Металлический каркасный дом. Особенности расчета поперечных рам. Недостатки металлокаркасного здания

В этой статье мы сравним 2-е технологии строительства промышленных зданий: металлокаркасного и железобетонного здания.

Прежде всего давайте определим что такое металлокаркасное и железобетонное здание.

Металлокаркасное здание

В металлокаркасном здании несущие элементы (колонны, связи, балки перекрытия и фермы) выполнены из стали.

Колонны выполняют преимущественно из двутавра или составного сечения из уголков, швеллеров.

Перекрытия до 12 м выполняют из прокатных или сварных балок, более 12 м из ферм. Поверх балок и прогонов монтируют профлист или кровельную сэндвич-панель. В межэтажном перекрытии иногда используют профлист как несъёмную опалубку и делают монолитное перекрытие. Также можно поверх стальных балок монтировать ж.б. перекрытия для увеличения скорости монтажа.

Жесткость каркаса обеспечивается жесткой заделкой колонн в фундамент и/или применением связей и ригелей, либо жестким соединением колонны с фермой или балкой.

Ограждающие стены, как правило, выполняют из сэндвич-панелей.

Преимущества металлокаркасного здания

— Высокая скорость монтажа, которая обеспечивается изготовлением элементов здания на заводе, а на строительной площадке элементы только соединяются при помощи болтового или сварного соединения.

— Отсутствие мокрых процессов, что позволяет вести строительство зимой без устройства тепляков.

— Меньшая нагрузка на фундамент: несмотря на то, что плотность стали выше чем у бетона, у нее и прочность гораздо выше чем у бетона и, при прочих равных условиях, здание из металлокаркаса будет легче чем из железобетона. Посоревноваться с металлом в этом показатели может только дерево.

— Нет необходимости иметь завод под рукой — элементы можно изготовить за тысячу километров от строительной площадки. При строительстве монолитного здания требуется наличие завода не далеко от строительной площадки или устройство мобильного бетонно-растворного узла, что ограничивает его применение в районах Крайнего Севера или Дальнего Востока.

— Металлокаркасное здание легко модернизировать под новые требования при модернизации производства. Элементы легко демонтируются, усиление несущих элементов производится просто приваркой к существующему усиливающего элемента (полосы стали или профиля). При этом усиление конструкции может производится без демонтажа элементов. Иметь способ модернизировать промышленное здание без существенных вливаний финансовых средств очень важно для успешной деятельности предприятия. Установка нового оборудования может потребовать постройки нового здания, если старое не удовлетворяет условиям технологии. В этом случае рациональнее реконструировать здание чем сносить здание и строить новое.

— При демонтаже здания металл можно переплавить, что позволяет повторно использовать данный материал. Это, на мой взгляд, одно из самых важных преимуществ металлокаркасного здания для промышленности. Жизненный цикл пром.здания может быть совсем малым т.к. меняются технологии, из-за дорожания земли или по другим причинам рационально перенести производство в другое место, а старое здание не имеет смысла модернизировать. В этом случае использовать металл для переплавки гораздо эффективнее и экологичнее, чем выбрасывать железобетон на свалку.

— Возможность перенести здание в другое место. Здание можно не только демонтировать, но и смонтировать заново в другом месте. Выполнить это можно не во всех случаях, но иногда можно хотя бы частично. Например очень часть можно встретить бывшие в употреблении кровельные фермы с демонтированного здания.

— Есть множество типовых проектов складов, пром.зданий, административных зданий, что позволяет уменьшить срок проектирования, изготовления и строительства.

— Простота контроля за расходом материала. Иногда это очень важно т.к. не заметно своровать колонну или балку не получится в отличии от бетона, цемента.

— Для монтажа требуется меньше строительной техники, и в большинстве случаев можно ограничится краном.

— Возможность сделать большие пролеты здания. Хотя можно использовать стальные фермы и в железобетонном здании.

Недостатки металлокаркасного здания

— Одним из самых больших недостатков металлокаркасного здания является низкая пожаростойкость конструкций. Несмотря на то, что металл не горит, он очень сильно теряет свои несущие способности при пожаре. Существуют способы для увеличения пожаростойкости, но они приводят к удорожанию и увеличению срока строительства здания. Существуют специальные окрасочные материалы, которые могут увеличить пожаростойкость стальных конструкций до 30 минут. Для большей защиты применяют конструктивную пожарозащиту (обшивка металлоконструкций минеральной ватой, гипсоволокнистыми листами или обетонирование конструкций).

— Низкая коррозионная стойкость, однако при правильном проектировании и эксплуатации этой проблемы нет. Конструкции должны быть хорошо окрашены, регулярно осматриваться на предмет увлажнения, появления коррозии, герметичности конструкции. При правильной эксплуатации конструкции будут служить вечно.

— Более высокая стоимость по сравнению с железобетонными зданиями. Если по близости есть завод по производству бетона, то молонит будет дешевле (на Севере и Востоке нашей страны с этим можно поспорить т.к. там бетон раза в 3 дороже чем в других регионах России). Хотя если мы будем сравнивать не только показатели по общей стоимости, но и разнице во времени на постройку и упущенной прибыли предприятия от работы в это время, то металлокаркас, возможно, выиграет и монолита. Кроме того при строительстве зимой стоимость монтажа мололита возрастает т.к. необходимо прогревать бетон. В каждом конкретном случае нужно сравнивать варианты, но обычно кто что умеет, тот то и строит.

Железобетонное здание

В железобетонном здании несущие конструкции (стены, перекрытия) выполнены из армированного бетона.

Здание может быть монолитным или из сборных железобетонных конструкций (часть элементов изготавливается на заводе, а затем соединяются на площадке при помощи сварки выпущенной арматуры и замоноличивания участка).

Жесткость каркаса обеспечивается жесткой заделкой колонн в фундамент, жестким соединением колонны с перекрытием, использованием диафрагм (монолитных стен).

В промышленном строительстве не редко железобетонные и стальные конструкции используют вместе, например изготавливают колонны из железобетона, а жесткость каркаса обеспечивается наличием стальных связей. Перекрытие тоже может быть из стальных конструкций т.к. использование стальных ферм при больших пролетах более рационально чем использование монолита или плит перекрытия.

Для ограждающих конструкций также можно использовать сэндвич-панели, либо выполнить стены из блоков и утеплить снаружи.

Преимущества железобетонного здания

— Более низкая стоимость по сравнению с металлокаркасным (имеется ввиду там, где бетон имеет не завышенную стоимость). Этот вопрос уже поднимал выше, в каждом отдельном случае необходимо рассчитывать, но в большинстве случаев это утверждение верно.

— Высокая пожаростойкость конструкции. Бетон не сильно изменяет свои свойства от воздействия температуры и защищает арматуру.

— Высокая коррозионная стойкость, которая обеспечивается защитой арматуры бетоном.

— Высокая скорость монтажа при использовании готовых заводских изделий. По скорости монтажа может посоревноваться с металлокаркасным зданием если все изделия выполнены на заводе и на строительной площадке не требуется производить монолитных работ.

— Большой ассортимент готовых железобетонных изделий (плиты перекрытия, колонны, фундаментные блоки).

— Также как и у металлокаркасных зданий есть достаточно много типовых серий зданий.

Недостатки железобетонного здания

— Самым главным недостатком является наличие мокрых процессов при строительстве, что ограничивает, либо затрудняет монтаж конструкций в зимнее время, но это относится к монолитным конструкциям.

— Большие сроки строительства монолитного здания по сравнению с металлокаркасом. Это в основном связано с тем, что бетону нужно время для набора прочности (100% прочности бетон набирает за 28 дней).

— Усилить железобетонные конструкции при реконструкции более затратно и трудоемко чем в металлокаркасном здании.

— Можно еще добавить как недостаток сложность обследования здания т.к. чтобы узнать какая арматура находится в колонне или балке необходимо вскрывать её, но это только при отсутствии проектной документации на здание, что встречается нередко.

— Более ограниченные возможности при реконструкции по сравнению с металлокаркасом.

— Более высокие нагрузки на фундамент.

Вывод

Нельзя сказать что одна технология явно лучше другой, в каждой есть свои плюсы и минусы. Нет плохих материалов, есть не правильное их применение.

Кроме того очень часто в металлокаркасном здании испозуются ж.б. элементы и наоборот. Хорошим примером является использование ж.б. колонн и стальных ферм в промышленном здании, что позволяет сэкономить на колоннах, обеспечить пожаростойкость конструкции и при этом сделать большой и легкий пролет здания.

По стоимости эксплуатации здания практически не отличаются, единственное металлокаркасные здания требуют периодического осмотра на предмет появления коррозии и обновление огнезащитного покрытия (при ее наличии).

Также не корректно сравнивать металлокаркасное и железобетонное здание по теплоизолирующим способностям — в обоих случаях каркас закрывается современными утеплителями снаружи и не контактирует с внешней средой, не создает мостика холода (естественно при грамотном проектировании).

При выборе технологии строительства нужно ответить на несколько вопросов:

— Какие строительные материалы и другие ресурсы доступны на месте строительства?

— Какие сроки строительства?

— Какие противопожарные требования предъявляются к зданию?

— Какие технологические требования предъявляются к будущему зданию?

— Продумать способы доставки материалов на строительную площадку.

— Предусмотреть возможность расширения и модернизации производства.

Решили поставить решетки на окна, так как живем на первом этаже и часто отсутствуем дома. Долго не заморачивались с поисками, решили заказать тут. Не пожалели. Мастера приехали в точно в оговоренное время, сделали замеры - все очень вежливо и профессионально. Вскоре привезли и красивые кованые решетки, мы заказывали стационарные. Теперь мы спокойны за свое имущество.

Елена П., г. Подольск

Порадовал большой выбор эскизов и цена на этом сайте. Так как живем в Подольске, заказали решетки именно тут. Все прошло без запарок, спасибо за хорошую слаженную работу.

Виктор Михайлович К., г. Подольск

На даче у меня гаража нет, поэтому решил заказать навес из поликарбоната. Мастера с РМЗП посоветовали сделать навес на две машины - вдруг кто-то приедет в гости. Они работали очень профессионально, помогли выбрать самое удобное место для такого сооружения. Построили навес настолько быстро, что просто удивительно. Такой гараж получился очень прочным и выглядит очень прилично.

Алексей, пос. Остафьево

Заказал на этом сайта навес из поликарбоната. В связи с погодными условиями выполнить заказ в срок не успели. У меня закончился отпуск, с работы не отпускали. Мастера пошли на встречу и в ближайший мой и их выходной вышли и доделали навес. Порадовало, что из-за невыполненных сроков сделали скидку 10%. Очень профессионально.

Геннадий, г. Подольск

Обустройством улицы с частными домами в Серпухове пришлось заниматься самим жителям, и мы решили заказать надежные и удобные мусорные контейнеры. В интернете нашли информацию о контейнерах «Ремонтно - Механический завод Подольский», нам они подошли по цене и по объему. Заказ был выполнен очень быстро, ребята сами расставили прочные ящики. Теперь у нас на улицах чистота. Хотим еще заказать здесь же большой контейнер для металлолома.

Корешников Ю.Н., г. Серпухов

Виктор Иванович Глущенко

Заказали в компании РМЗП металлический забор. Хотели без бетонирования, но специалист компании пояснил, что с нашим грунтом избежать этого нельзя. Все сделали точно в срок. Работой довольны.

Долго искала деревянный забор для своего деревянного дома - хотелось, чтобы все было в одном стиле. Очень понравился забор от «Ремонтно - Механический завод Подольский». Построен он был быстро и на высшем уровне. Понравилась культура мастеров, их вежливость и внимательность к клиенту. И, конечно, сам забор

Татьяна А., г. Щербинка

Поставил в июле 2011 года деревянный забор. После зимы я заметил, что некоторые столбы забора сместились вниз. Из-за этого весь забор перекосило. Я так думаю, что для нашей местности было необходимо ставить бетонное основание для забора, считаю, что в компании нам должны были это подсказать. Починили нам забор по гарантии, но, думаю, забор придется все равно менять и укреплять. Через пару лет, что очень накладно.

Михаил Кононов, Серпуховской район

Строю дом в Климовске, решил заказать забор из профнастила тут. Сделал заказ. Мастера сами сделали замеры, согласовали со мной удобное время установки и приехали точно по часам. Забор ставили очень аккуратно (жена боялась за свои цветы, но ни один не был поврежден). После работы не осталось никакого мусора, остатков материала - все очень культурно, по-европейски. В следующий раз закажу у них забор из сетки рабица для небольшой дачки. Спасибо за качество и оперативность.

Виктор Иванович Глущенко

Заказали в компании РМЗП металлический забор. Хотели без бетонирования, но специалист компании пояснил, что с нашим грунтом избежать этого нельзя. Все сделали точно в срок. Работой довольны.

Семья Коноваловых, Подольский район

Долго искала деревянный забор для своего деревянного дома - хотелось, чтобы все было в одном стиле. Очень понравился забор от «Ремонтно - Механический завод Подольский». Построен он был быстро и на высшем уровне. Понравилась культура мастеров, их вежливость и внимательность к клиенту. И, конечно, сам забор.

Татьяна А., г. Щербинка

Не могу нарадоваться на новые ворота. Отъезжают они бесшумно, очень плавно и в то же время быстро. Порадовали сроки выполнения работ. С момента заказа и установки прошло около 10 дней. Ворота получились очень прочные и надежные. Однажды нечаянно чуть задел их автомобилем - следа не осталось.

Михаил, г. Подольск

Проект дома в Климовске у нас очень хороший, но про козырек над входом забыли - во время дождя постоянно капает вода возле самой двери, а то снег насыпает. Ситуацию спасли мастера из «Ремонтно - Механический завод Подольский». Какой красивый и прочный козырек они нам поставили - с кованой основой, поликарбонат подобрали в цвет крыши! Получилось очень стильно и удобно. Удивила даже приятная стоимость за такую качественную работу.

Екатерина Александрова, г. Климовск

Мой офис находится на первом этаже, выходит в глухой двор, поэтому защитить его окна нужно было обязательно. Хотелось найти какой-то интересный вариант, в основном же все мастера предлагали стандартный дизайн. И только в тут увидел решетки современного дизайна. А после установки удостоверился и в качестве, прочности изделия. Живу в Москве, поэтому боялся будут проблемы со сроками и доставкой. Оказалось, зря переживал. Теперь буду знать, к кому стоит обращаться.

Сергей Геннадьевич Кондатенко, г. Москва

Был неприятно удивлен разницей реальных цен на решетки на окна и указанных на сайте. Оказалось, что на сайте стоит оптовая цена, при меньших заказа получается дороже. Сначала отказался, но потом, изучив рынок, понял, что в РМЗП заказывать выгодно. Качеством остался доволен.

Николай, г. Москва

Хочу выразить благодарность сотрудникам данной компании. Недавно заказал навес для автомобиля на дачу. Работы провели быстро, и слаженно.

Игорь, пос. Львовский

Мы строили дом в старинном стиле, и очень хотелось украсить окна ставнями, к тому же в Серпухове мы бываем только на выходные и в отпуске, и ставни могли бы защитить дом от воров. В каталоге «Ремонтно - Механический завод Подольский» мы нашли то, что искали. Ставни изготовили точно по размерам окон, никаких подгонок или переработок не потребовалось - сразу виден профессионализм. Установили их ребята очень аккуратно, и дом сразу приобрел неповторимый вид.

Семья Шоровых, г. Москва

Возле нашего офиса есть небольшая собственная автостоянка, руководство решило проявить заботу о сотрудниках и заказать навес для нее. Отлично, что сразу вышли на «Ремонтно - Механический завод Подольский». Специалисты сделали все быстро, качественно и очень аккуратно. Все сотрудники очень довольны удобным навесом, машины не заливает дождем, на засыпает снегом.

Татьяна К., г. Чехов

Установил в августе 2012 года на дачном участке автоматические ворота. Пока было тепло, работало все идеально. Как пришли холода механизм стал работать намного дольше. Обратился к менеджерам компании, сказали, что такое может быть из-за сложных механизмов, которые при минусовой температуре могут подтормаживать. Так как гарантия у меня была еще в силе, мастер приехал бесплатно. Сейчас ворота работают быстрее. Очень надеюсь, что так и будет дальше.

Завьялов Николай, г. Подольск

Заказали козырек на дачу. Работой доволен. Спасибо за скорость и качество. В дальнейшем планирую заказать и навес для машины.

Александр М., г. Подольск

Был не очень приятно удивлен сколько стоят навесы для автомобилей из поликарбоната. Вообще, пока не столкнулся с этим, не думал, что так дорого. Но все равно дешевле, чем капитальный гараж. В итоге заказал в РМЗП навес под две машины. Попал под акцию, поэтому сделали небольшую скидку. Мелочь, а приятно. Остался доволен и работой и сроками. Очень надеюсь, что прослужит долго. Спасибо, ребят, за все.

Игорь, г. Протвино

Уже более 10 лет живу в Подольске и 5 из них занимаюсь теплицами. До этого момента имел дело только со стеклянными конструкциями, но когда возник вопрос расширения, понял, что сегодня стеклянная конструкция - дорогое удовольствие, которое сможет окупить себя не скоро. По совету друга обратил внимание на панели из поликарбоната, и не зря с этим материалом гораздо меньше проблем, чем с хрупким и тяжелым стеклом. Материал легко изгибается, благодаря чему очень просто можно придать ему требуемую форму. Панели легкие, поэтому смонтировать теплицу можно без проблем одному-двум людям, мы работали с другом, так что за день смогли построить сразу две теплицы. Спасибо сотрудникам фирмы за доступные цены и короткие сроки выполнения заказа.

Валентин К., Подольск

Долго искала место, где бы заказать детскую спортивную площадку. Цены на них конечно кусаются, поэтому искала подешевле и понадежнее. Живу в Москве, а дача у нас под Климовском. Вот и решила попробовать заказать поближе к даче. Ценой и качеством осталась довольна.

Татьяна Ильина, г. Москва

Давно планировал построить навес для машины на даче. Под гараж надо много места, а навес и подешевле и попроще.Обратился в компанию. Сотрудники помогли мне выбрать подходящий для моего двора вариант. Удивила оперативность, всего за неделю мне привезли и смонтировали навес. Работой доволен.

Коноваловы, г. Подольск

Недавно приобрели дачный участок под Серпуховым. Пока денег для полной застройки и облагораживания территории у нас нет. Но оставлять участок, куда свозится строительный материал и планируется строительство, без ограждения - не самый удачный вариант. Поэтому, решил огородить участок забором из сетки рабица. Ворота и забор оказались очень качественным временным вариантом и хорошо смотрятся во дворе будущего дачного участка.

Татаренко В. К.

Заказали решетки на окна. Подкупил большой выбор и низкие цены на сайте. Немного расстроило, что оказалось, что указаны оптовые цены. Но все равно не так дорого вышло как у других производителей. Пока никаких нареканий к работе нет.

Иванченко Екатерина, г. Москва

Заказывали контейнеры и урны для строительной площадки. Остались довольны качеством, ценой продукции и обслуживанием персонала. Спасибо Вам за работу!

Ирина, Подольский район

Приобрели для матери под Серпуховым деревянный домик. Решили все сооружения на участке выполнять в едином стиле. Поэтому заказали напрямую с Ремонтно-Механического завода сплошные деревянные заборы. О выборе не пожалели - ограждение выглядит гармонично, выгодно дополняют дом и хорошо смотрятся на фоне природы.

Валерий, г. Серпухов

Стеллажи для торговых площадей и складов приобретаю на этом заводе неоднократно. Очень доволен ассортиментом, качеством товара, ценовой политикой фирмы и обслуживанием персонала. Всем рекомендую!

Николай, Серпуховской район

Недавно купил дом под Климоквом. Заказал тут ставни. Цены приемлемые, сроки выполнения заказа короткие, персонал опытный и вежливый. В будущем планирую заказать у вас еще и навес для автомобиля, а также распашные ворота.

Василий Мизайлович Ч., г. Климовск

Заказали решетки на окна, всем довольны.

Михаил, г. Подольск

Современные производства размещаются в многоэтажных и одноэтажных зданиях, схемы и конструкции которых достаточно многообразны. По числу пролетов одноэтажные здания подразделяются на однопролетные и многопролетные (с пролетами одинаковой и разной высоты). В настоящее время строится больше многопролетных (с числом пролетов два и более) зданий.

Ограждающие конструкции, защищающие помещение от влияния внешней среды, пути внутрицехового транспорта, различные площадки, лестницы, трубопроводы и другое технологическое оборудование крепятся к каркасу здания.

Каркас, т.е. комплекс несущих конструкций, воспринимающий и передающий на фундаменты нагрузки от веса ограждающих конструкций, технологического оборудования, атмосферные нагрузки и воздействия, нагрузки от внутрицехового транспорта (мостовые, подвесные, консольные краны), температурные технологические воздействия и т.п., может выполняться из железобетона, смешанным (т.е. часть конструкций - железобетонные, часть - стальные) и стальным. Выбор материала каркаса является важной технико-экономической задачей.

Многие современные производственные здания характеризуются большими пролетами, большой высотой помещений, большими нагрузками от мостовых кранов.

Конструкция здания должна полностью удовлетворять назначению сооружения, быть надежной, долговечной и наиболее экономичной.

Соответственно к металлическим конструкциям каркасов предъявляются различные требования, а именно:

• эксплуатационные;
• надежности и безопасности;
• долговечности и устойчивость к агрессивным средам;
• экономические;
• архитектурные.

1. Эксплуатационные требования, требования надежности и долговечности

В промышленных зданиях по сравнению с другими наиболее существенно влияние технологии производства на конструктивную схему каркаса, и поэтому часто конструктивная форма полностью определяется габаритами и расположением оборудования, внутрицеховым транспортом, путями перемещения деталей и готовой продукции. Технологии производства различной продукции весьма разнообразны, а эксплуатационные требования почти всегда конкретны, специфичны именно для данного производства.

Однако некоторые требования являются общими для всех производств зданий из металлоконструкций:

• удобство обслуживания и ремонта производственного оборудования, что требует соответствующего расположения колонн, подкрановых путей, связей и других элементов каркаса;
• нормальная эксплуатация кранового оборудования и других подъёмных механизмов, включая доступность его осмотра и ремонта;
• необходимые условия аэрации и освещения зданий;
• долговечность конструкций, которая зависит в основном от степени агрессивности внутрицеховой среды;
• относительная безопасность при пожарах и взрывах.

Чрезвычайно большое влияние на работу каркаса здания оказывают краны. Являясь динамическими, многократно повторяющимися и большими по величине, крановые воздействия часто приводят к раннему износу и повреждению конструкций каркаса, особенно подкрановых балок. Поэтому при проектировании каркаса здания необходимо особо учитывать режим работы мостовых кранов, который зависит от назначения здания и производственного процесса в нем.

Режим работы кранов и тип подвеса груза учитываются при проектировании каркасов. Например, при кранах весьма тяжелого режима работы должны быть обеспечены большая поперечная и продольная жесткость каркаса, большая надежность и выносливость подкрановых балок.

В связи с этим перед началом проектирования каркаса должны быть, получены исчерпывающие данные о транспортном оборудовании и подсчитано число циклов нагружения конструкций за нормативный срок их эксплуатации (цикл нагружения - изменение напряжения от нуля через максимум до нуля). За количество циклов для подкрановых конструкций можно принимать число подъемов груза за срок службы.

На работу и долговечность строительных конструкций зданий большое влияние оказывает внутрицеховая среда. Степень агрессивного воздействия внутрицеховой среды на стальные конструкции определяется скоростью коррозионного поражения незащищеной поверхности металла, мм/год. В зависимости от концентрации агрессивных газов и относительной влажности установлены четыре степени агрессивности среды для стальных конструкций: неагрессивная (скорость коррозии незащищенного металла до 0,01 мм/год), слабая (до 0,1 5 мм/год), средняя (до 0,1 мм/год) и сильная (свыше 0,1 мм/год).

2. Экономические факторы

К экономическим факторам относятся прежде всего затраты, связанные с возведением сооружения, включающие стоимость материалов, изготовления, перевозки и монтажа конструкций. Необходимо, учитывать эффект, получаемый от сокращения времени строительства и более раннего начала производства продукции, а также расходы, связанные с поддержанием сооружения в состоянии, обеспечивающем условия его нормальной эксплуатации в течение всего срока службы.

Типизация конструкций относится как к конструктивным схемам здания в целом, так и к их отдельным элементам.

Первоначальный процесс типизации конструктивных элементов определяется сведением к обоснованному минимуму размеров основных параметров здания (пролетов, шагов колонн, высот). Это достигается унификацией габаритных схем зданий. Затем разрабатываются схемы типовых конструктивных элементов (колонн, стропильных и подстропильных ферм, подкрановых балок, связей, вспомогательных конструкций). Конечным этапом типизации является разработка рабочих чертежей сортамента типовых конструктивных элементов, из которых собирают каркас здания.

Основной предпосылкой типизации является принцип модульности, т.е. соизмеримости размеров элементов, кратности их определенной величине, называемой модулем:

• уменьшение числа монтажных элементов;
• снижение до минимума объема укрупнительной сборки на строительной площадке благодаря укрупнению отправочных элементов;
• транспортабельность элементов конструкции;
• упрощение монтажных сопряжений элементов;
• необходимую жесткость элементов при транспортировании и монтаже;
• сокращение времени проектирования.

Унификация объемно-планировочных и конструктивных решений позволяет резко сократить число типоразмеров конструктивных элементов каркасов зданий и открывает возможность разработки типовых конструкций для многократного применения.

В настоящее время для производственных зданий общего назначения разработаны чертежи типовых колонн, ферм, подкрановых балок, фонарей, вспомогательных конструкций.

Снижение стоимости монтажа конструкций каркаса достигается использованием конвейерной сборки, при которой отдельные элементы каркаса на специальной площадке собираются в жесткие пространственные блоки, целиком устанавливаемые в проектное положение. Блочный метод монтажа наиболее целесообразен для зданий большой площади, и при проектировании каркасов таких зданий должна быть учтена возможность его использования. Это требует некоторых изменений в конструкциях по сравнению с конструкциями каркаса при поэлементном монтаже.

Состав каркаса металлоконструкции и его конструктивные схемы

Каркасы производственных зданий в большинстве случаев проектируются так, что несущая способность (включая жесткость) поперек здания обеспечивается поперечными рамами, а вдоль -продольными элементами каркаса, кровельными и стеновыми панелями.

Поперечные рамы каркаса состоят из колонн (стоек рамы) и ригелей (в виде ферм или сплошностенчатых сечений). Продольные элементы каркаса - это подкрановые конструкции, подстропильные фермы, связи между колоннами и фермами, кровельные прогоны (или ребра стальных кровельных панелей).

Кроме перечисленных элементов в составе каркаса обязательно имеются конструкции торцевого фахверка (а иногда и продольного), площадок, лестниц и других элементов здания.

Конструктивные схемы каркасов достаточно многообразны. В каркасах с одинаковыми шагами колонн по всем рядам наиболее простая конструктивная схема - это поперечные рамы, на которые опираются подкрановые конструкции, а также панели покрытия или прогоны. Такое конструктивное решение обеспечивает выполнение эксплуатационных требований в большинстве машиностроительных цехов, в которых оборудование удобно размещается при относительно небольших шагах колонн по внутренним рядам (6–12 м).

В цехах, где по средним рядам шаг колонн должен быть больше, чем по крайнему ряду, устанавливаются подстропильные фермы, на которые опираются ригели рам. При кранах большой грузоподъемности и с большим расстоянием между колоннами часто оказывается целесообразным совместить функции подстропильных ферм и подкрановых конструкций и предусмотреть по среднему ряду подкраново-подстропильную ферму, на верхний пояс которой опирается кровля, а на нижний - краны.

Размещение колонн в плане

Проектирование каркаса производственного здания начинают с выбора конструктивной схемы и ее компоновки. Исходным материалом является технологическое задание, в котором даются расположение и габариты агрегатов и оборудования цеха, количество кранов, их грузоподъемность и режим работы. Технологическое задание содержит данные о районе строительства, условиях эксплуатации цеха (освещенность, температурно-влажностный режим и т.п.).

После выбора конструктивной схемы одновременно с компоновкой решаются принципиальные вопросы архитектурно-строительной части проекта (определяются ограждающие конструкции, назначается расположение оконных, воротных проемов и т.п.).

При компоновке конструктивной схемы каркаса решаются вопросы размещения колонн здания в плане, устанавливаются внутренние габариты здания, назначаются и взаимоувязываются размеры основных конструктивных элементов каркаса.

Размещение колонн в плане принимают с учетом технологических, конструктивных и экономических факторов. Оно должно быть увязано с габаритами технологического оборудования, его расположением и направлением грузопотоков. Размеры фундаментов под колонны увязывают с расположением и габаритами подземных сооружений (фундаментов под рабочие агрегаты, боровов, коллекторов и т.п.). Колонны размещают так, чтобы вместе с ригелями они образовывали поперечные рамы, т.е. в многопролетных цехах колонны разных рядов устанавливаются по одной оси.

Согласно требованиям унификации промышленных зданий, расстояния между колоннами поперек здания (размеры пролетов) назначаются в соответствии с укрупненным модулем, кратным 6 м (иногда 3 м); для производственных зданий l=18, 24, 30, 36 м и более. Расстояния между колоннами в продольном направлении (шаг колонн) также принимают кратными 6 м. Шаг колонн однопролетных зданий, а также шаг крайних (наружных) колонн многопролетных зданий обычно не зависит от расположения технологического оборудования и его принимают равным 6 или 12 м. Вопрос о назначении шага колонн крайних рядов (6 или 12 м) для каждого конкретного случая решается сравнением вариантов. Как правило, для зданий больших пролетов (l > 30 м) и значительной высоты (H > 14 м) с кранами большой грузоподъемности (Q > 50 т) оказывается выгоднее шаг 12 м и, наоборот, для зданий с меньшими параметрами экономичнее оказывается шаг колонн 6 м. У торцов зданий колонны обычно смещаются с модульной сетки на 500 мм для возможности использования типовых ограждающих плит и панелей с номинальной длиной 6 или 12 м. Смещение колонн с разбивочных осей имеет и недостатки, поскольку у торца здания продольные элементы стального каркаса получаются меньшей длины, что приводит к увеличению типоразмеров конструкций.

В многопролетных зданиях шаг внутренних колонн исходя из технологических требований (например, передача продукции из пролета в пролет) часто принимается увеличенным, но кратным шагу наружных колонн.

При больших размерах здания в. плане в элементах каркаса могут возникать большие дополнительные напряжения от изменения температуры. Поэтому в необходимых случаях здание разрезают, на отдельные блоки поперечными и продольными температурными швами. Нормами проектирования установлены предельные размеры температурных блоков, при которых влияние климатических температурных воздействий можно не учитывать (табл. 11.1).

Наиболее распространенный способ устройства поперечных температурных швов заключается в том, что в месте разрезки здания ставят две поперечные рамы (не связанные между собой какими-либо продольными элементами), колонны которых смещают с оси на 500 мм в каждую сторону, подобно тому как это делают у торца здания.

Продольные температурные швы решают либо расчленением много-пролетной рамы на две (или более) самостоятельные, что связано с установкой дополнительных колонн, либо с подвижным в поперечном направлении опиранием одного или обоих ригелей за колонну с помощью катков или другого устройства. В первом решении предусматривается дополнительная разбивочная ось на расстоянии 1000 или 1500 мм от основной. Иногда в зданиях, имеющих ширину, превышающую предельные размеры для температурных блоков, продольную разрезку не делают, предпочитая некоторое утяжеление рам, необходимое по расчету на температурные воздействия.

В некоторых случаях планировка здания, обусловленная технологическим процессом, требует, чтобы продольные ряды колонн двух пролетов цеха располагались во взаимно перпендикулярных направлениях.

Таблица 11.1. Предельные размеры, м, температурных блоков зданий

При этом также возникает необходимость в дополнительной разбивочной оси. Расстояние между осью продольного ряда колонн одного отсека и осью торца примыкающего к нему другого отсека, принимается равным 1000 мм, а колонны смещаются с оси внутрь на 500 мм.

Основные свойства и работа материалов, применяемых в строительных металлических конструкциях

• Стали и алюминиевые сплавы
• Работа стали под нагрузкой

Основы металлических конструкций

• Основные положения расчета металлических конструкций

Основы расчета металлических конструкций

• Работа под нагрузкой и расчет элементов конструкций

Сортамент

• Характеристика основных профилей сортамента
• Сортамент

Сварные соединения

• Виды сварки и их характеристика
• Виды сварных соединений, классификация швов и их характеристика
• Работа и расчет сварных соединений
• Особенности сварки конструкций из алюминиевых сплавов

Болтовые и заклепочные соединения

• Виды и общая характеристика соединений
• Работа и расчет болтовых соединений

Балки и балочные конструкции

• Общая характеристика балочных конструкций
• Прокатные балки
• Компановка и подбор сечения составных балок
• Проверка прочности прогибов и устойчивости составных балок
• Проектирование конструкций составных балок
• Пути совершенствования балочных конструкций

Колонны и стержни, работающие на центральное сжатие

• Общая характеристика
• Сплошные колонны
• Сквозные колонны
• Выбор расчетной схемы и типа колонны
• Подбор сечения и конструктивное оформление стержня колонны
• Базы колонн
• Оголовки колонн и сопряжение балок

Фермы

• Системы ферм и область их применения в строительных конструкциях
• Компановка конструкций ферм
• Расчет и действительная работа ферм
• Расчетная длина сжатых стержней и предельная гибкость
• Типы сечений стержней ферм
• Подбор сечений стержней легких ферм
• Подбор сечений стержней тяжелых ферм
• Конструкции легких ферм
• Предварительно напряженные фермы

Основные вопросы проектирования конструкций каркаса производственных зданий

• Общая характеристика каркасов производственных зданий и основные требования, предъявляемые к ним
• Состав каркаса и его конструктивные схемы

Компановка конструктивной схемы каркаса

• Размещение колонн в плане
• Компановка поперечных рам
• Связи
• Фахверк и конструкции заполнения проемов

Особенности расчета поперечных рам

• Действительная работа каркаса под нагрузкой и приближенный расчет поперечных рам
• Нагрузки, действующие на раму

Конструкции покрытия

• Конструкция кровли
• Прогоны
• Стропильные и подстропильные фермы
• Фонари

Колонны

• Типы колонн
• Расчет и конструирование стержня колонны
• Узлы колонн

Подкрановые конструкции

• Общие сведения
• Сплошные подкрановые балки
• Решетчатые подкрановые балки