибающий момент при равномерно распреде­ленной нагрузке

то площадь сечения продольной арматуры

Расчетным будет то сечение балки по ее длине, в ко­тором Asx достигает максимального значения. Для оты­скания этого сечения приравнивают нулю производную

Отсюда, полагая, что ζβ - величина постоянная и диф­ференцируя, получают

Из решения квадратного уравнения находят x = 0,37l . В общем случае расстояние от опоры до расчетного се­чения x= 0,35...0,4l .

Если есть фонарь, то расчетным может оказаться се­чение под фонарной стойкой.

Поперечную арматуру определяют из расчета проч­ности по наклонным сечениям. Затем выполняют расче­ты по трещиностойкости, прогибам, а также расчеты прочности и трещиностойкости на усилия, возникающие при изготовлении, транспортировании и монтаже. При расчете прогибов трапециевидных балок следует учиты­вать, что они имеют переменную по длине жесткость,

Для расчета балок покрытий на ЭВМ разработаны программы, согласно которым можно выбрать оптимальный вариант конструкции. Варьируя переменными пара­метрами (класс бетона, класс арматуры, размеры по­перечного сечения, степень натяжения арматуры и др.)» ЭВМ выбирает для заданного пролета и нагрузки луч­ший вариант балки по расходу бетона, арматуры, стои­мости и выдает данные для конструирования.

Балки двутаврового сечения экономичнее решетча­тых по расходу арматуры приблизительно на 15%, по расходу бетона - приблизительно на 13%. При наличии подвесных кранов и грузов расход стали в балках уве­личивается на 20...30 %.

(рис. 11.31, а, б).

- - армиро­вание балок

(см. рис. 11.31,6). Произведение нагрузки g+v

для балки пролетом

q b , Ь.

где М о

(рис. 11.31, в),

5. Конструирование и расчёт балок покрытия.

Нагрузка от плиты на балки передается по грузовым площадям в виде- треугольников или трапеций (рис. 11.31, а, б).

Рис. 11.31. Расчетные схемы и армирование балок ребристых пере­крытий с плитами, опертыми по контуру

а - нагрузка от плиты по грузовым площадям в виде треугольников и трапе­ций; б - распределение нагрузки по биссектрисам углов панели; в - армиро­вание балок

Для определения этой нагрузки проводят биссектри­сы углов панели до их пересечения (см. рис. 11.31,6). Произведение нагрузки g+v (на 1 м 2) на соответствую­щую грузовую площадь даст полную нагрузку на пролет балки, загруженной с двух сторон панелями: для балки пролетом

для балки пролетом

В свободно лежащей балке изгибающие моменты от такой нагрузки соответственно

Кроме того, следует учесть равномерно распределен­ную нагрузку q b , от собственного веса балки и части пе­рекрытия с временной нагрузкой на ней, определяемой по грузовой полосе, равной ширине балки Ь.

Расчетный пролет балок принимают равным расстоя­нию в свету между колоннами или расстоянию от оси опоры на стене (при свободном опирании) до грани пер­вой колонны. Для упрощения принимают расчетный про­лет балки равным пролету в свету между ребрами (с не­которой погрешностью в сторону увеличения расчетного пролета балки).

Изгибающие моменты с учетом перераспределения со­ставляют: в первом пролете и на первой промежуточной опоре

в средних пролетах и на средних опорах в средних пролетах и на средних опорах

где М о определяют по формулам (11.41) и (11.42).

В трехпролетной балке момент в среднем пролете сле­дует принимать не менее момента защемленной балки

Порядок подбора сечения и принцип армирования балки такие же, как главной балки ребристого перекры­тия с балочными плитами. На опорах балки армируют седловидными каркасами (рис. 11.31, в), что позволяет осуществить независимое армирование в пересечениях на колоннах.

Пространственную систему, состоящую из колонн, подкрановых балок и несущих конструкций покрытия, называют каркасом одноэтажного промышленного здания.

Вертикальные несущие элементы железобетонного каркаса называют колоннами. По расположению в здании колонны подразделяют на крайние и средние.

Колонны постоянного сечения (бесконсольные) (рис. 7) применяют в зданиях без мостовых кранов и в зданиях с подвесными кранами.

Колонны крайних рядов - прямоугольного постоянного по высоте сечения. Средние колонны, имеющие в плоскости поперечной рамы размер сечения менее 600 мм, снабжены вверху двусторонними консолями с таким выступом, чтобы длина площадки для опирания конструкции покрытия была равна 600 мм. При размере сечения 600 мм и более колонны не имеют консолей.

В колоннах, примыкающих к торцовым стенам, должны быть предусмотрены со стороны стен закладные детали для крепления приколонных стоек фахверка, у которых нулевая привязка к продольным осям.

Рис. 7. Сборные железобетонные колонны для бескрановых пролетов одноэтажных зданий:

а - крайние колонны; б, в - средние колонны;

1 - закладные стальные детали для крепления ферм или балок покрытия;

2 - то же для приварки анкеров, скрепляющих стену с колоннами;

3 - риски; 4 - анкерный болт

Колонны изготовляются из бетона класса В15-В30. Основная рабочая арматура - стержневая из горячекатаной стали периодического профиля класса A-III.

Колонны прямоугольного сечения для здания с мостовыми кранами, имеющие консоли (рис. 8, а, б), применяют в зданиях пролетом 18 и 24 м, высотой до 10,8 м, оборудованных мостовыми кранами грузоподъемностью 10-20 т. Крайние колонны одноконсольные, средние - двухконсольные. Колонны имеют прямоугольное поперечное сечение как в верхней (надкрановой), так и в нижней (подкрановой) части.

Рис. 8. Сборные железобетонные колонны для крановых пролетов:

а, б - одноветвевые (крайние и средние); в, г - двухветвевые;

1 - закладные детали для крепления балок или ферм покрытия; 2 - то же

для приварки анкеров, скрепляющих стену с колоннами; 3 - риски;

4 - анкерные болты; 5 - закладные детали для крепления подкрановых балок

Колонны внутренних и наружных рядов, устанавливаемые в местах расположения вертикальных связей, должны иметь закладные детали для крепления связей.

Колонны изготовляются из бетона класса В15, В25. Основная рабочая арматура - стержневая из горячекатаной стали периодического профиля класса A-III.

Двухветвевые колонны (рис. 8, в, г) применяются в зданиях пролетом 18, 24, 30 м, высотой от 10,8 до 18 м, оборудованных мостовыми кранами грузоподъемностью до 50 т.

Для крайних колонн при шаге 6 м, высоте не более 14,4 м и грузоподъемности крана меньше или равной 30 т принята нулевая привязка, а в остальных случаях - 250 мм.

Колонны запроектированы в нижней части с двумя ветвями и соединительными распорками. Ветви, распорки и верхняя часть всех колонн имеют сплошное прямоугольное сечение.

Колонны изготовляются из бетона класса В15, В25. Основная рабочая арматура - стержневая из горячекатаной стали периодического профиля класса А-Ш.

Нижние части железобетонных колонн, заводимые в стакан, в номинальную высоту колонны не включаются. Колонны предназначены для использования в условиях, когда верх фундаментов имеет отметку -0,150. Длину колонн подбирают в зависимости от высоты цеха и глубины заделки в стакан фундамента.

В зданиях с подстропильными конструкциями длина средних колонн уменьшается на 700 мм.

Подкрановые и обвязочные балки

Железобетонные подкрановые балки (рис. 9) применяют в зданиях при шаге колонн 6 и 12 м, при грузоподъемности кранов до 30 т. Балки имеют тавровое и двутавровое сечение с утолщением стенок на опорах. Унифицированные размеры балок принимают в зависимости от шага колонн и грузоподъемности кранов: при шаге колонн 6 м балки имеют длину 5950 мм, высоту сечения 800, 1000, 1200 мм; при шаге колонн 12 м длина балок 11 950 мм, высота 1400, 1600, 2000 мм. Изготовляют из бетона класса В25, В30, В40 с предварительно напряженной арматурой.

По местоположению в здании различают подкрановые балки рядовые и торцовые. Они отличаются местоположением закладных пластин.

В балках предусматриваются закладные элементы для крепления к колоннам (стальные листы) и для крепления к ним крановых рельсов (трубки диаметром 20-25 мм через 750 мм подлине полки).

Крепят подкрановые балки к колоннам сваркой закладных элементов и анкерных болтов. Болтовые соединения после окончательной выверки заваривают. Рельсы к подкрановым балкам крепят стальными парными лапками, расположенными через 750 мм. Под рельсы и лапки укладывают упругие прокладки из прорезиненной ткани толщиной 8-10 мм.

Во избежание ударов мостовых кранов о торцовые стены здания на концах подкрановых путей устраивают стальные упоры, снабженные деревянным брусом.

Обвязочные железобетонные балки (рис. 10) предназначены для опирания кирпичных и мелкоблочных стен в местах перепада высот пролетов, а также для повышения прочности и устойчивости высоких самонесущих стен. Обычно балки устраивают над оконными проемами. Железобетонные обвязочные балки имеют длину 5950 мм, высоту сечения 585 мм, ширину 200, 250, 380 мм. Их устанавливают на стальные опорные столики и крепят к колоннам с помощью стальных планок, привариваемых к закладным элементам.

Рис. 9. Сборные железобетонные подкрановые балки:

а - пролетом 6 м; б - пролетом 12 м; в - опирание подкрановой балки

на колонну (общий вид); г - то же, с фасада и в сечении;

1 - закладные детали колонны; 2 - то же подкрановой балки; 3 - стальная планка; 4 - стальная накладка; 5 - заделка бетоном; 6 - отверстия для крепления рельса

Стены над обвязочными балками можно предусматривать сплошными, с отдельными проемами, с ленточным остеклением.

Балки изготовляются из бетона класса В15.

Рис. 10. Обвязочные балки, их опирание на колонны:

а - балка прямоугольного сечения; б - балка прямоугольного

сечения с полочкой; в - опирание балок (вид снизу) на стальную консоль;

1 - закладные детали; 2 - сварная металлическая консоль; 3 - монтажная накладка

Стропильные и подстропильные балки и фермы

В покрытиях зданий несущими элементами служат балки и фермы, укладываемые поперек или вдоль здания.

По характеру укладки балки и фермы бывают: стропильные, если они перекрывают пролет, поддерживают опертые на них конструкции покрытия, и подстропильные, если перекрывают 12-18-метровые шаги колонн продольного ряда и служат опорой для стропильных конструкций.

Железобетонные стропильные балки (рис. 11) перекрывают пролеты 6, 9, 12 и 18 м.

Рис. 11. Железобетонные стропильные балки:

а - односкатная таврового сечения; б - односкатная двутаврового сечения;

в -двускатная (пролетом 6-9 м); г -двускатная (пролетом 12-18 м);

д - решетчатая (пролетом 12-18 м); е - с параллельными поясами;

1 - опорный стальной лист; 2 - закладные детали

Для их изготовления используют бетон класса В15-В40. На верхнем поясе балок предусматривают закладные детали для крепления плит покрытия или прогонов, на нижней полке и стенке балки - закладные детали для крепления путей подвесного крана.

Балки крепят к колоннам сваркой закладных деталей.

Названия балок зависят от очертания верхнего пояса.

Односкатные балки применяются в однопролетных зданиях. Балки имеют тавровое сечение с утолщением на опорах и с толщиной стенки 100 мм. Для 12-метровых пролетов используются балки двутаврового сечения с предварительно напряженной арматурой.

Двускатные балки предназначены для зданий со скатной кровлей. Для пролетов 6 и 9 м применяются балки таврового сечения с утолщением на опоре и толщиной стенки 100 мм. Для 12-18-метровых пролетов предназначаются балки двутаврового сечения с вертикальной стенкой толщиной 80 мм и с предварительно напряженной арматурой.

Решетчатые балки имеют прямоугольное сечение с отверстиями для пропуска труб, электрокабелей и др.

Балки С параллельными поясами используются для зданий с плоской кровлей. Они имеют двутавровое сечение с утолщением в опорных узлах и толщиной вертикальной стенки 80 мм.

Железобетонные стропильные фермы (рис. 12) используются в зданиях пролетом 18, 24, 30, 36 м. Между нижним и верхним поясами ферм располагают систему стоек и раскосов. Решетка ферм предусматривается таким образом, чтобы плиты перекрытия шириной 1,5 и 3 м опирались на фермы в узлах стоек и раскосов. В основном применяются плиты 3 м, на особо нагруженных участках - 1,5 м.

Широкое применение получили сегментные безраскосные фермы пролетом 18 и 24 м, сечения верхнего и нижнего пояса прямоугольные.

Для уменьшения уклона покрытия для многопролетных зданий предусматривают устройство на верхнем поясе ферм специальных стоек (столбиков), на которые опирают плиты покрытия. Придание покрытию малого уклона обеспечивает лучшую возможность механизации кровельных работ, что создает большую надежность кровли в эксплуатации. Однако из-за необходимости увеличения при этом высоты наружных стен малоуклонные кровли целесообразны в многопролетных зданиях.

Подстропильные фермы изготовляют трех видов:

Для малоуклонных кровель большей высоты;

Для скатных кровель меньшей высоты с устройством стоек на опорах, служащих опорой для крайних настилов покрытия;

С провисающим нижним поясом.

В опорных частях подстропильной фермы и в ее среднем нижнем узле предусмотрены площадки для опирания стропильных ферм. Изготовляют фермы из бетона класса В25-В40. Нижний пояс выполняют предварительно напряженным и армируют пучками из высокопрочной проволоки. Для армирования верхнего пояса, раскосов и стоек применяют сварные каркасы из горячекатаной стали периодического профиля.

Крепят фермы к колоннам болтами и сваркой закладных деталей. В фермах предусмотрены закладные детали.

Рис. 12. Железобетонные фермы:

а, б - стропильные сегментные раскосные;

в _ стропильная арочная безраскосная;

г_ стропильная безраскосная с опорами для устройства плоских покрытий;

д _ стропильная с параллельными поясами;

е - подстропильная для скатных покрытий;

ж - подстропильная для плоских покрытий

Привязка колонн к разбивочным осям здания

В одноэтажных промышленных зданиях с железобетонным и смешанным каркасами колонны крайних рядов по отношению к продольным разбивочным осям имеют нулевую привязку, т.е. наружная грань колонны совмещается с продольной разбивочной осью и совпадает с внутренней гранью стенового ограждения. При этом между внутренней гранью панели и колонной должен быть предусмотрен зазор 30 мм (рис. 13).

Рис. 13. Привязка несущих конструкций одноэтажных

промышленных зданий к разбивочным осям:

а - продольных наружных стен и колонн (бескрановых зданий);

б - продольных стен и колонн (при кранах грузоподъемностью до 30 т);

в - продольных наружных стен и колонн (при кранах

грузоподъемностью до 50 т); г - в торцовых стенах;

д - в местах деформационных швов (ДШ); е - фрагмент плана здания;

1 - стены; 2 - колонны; 3 - подвесной кран; 4 - мостовой кран;

5 - фахверковая колонна; 6 - подкрановая балка

Колонны средних рядов в железобетонном, стальном и смешанном каркасах имеют по отношению к продольной разбивочной оси центральную привязку, т.е. разбивочная ось среднего ряда колонн совмещается с осью сечения надкрановой части колонн.

Колонны крайних рядов в стальном каркасе по отношению к продольной разбивочной оси имеют привязку 250 мм и совмещаются с внутренней гранью стеновой панели с зазором 30 мм.

Торцовые колонны основных рядов любого каркаса по отношению к крайней поперечной разбивочной оси имеют привязку 500 мм, т.е. ось колонны отстает от этой крайней поперечной разбивочной оси на 500 мм.

Все колонны фахверка устанавливаются в торцах пролетов с шагом 6 м и предназначены для навешивания на них стеновых панелей и восприятия ветровых нагрузок. Независимо от рода материала по отношению к поперечной разбивочной оси пролета колонны фахверка имеют нулевую привязку.

В железобетонном и смешанном каркасах при пролете 72 м и более, а в стальном каркасе - 120 м и более посредине пролетов в поперечном направлении предусматривается температурный шов, который устраивается за счет установки пары колонн, оси которых отстают от оси температурного шва, совмещенного с очередной шаговой осью, на 500 мм каждая. Благодаря этому создается два температурных блока, независимо работающих под нагрузкой. Для обеспечения пространственной жесткости и устойчивости колонн в вертикальном направлении в середине температурного блока меж ду колоннами предусматриваются вертикальные стальные связи (при шаге колонн 6м - крестовые, при шаге 12 м - портальные).

Продольные температурные швы или переход высот продольных пролетов решаются на двух рядах колонн, при этом предусматриваются парные разбивочные оси со вставкой 500, 1000, 1500 мм. В здании со стальным каркасом переход высот осуществляется на одной колонне за счет изменения высоты ее ветвей.

Примыкание двух взаимно-перпендикулярных пролетов осуществляется на двух колоннах со вставкой по наружной стене и в уровне покрытия. Размер вставки определяется в зависимости от толщины наружных стен и от привязки колонн.

В здании при наличии мостовых электрокранов вертикальные оси крановых путей отстают от продольных разбивочных осей здания на 750 мм (без прохода) и на 1000 мм (с проходом), а при наличии подвесных кранов вертикальные оси подвески и передвижения их отстают от продольных разбивочных осей на 1500 мм.

Обеспечение пространственной жесткости железобетонного каркаса

Система связей призвана обеспечить необходимую пространственную жесткость каркаса. В ее состав входят:

· вертикальные связи;

· горизонтальные связи по верхнему (сжатому) поясу ферм;

· связи по фонарям.

Вертикальные связи располагают:

· между колоннами в середине температурного блока в каждом ряду колонн: при шаге колонн 6м - крестовые; 12м - портальные. В зданиях бескрановых и с подвесными кранами связи ставят только при высоте колонн 9,6 м. Выполняют связи из уголков или швеллеров и крепят к колоннам с помощью косынок (рис. 14);

· между опорами ферм и балок связи ставят в крайних ячейках температурного блока в зданиях с плоским покрытием. Без подстропильных конструкций - в каждом ряду колонн, с подстропильной конструкцией - только в крайних рядах колонн.

Горизонтальными связями являются: плиты покрытия;

· в торцах фонарных проемов устойчивость стропильных балок и ферм обеспечивается горизонтальными крестовыми связями, установленными в уровне верхнего пояса, в последующих пролетах (под фонарями) - стальными распорками; при больших пролетах и высоте здания на уровне нижнего пояса ферм устраивают горизонтальные связи между крайними парами ферм, находящимися в торцах здания; в зданиях с шагом крайних и средних колонн 12 м предусматриваются горизонтальные фермы в торцах (по две в каждом пролете на температурный блок). Эти фермы стоят на уровне нижнего пояса стропильных ферм.

Узлы сборного железобетонного каркаса

Места сопряжений разнотипных элементов сборного каркаса называют узлами (рис. 15). Узлы железобетонных каркасов должны удовлетворять требованиям прочности, жесткости, долговечности; неизменяемости сопрягаемых элементов при действии монтажных и эксплуатационных нагрузок; простоты при монтаже и заделке.

Сопряжение колонны с фундаментом. Глубина заделки колонн прямоугольного сечения 0,85 м, двухветвевого - 1,2 м. Стык замоно-личивают бетоном класса не ниже В15. Бороздки на гранях колонны способствуют лучшему сцеплению бетона в полости стыка.

Опирание подкрановой балки на выступы колонны. К опорам балки (до ее установки) приваривают стальной лист с вырезами для анкерных болтов. На опорах колонны балку закрепляют к анкерным болтам и приваривают закладные детали. Верхнюю полку подкрановой балки закрепляют стальными планками, приваренными к закладным деталям.

Сопряжение стропильных ферм и балок с колонной. К опорам стропильных конструкций приваривают стальные листы. После установки и выверки опорные листы стропильных конструкций приваривают к закладным деталям на оголовке колонны.

Опирание подстропильных конструкций на оголовке колонны. Закладные детали стыкуемых элементов сваривают потолочным швом.

Крепление подвесных кранов к конструкциям покрытия. Несущие балки кранов закрепляют болтами к стальным обоймам на стропильных конструкциях. Перекидные балки перераспределяют нагрузку от подвесных кранов между узлами стропильных ферм.

Сопряжение стропильных и подстропильных элементов аналогично креплению ферм и балок на оголовке колонн.

Многоэтажный сборный железобетонный каркас

Многоэтажные промышленные здания возводят, как правило, каркасными.

В зависимости от типа перекрытия конструктивная схема здания может быть балочная и безбалочная.

В балочных железобетонных каркасах (рис. 16) несущими элементами являются фундаменты с фундаментными балками, колонны, ригели, панели перекрытий и покрытия, а также металлические связи.

Рис. 14 Обеспечение пространственной жесткости каркаса:

а - размещение горизонтальных связей в покрытии; б - усиление торцовых

стен венцовыми фермами; в - размещение вертикальных связей в зданиях

с плоскими покрытиями (без подстропильных конструкций);

г - вертикальные связи в зданиях с подстропильными конструкциями;

д - вертикальные крестовые связи; е - вертикальные портальные связи;

1 - колонны; 2 - стропильные фермы; 3 - плиты покрытия; 4 - фонарь;

5 - ветровая ферма; 6 - горизонтальная крестовая связь (в торцах фонарного проема); 7 - стальные распорки (в уровне верхнего пояса ферм); 8 - подкрановые балки; 9 - металлические связевые фермы между опорами стропильных ферм; 10 - вертикальные крестовые связи (в продольном ряду колонн); 11 - подстропильные фермы; 12 - вертикальные портальные связи (в продольном ряду колонн)

Рис. 15. Узлы железобетонного каркаса одноэтажных промышленных зданий: а - сопряжение колонны с фундаментом; б - опирание подкрановой балки

на колонну; в - сопряжение балок и ферм с колонной; г - опирание

подстропильных конструкций на оголовке колонны; д - крепление подвесных

кранов к несущим балкам покрытия; е - опирание стропильных

и подстропильных балок на оголовки колонны;

ж - сопряжение стропильных, подстропильных ферм;

1 - фундамент; 2 - колонна; 3 - монолитный бетон; 4 - бороздки;

5 - закладная деталь; 6 - крепежная планка; 7 - болты М20;

8 - опорный лист толщиной 12 мм; 9 - подстропильные балки;

10 -сварной потолочный шов; 11 - стропильная балка;

12 - стальная обойма; 13 - несущая балка подвесного крана;

14 - стропильная ферма

Рис. 16. Многоэтажное здание с балочными перекрытиями:

а - поперечный разрез здания с плитами, опертыми на полки ригелей;

б - план; в - детали каркаса; 1 - самонесущая стена; 2 - ригель с полками;

3 - ребристые плиты; 4 - консоль колонны;

5 - железобетонный элемент для заполнения деформационных швов

Рис. 17. Сопряжение колонн между собой и с ригелями:

а - конструкция стыка колонн; б - общий вид сопряжения колонны и ригеля;

1 - стыкуемые оголовки колонн; 2 - центрирующая прокладка;

3 - рихтовочная пластинка; 4 - арматура колонны рабочая;

5 - то же поперечная; 6 - стыковые стержни;

7 - зачеканка и замоноличивание бетоном класса В25; 8 - ригель;

9 - плита перекрытия (связевая); 10 -закладные детали колонны

ригеля и плит; 11 - сварка арматуры, выпущенной из колонны и ригелей;

12 - накладка для сварки плит

Фундаменты устраивают столбчатые стаканного типа.

Колонны сечением 400 х 400, 400 х 600 мм консольного типа высотой в один этаж (для зданий с высотой этажа 6 м и для верхних этажей трех- и пятиэтажных зданий), в два этажа (для двух нижних, а также для верхних этажей четырехэтажных зданий) и в три этажа (для зданий с высотой этажа 3,6 м). У крайних колонн для опирания ригелей имеются консоли с одной стороны, у средних колонн - консоли с обеих сторон. Колонны изготовляют из бетона класса В15-В40.

На консоли колонн в поперечном направлении укладывают ригели. Их изготовляют из бетона класса В25, В30. Ригели первого типа (с полками для опирания плит) перекрывают пролеты 6 и 9 м. Ригели второго типа имеют прямоугольное сечение, их применяют в перекрытиях при установке провисающего оборудования.

Плиты перекрытий и покрытий изготовляются с продольными и поперечными ребрами из бетона класса В15-В35. По ширине их подразделяют на основные и доборные, укладываемые у наружных продольных стен. У основных плит, укладываемых по верху ригелей, в торцах имеются вырезы (для пропуска колонн). При нагруз-ках на перекрытие до 125 кН/м 2 применяются плоские пустотелые плиты, а вдоль средних рядов колонн укладывают сантехнические панели.

Связи между колоннами устанавливают поэтажно в середине температурного блока по продольным рядам колонн. Их изготовляют из стальных уголков в виде порталов или треугольников такой же конструкции, как и в одноэтажных зданиях.

Привязка колонн крайних рядов и наружных стен к продольным разбивочным осям нулевая, либо разбивочная ось здания проходит по центру колонны. Привязка колонн торцовых стен принимается 500 мм, а в зданиях с сеткой колонн 6x6 м - осевая. Колонны средних рядов располагаются на пересечении продольных и поперечных осей. Узлы каркаса (рис. 17) - это опорные соединения однотипных или разнотипных сборных элементов, обеспечивающих пространственную жесткость конструктивных стержней. К основным узлам относят:

сопряжение ригелей с колоннами достигается сваркой закладных деталей ригелей и консолей колонн, а также сваркой выпусков верхней арматуры ригелей со стержнями, пропущенными сквозь тело колонны. Зазоры между колоннами и торцами ригелей заполняют бетоном;

стыки колонн многоэтажных зданий для удобства монтажа предусматривают на высоте 0,6 м от уровня пола. Торцы колонн снабжены стальными оголовкам. Стык осуществляется приваркой стыковых стержней к металлическим оголовкам с последующим замоноличиванием;

стыки плит перекрытия. Уложенные плиты соединяют сваркой закладных деталей с ригелями, с колоннами и между собой. Полости стыков между ребрами замоноличивают бетоном. Безбалочный железобетонный каркас с сеткой колонн 6x6м в виде многоярусной и многопролетной рамы с жесткими узлами и нагрузками на перекрытие от 5 до 30 кН/м 2 (рис. 18).

Основные элементы каркаса: колонны, капители, межколонные и пролетные плиты - изготовляют из бетона класса В25-В40.

Колонны высотой в один этаж устанавливают по сетке 6x6м. В верхней части колонны имеется уширение (оголовки) для опирания капителей, которое имеет вид опрокинутой усеченной пирамиды со сквозной полостью для сопряжения с концами колонн.

Рис. 18. Многоэтажное здание с безбалочными перекрытиями:

а - поперечный разрез; б - план; 1 - самонесущая стена;

2 - капитель колонны; 3 - плиты межколонные; 4 - то же пролетные

Рис.19 . Сборное безбалочное перекрытие:

а - план и разрезы; б - общий вид;

1 - оголовок колонны; 2 - капитель; 3 - плита межколонная;

4 - то же пролетная; 5 - монолитный бетон; 6 - монолитный железобетон;

7 - полка для опирания пролетной плиты; 8 - колонна

Капитель надевают на оголовок и крепят сваркой стальных закладных деталей. На капители в двух взаимно-перпендикулярных направлениях укладывают многопустотные межколонные плиты и приваривают по концам к закладным деталям капителей. После установки колонны следующего этажа стык заливают бетоном. Затем в зону между концами межколонных плит укладывают стальную арматуру, приваривая ее к закладным деталям. После забето-нирования плиты работают как неразрезные конструкции.

Участки перекрытия, ограниченные межколонными плитами, заполняют пролетными плитами квадратной формы, опирая их по контуру на четверти, предусмотренные в боковых гранях межколонных плит.

К основным узлам безбалочного каркаса относят (рис. 19): стыки колонн, расположенные на 1 м выше перекрытия, такой же конструкции, как и в балочном каркасе; стык капители с колонной. На четырехстороннюю консоль колонны опирают капитель, приваривая снизу закладные детали, а сверху арматурные накладки. Зазор между колонной и капителью замоноличивают бетоном класса В25; стыки плит перекрытия. Межколонные плиты опирают выпусками арматуры на закладные детали, замоноличивая стык бетоном. Пролетные плиты опирают выпусками арматуры на закладные детали межколонных панелей. После сварки клиновидные пазы стыков замоноличивают.

Каркасом одноэтажных промышленных зданий называют систему связанных между собой колонн (стоек), несущих элементов покрытия, подкрановых балок и связей. В каркас включаются также фундаментные и обвязочные балки, устанавливаемые в плоскости каркасных стен.

Каркасы, многоэтажных зданий образуют так называемую прост­ранственную этажерку, состоящую из системы соединенных между собой ригелей, колонн и плит перекрытий (горизонтальных диафрагм жесткости).

Материалом для устройства каркаса служат преимущественно железобетон, реже – сталь, различные сплавы и дерево. При выборе материала каркаса руководствуются характером силовых и несиловых воздействий, воспринимаемых каркасом, а также учитывают размеры пролетов, шага колонн, высоту здания, место строительства, требования огнестойкости и технико-экономические соображения.

3.3.1. Железобетонный каркас одноэтажных зданий

В современном индустриальном строительстве применяют в основном сборные железобетонные каркасы, конструктивные элементы которых типизованы. Железобетонный каркас устраивают из сборных или монолитных элементов; наиболее экономичными и распространенными считаются сборные конструкции каркаса.

Каркас является несущей основой здания и состоит из поперечных и продольных элементов. Поперечные элементы – рамы – воспринимают нагрузки от покрытия, снега, ветра, действующего на наружные стены и фонари, а также от навесных стен. Рамы сборного железобетонного каркаса состоят из колонн и несущих конструкций покрытия – балок или ферм. Эти элементы соединяют в узлах шарнирно при помощи металлических закладных деталей, анкерных болтов и небольшого количества сварных швов. Рамы собирают из типовых элементов заводского изготовления. Продольные конструкции здания обеспечивают устойчивость поперечных рам и воспринимают продольные нагрузки от ветра, действующего на торцевые стены здания и торцы фонарей, а также нагрузки от торможения кранов. К продольным элементам относятся подстропильные конструкции и связевые элементы, располагаемые в уровне опорных частей несущих конструкций покрытий. В зданиях, оборудованных кранами, связевыми элементами в продольном направлении служат подкрановые балки.

3.3.2. Основные элементы каркаса производственных зданий и их назначение

Основные элементы каркаса зданий подразделяются на 3 группы:

1) несущие – воспринимающие основные нагрузки в здании;

2) ограждающие – предназначенные для защиты внутреннего пространства здания от атмосферных воздействий, разделения здания на помещения и сохранения заданного температурно-влажностного режима;

3) выполняющие одновременно несущие и ограждающие функции.

Промышленные здания возводят из следующих архитектурно-кон­структивных элементов (частей): фундаментов, фундаментных балок, стен, вертикальных опор (колонн), несущих элементов покрытий и перекрытий – балок, ферм, ригелей, кровли, парапетов, перегородок, фонарей, лестниц, полов, окон и дверей (рис. 3.3.).

Фундаменты представляют собой подземную конструкцию, вос­принимающую нагрузки от веса здания и оборудования и передающую их основанию.

Перекрытия разделяют внутреннее пространство на этажи, выполняют функции ограждающих и несущих конструкций, а также обеспечивают пространственную жесткость здания.

Вертикальные опоры (колонны) предназначены для поддержания покрытий и перекрытий.

Покрытие здания защищает его от атмосферных воздействий. Верхнюю гидроизоляционную оболочку покрытия называют кровлей.

Перегородки служат для разделения внутреннего пространства в пределах одного этажа на отдельные помещения. Перегородки несут только собственную массу и опираются на перекрытия нижнего этажа.

Лестницы служат для сообщения между этажами.

3.3.3. Колонны, их классификация, виды и основные типоразмеры

Конструкция сборных железобетонных колонн зависит от объемно-планировочного решения промышленного здания и наличия в нем того или иного вида подъемно-транспортного оборудования и его грузоподъемности. В связи с этим сборные железобетонные колонны подразделяют на две группы:

1) предназначенные для бескрановых цехов и цехов, оснащенных подвесным подъемно-транспортным оборудованием;

2) для цехов, оборудованных мостовыми кранами.

По конструктивному решению колонны подразделяют на одноветвевые и двухветвевые, а по местоположению в здании – на колонны крайних рядов, средние и располагаемые у торцевых стен. В тех случаях, когда бескрановое здание должно иметь высоту более 9,6 м, можно использовать колонны для зданий с мостовыми кранами. Для зданий, оборудованных мостовыми кранами грузоподъемностью до 20 т, применяют одноветвевые колонны прямоугольного сечения (рис.3.4.).

Выбор сечения колонны зависит от размеров пролета и их числа, величины шага колонн, наличия и вида подстропильных конструкций, подвесного транспорта и конструктивного решения покрытия.

Высота колонн включает в себя расстояние от уровня чистого пола до низа стропильной конструкции плюс глубину заделки в стакане фундамента.

Высота этажа промышленных зданий принята равной: 3,6; 4,8; 6,0; 7,2; 8,4; 9,6; 10,8 (через 1,2 м), 12,6; 14,4; 16,2; 18,0 (через 1,8 м).

Для зданий без мостовых кранов, имеющих высоту от пола до низа несущих конструкций покрытия до 9,6 м, применяют колонны прямоугольного сечения 400x400, 500x500 и 560x600 мм. Средние колонны имеют в верхней части со стороны боковых граней двусторонние консоли для увеличения площади опирания под несущие конструкции покрытия.

Типовые колонны запроектированы под максимальную расчетную нагрузку от полного веса покрытия со светоаэрационными фонарями, снеговой нагрузки и подвесного транспорта грузоподъемностью до 5 т, а также от покрытия и мостовых кранов грузоподъемностью до 50 т.

Колонны в зданиях с мостовыми кранами должны иметь консоль, стойку или отдельную ветвь для опирания подкрановых балок. Средние колонны имеют две подкрановые консоли, крайние выполняют с односторонним расположением подкрановой консоли. Колонны для зданий с мостовыми кранами состоят из надкрановой части (от верха колонны до подкрановых консолей) и подкрановой части (от подкрановых консолей до фундамента). Надкрановая часть (надколонник) служит для опирания несущей конструкции покрытия, а подкрановая часть передает нагрузку от надколонника и подкрановых балок, опиравшихся на консоли колонн, на фундамент. Колонны крановых зданий бывают сплошные и двухветвевые (сквозные).

Двухветвевые (сквозные) колонны применяют для зданий, обору­дованных мостовыми кранами общего назначения грузоподъемностью от 10 до 50 т, а также для бескрановых зданий с высотой этажа 10,8; 12,6; 14,4; 16,2; 18,0 м при пролетах, равных 18, 24 и 30 м. Шаг колонн для крайних рядов 6 и 12 м, для средних рядов – 12 м. Двухветвевые колонны имеют в надкрановой части сплошное прямоугольное сечение, а в подкрановой части – две ветви также прямоугольного сечения, соединенных по высоте распорками через 1,5 – 2,0 м. Высота типовых двухветвевых колонн составляет 10.8 – 18 м. Сечения крайних и средних колонн при шаге
6 м составляют 400x600 и 400х800 мм, а при шаге 12 м – 500x800 мм. При кранах грузоподъемностью до 30 т и высоте здания более 10,8 м применяют ступенчатые (для крайних рядов) и ступенчато-консольные (для средних рядов) двухветвевые колонны.

Величина заглубления колонн ниже нулевой отметки зависит от вида и высоты колонн, грузоподъемности кранового оборудования и наличия помещений или приямков, располагаемых ниже уровня пола.

Выполняют колонны обычно в виде одного цельного элемента из тяжелого бетона марки 300, армируют сварными каркасами из горячекатаной стали класса АI. Средние колонны, испытывающие действия моментов двух знаков, армируют симметрично.

Просветы между распорками ветвей колонн используют для пропуска санитарно-технических и технологических коммуникаций.

В зданиях с сильноагрессивными средами нежелательно применять двухветвевые колонны, так как они имеют сложную геометрическую форму поперечного сечения, малодоступную для осмотра и окраски мест, где могут скапливаться влага и гигроскопическая пыль. В таких случаях рекомендуется применять сплошные колонны.

3.3.4. Фундаментные и подкрановые балки

Наружные и внутренние самонесущие стены здания устанавливаются на фундаментные балки, посредством которых нагрузка передается на фундаменты колонн каркаса. Фундаментные балки укладывают на специальные бетонные столбики, устанавливаемые на обрезы фундаментов. Балки укладывают под наружные стены вплотную к наружным граням колонн, под внутренние стены – между колоннами.

Фундаментные балки при шаге колонн 6 м применяются сборные железобетонные из бетона марок 300 – 350, при шаге колонн 12 м – с предварительно напряженной арматурой. Сечение фундаментных балок может быть тавровым, трапециевидным или прямоугольным. Основные фундаментные балки изготовляют высотой 450 мм (для шага колонн 6 м) и
600 мм (для шага колонн 12 м), а шириной 260, 300, 400 и 520 мм. Эти размеры соответствуют наиболее распространенной в промышленных зданиях толщине наружных стен. В местах устройства температурных швов укладывают балки, укороченные на 500 мм.

Для защиты пристенной полосы пола от промерзания и предотвращения деформации балок на пучинистых грунтах их снизу и с боков засыпают шлаком. Верхнюю грань фундаментной балки размешают на
30 – 50 мм ниже уровня чистого пола, который в свою очередь располагают на 150 мм выше отметки грунта. Поверх фундаментных балок укладывают гидроизоляцию из цементно-песчаного раствора или двух слоев рулонного материала на битумной мастике. На поверхности земли вдоль фундаментных балок по всему периметру здания устраивают асфальтобетонную отмостку для предотвращения подмокания фундаментов под наружные стены от атмосферных осадков.

Подкрановые балки предназначены для опирания рельсов мостовых кранов и обеспечения продольной пространственной жесткости каркаса здания.

Железобетонные подкрановые балки могут быть таврово-трапециевидного или двутаврового сечения; их применяют под краны легкого и среднего режима работы при шаге колонн 6 и 12 м и грузоподъемности кранов до 30 т. В торцах здания на подкрановых балках устанавливают упоры для мостовых кранов.

3.3.5. Железобетонный каркас многоэтажных промышленных зданий

Элементы каркаса многоэтажных промышленных зданий должны обладать высокой прочностью, устойчивостью, долговечностью и огнестойкостью. Поэтому для этих зданий применяют железобетонные конструкции, которые могут быть монолитными, сборными или сборно-монолитными.

Стальной каркас применяют при больших нагрузках, при наличии динамических воздействий на несущие конструкции от работы оборудования или при строительстве зданий в труднодоступной местности.

Положительным качеством многоэтажных зданий является их компактность, в связи с чем заметно сокращается протяженность различных инженерных и транспортных коммуникаций. В многоэтажных зданиях размещают производства, в которых технологический процесс организуется по вертикали. В этом случае материалы поднимают на верхний этаж, откуда они самотеком перемещаются на нижележащие этажи для переработки. Так, например, на предприятиях пищевой, фармацевтической и химической промышленности многие цехи оборудуют вертикально расположенной аппаратурой большой высоты, и жидкие материалы перерабатываются при транспортировании их самотеком. Здесь также целесообразно применять многоэтажные здания или этажерки.

Этажерки представляют собой многоярусные сооружения без ог­раждающих конструкций и покрытия. На них размещают такое техноло­гическое оборудование, на которое атмосферные влияния не оказывают вредного воздействия.

Преобладающей конструктивной схемой многоэтажных зданий является каркасная с навесными стенами. Здания с несущими стенами и внутренним каркасом применяются в последние годы сравнительно редко.

Многоэтажные каркасные здания сооружают по рамной схеме с жесткими узлами. Каркас состоит из вертикальных стоек (колонн), соединенных жестко с балками (ригелями) междуэтажных перекрытий и покрытий. В совокупности они образуют поперечную многоярусную раму, жестко защемленную в фундаментах. В продольном направлении поперечные рамы связывают настилом перекрытий и покрытий, образующих жесткие диафрагмы. Продольная жесткость обеспечивается также дополнительными стальными связями, которые размешают посредине каждого температурного блока.

Высота этажей может быть 3,6; 4,8; 6,0; 7,2 и 10,8 м. Высоту,7,2 м применяют для первого и верхнего этажей, высоту 10,8 м – только для верхнего. Высота этажа считается между отметками чистого пола; высоту верхнего этажа при укрупненном пролете замеряют от уровня чистого пола этого этажа до низа строительной конструкции.

Для сооружения многоэтажных зданий применяют типовые сборные железобетонные колонны двух типов – крайние и средние. Для опирания ригелей у колонн предусмотрены консоли. По высоте колонны могут быть двухэтажной разрезки высотой на два этажа и поэтажной – высотой на один этаж (рис. 3.5.).

Для двух нижних этажей, как правило, применяют колонны только двухэтажной разрезки. Для третьего и четвертого этажей – высотой 3,6 м и 4,8 м – устанавливают колонны тоже двухэтажной разрезки. Колонны поэтажной разрезки используют при высоте третьего этажа и выше, равной 6 м.

На консоли многоэтажных зданий опираются ригели (балки) междуэтажных перекрытий и покрытия. Размер между консолями принимают равным высоте этажа. Расстояние от консоли до верхнего конца колонны равно 1780 мм у колонн средних этажей и 720 мм у колонн верхнего этажа. Таким образом, стыковку колонн производят на высоте 1,0 или 0,6 м от плоскости плит перекрытия, в зависимости от типа железобетонного ригеля. Это обеспечивает удобство производства работ при монтаже. Такое расположение стыка объясняется также наименьшими усилиями, возникающими в месте стыка, в стойке каркаса при эксплуатации здания.

Сечение колонн – прямоугольное 600x400 или 400x400 мм, причем у колонн нижних этажей сечение составляет 600x400 мм. Переход на сечение 400x400 мм обычно происходит на уровне верхней плоскости консоли второго этажа.

Ригели (балки междуэтажных перекрытий) изготавливают двух типов:

а) тип I – для опирания плит на полки;

б) тип II – для опирания плит на верхнюю плоскость ригеля.

Ригели типа II отличаются от ригелей типа I формой поперечного сечения. Они имеют прямоугольную форму высотой 800 и шириной 300 мм. Длина ригелей зависит от их расположения в здании (крайние, средние), а также от расположения по этажам, что связано с сечением колонн, и составляет 5000; 5300; 5500 для 6-метрового пролета и 8000; 8300; 8500 мм для 9-метрового пролета.

Для крепления ригелей по концам их в верхней части имеются выемки с выпусками стержней арматуры, которые сваривают с арматурой колонн, после чего стык замоноличивают бетоном М 100-150 на мелком щебне. Ригели для пролетов 6 м изготавливают из бетона М 200 без предварительного напряжения арматуры. Ригели для 9-метровых пролетов изготавливают с предварительным напряжением нижних стержней арматуры. Междуэтажные перекрытия в многоэтажных промышленных зданиях, как правило, делают сборными. Они состоят из ригелей и железобетонных ребристых плит.

Плиты подразделяют на две группы в зависимости от типа ригеля. Для опирания плит на полки ригелей типа I предусмотрено два типоразмера плит:

а) основные плиты, имеющие ребристую коробчатую конструкцию длиной 5500 и 5050 мм и шириной 1500 мм, а также укороченные плиты длиной 5050 мм, которые укладывают в торцах здания и в местах устройства деформационных швов;

б) доборные плиты, укладываемые у продольных стен и имеющие такую же длину, что и основные, шириной 740 мм и высотой 400 мм.

При использовании ригелей II. типа плиты укладывают по их верху. Плиты II типа имеют один типоразмер: 5950x1490 мм; в качестве доборной применяют плиту I типа. Эти плиты имеют также коробчатую конструкцию. Межколонные плиты, имеющие в торцах вырезы для колонны, служат распорками, передающими горизонтальные продольные нагрузки на каркас здания их укладывают поверх ригелей.

В случае устройства каркаса многоэтажного здания (или этажерки), для легкого оборудования или вспомогательных помещений строят здания с безбалочными (сборными железобетонными) перекрытиями, имеющими ряд преимуществ, таких как возможность создания гладких потолков, не имеющих ребер, что способствует лучшему проветриванию и препятствует застою воздуха, это особенно важно для помещений с взрывоопасными выделениями и необходимостью обеспечения высокой степени гигиеничности. Кроме того, помещения с гладкими потолками лучше освещаются.

В таких перекрытиях на колонны с консолями надевают квадратные в плане капители, служащие опорами надколонным панелям. Эти панели образуют замкнутый контур, на который и опираются пролетные панели, имеющие квадратную форму.

3.3.6. Условия применения стальных конструкций для каркасов одноэтажных промышленных зданий

Применение стальных конструкций для каркасов промышленных зданий в соответствии с "Техническими правилами по экономному расходованию основных строительных материалов" (ТП 101-81) допускается только в приведенных ниже случаях.

а) Для стропильных и подстропильных конструкций:

· в отапливаемых зданиях с пролетами 30 м и более;

· в неотапливаемых зданиях и навесах различного назначения с асбестоцементной кровлей с пролетами до 12 м включительно при грузоподъемности подвесного подъемно-транспортного оборудования более 2 т, с пролетом 18 м при грузоподъемности подвесного подъемно-транспортного оборудования более 3,2 т;

· в зданиях и навесах пролетом 24 м и более;

· в неотапливаемых однопролетных зданиях с рулонной кровлей с пролетами 30 м и более;

· в многопролетных зданиях с пролетами 18 м и более;

· в зданиях с подвесным подъемно-транспортным оборудованием грузоподъемностью более 5 т либо другими подвесными устройствами, создающими нагрузки, превышающие предусмотренные для типовых железобетонных конструкций;

· в зданиях на участках с развитой сетью подвесного конвейерного транспорта;

· в зданиях с расчетной сейсмичностью 8 баллов с пролетами 24 м и более;

· в зданиях с расчетной сейсмичностью 9 баллов с пролетами 18 м и более, а также в случаях:

· возведения зданий в труднодоступных районах строительства;

· в зданиях с большими динамическими нагрузками (копровые цехи, взрывные отделения и др.);

· над горячими участками цехов с интенсивным теплоизлучением при температуре нагрева поверхности конструкций более 100 °С (холодильники прокатных цехов, отделения нагревательных колодцев, печные и разливочные пролеты и т.п.).

б) Колонны:

· в зданиях при высоте их от пола до низа стропильных конструкций более 18 м;

· при наличии мостовых кранов общего назначения грузоподъемностью 50 т и более независимо от высоты колонн, а также при меньшей грузоподъемности кранов тяжелого режима работы;

· при шаге колонн более 12 м;

· при двухъярусном расположении мостовых кранов.

в) Для подкрановых балок, светоаэрационных фонарей, ригелей и стоек фахверка.

г) Для типовых легких несущих и ограждающих конструкций комплексной поставки.

Применение стальных конструкций для каркасов одноэтажных производственных зданий при использовании новых эффективных утеплителей по сравнению с аналогичными традиционными конструкциями из железобетона и обычных теплоизоляционных материалов позволяет значительно снизить массу (вес) здания в целом.

Стальной каркас промышленного здания имеет конструктивную схему, аналогичную железобетонному каркасу.

Стальные колонны и их виды

Стальные колонны в зависимости от их поперечного сечения подразделяют на следующие:

а) сплошные:

– постоянного;

– переменного сечения;

б) решетчатые (сквозные) переменного сечения;

в) раздельные переменного сечения.

Колонны устраивают для бескрановых зданий и для зданий, обо­рудованных кранами. Колонны воспринимают совместно нагрузки от покрытия и кранов; при большой грузоподъемности кранов колонны раздельно воспринимают нагрузки от покрытия и от кранов. Соединения элементов колонн выполняют сварными, а при особо тяжелых крановых нагрузках – клепаными.

В поперечном сечении стальные колонны чаще всего представляют собой комбинацию нескольких прокатных профилей (швеллеров, двутавров, уголков, стальных листов), связанных накладками. Подкрановые балки опирают на колонны постоянного сечения через специально устраиваемые для этой цели консоли, а в ступенчатых – на уступы колонн (рис.3.6.).

Сплошные колонны по сравнению со сквозными менее трудоемки в изготовлении, но требуют большего расхода стали. Их применяют в бескрановых зданиях, а также в цехах с мостовыми кранами грузоподъемностью до 20 т. В остальных случаях применяют колонны переменного сечения, при этом надколонники могут быть сплошными или сквозными. Нижнюю подкрановую часть колонн при ширине ее до 800 мм делают сплошной, а в остальных случаях сквозной. Колонны раздельного типа в некоторых случаях бывают самыми экономичными, так как разделение передаваемых нагрузок от покрытия и кранов на две ветви дает наиболее полное использование материала. Сплошные колонны чаше всего выполняют из одного прокатного профиля или нескольких вертикальных листов, сваренных между собой по всей высоте колонны. Сквозные колонны состоят из нескольких отдельных ветвей, которые соединяют между собой решетками.

Нагрузку от колонн на фундаменты передают через башмаки, размеры которых определяют по расчету в зависимости от величины передаваемых нагрузок; башмаки располагают на 500 – 800 мм ниже уровня пола. Во избежание коррозии башмаки обетонивают.

Фундаментные балки при стальных каркасах выполняют железобетонными.

Стальные подкрановые балки

Стальные подкрановые балки могут быть разрезными и неразрезными, сплошными и решетчатыми . Наибольшее распространение получили разрезные подкрановые балки – из-за простоты конструктивного решения и индустриальности, хотя неразрезные подкрановые балки имеют лучшие условия эксплуатации подкрановых путей.

Решетчатые подкрановые балки следует применять при пролетах 12 м и более при использовании кранового оборудования легкого и среднего режимов работы с грузоподъемностью, не превышающей 50 т. Во всех остальных случаях применяют сплошные подкрановые балки.

Для восприятий горизонтальных сил от торможения тележки и перекосов крана, а также обеспечения общей устойчивости подкрановых балок необходимо предусматривать установку тормозных балок или ферм, которые крепятся сваркой к верхним поясам подкрановых балок. Ширина тормозных балок и ферм назначается с учетом необходимой жесткости и возможности прохода по подкрановым путям. При высоте подкрановых балок более 1200 мм необходимо дополнительно вводить диафрагмы.

Стальные несущие конструкции покрытий: балки, фермы, рамы и арки

В качестве стальных несущих конструкций покрытия применяют прокатные или составные балки, фермы, арки, пространственные и висячие системы.

Стальные прокатные и составные балки имеют чаше всего двутавровое сечение, их используют при пролетах 6 – 12 м.

Стальные фермы, применяемые в практике строительства, имеют различные типы, форму и очертания, выбор которых зависит от назначения и объемно-планировочного решения промышленного здания. Геометрические схемы типовых унифицированных стальных ферм приведены на рис.3.7.

Наиболее часто применяют фермы сегментные, параболические, с параллельными поясами, полигональные, треугольные, с параллельными поясами с затяжкой и др. Фермы с параллельными поясами предназначены для зданий с плоским покрытием, а также для устройства подстропильных конструкций; их пролет может достигать 60 м и более. Полигональные фермы используют для устройства покрытий с рулонной кровлей при пролетах до 36 м. Треугольные фермы дают возможность осуществить покрытия с крутыми кровлями из асбестоцементных или стальных листов, вследствие чего высота ферм в середине пролета достигает значительных размеров; это ограничивает перекрываемые ими пролеты до 36 – 48 м. В массовом промышленном строительстве применяют унифицированные полигональные фермы пролетом 24, 30 и 36 м с уклоном верхнего пояса 1:8 и высотой в опорном узле 2200 мм, плоские с параллельными поясами пролетом 24, 30 и 36 м и высотой в опорном узле 2550, 3750 и 3750 мм соответственно и уклоном верхнего пояса 1,5 %, по которым устраивают рулонные кровли. В отдельных случаях фермы такого типа применяют для перекрытия 18-метровых пролетов. Фермы с крутыми скатами используют для пролетов 18, 24, 30 и 36 м при кровлях из листовых материалов; их высота

на опорах принята 0,45 м, а в средней части 3000, 3860, 4730 и 5560 мм соответственно. Большепролетные фермы могут перекрывать пролеты до 90 м и иметь различные схемы решеток: треугольную, раскосную, крестовую и другие, выбор которых зависит от характера приложения нагрузки и высоты фермы.

В подавляющем большинстве случаев фермы имеют неподвижные опоры, однако в температурном шве на одной колонне (а не на спаренных колоннах) одну из колонн устанавливают на катках или сферических поверхностях.

Стальные рамы, предназначенные для устройства несущих конструкций покрытий при больших пролетах, выполняют одно- или многопролетными, с горизонтальными или ломаными поясами. Рамные конструкции эффективны при жесткости колонн, близкой к жесткости ригелей, высоту которых принимают: при сплошных сечениях 1/20 – 1/30 пролета, при решетчатых – 1/12 – 1/18 пролета.

Стальные арки применяют в промышленных зданиях для устройства покрытий со значительными – от 50 до 200 м – размерами пролетов. Распор арок передают через фундаменты на грунт; стрела подъема арок находится в пределах 1/2 – 1/15 пролета. Арки, как и рамы, могут иметь сплошное или сквозное сечение; высота сечения сквозных арок составляет 1/30 – 1/60 пролета и 1/50 – 1/80 сплошных арок.

Связи

Пространственную жесткость и устойчивость ферм, арок, рам и других плоскостных конструкций каркасов зданий обеспечивают системой связей, устанавливаемых между этими конструкциями.

В покрытиях устраивают горизонтальные (продольные и поперечные) и вертикальные связи, а между колоннами – продольные вертикальные связи.

Продольные горизонтальные связи располагают вдоль рядов колонн в плоскостях нижнего и верхнего поясов крайних панелей ферм. Они представляют собой продольные связевые фермы с параллельными поясами. Поперечные горизонтальные связи образуют поясами двух смежных стропильных ферм и расположенной между ними решеткой. Их устраивают у торцов здания, а также с обеих сторон каждого деформационного шва, а при большом расстоянии между деформационными швами – через каждые 60 м.

3.3.7. Железобетонные несущие конструкции покрытия, их виды и типы

Несущие конструкции покрытий промышленных зданий подразделяют на стропильные, подстропильные и несущие элементы ограждающей части покрытия. В промышленных зданиях применяют два типа стропильных несущих конструкций:

1) плоскостные – балки, фермы, арки и рамы;

2) пространственные – оболочки, складки, купола, своды и висячие системы.

В качестве подстропильных конструкций промышленных зданий широко используют балки и фермы, а в качестве несущих конструкций ограждающей части покрытия – крупноразмерные плиты. Соответственно унифицированным размерам объемно-планировочных элементов промышленных зданий величину поперечных пролетов и продольного шага несущих конструкций назначают кратной укрупненному модулю 6 м; в отдельных случаях допускается применение модуля 3 м.

Железобетонные балки применяют для устройства покрытий в промышленных зданиях, пролетами 6, 9, 12, 18 и в отдельных случаях 24 м. Необходимость балочных покрытий при пролетах 6, 9 и 12 м (пролеты таких размеров можно перекрыть и плитами) возникает в случае подвески к несущим конструкциям подъемно-транспортного оборудования. Железобетонные балки могут быть односкатными, двухскатными и с параллельными поясами (рис.3.8.).

Односкатные балки применяют в зданиях с шагом колонн 6 м и в зданиях с наружным водоотводом пролетами 6 и 9 м. Сечение балок тавровое, в опорных узлах имеются вертикальные ребра жесткости. Уклон верх-

него пояса односкатных балок пролетом 6 м составляет 1:10, пролетом 9 м – 1:15, пролетом 12 м – 1:20. Высота балок в опорном узле – 600 (для пролета 6 м) и 800 мм (для пролета 9 м). Для устройства скатных покрытий зданий пролетом 12 м применяют предварительно напряженные односкатные балки с высотой в опорном узле 1200 мм. Такие балки рассчитаны на подвесной транспорт в виде двух кран-балок грузоподъемностью по 1,5 т каждая и нагрузку от покрытия в пределах 350 ÷ 550 кг/м 2 ; сечение балок двутавровое.

Двускатные балки используют для устройства ломаных покрытий в зданиях пролетами 6, 9, 12 и 18 м. Балки пролетом 6 и 9 м имеют тавровое сечение и вертикальные ребра жесткости в опорных узлах. Высота в опорном узле 6-метровых балок составляет 400 мм, 9-метровых – 600 мм. Балки пролетом 6, 9, 12 м устанавливают только с шагом 6 м, а балки пролетом 18 м – с шагом 6 и 12 м. Сечение балок – двутавровое. Высота в средней части 12-метровой балки равна 1290 мм, 18-метровой – 1540 мм, высота в опорных узлах – 800 мм. Уклон верхнего пояса двухскатных балок 1:20.

Балки с параллельными поясами применяют для зданий с плоскими покрытиями и пролетами 12, 18 и 24 м. Сечение балок двутавровое, высота 1200 мм. В целях уменьшения массы балок в их вертикальной стенке устраивают сквозные отверстия для прокладки различных внутрицеховых коммуникаций, что позволяет более рационально использовать внутреннее пространство помещений.

Подстропильные балки предназначены в качестве опор для стропильных балок при шаге колонн 12м в зданиях с плоскими или скатными покрытиями. Длина балок соответствует пролету 12 м, высота их составляет 500 мм, сечение тавровое с полкой внизу.

Фермы, их виды

Железобетонные фермы применяют при пролетах 18, 24 и 30 м и шаге 6 и 12 м. При пролетах 36 м и больше используют, как правило, стальные фермы. Применение 18-метровых ферм целесообразно в том случае, когда в пределах покрытия необходимо разместить коммуникационные трубопроводы или использовать межферменное пространство для устройства технических этажей.

Различают следующие основные типы ферм:

а) сегментные, с верхним поясом ломаного очертания и прямолинейными участками между узлами;

б) арочные раскосные с редкой решеткой и верхним поясом плавного криволинейного очертания;

в) арочные безраскосные;

г) полигональные с параллельными поясами или трапециевидным очертанием верхнего пояса;

д) полигональные с ломаным нижним поясом.

Высоту ферм всех типов в середине пролета принимают равной
1/7 – 1/9 длины пролета. Выполняют фермы из бетонов высоких классов (В30 – В50) и армируют нижний пояс и растянутые раскосы предварительно напряженной арматурой класса AIV с натяжением на упоры. Ширину сечения поясов ферм при их шаге 6 м принимают 200 – 250 мм, а при шаге 12 м – 300 – 350 мм (рис.3.9.).

В современной практике промышленного строительства наибольшее распространение получили сегментные стропильные фермы. Их применяют для устройства скатных покрытий с фонарями или без них. Эти фермы применяют для перекрытия пролетов 18, 24 и 30 м. Сечения верхнего и нижнего поясов – прямоугольные одинаковой ширины. Фермы устанавливают на железобетонные колонны при шаге колонн 6 м или на подстропильные фермы при шаге колонн 12 м.

Фермы с параллельными поясами используют для устройства плоских покрытий зданий без фонарей. Длина ферм рассчитана на пролеты 18 и 24 м. Фермы, устанавливаемые через 6 м, рассчитаны на подвесной транспорт грузоподъемностью до 5 т.

Подстропильные конструкции

Подстропильные конструкции в виде железобетонных ферм и балок применяют в покрытиях одноэтажных промышленных зданий при шаге колонн 12 и 18 м и с пролетами, равными 18, 24 и 30 м для опирания на них стропильных конструкций, устанавливаемых с шагом 6 м, в случаях, когда технологический процесс требует широкого шага опор.

Подстропильные конструкции выполняют предварительно напряженными из бетона классов В30-В40 и армируют канатами класса К-7,
К-10, стержневой класса А1У или проволочной арматурой Вр-11 с натяжением на упоры.

Железобетонные подстропильные конструкции устраивают в виде балок высотой 1500 мм и ферм высотой 2200 и 3300 мм.

3.3.8. Несущие элементы ограждающей части покрытия

При плоских и скатных несущих конструкциях несущие элементы ограждающей части покрытий выполняются прогонными – с применением прогонов, по которым укладывают мелкоразмерные плиты, или беспрогонными – в виде крупноразмерных плит.

Настил беспрогонных покрытий промышленных зданий обычно устраивают из предварительно напряженных ребристых железобетонных плит размерами 3x12, 1,5x12, 3х6 и 1,5x6 м, а также из легкого армированного бетона размером 1,5x6 м. Плиты укладывают по верхнему поясу стропильных конструкций (балок или ферм) и приваривают к нему. Стыки между плитами замоноличивают цементным раствором или бетоном, и настил работает как единая жесткая диафрагма на восприятие горизонтальных и вертикальных нагрузок.

Основными плитами считаются плиты шириной 3 м, доборными – шириной 1,5 м, которые применяются в местах с большой нагрузкой на покрытие.

Наибольшее распространение получили ребристые плиты, выполняемые из тяжелого железобетона.

Плиты покрытий из легких и ячеистых бетонов, совмещающие функции настила и утеплителя, применяют для устройства теплых покрытий в зданиях с шагом несущих конструкций 6 м. Плиты изготавливают из керамзитобетона, из автоклавного армированного ячеистого бетона (пенобетона или пеносиликата с объемной массой от 700 до 1000 кг/м 2).

Основные плиты из легких бетонов имеют длину 6 м и ширину
1,5 м, доборные плиты – ширину 0,5 м при толщине 200, 240 мм. Опирание всех типов крупноразмерных плит на несущие конструкции осуществляют через стальные закладные детали, приваривая их к закладным деталям верхнего пояса несущих конструкций покрытия.

3.3.9. Легкосбрасываемые покрытия

Легкосбрасываемые покрытия устраивают на зданиях категорий А и Б (по пожарной опасности). Такие покрытия легко сбрасываются под действием повышенного давления в результате возможного взрыва газов или пыли; стены зданий и основные несущие конструкции в этом случае не разрушаются. Суммарная площадь легкосбрасываемых участков покрытия стен, а также окон и дверей должна быть не менее 0,05 м 2 на 1 м 3 взрывоопасного помещения.

Настил легкосбрасываемого покрытия делают из железобетонных специальных плит и асбоцементных волнистых листов.

Железобетонные плиты имеют длину 6 м, ширину 3 или 1,5, высоту 300 мм. Плиты имеют коробчатую форму с поперечными ребрами жесткости и отверстиями. Плиты шириной 3 м укладывают как обычные и прикрепляют к несущим конструкциям покрытия, а плиты шириной 1,5 м размешают с интервалами.

На железобетонные плиты настилают волнистые асбоцементные листы усиленного профиля. Плитный утеплитель укладывают по асбестоцементным листам, впадины заполняют насыпным утеплителем. По верху утеплителя делают выравнивающий слой, по которому расстилают рулонную кровлю.

Железобетонные балки применяют для пролетов от 6 до 18 м в покрытиях промышленных зданий с односкатным, двухскатным и плоским профилем кровли. В целях снижения массы балок, а также для создания возможности смонтировать под покрытием трубопроводы, воздуховоды и другие инженерные коммуникации в вертикальных стенках балок делают сквозные отверстия различной геометрической формы. Балки с пролетом более 12 м крайне громоздки и имеют большую массу, поэтому для облегчения транспортировки их расчленяют на отдельные сборные элементы с последующей сборкой и применением напряженной пучковой или прядевой арматуры. После натяжения арматуры закладные трубки в отдельных элементах балки заполняют жидким цементным раствором, который предохраняет стальную арматуру от коррозии.

При пролетах 6 и 9 м балки изготовляют таврового сечения и имеют высоту на опоре от 590 до 790 мм, а для пролетов 12 и 18 м поперечное сечение их – двутавровое с высотой на опоре от 790 до 1490 мм.

В верхнем поясе балок закладывают стальные пластинки, к которым прикрепляют сваркой прогоны или панели покрытия. На нижнем поясе и стенке также устанавливают закладные устройства для закрепления путей подвесного транспорта. Опорные части балок имеют стальные листы с вырезами для крепления их к колоннам.

Железобетонные фермы предназначены для покрытий промышленных зданий с пролетами 18, 24, 30 м, но в отдельных случаях могут перекрывать пролеты в 36 м и более.

В зависимости от условий строительства, возможности транспортировки и способа изготовления фермы могут быть цельными либо расчлененными на полуфермы или на отдельные блоки длиной до 6 м.

Железобетонные фермы по расходу металла экономичнее стальных конструкций, но значительно тяжелее их, что затрудняет перевозку и усложняет монтажные работы. Геометрическая схема фермы определяет очертание ее верхнего и нижнего поясов, а также расположение раскосов и стоек.

В настоящее время выпускают следующие типы железобетонных ферм, применяемых в промышленном строительстве: сегментные, арочные, треугольные, трапециевидные и параллельными поясами. Для изготовления ферм применяется бетон высоких марок 300 – 500 с предварительным напряжением арматуры в нижних растянутых поясах. Раскосы в решетчатых фермах значительно усложняют использование межферменного пространства при монтаже инженерных коммуникаций и воздуховодов. Поэтому целесообразнее применять безраскосные фермы Виренделя с параллельными поясами или арочные. Треугольные и трапециевидные фермы применяют реже.

Железобетонные стропильные фермы обычно устанавливают с шагом 6 или 12 м. В случае расположения колонн в промышленных зданиях с шагом 12 – 24 м, увеличивать шаг стропильных ферм более 6 м нецелесообразно при необходимости устройства подвесных потолков, а также при креплении подъемно-транспортного оборудования (кошки, тали, подвесные краны, краны-штабелеры) к нижнему поясу фермы. В этом случае по колоннам вдоль промышленного здания устанавливают подстропильные конструкции, на которые опираются стропильные фермы или балки.

Сегментные фермы для покрытий промышленных зданий с пролетами 18, 24, 30 м и шагом ферм 6 и 12 м подробно разработаны в альбомах серии ПК-01-129/68. В выпуске I содержатся материалы для проектирования, а в выпусках II, III и IV – рабочие чертежи. Указанная серия утверждена Госстроем СССР 24 марта 1969г. (Постановление №32).

Безраскосные предварительно напряженные железобетонные фермы пролетом 18 и 24 м с шагом их 6 и 12 м предназначены для покрытий промышленных зданий со скатной кровлей, серия 1.463 – 3. В выпуске I этой серии даны все материалы по проектированию, а в выпусках II, III, IV и V – рабочие чертежи. Постановлением № 93 от 4 августа 1969г. Госстрой СССР утвердил серию 1.463 – 3 с вводом в действие с 1 октября 1969г.

Пространственная жесткость и неизменяемость системы покрытий с железобетонными фермами обеспечивается за счет приварки настилов к стальным закладным элементам в верхних поясах ферм, в результате чего в плоскости покрытия создается жесткий диск.

Крепление ферм к колоннам и к подстропильным конструкциям выполняют анкерными болтами с последующей сваркой закладных опорных деталей.

Ограждение конструкции покрытий выполняют в зависимости от эксплуатационного режима промышленного здания, поэтому их проектируют невентилируемыми и вентилируемыми.

Стены и перегородки

Стены из железобетонных и ячеистобетонных панелей обладают высокой индустриальностью, улучшают качество и снижают массу зданий, трудоемкость их на 30 – 40% меньше, чем у стен из кирпича. Для промышленных отапливаемых зданий выпускают однослойные, двухслойные и трехслойные панели. Длина панелей 6 и 12 м, высота основных типов панелей 1,2 и 1,8 м, толщину их в целях унификации форм стальной опалубки принимают 200, 240 и 300 мм. При необходимости изготовляют доборные панели высотой 0,9 и 1,5 м. На заполнение простенков применяют стеновые панели длиной 3; 1,5; 0,75 м.

Длина стен неотапливаемых промышленных зданий применяют железобетонные ребристые и часторебристые панели длиной 6 и 12 м, высотой 0,9; 1,2; 1,8 и 2,4 м, толщиной ребер 100 мм (часторебристых), 120 мм (ребристых с шагом колонн 6 м) и 300 мм (ребристых для шага 12 м).

Стены из асбестоцементных листов целесообразно применять в неотапливаемых промышленных цехах с избыточными тепловыделениями или на взрывоопасных производствах. Асбестоцементные стеновые панели выпускают двух видов – асбестопенопластовые и асбесто-деревянные.

Асбестопенопластовые панели выполняют из плоских асбестоцементных листов в сочетании с легкими плитными утеплителями в виде жесткого несгораемого или трудносгораемого пенопласта с воздушной прослойкой, пеностекла, цементного фибролита и других материалов. Толщина асбестоцементного листа – 8 мм, а всей панели – 136 мм. Соединение отдельных элементов панели осуществляют на клею и винтах с промазкой гидроизолирующей мастикой. Панели монтируют на опорные столики из оцинкованной листовой стали и прикрепляют к колоннам аналогично креплению железобетонных панелей. Вертикальные и горизонтальные швы между панелями заполняют пароизолом с защитой их сливами и нащельниками из оцинкованной стали или алюминия.

Асбесто-деревянные панели имеют каркас из деревянных брусков, который заполняют плитным утеплителем и обшивают с двух сторон плоским асбестоцементным листом толщиной 8-10 мм. Крепят асбестоцементную обшивку к деревянным брускам 50×100 мм шурупами. Такие панели имеют длину 5980мм, высоту 1185мм, толщину – 170 мм. Навесная конструкция асбесто-деревянных панелей позволяет легко монтировать их по ранее рассмотренному способу.

Для унифицированных конструкций применяют несколько видов крепления панелей к колоннам.

Конструкции легких неутепленных обшивных стен из асбестоцементных волнистых или стальных листов по сравнению с другими материалами имеют меньшую массу и стоимость, высокую индустриальность, лучшую стойкость к динамическим воздействиям. Нижние участки стен промышленных зданий подвергаются наиболее интенсивному увлажнению и механическим воздействиям, поэтому рекомендуется на высоту 2-3 м от пола возводить стены из других более прочных материалов (кирпича, панелей или блоков).

Для обшивки стен применяют асбестоцементные волнистые листы усиленного профиля (ВУ) длиной от 1750 до 2800 мм, шириной 994 мм и толщиной 8 мм с высотой волны 50 мм. Волнистые листы унифицированного профиля (УВ-7,5) имеют длину от 1750 до 3300 мм, ширину 1125 мм, толщину 7,5 мм и высоту волны 54 мм.

Асбестоцементные волнистые листы навешивают на ригели фахверка и стыкуют внахлестку на 100 мм по вертикали, а по горизонтали на 160 мм (ширина одной волны) с креплением их крюками в гребне волны.

Перегородки проектируют из несгораемых и трудносгораемых материалов. По своему назначению их делят на выгораживающие и разделительные.

Выгораживающие перегородки устраивают сборно-разборными на высоту от 2,2 до 3 м (не доходящими до потолка) для ограждения помещений цеховых контор, инструментальных кладовых, промежуточных складов и других вспомогательных целей. Железобетонные перегородки изготовляют сплошного сечения из легких бетонов (керамзитобетона, гипсобетона и др.) и из тяжелого армированного бетона. Панельные перегородки имеют длину 6 м, высоту 1,2 и 1,8 м при толщине от 70 до 120 мм.

В промышленных зданиях, где не предъявляют требования огнестойкости и нет вибрационных нагрузок, применяют перегородки из профильного стекла с использованием стеклопрофилита швеллерного или коробчатого сечения.

Разделительные перегородки (сплошные на всю высоту цеха) полностью изолируют помещения с различными производственными процессами и отделяют вредные производства, препятствуя прохождению газов, влаги, тепла, пыли и шума. Такие перегородки выполняют из кирпича, блоков, железобетонных и ячеистобетонных панелей длиной 6 м, высотой 1,2 и 1,8 м при толщине 70-80 мм. При большей высоте перегородок для их устойчивости используют фахверковые колонны (железобетонные или стальные) с отдельными фундаментами и шагом 6 м. Верхнюю часть ствола фахверковых колонн шарнирно крепят к фермам или балкам покрытия. Длина фахверковых железобетонных колонн меньше основных на 0,1-0,5 м.

Окна и фонари

Конструктивные решения по заполнению оконных проемов в промышленных зданиях зависят от особенностей технологии производства, температурно-влажностного режима и экономических соображений. В настоящее время заполнение оконных проемов проектируют с железобетонными, металлическими и деревянными переплетами, а также применяют ограждения производственных зданий сплошными светопрозрачными панелями из стекложелезобетона, стеклопластика и стеклопрофилита.

Железобетонные переплеты целесообразно применять в цехах с повышенной и высокой влажностью воздуха, они огнестойки, не подвержены загниванию и коррозии, менее металлоемки по сравнению со стальными конструкциями окон и дешевле в эксплуатации. Железобетонные переплеты комплектуют без оконных коробок нужной ширины и высоты восьми типоразмеров: высота первых четырех – 1085 мм, четырех других – 1185 мм, а ширина их для типов – 1490, 1990, 2985 и 3985 мм.

Стальные переплеты применяют из специальных прокатных профилей в горячих цехах, а также в зданиях с нормальным температурно-влажностным режимом. Допускается их применение и в зданиях при повышенной влажности воздуха.

Проектные размеры стальных переплетов приняты по ширине 1392 и 1860 мм при высоте их 1176 и 2352 мм. Конструктивно их выполняют из специальных горячекатаных профилей шести типов: уголков 25×35×3,3 мм, тавриков высотой 35 мм и элементов сложного профиля. При значительной ширине и высоте оконных проемов (более 7,2 м) против действия ветрового напора предусматривают ветровые ригели (горизонтальный импост) и стойки (вертикальный импост), которые выполняют из прокатных двутавров, швеллеров и уголков.

Деревянные переплеты применяют в зданиях с нормальным температурно-влажностным режимом. Заполнение оконных проемов и витражей деревянными переплетами осуществляют из коробок и створок. Коробки с переплетами устанавливают в оконные проемы в один или несколько ярусов и закрепляют их стальными ершами к деревянным пробкам в стенах. Щели между стеной и коробкой законопачивают паклей, смоченной в гипсовом растворе. Проемы заполняют оконными блоками с номинальными размерами их по ширине 1461, 2966, 4490, 1445, 2693,2943 мм и высоте 1164, 1764, 1182, 1782 мм. По сравнению с переплетами из железобетона или стали деревянные переплеты просты в изготовлении, имеют меньшую массу, сравнительно малую строительную стоимость, но они менее долговечны вследствие того, что подвержены загниванию, короблению и горению.

Фонари промышленных зданий по назначению разделяют на световые, светоаэрационные и аэрационные.

При значительной ширине промышленных зданий (более 30 м) невозможно обеспечить нормальную естественную освещенность средней рабочей зоны за счет окон или светопрозрачных ограждений в наружных стенах. Поэтому в покрытиях (крышах) этих зданий проектируют специальные проемы, которые закрывают остекленными надстройками – фонарями.

Основной материал для изготовления каркаса несущего фонаря-надстройки – это сталь или железобетон.

При строительстве одноэтажных и многоэтажных промышленных зданий в качестве несущей принимается, как правило, каркасная система. Каркас позволяет наилучшим образом организовать рациональную планировку производственного здания (получить большепролетные пространства, свободные от опор) и наиболее приемлем для восприятия значительных динамических и статических нагрузок, которым подвержено промышленное здание в процессе эксплуатации.

В одноэтажном здании несущий остов представляет собой поперечные рамы, соединенные продольными элементами. Продольные элементы воспринимают горизонтальные нагрузки (от ветра, от торможения кранов) и обеспечивают устойчивость остова (каркаса) в продольном направлении.

Несущая поперечная рама каркаса составлена из вертикальных элементов - стоек, жестко закрепленных в фундаменте и горизонтального элемента - ригеля (балки, фермы), опертого на стойки. К продольным элементам остова относятся: подкрановые, обвязочные и фундаментные балки, несущие конструкции покрытия(в т.ч. подстропильные) и специальные связи (рис. 25.1).

Многоэтажные здания сооружают в основном с использованием сборного железобетонного каркаса, главными элементами которого являются колонны, ригели, плиты перекрытия и связи (рис. 25.2). Сборные междуэтажные перекрытия выполняют балочными или безбалочными. Сборные балочные перекрытия нашли применение для 2-5 этажных зданий с нагрузкой на перекрытие от 10 до 30 кПа.

Перекрытия обеспечивают пространственную работу каркаса в качестве горизонтальных диафрагм жесткости. Они воспринимают горизонтальное силовое воздействие от ветра и распределяют его между элементами каркаса. Вертикальными связями служат железобетонные продольные и поперечные внутренние стены, лестнично-лифтовые клетки и коммуникационные шахты, а также стальные крестообразные элементы, устанавливаемые между колоннами.

Наружные стены одно- и многоэтажных зданий выполняются навесными или самонесущими.

При рассмотрении соотношения относительной стоимости (в % от общей стоимости строительно-монтажных работ) основных элементов промзданий несущие конструкции каркаса составляют для одноэтажных зданий 28% и для многоэтажных 17%, соответственно, стены и покрытия - 28% и 24 % (перекрытия 30%), кровля - 11% и 4%.

Конструктивная схема покрытия может выполняться в двух вариантах: с использованием прогонов (дополнительных элементов) и без прогонов. В первом варианте вдоль здания, по балкам (фермам) укладывают прогоны (в основном, таврового сечения длиной б м), на которые опирают плиты сравнительно небольшой длины.

Во втором, более экономичном, беспрогонном варианте применяют крупноразмерные плиты длиной, равной шагу балок (ферм). В строительстве используют два типа конструкций плит длиной, равной пролету: плиты П-образного сечения с плоскими скатами, плиты типа 2Т и сводчатая, типа КЖС (рис. 25.3, 25.4). Применение таких элементов позволяет отказаться от балок в покрытии.

Каркасы одноэтажных промышленных зданий выполняют, в основном, из железобетона (преимущественно, сборного), реже - из стали. В отдельных случаях используют монолитный железобетон, алюминий, древесину. Каждый из этих материалов обладает своими достоинствами и недостатками, поэтому, выбор материала осуществляется на основе всесторонней оценки его соответствия комплексу требований к возводимому зданию, с учетом его последующей эксплуатации.

Конструкции из железобетона обладают долговечностью, несгораемостью и малой деформативностью; их применение позволяет экономить сталь, не требует больших эксплуатационных затрат.

К недостаткам относятся: большая масса, трудоемкость выполнения стыковых соединений. Представляет сложность и требует дополнительных затрат выполнение монолитных железобетонных конструкций в зимних условиях.

Снижению массы и повышению несущей способности железобетонных конструкций способствует использование высокопрочного бетона и предварительно напряженной высокопрочной арматуры. Это позволило получить эффективные тонкостенные конструкции, существенно расширить область применения железобетона (рис. 25.5, 25.6, 25.7).

Все большее применение в строительстве промышленных зданий находят легкие несущие и ограждающие конструкции. Легкими называют конструкции, суммарная масса которых, приходящаяся на 1 м 2 ограждающей поверхности здания, составляет не более 100-150 кг. К ним относятся конструкции из стали и алюминиевых сплавов, из клееной древесины.

Использование легких конструкций ведет к существенному (на 10 - 15%) снижению массы производственных объектов и их стоимости, повышается эффективность строительства; стимулируется поиск новых конструктивных решений несущих и ограждающих элементов, разработка и внедрение новых эффективных теплоизоляционных материалов. Расширяется прогрессивный метод строительства зданий (секций) из комплектно поставляемых унифицированных строительных конструкций заводского изготовления - стальных пространственных, решетчатых (перекрестных), рамных и пр. Наряду с этим увеличивается количество зданий из смешанных конструкций (колонны - из железобетона, фермы, балки - металлические, из клееной древесины и т.п.).

Стальные конструкции (рис. 25.8) по своим свойствам более предпочтительны перед железобетонными. Они обладают меньшей массой и большей несущей способностью, высокой индустриальностью изготовления и сравнительно малой трудоемкостью монтажа, меньших затрат требует их усиление. Недостатками являются: подверженность коррозии и потеря несущей способности при пожаре под действием высоких температур, хрупкость при низких температурах.

Сравнительные характеристики железобетонного и стального каркасов приведены в табл. 25.1.

Конструкции из алюминиевых сплавов обладают легкостью и высокой несущей способностью, а также стойкостью против коррозии. Алюминий так же пластичен, как и сталь, менее хрупок при низких температурах, при ударных воздействиях не образуется искр. К недостаткам алюминиевых конструкций относят высокий коэффициент температурного расширения, малую огнестойкость (уже при +300 °С полностью теряет прочность), относительную трудоемкость соединения элементов, высокую стоимость. Экономически выгодно применять алюминиевые сплавы в качестве ограждающих конструкций, а как несущие - в большепролетных конструкциях(для существенного уменьшения их собственного веса).

Деревянные конструкции, напротив, обладают низким коэффициентом температурного расширения. Они значительно дешевле железобетонных и стальных. Главное их достоинство - высокая стойкость в химически агрессивных средах, что позволяет их применять в производственных зданиях химических предприятий. Вместе с тем, деревянные конструкции подвержены возгоранию, гниению, значительным деформациям под действием нагрузок вследствие разбухания и усушки. Наиболее прогрессивны клееные деревянные конструкции, в которых тонкие доски склеиваются синтетическими клеями и пропитываются минеральными солями, что делает их достаточно огнестойкими и неувлажняемыми. Наибольшее применение для промышленных зданий нашли деревянные балки, перекрывающие пролеты 6-12 м и сегментные фермы на пролеты 12-24 м. Применяются также клееные деревянные арки и рамы, которыми можно перекрыть пролеты до 48 м.

Конструкции из пластмасс отличаются легкостью, стойкостью к коррозии, инду-стриальностью. Применяются в составе ограждающих конструкций.

Каркасы одноэтажных промышленных зданий массового строительства выполняются в основном из железобетона. Стальные конструкции применяют в особых случаях, а именно:

А) колонны: высотой более 18 м; в зданиях с мостовыми кранами грузоподъемностью 50 т и более, независимо от высоты колонн; при тяжелом режиме работы кранов; при двухъярусном расположении мостовых кранов; при шаге колонн более 12 м; могут применяться в качестве стоек фахверка; в качестве несущих и ограждающих конструкций комплектной поставки; для зданий, возводимых в труднодоступных районах при отсутствии базы производства железобетонных конструкций.

Б) стропильные и подстропильные конструкции: в отапливаемых зданиях с пролетами 30 м и более; в неотапливаемых зданиях с легкой кровлей и подвесными кранами грузоподъемностью до 3,2 т с пролетами 12 м и 18 м; в зданиях с пролетами 24 м и более.

Использование в железобетонном каркасе одноэтажного здания линейных элементов. независимых по своему назначению (колонн от ферм, плит покрытия и т.д.) создает определенные преимущества как в изготовлении элементов на заводах ЖБИ, так и при монтаже на стройплощадке. Это также позволяет проводить их унификацию и типизацию.

Колонны каркаса опирают на отдельные фундаменты, в основном, стаканного типа. В некоторых случаях, - при слабых, просадочных грунтах, - устраивают фундаменты ленточные под ряды колонн или в виде сплошной плиты под все здание.

По способу возведения и конструкции фундаменты разделяют на сборные и монолитные. Сборные фундаменты устраивают из одного блока, состоящего из подколон-ника со стаканом или из блока(подколонника) и плиты. Блоки выполняют высотой 1,5; 1,8-4,2 м с градацией через 0,3 м, подколонники имеют размеры в плане 0,9x0,9...1,2x2,7 м с градацией через 0,3 м. Размеры стакана соотнесены с размерами поперечного сечения и глубиной заделки колонн. При этом, размеры стакана в плане поверху на 150 мм и понизу на 100 мм превышают размеры сечения колонн, а его глубина составляет 800, 900, 950 и 1250 мм. При установке колонн зазор заполняется бетоном, что обеспечивает жесткое соединение фундамента с колонной.

Элементы сборного фундамента укладываются на растворе и скрепляются друг с другом сваркой стальных закладных деталей.

В случаях, когда масса сборных элементов фундамента превышает грузоподъемность транспортных и монтажных средств, он сооружается из нескольких блоков и плит. При устройстве температурных швов на один фундаментный блок могут опираться от двух до четырех колонн. Одноблочные фундаменты заводского изготовления имеют массу до 12 т. Тяжелые фундаменты массой до 22 т обычно изготавливают монолитными непосредственно на стройплощадке.

Подошва блока фундамента имеет в плане квадратную или прямоугольную форму размерами от 1,5х1,5 м до 6,6x7,2 м с градацией 0,3 м. Площадь подошвы фундамента определяется расчетом и зависит от величины передаваемой нагрузки и несущей способности грунта основания.

Сборные фундаменты требуют большого расхода бетона и стали. В целях снижения этих расходов применяют сборные облегченные ребристые и пустотелые фундаменты. Широко применяются свайные фундаменты с монолитным или сборным ростверком, который используется и как подколонник.

Самонесущие стены промышленного здания опираются на фундаментные балки, которые устанавливают между подколонниками на специальные бетонные столбики сечением 300 х 600 мм. Фундаментные балки имеют высоту 450 мм для шага колонн 6м и 600 мм для шага 12 м. Поперечное сечение фундаментных балок бывает тавровым, прямоугольным и трапециевидным. Наибольшее распространение получили балки таврового сечения как более экономичные по расходу бетона и стали. Ширина балки поверху принимается 260, 300, 400 и 520 мм, исходя из толщины панелей наружных стен. Чтобы исключить возможную деформацию фундаментной балки под действием пучинистых грунтов балку на всю длину с боков и снизу засыпают шлаком. Эта мера также предохраняет пол от промерзания вдоль наружных стен.

Для одноэтажных зданий используют унифицированные колонны сплошного прямоугольного сечения высотой от 3,0 до 14,4 м бесконсольные (для зданий без мостовых кранов и с подвесными кранами), высотой от 8,4 до 14,4 м с консолями (для зданий с мостовыми кранами) а также двухветвевые высотой 15,6-18,0 м для зданий с опорными, подвесными кранами и бескрановых.

Подкрановые балки устанавливают в зданиях (пролетах) с опорными кранами для крепления к ним крановых рельсов. Они жестко крепятся (болтами и сваркой закладных деталей) к колоннам и обеспечивают пространственную жесткость здания в продольном направлении. Подкрановые балки выполняются из металла и железобетона. Последние имеют ограниченное применение, - при шаге колонн 6 и 12 м и грузоподъемности мостовых кранов до 30 т.

Каркас многоэтажного здания должен обладать долговечностью, прочностью, устойчивостью, огнестойкостью. Этим требованиям отвечает железобетон, из которого и выполняют каркасы большинства промышленных многоэтажных зданий. Стальной каркас применяется при больших нагрузках, при динамических воздействиях от работы оборудования, при строительстве в труднодоступных районах; каркас требует защиты от воздействия огня жаропрочной футеровкой, обкладкой кирпичом.

Для производственных зданий с небольшой нагрузкой на перекрытия (до 145 кН/м) и вспомогательных зданий(бытовых, административных, лабораторных, конструкторских бюро и т.п.) используется связевой каркас межвидового назначения. Каркас имеет сетку колонн 6x6, (6+3+6)х6 и (9+3+9)х6 м; высоты этажей от 3,6 до 7,2 м. Разработаны единые унифицированные элементы - колонны, плиты междуэтажных перекрытий, лестницы, стеновые панели.

Колонны многоэтажных зданий по типу разделяют на крайние и средние, высотой в два этажа. Для зданий с нерегулярными, разными по высоте этажами разработана дополнительная номенклатура колонн - на один этаж, которые можно применить начиная с третьего этажа. При этом стыки колонн размещают на 600 - 1000 мм выше уровня перекрытия, что делает более удобным их выполнение. Сечение колонн 400x400 мм и 400x600 мм, плиты перекрытий плоские с пустотами высотой 220 мм и ребристые высотой 400 мм, шириной 1,0; 1,5 и 3,0 м (основные) и 750 мм (доборные). Ригели - прямоугольного и таврового сечения с полками понизу, соответственно, высотой 800 мм и 450 и 600 мм.

Балки железобетонные стропильные принимают: таврового сечения для пролета 6 м, двутаврового сечения для пролетов 9, 12, 18 и 24 м, а также подстропильные балки пролетом 12 м. Фермы используют для пролетов 24 м. Плиты покрытий ребристые плоские имеют размеры Зх6 м и Зх12 м.

Безбалочный каркас состоит из колонн высотой на один этаж сечением 400x400 и 500x500 мм с квадратными капителями с размерами 2,7x2,7 м; 1,95х2,7 м и высотой 600 мм, а также пролетных надколонных плит с размерами 3,1x3,54x0,18 м; 2,15x3,54x0,18 м и 3,08x3,08x0,15 м. Капители опираются на четырехсторонние консоли колонн и крепятся к ним сварными соединениями. Пролетные плиты укладывают на капители или консоли колонн и также крепят сваркой стальных элементов с последующим замоноличиванием швов бетоном. Используются квадратная сетка колонн 6x6м и высоты этажей 4,8 м и 6,0 м (рис. 25.9).