Схема работы элементов металлического каркаса промышленного здания. Кирсанов Н.М. Текст лекций

Глава 13. КАРКАСЫ, ИХ ВИДЫ И ЭЛЕМЕНТЫ

Контрольные вопросы

1. Основные виды промышленных зданий и предъявляемые к ним требования.

2. Принципы объемно-планировочных решений одноэтажных промышленны зданий.

3. Принципы объемно-планировочных решений многоэтажных промышленных зданий.

Каркас одноэтажных и многоэтажных промышленных зданий состоит из поперечных рам, образованных колоннами и несущими конструкциями покрытия (балки, фермы, арки и др.), и продольных элементов: фундаментных, подкрановых и обвязочных балок, подстропильных конструкций, плит покрытия и перекрытия и связей (рис.12.3 и 12.4). Если несущие конструкции покрытий выполняют в виде пространственных систем - сводов, куполов, оболочек, складок и других, то они одновременно являются продольными и поперечными элементами каркаса.

Каркасы промышленных зданий монтируют в основном из сборных железобетонных конструкций, стали и реже из монолитного железобетона, древесины и пластмасс.

Выбирая материал, надо учитывать размеры пролетов и шаг колонн, высоту зданий, величину и характер действующих на каркас нагрузок, параметры воздушной среды производства, наличие агрессивных факторов, требования огнестойкости, долговечности и технико-экономические предпосылки.

Несущий каркас чаще всего выполняют целиком из железобетона или стали и смешанным. Устройство железобетонного каркаса в сравнении со стальным дает возможность экономить до 60% стали. Элементы каркаса подвергаются силовым и несиловым влияниям (рис.13.1). Силовые воздействия возникают от постоянных и временных нагрузок. В связи с этим элементы каркаса должны отвечать требованиям прочности и устойчивости.

Под воздействием несиловых влияний и внутренней среды в виде положительных и отрицательных температур, тепловых ударов, жидкой и парообразной влаги, воздуха и содержащихся в воздухе химических веществ элементы каркаса должны отвечать требованиям долговечности.

Одноэтажные промышленные здания с типовыми унифицированными конструкциями с укрупненной сеткой колонн могут иметь конструктивные схемы с применением подстропильных конструкций или без них (рис.13.2).

При выборе каркаса из стальных элементов надо учитывать величину пролетов, режим работы кранов, величину нагрузок от кранов и покрытия и другие факторы. Стальные конструкции элементов каркаса применяют главным образом в цехах заводов, в которых используют краны тяжелого и непрерывного режима работы. При этом надо широко применять легкие конструкции массового изготовления.

^ 13.1. Каркас промышленного здания

Рис.13.1 – Внешние влияния на элементы каркаса:

1 –постоянные нагрузки; 2 – временные нагрузки; 3 – температура внутреннего воздуха; 4 – тепловые удары; 5 –жидкая и парообразная влага; 6 – агрессивные химические вещества; 7 – микроорганизмы; 8 – блуждающие токи; 9 – звук

Рис.13.2 – Конструктивные схемы одноэтажного промышленного здания:

а – с шагом колонн 6 м; б – то же, с подстропильными конструкциями,

при шаге крайних колонн 6 м

Каркасы многоэтажных зданий устраивают также из унифицированных железобетонных элементов заводского изготовления с балочными или безбалочными перекрытиями (рис.13.3). Балочные перекрытия как более простые и более универсальные применяют чаще. Безбалочные перекрытия используют при больших полезных нагрузках и необходимости получить гладкую поверхность потолка для устройства подвесного транспорта, развязки в разных направлениях коммуникаций, а также для улучшения санитарно-гигиенических качеств помещений.

Рис.13.3 – Каркасы многоэтажных промышленных зданий:

а - балочный, при оперании ригелей на консоли колонн (І - вариант перекрытий с опиранием ребристых плит на полке ригелей; ІІ – то же, с опиранием плит по верху ригелей); б - балочный, при бесконсольном опирании ригелей (ІІІ - перекрытия с ребристыми плитами; ІV - то же, с многопустотными); в - безбалочный с надколонными плитами, расположенными в двух направлениях; г - то же, с надколонными плитами, расположенными в одном направлении; 1 - ригель продольной рамы; 2 – сантехническая панель

^ 13.2. Фундаменты и фундаментные балки

По способу устройства фундаменты бывают сборные и монолитные. Под колонны каркаса предусматривают отдельные фундаменты с подколонниками стаканного типа (рис.13.4), а стены опирают на фундаментные балки (рис.13.5).

В зависимости от величины нагрузки на колонны, ее сечения и глубины закладки фундаментов применяют несколько типоразмеров фундаментов: высота фундаментных блоков 1,5 и от 1,8 до 4,2 м с градацией через 0,6 м; размеры подошвы блоков в плане от 1,5х1,5 м и более с модулем 0,3 м; размеры подколонника в плане от 0,9х0,9 до 1,2х7,2 м с модулем 0,3 м. Глубина стакана принята 0,8; 0,9; 0,95 и 1,25 м, а высота ступеней - 0,3 и 0,45 м.

Сборные фундаменты могут состоять из одного блока (подколонника со стаканом) или быть составными из подколонника и опорной фундаментной плиты. Устройство сборных фундаментов по расходу бетона, стоимости и трудозатратам экономичнее монолитных.

В целях уменьшения массы и снижения расхода стали применяют сборные ребристые или пустотелые фундаменты (рис.13.4).

Рис.13.4 – Типы фундаментов промышленных зданий:

а - монолитный; б - сборный составной; в - свайный; г - сборный ребристый; д - сборный пустотелый; е - с подколонником пенькового типа; 1 - ростверк; 2 - свая

Фундаменты с подколонниками пенькового типа устраивают под железобетонные колонны большого сечения или под стальные колонны (рис.13.4,е). Пенек, являющийся элементом колонны, устраивают во время работ нулевого цикла. Пенек с фундаментом и колонну с пеньком соединяют сваркой выпусков арматуры и бетоном, которые нагнетаемы в швы.

Свайные фундаменты делают в случае залегания у поверхности земли слабых грунтов и наличия грунтовых вод (рис.13.4,в). Головные части свай связывают монолитным или сборным железобетонным ростверком, который одновременно является и подколонником.

Для сокращения типоразмеров колонн верх фундаментов независимо от глубины заложения подошвы рекомендуется располагать на отметке 0,15 м, т.е. на 15 см ниже от отметки чистого пола цеха. Их устанавливают на подливку из цементного раствора толщиной 20 мм.

Навесные панели стен допускается опирать на слой набетонки, передавая их массу непосредственно на подколонники.

По фундаментным балкам укладывают 1-2 слоя гидроизоляционного материала, а чтобы предотвратить деформацию балок вследствие возможного вздымания грунтов, снизу и по бокам предусматривают подсыпку из шлака, крупнозернистого песка или кирпичного щебня.

Несущие стены в зданиях бескаркасных или с неполным каркасом опирают на ленточные фундаменты, которые рекомендуется делать из сборных элементов. Принципы их устройства аналогичные гражданским зданиям. Это дает возможность вести монтаж колонн при засыпанных котлованах после устройства подготовки под полы и прокладывание подземных коммуникаций, т.е. после работ нулевого цикла.

Колоны с фундаментами соединяют разными способами. Наиболее распространено жесткое крепление с помощью бетона.

Стены каркасных зданий опирают на фундаментные балки, укладываемые между подколонниками фундаментов на специальные железобетонные столбики или на консоли колонн. Фундаментные балки защищают пол от продувания в случае просадки отмостки. Железобетонные фундаментные балки (рис.13.5,а) при шаге колонн 6 м в зависимости от размеров подколонников и способов опирания имеют длину от 5,95 до 4,3 м, сечение – тавровое и трапециевидное.

Высоту балок под самонесущие стены из кирпича, мелких блоков и панелей берут 450 мм, а под навесные панели – 300 мм.

Если шаг колонн 12 м, применяют в основном балки трапециевидного сечения высотой 400 и 600 мм и длиной 11,95-10,2 м. Балки монтируют так, чтобы их верх был на 30 мм ниже уровня пола.

Рис.13.5 – Детали фундаментов крайнего ряда колонн:

а – типы фундаментных балок; б, в – детали; 1 – песок; 2 – щебеночная подготовка;

3 – асфальтовое или бетонное покрытие (отмостка); 4 – гидроизоляция; 5 – колонна;

6 – шлак или крупнозернистый песок; 7 – железобетонные столбики; 8 – фундаментная балка

^ 13.3. Колоны. Подкрановые и обвязочные балки

Для устройства каркасов одноэтажных и многоэтажных промышленных зданий применяют железобетонные и стальные колонны.

Железобетонные колоны одноэтажных промышленных зданий (рис.13.6) могут быть с консолями и без них (если нет мостовых кранов). По расположению в плане их подразделяют на колонны средних и крайних рядов.

В зависимости от поперечного сечения колонны бывают прямоугольные, таврового профиля и двухветвевые. Размеры поперечного сечения зависят от величины действующих нагрузок. Применяют такие унифицированные размеры сечений колонн: 400х400, 400х600, 400х800, 500х500, 500х600 и 500х800 мм - для прямоугольных; 400х600, 400х800 мм - для тавровых и 400х1000, 500х1300, 500х1400, 500х1500, 600х1400, 600х1900 и 600х2400 мм для двухветвевых. Колонны могут состоять из нескольких частей, которые собирают на строительной площадке.

Рис.13.6 – Основные типы железобетонных колонн

одноэтажных промышленных зданий:

а - прямоугольного сечения для зданий без мостовых кранов при шаге 6 м; б – то же, при шаге 12 м; в – двухветвевые для зданий без мостовых кранов; г - прямоугольного сечения для зданий с мостовыми кранами; д – то же, двухтаврового сечения; е - двухветвевые для зданий с мостовыми кранами; е - общий вид колонны; 1 - закладочная деталь для крепления несущей конструкции покрытия; 2, 3 - то же, подкрановой балки; 4 - то же, стеновых панелей

Колонны с консолями состоят из надкрановой и подкрановой ветвей. Сечение надкранових ветвей чаще всего квадратное или прямоугольное: 400х400 или 500х500 мм.

Кроме основных колонн для устройства фахверков используют фахверковые колонны. Их устанавливают вдоль здания при шаге крайних колонн 12 м и длине панелей стен 6 м, а также в торцах зданий.

Для устройства каркасов многоэтажных зданий используют железобетонные колонны высотой на один, два и три этажа. Сечение колонн 400х400 и 400х600 мм (рис.13.7). Соединение ригелей с колоннами может быть консольным и безконсольным. Стыки колонн устраивают на 600-1000 мм выше перекрытия.

Рис.13.7 – Типы железобетонных колонн многоэтажных промышленных зданий

при оперании ригелей на консоли колонн

^ Стальные колонны одноэтажных зданий могут иметь постоянное по высоте и переменное сечение. В свою очередь, колонны с переменным сечением могут иметь подкрановую часть сплошного и сквозного сечения (рис.13.8). Сквозные колонны подразделяют на колонны с ветвями, соединенными связями, и колонны раздельные, которые состоят из независимо работающих шатровой и подкрановой ветвей (рис.13.8,д). Колонны постоянного сечения используют в случае применении кранов грузоподъемностью до 20 т и высоте здания до 9,6 м.

В случае, когда колонны в основном работают на центральное сжатие, применяют колонны сплошного сечения. Для изготовления сплошных колонн используют широкополочный прокатный или сплошной двутавр, а для сквозных колонн можно использовать двутавры, швеллеры и уголки.

Раздельные колонны устраивают в зданиях с тяжелыми мостовыми кранами (125 т и больше). В нижней части колонн для соединения с фундаментами предусматривают стальные базы (башмаки). Базы к фундаментам крепят анкерными болтами, которые закладывают в фундамент при их изготовлении. Нижнюю опорную часть колонны вместе с базой покрывают бетоном.

Рис.13.8 – Основные типы стальных колонн:

а - постоянного сечения; б-г – переменного сечения; д - раздельная

Жесткость и устойчивость зданий достигаются установкой системы вертикальных и горизонтальных связей. Так, для снижения и перераспределения усилий, которые возникают в элементах каркаса от температурных и других влияний, здание разделяют на температурные блоки и в середине каждого блока устраивают вертикальные связи между колоннами: при шаге колонн 6 м - крестовые; при шаге колонн 12 м - портальные (рис.13.9). Связи выполняют из уголков или швеллеров и приваривают к закладным частям колонн.

Для обеспечения работы мостовых кранов на консоли колонн монтируют подкрановые балки, на которые укладывают рельсы. Подкрановые балки обеспечивают также дополнительную пространственную жесткость здания. Они могут быть железобетонные и стальные.

^ Железобетонные подкрановые балки применяют при шаге колонн 6 и 12 м, но сравнительно редко, так как они имеют значительные массу, расход бетона и арматуры. Балки могут иметь тавровое (для длины 6 м) и двухтавровое сечение с утолщением стенок только на опорах.

К колоннам железобетонные подкрановые балки крепят сваркой закладных деталей и анкерными болтами. После тщательной установки и выверки гайки на анкерных болтах заваривают. Рельсы к балкам присоединяют прижимными лапками, которые располагают через 750 мм. В концах подкрановых путей устанавливают стальные упоры - ограничители, оборудованные амортизаторами-буферами из деревянного бруса.

Рис.13.9 – Вертикальные связи между колоннами и устройство температурного шва:

1 - крестовая связь; 2 - портальная связь

Более эффективными по сравнению с железобетонными являются стальные подкрановые балки , которые делятся на разрезные и неразрезные. Они более простые в изготовлении и монтаже. По типу сечения подкрановые балки могут быть сквозными (решетчатыми) и сплошными.

Высоту балок определяют по расчету, она может быть от 650 до 2050 мм с градацией размеров через 200 мм.

Крепление рельсов к балкам может быть неподвижным и подвижным. Неподвижное крепление осуществляют путем приваривания рельса к верхней полке балки при кранах грузоподъемностью до 30 т. Подвижное крепление, которое применяют наиболее часто, делают с помощью скоб и прижимных лапок.

Если в качестве материалов для стен применяют кирпич или мелкие блоки, то для их опирания, а также в местах перепада высот смежных пролетов используют обвязочные железобетонные балки (рис.13.10,а). Их обычно устраивают над оконными проемами или лентами остекления.

Обвязочные балки длиной 5950 мм имеют высоту сечения 585 мм и ширину 200, 250 и 380 мм. Их устанавливают на опорные стальные столики и крепят к колоннам с помощью стальных планок, привариваемых к закладным элементам (рис.13.10,б).

Рис.13.10 – Обвязочные балки:

а - общий вид; б - узел крепления к колонне; 1 - стальной опорный столик;

2 - стальная планка

^ 13.4. Несущие конструкции покрытия

Несущие конструкции покрытия, являющиеся важнейшим конструктивным элементом здания, принимают в зависимости от величины пролета, характера и значений действующих нагрузок, вида грузоподъемного оборудования, характера производства и других факторов.

По характеру работы они бывают плоскостные и пространственные. По материалу конструкции покрытия делят на железобетонные, металлические, деревянные и комбинированные. В связи с характером работы эти конструкции должны быть прочными, устойчивыми, долговечными, архитектурно-художественными и экономичными. Поэтому при выборе несущих конструкций покрытия производят тщательный технико-экономический анализ нескольких вариантов. Так, железобетонные конструкции огнестойкие, долговечные и часто более экономичные по сравнению со стальными. Стальные же имеют относительно небольшую массу, простые в изготовлении и монтаже, имеют высокую степень сборности. Деревянные конструкции отличаются легкостью, относительно небольшой стоимостью и при соответствующей защите – приемлемой огнестойкостью и долговечностью. Довольно эффективны комбинированные конструкции, которые состоят из нескольких видов материалов. При этом важно, чтобы каждый материал работал в тех условиях, которые для него наиболее благоприятные. Ниже рассматриваются основные виды несущих конструкций покрытий.

^ Железобетонные балки (рис.13.11) применяют при пролетах до 18 м. Они могут быть одно- и двухскатными. Для их изготовления используют предварительно напряженное армирование. На верхнем поясе балок предусматривают закладные детали для крепления панелей покрытия или прогонов. Балки крепят к колоннам сваркой закладных деталей (рис.13.11, д).

Более эффективны по сравнению с балками железобетонные фермы , которые используют в зданиях пролетом 18, 24, 30 и 36 м (рис.13.12). Они могут быть сегментные, арочные с параллельными поясами, треугольные и др. Между нижним и верхним поясами ферм размещают систему стоек и раскосов. Решетку ферм предусматривают таким образом, чтобы плиты перекрытий шириной 1,5 и 3,0 м опирались на фермы в узлах стоек и раскосов.

Широкое применение получили сегментные безраскосные железобетонные фермы пролетом 18 и 24 м. Для уменьшения уклона покрытия для многопролетных зданий предусматривают устройство на верхнем поясе таких ферм специальных стоек (столбиков), на которые опирают панели покрытия.

Крепят фермы к колоннам болтами и сваркой закладных элементов.

При шаге стропильных ферм и балок 6 м и шаге колонн средних рядов 12 м используют подстропильные железобетонные фермы и балки.

Рис.13.11 – Железобетонные балки покрытия:

а, г - односкатные и плоские двухтаврового сечения; б - то же, для многоскатных покрытий; в - решетчатая для многоскатных покрытий; д - узел опирания балки на колону;

1 - анкерный болт; 2 - шайба; 3 - опорная плита

Достаточно эффективными несущими конструкциями покрытий являются стальные стропильные подстропильные фермы (рис.13.13). Стропильные фермы применяют для пролетов 18, 24, 30, 36 м и более при шаге 6, 12 м.

Пояса и решетку ферм конструируют из уголков или труб и соединяют сваркой с помощью фасонок из листовой стали. Сечения полок поясов, стоек и раскосов принимают по расчету.

Рис.13.12 – Железобетонные фермы покрытия:

а - сегментная; б - арочная безраскосная; в - с параллельными поясами; г - трапецеидальная; д - фрагмент разреза покрытия здания с применением подстропильных ферм

Для многоэтажных промышленных зданий применяют балочные и безбалочные перекрытия. Балки перекрытий (ригели) изготовляют из бетона марок 200-400 координационными пролетами 6 и 9 м унифицированной высотой сечения 0,8 м. Балки могут иметь прямоугольное и тавровое сечение (рис.13.14). Ригели прямоугольного сечения делают при больших нагрузках. Соединение с колонной осуществляют путем опирания ригеля на консоль колонны.

Рис.13.13 – Стальные стропильные фермы:

а - основные типы ферм; б - узел опирания на колонну фермы с параллельными поясами при "нулевой" привязке; в - то же, полигональной при привязке 250 и 500 мм; г - то же, треугольной при "нулевой" привязке; 1 - надопорная стойка; 2 - колонна; 3 - ригель фахверка

Для многоэтажных зданий со сборным безбалочным каркасом с сеткой колонн 6х6 м применяют плоские плиты перекрытий сплошного сечения (надколонные и пролетные) толщиной 150 или 180 мм. Надколонные плиты устанавливают выступами в гнезда капители, предусмотренные по ее периметру, с образованием после замоноличивания железобетонных шпонок.

Рис.13.14. –Конструкции перекрытий многоэтажных промышленных зданий:

а - балочное перекрытие; б - безбалочное перекрытие; в - опирание ригеля прямоугольного сечения; г – то же, таврового сечения; 1 - колонна; 2 - ригель; 3 - панель перекрытия; 4 - капитель; 5 - надколонные плиты; 6 - пролетная плита; 7 - бетон; 8 - полка для опирания плиты перекрытия; 9 - стыковая накладка; 10 - стальной оголовник; 11 - выпуски арматуры

Для устройства помещений, имеющих значительные размеры, используют большепролетные и пространственные конструкции покрытий. Покрытия в большепролетных зданиях бывают плоскостные, пространственные и висящие.

^ Большепролетными плоскостными покрытиями являются железобетонные и стальные фермы (рис.13.15). Железобетонные фермы пролетом до 96 м изготовляют из бетона М500 с предварительно напряженным нижним поясом. Используют также сборные и монолитные рамы и арки, имеющие различные пролеты.

Рис.13.15 – Большепролетные плоскостные покрытия:

а - с железобетонными фермами пролетом 96 м;

б - с металлическими рамами пролетом 80 м

Пространственные покрытия выполняют из плоскостных элементов, монолитно связанных между собой и работающих как цельная конструкция, или в виде оболочек (рис.13.16). Оболочки, которые могут перекрыть большие пролеты, имеют незначительную толщину 30-100 мм, так как бетон в этом случае работает в основном на сжатие.

Оболочки могут быть цилиндрические, купольные, параболоидные и др. Хорошие показатели имеет покрытие из длинных цилиндрических оболочек, применяемых при сетке колонн 12х24 м и более.

Устраивают также висячие покрытия , которые работают на растяжение (рис.13.17). Висячие конструкции делятся на вантовые и собственно висящие.

Несущими элементами в вантовых покрытиях являются тросы и вантовые прямолинейные элементы. В качестве настилов используют алюминиево-пластмассовые панели, коробчатые настилы из стеклопластиков и сотовые панели. Вантовые покрытия могут быть пролетом 100 м и более.

Рис.13.16 – Примеры покрытий в виде оболочек:

а - шедовое с диафрагмами в виде железобетонных арок; б – то же, в виде стальных ферм криволинейного очертания

Рис.13.17 – Висящие покрытия:

а - однопоясное пролетом 12+78+12 м; б - двопоясное пролетом 9+50+9 м

В собственно висячих покрытиях несущими конструкциями являются мембраны и гибкие нити, криволинейно очерченные под действием приложенной к ним нагрузки.

В промышленном строительстве широко используют и пневматические конструкции. Принцип возведения их основан на том, что во внутреннее замкнутое пространство мягких оболочек нагнетают атмосферный воздух, который растягивает оболочку, придавая ей заданную форму, устойчивость и несущую способность. Материал оболочек этих зданий должен быть воздухонепроницаемым, эластичным, прочным, легким, долговечным и надежным в эксплуатации.

Контрольные вопросы

Определение каркаса здания и основные элементы каркасов одноэтажных и многоэтажных промышленных зданий.
Особенности конструктивных решений фундаментов промышленных зданий.
Фундаментные балки.
Конструктивные решения колонн промышленных зданий.
Подкрановые балки, их виды и конструктивные решения.
В каких случаях применяют обвязочные балки?
Железобетонные несущие конструкции покрытий.
Металлические несущие конструкции покрытий.
Большепролетные и пространственные покрытия.

Стальные каркасы одноэтажных промышленных зданий

Стальные каркасы применяются при строительстве крупных цехов с большими пролетами, главным образом, в тяжелой промышленности и имеют конструктивную схему, аналогичную железобетонным. В настоящее время нашей промышленностью освоены экономичные виды стального проката, применение которых в промышленном строительстве способствует снижению массы зданий и обеспечивает индустриализацию строительства.

Особенно рациональны стальные каркасы для промышленных зданий, возводимых в труднодоступных районах или при значительном удалении объектов строительства от производственных баз, что определяется относительно малой массой стальных конструкций.

Необходимо отметить, что применение стальных конструкций позволяет сократить сроки возведения зданий, а это предопределяет не только удешевление строительства, но и быстрейшее введение в эксплуатацию производственных мощностей.

Стальной каркас одноэтажных зданий состоит из тех же элементов, что и железобетонный.

В стальных колоннах различают: верхнюю часть - оголовок, на который опираются вышележащие конструкции;стержень - основную часть колонны, передающую нагрузку сверху вниз;базу (башмак) - нижнюю часть колонны, передающую нагрузку от стержня на фундамент.

Стальные колонны по конструкции бывают сплошные и сквозные (рис. 83). Сплошные колонны применяют, как правило, при больших нагрузках и небольших высотах. Наиболее простая сплошная колонна получается из одногопрокатногодвутавра. Недостатком ее является относительно небольшая боковая жесткость. Наиболее распространены составные двутавровые сечения из прокатных профилей или листов, сваренных между собой по всей высоте.Сквозные (решетчатые) колонны применяют при больших высотах здания. Состоят они из отдельных ветвей, соединенных раскосами или планками.

Стальные колонны могут быть постоянного сечения (рис. 83,а ), ступенчатые(рис. 83,6 ) и раздельного типа(рис. 83, в ).

Рис. 83. Типы стальных колонн: а - постоянного сечения; б -ступенчатая; в -раздельная

В колоннах постоянного сечения нагрузку от мостовых кранов передают на стержень колонны посредством консолей, на которые опираются подкрановыебалки. Такие колонны применяют при кранах грузоподъемностью до 20 т.

Ступенчатые колонны наиболее распространены. Подкрановая часть таких колонн состоит из двух ветвей, соединенных решеткой, а надколонник - из одной ветви. В средних колоннах обе ветви подкраной части проектируются из двутавров, в крайних - наружная ветвь для удобства сопряжения со стеной состоит изшвеллераили двух уголков, соединенных листом.

Колонна раздельного типа состоит из двух ветвей {шатровой и подкрановой), соединенных между собой, но раздельно воспринимающих нагрузку от шатра (покрытия) и крана.

Стальные колонны крепятся к фундаменту с помощью башмака (рис. 84). Основной частью каждого башмака является стальная строганая плита (опорный лист) толщиной 40... 75 мм, на которую фрезерованным торцом опирается колонна. В сильно нагруженных колоннах для равномерной передачи давления на опорную плиту устанавливают траверсы и ребра.

Рис. 84. Базы стальных колонн а - шарнирная; б - жесткая

Башмак крепят к фундаменту анкерными болтами. Верхнюю плоскость фундамента располагают так, чтобы башмаки не выступали выше уровня пола и не мешали передвижению по цеху. Башмаки и нижние части колонн, соприкасающиеся с землей, во избежание коррозии покрывают бетоном.

Для опирания наружных стен между фундаментами укладывают, как и при железобетонном каркасе, фундаментные балки.

Ю. М. Соловей Основы строительного дела. - М.: Стройиздат, 1989г. - 429с.

Элементами каркасов одноэтажных зданий являются вертикальные опоры - колонны и горизонтальные элементы - ригели в виде балок или ферм, образующие рамы. Такие несущие конструкции называют линейными. В отдельных случаях ригели рам одноэтажных зданий выполняют ломаного и криволинейного очертания. Кроме того, имеются одноэтажные.здания с вертикальными несущими конструкциями, пролеты между которыми перекрыты пространственными конструкциями - оболочками.

Наиболее распространены одноэтажные промышленные здания с каркасом из сборных железобетонных или стальных линейных конструкций. Применяют и смешанный каркас, в котором отдельные элементы выполняют из различных материалов. Такие здания возводят из типовых унифицированных конструкций, по различным конструктивным схемам, в зависимости от принятого шага колонн.

Если шаг колонн здания во всех рядах 6 м, то балки и фермы, перекрывающие пролеты, укладывают также с шагом 6 м. Если шаг колонн принят 12 м, то балки и фермы укладывают по-разному. В одном случае фермы располагают также с шагом 12 м и по ним укладывают плиты покрытия длиной по 12 м. Другое решение - в направлении 12-метрового шага колонн на них укладывают балки или фермы, называемые подстропильными, а стропильные балки и фермы, перекрывающие пролет, располагают с шагом 6 м.

При таком решении стропильные балки и фермы через одну опираются или на колонны, или на подстропильные балки либо фермы. В этом случае 12-метровый шаг колонн принимают только для внутренних рядов колонн, а колонны наружных рядов устанавливают с шагом 6 л и по наружным рядам все стропильные фермы и балки опирают только на колонны.

Пространственная жесткость и устойчивость таких зданий, состоящих из поперечных рам, обеспечиваются защемлением колонн в фундаменты здания, скреплением между собой рам в продольном направлении обвязочными и подкрановыми балками, дисками покрытия, а также постановкой связей жесткости по рядам колонн и между стропильными фермами.

Унифицированные типовые железобетонные колонны одноэтажных промышленных зданий изготовляют сплошными квадратного или прямоугольного сечения и сквозными двухветвевого сечения. Для зданий без мостовых кранов, без подвесного и с подвесным транспортом при высоте зданий от пола до низа несущих конструкций покрытия 10,8 я применяют гладкие (бесконсольные) колонны квадратного сечения. Небольшие консоли имеют только колонны средних рядов для лучшего опирания на них несущих конструкций покрытий. При шаге 12 м, пролетах до 24 м и высоте до 10,8 м применяют колонны прямоугольного сечения (500X600 мм).

Для зданий, оборудованных мостовыми кранами, в зависимости от высоты колони, величины шага между ними и пролета, а также грузоподъемности мостовых кранов используют сплошные колонны прямоугольного сечения с консолями для опирания подкрановых балок и сквозные двухветвевые. Кроме этих колонн, в серию унифицированных колонн одноэтажных зданий входят сплошные и сквозные колонны для торцовых и продольных фахверков, а также сквозные колонны для зданий без мостовых кранов.

Рис. 1. Опирание балок покрытия на подстропильные балки: 1 - колонна, 2 - подстропильная балка, 3 - балка покрытия, 4 - плита покрытия

Рис. 2. Сборные железобетонные колонны одноэтажных промышленных зданий: а - сплошная крайних рядов для зданий без мостовых кранов, б - то же, средних рядов, а - сплошная крайних рядов для зданий с мостовыми кранами, г - то же, средних рядов, д - сквозная двухветвевая крайних рядов, е - то же. средних рядов

Рис. 3. Сборная железобетонная колонна крайнего ряда со стальными закладными деталями: 1 - стальной лист с анкерами для крепления ригеля, 2 - закладная деталь для крепления верха подкрановой балки, 3- отверстие с трубкой для строповки колонны, 4 - стальной лист с анкерами для крепления подкрановой балки, 5 - закладные детали.тля крепления элементов стенного ограждения

Рис. 4. Сборные железобетонные балки покрытий одноэтажных здании: а - одно- и двускатные пролетом, б - односкатная пролетом 12 м, в - с параллельными поясами пролетом 12 м, г - двускатная пролетом 18 м.. О - с параллельными поясами пролетом 18 м

Стыки колонн с фундаментами выполняют стаканного типа, а для опирания па колонны ригелей (балок и ферм) покрытия и подкрановых балок, а также для закрепления на колоннах элементов стенового ограждения в них закладывают плоские стальные детали и листы с анкерами. На рис. 90 показана сплошная колонна крайнего ряда с подкрановой консолью, оснащенная закладными деталями.

Линейными несущими конструкциями покрытий (ригелями) одноэтажных каркасных зданий являются, как указывалось выше, стропильные балки и фермы. Кроме того, при больших пролетах иногда применяют арки. К несущим конструкциям покрытий одноэтажных каркасных зданий относятся также подстропильные балки и фермы.

Унифицированные сборные железобетонные балки покрытий применяют пролетом 6, 9, 12 и 18 м при шаге 6 м. Балки пролетом 6 и 9 м изготовляют одно- и двускатными таврового сечения. Пролетом 12 м выпускают балки односкатные, двускатные и с параллельными поясами, а пролетом 18 м двускатные и с параллельными поясами, а также односкатные с ломаным нижним поясом.

Уширенной опорной частью балки укладывают на стальные листы, заложенные в оголовках колонн, и закрепляют анкерными болтами, выступающими из опорных листов колонны и проходящими через опорный лист, который приварен к опоре балки, с последующей сваркой опорных листов.

Рис. 5. Деталь узла опирания балок покрытия на колонну: 1 - стальной лист с анкерами, ’2 - опорный лист балки

Унифицированные сборные железобетонные фермы покрытий применяют пролетами 18, 24 и 30 м при шаге в 6 и 12 м. По очертанию фермы бывают сегментными с ломаным верхним поясом и с параллельными поясами. Сегментные фермы применяют при скатных покрытиях, а с параллельными поясами - при плоских покрытиях.

Рис. 6. Сборные железобетонные фермы покрытий: а - сегментные с верхним ломаным поясом, б -с параллельными поясами, устанавливаемые на колонны, в - то же, устанавливаемые на подстропильные фермы по обоим концам, г - то же, устанавливаемые одним концом на колонну, другим - на подстропильную ферму

Рис. 7. Сборные железобетонные подстропильные конструкции: а - балка для зданий со скатной и плоской кровлей, б - ферма для зданий со скатной кровлей, в ~ то же, для зданий с плоской кровлей

Рис. 7. Сборная железобетонная арка покрытия пролетом 30 м

Рис. 8. Схемы связей между железобетонными колоннами: а - крестообразная (крестовая), о - портальная

Фермы пролетами 18 и 24 м доставляют на стройки в готовом виде, а пролетом ’30 м - в виде двух половинок, которые перед установкой на место укрупняют -в целую ферму. Опирание ферм на колонны выполняют так же, тж опирание балок.

В унифицированные конструкции включены сборные железобетонные подстропильные балки и фермы пролетом 12 м.

Подстропильные балки предназначаются для зданий как со скатной, так и с плоской кровлей. Подстропильные фермы, показанные на рис. 6,б, предназначаются для зданий только со скатной кровлей, а подстропильные фермы, показанные на рис. 6, в, -для зданий с плоской кровлей. Закрепление подстропильных балок и ферм на колонны выполняют сваркой. Для опирания стропильных балок и ферм на подстропильные последние имеют опорные плиты с анкерными болтами.

При больших пролетах (30 м и более) иногда вместо ферм применяют сборные железобетонные арки. На рис. 95 показано перекрытие пролета железобетонной аркой двутаврового -сечения с затяжкой из предварительно напряженного железобетона.

Рис. 9. Сборные железобетонные подкрановые балки: а - таврового сечения, 6 – двутаврового сечения

Рис. 10. Конструкция крепления подкрановых балок и рельсов

При возведении зданий из сборных железобетонных конструкций применяют различные связи. Конструкции их зависят от высоты и пролетов зданий, наличия в зданиях мостовых кранов, фонарей в покрытиях и других конструктивных характеристик зданий.

Связи между колоннами в зданиях с железобетонными сборными каркасами ставят при высоте их более 7-8 м. Эти связи делают из стальных уголков крестообразными или портальными. Их располагают по линиям колонн здания в середине каждого температурного блока. Связи закрепляют с колоннами путем сварки косынок крестов связей с закладными деталями в колоннах. При наличии в одноэтажных промышленных зданиях мостовых (опорных) кранов подкрановые балки, несущие нагрузку от кранов, одновременно являются связями по колоннам в продольных рядах.

Унифицированные сборные железобетонные подкрановые балки изготовляют таврового сечения с утолщенной на опоре вертикальной стенкой, а также с уширенным нижним поясом в виде двутавровой балки. Балки выпускают для пролетов 6 и 12 м под различную нагрузку от кранов грузоподъемностью от,10 до 30 т. Высота балок при этом бывает 0,8; 1,0 и 1,4 м. Применяют железобетонные сборные балки и для кранов большей грузоподъемности - до 200 т. При этом высота балок для пролета 6 м составляет до 1,2 м, а для пролета 12 м - до 2,0 м. Чаще под такие краны применяют стальные балки.

Подкрановые балки закрепляют на консолях колонн, на анкерных болтах, пропущенных через опорный лист, который приварен на опорной части балки, с последующей обваркой. Вверху полка балки прикрепляется к стволу подкрановой части колонны плоской стальной вертикальной планкой, привариваемой к закладным деталям балки и колонны, а промежуток между балкой и колонной заполняют бетонной смесью.

Рельсы путей мостовых кранов укладывают на поверхности подкрановых балок на упругой прокладке из прорезиненной ткани толщиной 8-10 мм и закрепляют через каждые 75 см по длине балки прижимными лапками.

Прижимные лапки ставят также на упругих прокладках и крепят к балке болтами с шайбами и зашплинтованными гайками через вертикальные отверстия с закладными втулками, имеющимися в верхней полке балки.

Стальные каркасы применяют преимущественно при больших пролетах и значительной крановой нагрузке. В отдельных случаях при больших пролетах (30 м и более) каркасы выполняют из смешанных конструкций - железобетонных колонн и стальных ферм.

Рис. 11. Конструкции стальных колонн: а - сплошная постоянного сечения, б - сплошная переменного сечения. 6’ - сквозная переменного сеченич, г - сквозная с раздельными ветвями постоянного сечения

Стержень колонны выполняют различно в зависимости от нагрузки, приходящейся на колонну, и ее высоты. На рис. 11, показана сплошная колонна постоянного сечения из прокатного или сварного двутавра. Для опирания подкрановой балки имеется сварная консоль. На рис. 11,6 изображена сплошная колонна переменного сечения, (надкрановая часть которой выполнена в виде двутавра, а подкрановая часть - сложной формы.

На рис. 11, в приведена сквозная колонна переменного сечения, надкрановая часть которой имеет двутавровое сечение, а подкрановая состоит из двух ветвей - наружной, шатровой, швеллерного сечения и внутренней, подкрановой, двутаврового.

Ветви подкрановой части колонны соединены между собой решеткой из уголков, а иногда и горизонтальными диафрагмами из листовой стали, а вверху под подкрановой балкой - траверсой. Колонны такой конструкции, предназначенные для установки в среднем ряду, с опи- ранием подкрановых балок с двух сторон имеют обе ветви подкрановой части двутаврового сечения, соединенные между собой решеткой из уголков и траверсой под подкрановыми балками. Надкра- новая часть колонны двутаврового сечения в этом случае опирается на середину траверсы.

На рис. 11, г показана сквозная колонна, имеющая раздельные ветви - постоянного сечения шатровую и подкрановую, соединенные между собой горизонтальными планками из листовой стали.

Рис. 12. Конструкции баз стальных колонн: а - с закреплением анкерными болтами опорных. плит, о - с анкерными траверсам)! для закрепления болтами; 1 - накладка, 2 - опорная поверхность фундаментов, 3 - отверстия для анкерных болтов, 4 - анкерные болты. 5 - верхние листы траверс, 6 - ребра жесткости (консоли) траверс

Базы колонн выполняют различно в зависимости от размеров и конструкций колонн, а также от характера действующих на колонну нагрузок. Наиболее распространены базы с опорными плитами, приваренными к нижнему торцу колонны, непосредственно закрепляемыми на фундаменте с помощью анкерных болтов и с приваренными к полкам ветвей колонны консольными анкерными траверсами. В первом случае верхняя поверхность фундамента располагается ниже уровня пола на 40 см, во втором - на 100 см. После установки, выверки и закрепления колонн на фундаментах их базы обетонируют, чтобы предохранить от коррозии.

Стальные стропильные фермы покрытий зданий применяют различного очертания в зависимости от перекрываемого ими пролета, -применяемого кровельного материала, принятого объемно-планировочного решения и других условий.

Широко используют фермы полигонального и треугольного очертания. Применяют фермы и с параллельными верхними и нижними поясами. Пояса и решетку (раскосы и стойки) ферм изготовляют сварными из парных прокатных стальных уголков различных сечении. В узлах элементы решетки с поясами и между собой соединяют на фасонках (косынках) из листовой стали. Пары уголков, из которых состоят пояса и решетки, через определенные расстояния по длине соединяют на сварке плоскими стальными прокладками.

Чаще применяют унифицированные полигональные стальные фермы пролетом 24, 30 и 36 м с одинаковой высотой лх на опорах 2,2 м и с шагом 6 и 12 м. Расстояния между узлами верхнего пояса ферм 3 м, а при использовании в покрытиях железобетонных плит шириной 1,5 м фермы изготовляют с дополнительными элементами решетки - шпрепгелями, показанными на рис. 101,а пунктиром. Уклон верхнего пояса таких ферм 1: 8.

На стальные и железобетонные колонны фермы устанавливают опорным узлом нижнего пояса и закрепляют па болтах. При опирании на наружный ряд колонн к ферме на болтах прикрепляют надопорную стойку двутаврового сечения, соединяемую одновременно болтами с оголовком колонны.

Рис. 13. Стальные стропильные фермы: а - полигональная, б - треугольная, в - полигональные унифицированные

На опорах по средним рядам колонн сходящиеся на них фермы закрепляют также опорными узлами нижнего пояса болтами на колонне, соединяют друг с другом болтами по верхнему и нижнему поясам и над опорой между этими поясами устанавливают на болтах надопорную стойку крестового сечения из двух уголков. Такое крепление ферм на колоннах не является жестким.

Фермы доставляют на стройку половинками (отправочными марками) и перед установкой укрупняют до целых. Соединяют половинки сначала на болтах, а затем сваркой А стыках.

В тех случаях, когда шаг между фермами принимают 6 м, а шаг между колоннами внутренних рядов составляет 12 м, используют подстропильные стальные фермы и на них в середине 12-метрового шага опирают стропильные фермы.

Подстропильные фермы выполняют аналогично стропильным, но с параллельными поясами и высотой 2,68 м. На колоннах подстропильные фермы прикрепляют нижним поясом сбоку к стальному надколоннику высотой 0,7 м, а верхними поясами скрепляют друг с другом. Стропильные фермы в этом случае спирают через одну опорными частями на надколенники, закрепленные на колоннах, и на столики, имеющиеся на подстропильных фермах.

Треугольные стропильные фермы с уклоном верхнего пояса 1: 3,5 предназначаются для перекрытия однопролетных бесфонарных, неотапливаемых помещений с кровлей из асбестоцементных листов. Такие фермы изготовляют пролетом 18, 24, 30 и 36 м с передачей на них нагрузки по узлам ферм через 1,5 м от стальных прогонов покрытия, к которым крепятся кровельные асбестоцементные листы.

Связи для придания пространстве«ной жесткости и устойчивости стальных каркасов одноэтажных зданий устанавливают также по продольным рядам колонн, как и в зданиях с каркасами из сборных железобетонных конструкций, а также по плоскостям верхнего и нижнего поясов ферм и в продольных плоскостях между фермами.

Унифицированные стальные подкрановые балки имеют профили поперечных сечений двух типов. В зданиях с шагом колонн 6 м и мостовыми кранами грузоподъемностью до 75 т применяют двутавровые балки несимметричного профиля с развитым в ширину верхним поясом, воспринимающим не только вертикальные нагрузки от кранов, но и горизонтальные тормозные усилия.

Для больших пролетов и грузоподъемностей кранов устанавливают балки симметричного профиля с одинаковой шириной полок верхнего и нижнего поясов. При таких балках горизонтальные тормозные усилия от кранов воспринимаются тормозными балками или фермами, расположенными горизонтально в плоскости верхнего пояса.

Рис. 14. Стальные подкрановые балки и детали крепления па них рельсов: а-общий вид балки, б-поперечные сечения балок несимметричного и симметричного профилей, в - крепление железнодорожного рельса, г - то же, рельса специального профиля; 1 - верхний пояс балки, 2 - то же, нижний, 3 стенка балки (вертикаль), 4 - поперечные ребра жесткости, 5 - опорное ребро, 6 - железнодорожный рельс, 7 - крепежные крючья, 8 - рельс специального профиля, 9 - крепежная лапка

На консоли колонн подкрановые балки опирают строгаными нижними кромками опорных ребер и закрепляют анкерными болтами, пропущенными через плиту опоры и нижний пояс балки. Верх балок на опорах закрепляют с помощью накладок или конструкций тормозных балок или ферм. Между собой на опорах балки скрепляют болтами через отверстия, имеющиеся на листах опорных ребер.

При пролетах более 12 м подкрановые балки делают решетчатыми в виде ферм.

Железнодорожные рельсы крановых путей крепят к верхним поясам подкрановых балок с помощью крючьев диаметром 22 мм, а рельсы специального профиля - лапками, прикрепляемыми болтами к верхнему поясу через 75 см.

Иногда в покрытиях одноэтажных каркасных зданий в качестве несущих элементов покрытий применяют линейные конструкции из дерева. Такими конструкциями бывают деревянные балки и фермы, а также деревянные конструкции в сочетании с отдельными элементами их из стали.

При небольших пролетах деревянные конструкции покрытий выполняют из клееных балок, а также клееныхдвутавровых балок со стенками из фанеры. Клееные деревянные конструкции весьма прогрессивны. Из них выполняют также верхние пояса металло-деревянных ферм и деревянные клееные арки с металлическими затяжками. Встречаются и другие конструкции деревянных несущих элементов покрытий каркасных зданий. Иногда применяют также и деревянные стойки в каркасных зданиях. От возгорания деревянные конструкции защищают огнезащитными составами.