Каркас одноэтажных промышленных зданий и его конструктивные элементы. Промышленные здания каркасные
Глава 2. Каркасы, их виды и элементы
§ 2.1. Каркас промышленного здания
Каркас одноэтажных и многоэтажных промышленных зданий состоит из поперечных рам, образованных колоннами и несущими конструкциями покрытия (балки, фермы, арки и др.), и продольных элементов: фундаментных, подкрановых и обвязочных балок, подстропильных конструкций, плит покрытия и перекрытия и связей (см. рис. 19.5 и 19.6). Если несущие конструкции покрытий выполняются 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.
При выборе материалов необходимо учитывать размеры пролетов и шаги колонн, высоту зданий, величину и характер действующих па каркас нагрузок, параметры воздушной среды производства, наличие агрессивных факторов, требования огнестойкости, долговечности и технико-экономические предпосылки.
Несущий каркас чаще всего выполняют полностью из железобетона или стали и смешанным.
Элементы каркаса подвергаются комплексу силовых и несиловых воздействий (рис. 20.1). Силовые воздействия возникают от постоянных и временных нагрузок. В связи с этим элементы каркаса должны отвечать требованиям прочности и устойчивости.
Под воздействием несиловых воздействии внешней 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. 20.2).
Типовым решением одноэтажных зданий является применение поперечных рам с шарнирным соединением ригелей и колонн. Это позволяет осуществлять независимую типизацию ригелей и колонн, так как в этом случае нагрузка, приложенная к одному из элементов, не вызывает изгибающего момента в другом. Кроме того, достигаются высокая степень универсальности элементов каркаса, возможность их использования для различных решений и типов несущих элементов покрытия. Шарнирное соединение колонн и ригелей конструктивно значительно проще жесткого, так как облегчаются изготовление и монтаж конструкций.
При выборе каркаса из стальных элементов необходимо учитывать величину пролетов, режим работы крапов, 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 необходимо широко применять легкие конструкции массового изготовления. Разработаны трубчатые фермы пролетом 24, 30 и 36 м, а также колонны с применением труб и широкополочных двутавров.
Каркасы многоэтажных зданий устраивают также из унифицированных железобетонных элементов заводского
изготовления с балочными или безбалочными перекрытиями (рис. 20.3). Балочные перекрытия, как более простые и универсальные, применяют чаще. Безбалочные перекрытия используют при больших полезных нагрузках и при необходимости получить гладкую поверхность потолка для устройства подвесного транспорта, развязки в разных направлениях коммуникаций, а также для улучшения санитарно-гигиенических качеств помещений.
studfiles.net
16. Стальные каркасы одноэтажных производственных зданий
Производственные здания возводятся для обслуживания конкретного технологического процесса и выпуска соответствующей продукции. Если элементы продукции имеют небольшой вес, их перемещение в процессе изготовления может организовываться по вертикали. В этом случае производственные здания могут быть многоэтажными, это позволяет существенно уменьшить площадь застройки. Если же элементы продукции имеют большой вес (тонны), их перемещение в процессе изготовления организуется по горизонтали. В этом случае необходимы одноэтажные производственные здания.
По числу пролетов одноэтажные здания и соответственно их каркасы бывают однопролетными 1a и многопролетными 1б
1а 1 б
В однопролетных зданиях легче решаются вопросы естественного освещения и вентиляции, но увеличивается периметр наружных стен, и соответственно растут теплопотери в холодное время года. Технологическая линия выпуска продукции вытягивается в длину, организация изготовления полуфабрикатов в одном пролете затрудняется, усложняются пути их подачи в основной процесс. В многопролетных зданиях затруднен отвод дождевых и талых вод, естественное освещение и вентиляция, но удобно размещать в параллельных пролетах сопутствующие производства, сокращается периметр наружных стен и теплопотери. Для улучшения естественного освещения и вентиляции внутренних пролетов в многопролетных зданиях над стропильными фермами устраивают фонари (рис 2, а) или пролеты здания делают разновысокими (рис.2, б).
Для улучшения освещения средних пролетов можно покрытие или его участки делать светопрозрачными.
В настоящее время чаще применяются многопролетные (с двумя или более пролетами) производственные здания.
По виду обслуживающего производственный процесс подъемно-транспортного оборудования каркасы зданий делятся на бескрановые, здания с мостовыми и подвесными кранами. Перемещения относительно небольших грузов по стабильному пути может осуществляться напольными или подвесным конвейерами. В каркасах, не несущих нагрузок от подъемно-транспортного оборудования, перемещение продукции может осуществляться козловыми кранами или другим перемещающимся по полу подъемно-транспортным оборудованием. Но в этом случае значительная часть площади здания исключается из технологического процесса.
Наиболее универсальным подъемно-транспортным оборудованием производственных зданий являются мостовые краны (рис..3). Они перемещаются по крановым рельсам, уложенным на подкрановые балки. Последние уложены на консоли или уступы колонн каркаса или на колонны подкрановой эстакады на высоте нескольких метров от пола. Мостовые краны могут доставить груз в любую точку обслуживаемой площади. Грузоподъемность их может быть до 1200 тонн.
Подвесные краны (кран-балки) перемещаются по двум или трем двутаврам типа M (рис.4, б), подвешенным к стропильным фермам. Это делает стропильные фермы более тяжелыми. Подвесные краны имеют грузоподъемность до 30 тонн и обслуживают площадь, как и мостовые.
Вспомогательным подъемно-транспортным оборудованием является монорельс с перемещающимся по нему тельфером (рис..4). Он обслуживает линию, грузоподъемность его до 5 тонн и управлять им можно с пола, для этого имеется дистанционный пульт.
Схемы поперечных рам зданий с подвесными кранами: а – с монорельсом и тельфером; б – с подвесным двухопорным краном; в – схема подвески тельфера к монорельсу и крана к балкам путей
Каркасы производственных зданий в целом чаще всего являются рамно-связевыми системами. Устойчивость их в поперечном направлении обеспечивается рамами – конструкциями с жесткими узлами, состоящими из основных колонн и ригелей – поперечных несущих элементов каркаса. Соединение колонн с фундаментами в поперечном направлении обычно делается жестким, что удобнее в процессе монтажа. Жесткое соединение ригелей с колоннами уменьшает деформации рам от поперечных нагрузок, но сложнее по конструкции. Жесткое сопряжение ригелей с колоннами не следует применять, если возможны неравномерные просадки основания. В многопролетных каркасах поперечные деформации меньше, чем в однопролетных, так как в работу на местные поперечные нагрузки (от кранов) вовлекается большее количество колонн.
В продольном направлении основные колонны каркаса обычно в фундаментах закрепляются шарнирно. Устойчивость каркаса в продольном направлении обеспечивается связями и продольными элементами каркаса. Продольными элементами каркасов являются подкрановые балки, подстропильные фермы, распорки связей, настил. Сами связи, работая на растяжение или сжатие, обеспечивают неподвижность в продольном направлении (закрепляют) отдельных точек рам. Распорки закрепляют эти же точки в соседних рамах.
Другим назначением связей являются обеспечение удобства монтажа, создание жестких блоков для восприятия местных (крановых) нагрузок, закрепление в проектном положении элементов конструкций.
В состав каркаса входят следующие элементы.
1. Элементы покрытия – ригели рам (стропильные фермы или балки), подстропильные фермы, прогоны, фонари.
2. Основные несущие колонны. Вместе с опирающимися на них стропильными фермами или балками они образуют поперечную раму – основу каркаса.
3. Элементы, поддерживающие подъемно-транспортное оборудование – подкрановые балки, пути подвесных кранов, монорельсы, пути консольных кранов.
4. Фахверк – каркас стен, колонны и ригели. Возводится по торцам здания, и иногда у продольных стен, воспринимает нагрузку от стен и передает ее на основные колонны и фундаменты.
5. Связи – по фермам, фонарям, колоннам.
6. Рабочие площадки, лестницы, поддерживающие технологическое оборудование и обеспечивающие доступ к нему.
7. Колонны подкрановых эстакад
studfiles.net
8. Промышленные здания
8. Промышленные здания.
Особенностью промышленных зданий является их зависимость от технологических требований.
В промышленных зданиях механизация и автоматизация технологических процессов диктует условия объемно-планировочными конструктивным решениям. Однако человек остается одной из главных фигур в любой технологии, и поэтомуобъемно-планировочныеи конструктивные решения промышленных зданий так же должна удовлетворять художественной выразительности.
По санитарным условиям производства делятся на:
1.очень грязные
2.стерильно чистые.
По пожарной опасности производства делятся на:
1.непожароопасные (например, механическая обработка металлов)
2.пожароопасные (где продуктом производства являются твердые сгораемые материалы, такие как дерево, резина и проч.)
3.взрывопожароопасные (где при производстве используются жидкости и газы, создающие взрывоопасные смеси).
Требования к температурно-влажностномурежиму на некоторых производствах бывают очень высоки, допуская колебания в пределах долей градусов и процентов.
По своему назначению промышленные здания делятся на:
1.производственные (в свою очередь делятся по отраслям производства на химические, металлургические, машиностроительные, сельскохозяйственные
идр. здания)
2.вспомогательные
3.складские
4.энергетические
5.транспортные
Каждые из них имеют свои особенности. Так, химические промышленные здания представляют собой обычно каркасные здания типа многоярусных этажерок, где этажи часто не разделяются сплошными перекрытиями для того, чтобы сложное оборудование могло спокойно передвигаться с этажа на этаж. В таких конструкциях много лестниц и и промежуточных обслуживающих площадок. Машиностроительные здания обычно одноэтажные с крупной сеткой колонн из-загабаритности изделий и условий внутрицеховой транспортировки. Так же отличается особой высотой помещений, т.к в таком производстве есть необходимость в подвесном оборудовании.
Промышленные здания легкой промышленности представляют собой так же одноэтажные здания, но уже с менее крупной сеткой колонн и с небольшой высотой помещения, т.к там нет необходимости в подвесном оборудовании. Здесь основной вид транспорта напольный, габариты оборудования меньше, а готовый продукт не занимает больших пространств.
Многие производства комбинируют разные планировки здания, например на шинных заводах подготовительное отделение устраивают по типу химических заводов-этажерок,а сборочные цеха – по типу машиностроительного производства. Все промышленные здания, за исключением вспомогательных, делятся на одноэтажные и многоэтажные. Оснащение помещенияподъемно-транспортнымоборудованием влияет на конструктивное решение здания.
Подъемно-транспортноеоборудование предназначено для перемещения обрабатываемых материалов и изделий, а так же для монтажа и демонтажа производственного оборудования.
Основными видами подъемно-транспортногооборудования являются:
1.мостовые краны
2.подвесные кран-балки
3.разнообразные конвейерные системы
и так далее Наибольшее влияние на строительные конструкции здания оказывает мостовой
кран. Он представляет собой металлическую мостовую конструкцию, на опорах которой установлены тележки, благодаря которым кран и передвигается вдоль пролета здания. Колеса направляются с помощью рельс, которые уложены по подкрановым балкам, укрепленным на колоннах здания. Вдоль моста крана передвигается тележка с электролебедкой и крюком для подъема и опускания груза. Управление ведется из кабины крановщика, укрепленной на мосту крана. Грузоподъемность крана может быть от 10 до 750 тонн. Для подъема в кабину крана предусматривают металлические лестницы с посадочными площадками. При грузоподъемности от 5 тонн мостовой кран заменяют накран-балку с управлением от пола. Такой кран обычно делают подвесной. Подвеснаякран-балкадвижется по нижним полкам стальных направляющих балок, подвешенных к несущим конструкциям здания.
Консольно-поворотные краны применяют для обслуживания небольших зон и для передачи груза из одного пролета в другой. Они прикрепляются к колоннам каркаса и вызывают в них изгибающий момент.
В промышленных зданиях применяют так же и напольный транспорт: транспортеры, конвееры, рольганги, электрокары, козловые краны, рельсовый транспорт узкой и нормальной колеи и т.д. Напольный транспорт не передает нагрузок на несущий остав здания. В многоэтажных зданиях применяют вертикальный транспорт: грузовые подъемники, эскалаторы, винтовые поверхности и так далее.
Одноэтажные промышленные здания:
Одноэтажные промышленные здания бывают:
1.однопролетные
2.многопролетные
3.крановые
4.бескрановые
5.фонарные
6.бесфонарные
Конструктивная схема таких зданий – каркасная с применением сборных железобетонных конструкций. Здания с несущими стенами строят редко и только при пролетах больше 12 метров и без мостовых кранов.
Многопролетные здания могут быть равноили разнопролетными, предпочтительны первые.
В связи с тем, что многопролетные здания бывают очень широкими и протяженными, для освещения недостаточно оконных проемов – поэтому предусматривает верхнее освещение в виде фонарей. Иногда при соответствующих условиях многопролетные здания делают бесфонарными, заменяя естественное освещение на искусственное.
Пролеты одноэтажных зданий с железобетонным каркасом бывают 6, 9,12, 18 и 24 метра. Шаг колонн 6, 12 и 18 метров. Высота зданий от 3 до 14,5 метров. Несущий остов состоит из фундаментов, фундаментных балок, колонн, подкрановых балок, балок или ферм покрытия, плит покрытия, связей жесткости.
Применение металлического каркаса для одноэтажных промышленных зданий предусмотрено при пролетах более 30 метров, при высоте здания более 14,5 метров, при шаге колонн более 12 метров, в зданиях с большими динамическими нагрузками, а так же в неотапливаемых зданиях. Металлические конструкции применяют в основном в виде решетчатых схем, где отдельные элементы (стержни) работают на растяжение или сжатие, а конструкция в целом работает на изгиб. Материалом служит прокатная сталь и иногда алюминий. Металлические колонны делают решетчатыми (сплошными для пролетов высотой более 8,5 метров), устанавливают на стальные плиты, укрепленные у фундамента, прикручивают анкерными болтами и потом все элементы крепления бетонируют. Затем на колонны приваривают металлические стропильные фермы. По фермам укладывают легкие несущие элементы покрытия: настил для крыши и волнистые асбестоцементные листы по стенам.
Большое распространение получил монтаж металлоконструкций конвейерным способом: на проектную отметку поднимают объемные блоки из двух ферм с настилом покрытия и кровлей и со всеми инженерными коммуникациями. Иногда здания проектируют в смешанном каркасе.
Многоэтажные здания:
Современные промышленные здания обычно являются каркасными зданиями с самонесущими или навесными стенами.
Всостав несущего остова входят фундаменты, фундаментные балки, колонны, ригели и плиты перекрытия, вертикальные связи жесткости.
Внашей стране разработаны типовые серии многоэтажных промышленных зданий. Схема каркаса-рамно-связевая,лестничные клетки делают с несущими стенами. При проектировании зданий с небольшими нагрузками применяется сборный железобетонный каркас.
Стеновые ограждения в промышленных зданиях бывают из:
1.кирпича (в бескаркасных зданиях и зданиях с неполным каркасом как несущие ограждения, в каркасных – как самонесущие)
2.крупные блоки из бетона
3.панельные стены (в основном)
Существую два вида оконных проемов в промышленных зданиях: отдельные проемы с стенками и ленточные, в виде сплошной остекленной ленты. В среднем площадь оконных проемов занимает от 40-50%площади наружных стен, а при ленточном остеклении еще больше.
В промышленном строительстве применяются:
1.деревянные оконные блоки для заполнения отдельных и ленточных проемов
2.металлические переплеты для заполнения отдельных и ленточных проемов
3.стальные оконные панели для заполнения ленточных проемов.
Деревянные оконные блоки состоят из коробки и переплетов. Отдельные створки бывают верхнеподвесные, нижнеподвесные и вертикально-навесные.Ширина оконных блоков 1,5; 3 и 5 метров, высота – 1,2 и 1,8 метров. Для ленточных проемов используют блоки шириной 3 метра.
Металлические переплеты изготавливают из специальных прокатных и штамповоных профилей следующих марок:
ПГ - переплет глухой ПСВ – переплет створный внутренний (применяется при двойном остеклении совместно с ПГ)
ПО - переплет открывающийся ПОВ – переплет открывающийся внутренний
Номинальная ширина переплетов 1200 мм.
Стальные оконные панели изготовляют длинной 6 м., высотой 1,2 и 1,8 метров. В зависимости от теплотехнических требований устанавливают одинарные или двойные переплеты. Для обычных условий предусматривают высоту двойного остекления на высоту 2,5 метра, далее – одинарное. Двойное остекление на всю высоту делают во влажных помещениях , в кондиционируемых помещениях, при перепадах температур более 50 градусов. Одинарное остекление устраивают в неотапливаемых помещениях и в помещениях с избыточным тепловыделением.
Двери промышленных зданий по конструкции и габаритам не отличаются от щитовых дверей гражданских зданий, но отделка их проще. Ширина составляет от 0,8 до 2,4 метров. Ворота предназначены для пропуска внутрь транспортных средств. Бывают распашные, раздвижные, шторные иподъемно-поворотные.
Открывание ворот ручное или автоматическое. С наружной стороны ворот устанавливают пандус с уклоном 1:10.
В многопролетных одноэтажных зданиях для освещения помещения используют верхний свет, предусматривая на крыше здания световые фонари, они имеют вид надстройки, расположенной вдоль пролета. Если фонари служат не только для освещения, но и для проветривания помещения, то они называются
светоаэрационными.
Плоские фонари называют зенитными. Остекление фонарей может быть вертикальным, наклонным, малоуклонным. Для остекления применяют армированное стекло. При использовании обычного стекла предусматриваются сетки для предотвращения падения осколков внутрь здания.
В цехах, где верхнее освещение не требуется, применяют аэрационные фонари без остекления. Главным требованием к нему является его незадуваемость, т.е возможность одновременно использования вытяжных отверстий с обеих сторон фонаря при любом направлении ветра.
Кровля: покрытия промышленных зданий выполняют бесчердачными. Они состоят из несущих и ограждающих конструкций. Ограждающие конструкции покрытия являются основанием для кровли.
Бывают холодные (неутепленные) и утепленные. Холодные применяют в зданиях неотапливаемых и в зданиях с излишним тепловыделением. В остальных случаях применяется утепленная кровля.
Конструкция кровли состоит из основания (ограждающие конструкции, покрытия), пароизоляции, утеплителя, выравнивающей стяжки и водоизоляционного ковра. Пароизоляцию выполняют битумом. Утеплитель используют плитовой (легкий бетон, минеральная вата, пенопласт и т.д). По слою утеплителя делают стяжку из цементного раствора в 15 мм. При холодных кровлях стяжку делают непосредственно по основанию.
В неотапливаемых зданиях еще применяется кровля из волнистых асбестоцементных листов усиленного профиля.
Полы: Во вспомогательных промышленных зданиях применяются такие же полы, что и в гражданских. В самих промышленных зданиях к полам предъявляются особые требования к жаростойкости, химической стойкости, диэлектричности, повышенной механической прочности и прочее. Часто в одном помещении применяются разные типы полов.
Впомещениях, где возможны удары, а так же соприкосновение с горячим металлом, делают грунтовые полы (земляные, глинобитные, глинобетонные).
Взонах, где передвигается гусеничный транспорт и на складах с ударной нагрузкой применяют каменные полы.
Бетонные полы прочны, стойки к воздействию бензина и минеральных масел, но не стойки для кислот и высокой температуры. Для повышения прочности в состав бетонного пола вводят стальную или чугунную стружку. Такие полы применяют в вспомогательных и подсобных помещениях.
Асфальтобетонные полы прочны, водонепроницаемы, но не стойки против бензина и масел, а так же размягчаются при высоких температурах.
Полы из клинкера (хорошо обожженного кирпича) прочны, жароусточивы, стойки против кислот, щелочей, бензина, масел, но не выносят ударных нагрузок. Металлические полы делают из чугунных рифленых или из стальных штампованных плит. Они очень прочны, жароустойчивы, беспыльны, стойки к ударам,но не экономичны.
Торцевые полы устраивают из деревянных торцовых шашек по прослойке из каменноугольного пека. Такие полы упруги, гвоздимы, беспыльны, бесшумны, стойки к ударам и нагрузкам.
Полимерцементные полы выполняют монолитными (наливными) и сборными из плит. Они прочны, беспыльны, химически устойчивы и недорогие. Имею широкое распространение.
Основанием для пола служат поверхности перекрытия, при необходимости вводятся так же звукоизоляционные и теплоизоляционные слои. Общая толщина конструкции пола составляет от 80 до 100 мм.
Так же в промышленных зданиях есть специфичные конструктивные элементы: Рабочие площадки – это площадки для обслуживания или размещения оборудования, выполняются из стального каркаса, а покрывают рифленой сталью. Этажерки – свободно стоящие многоэтажные сооружения без стен для размещения оборудования.
Сборно-разборныеперегородки – ограждают отдельные участки цеха. Брандмауэры – противопожарные преграды внутри здания из кирпича или легкобетонных стеновых панелей.
Рампа – приподнятая над землей площадка у складских зданий для облегчения разгрузки и погрузки.
studfiles.net
Вопрос 46. Общая характеристика каркасов производственных зданий. Состав каркаса и конструктивные схемы.
Общая характеристика каркасов производственных зданий
Современные производства размещаются в многоэтажных и одноэтажных зданиях, схемы и конструкции которых достаточно многообразны.
По числу пролетов одноэтажное здание подразделяются на однопролетные и многопролетные (с пролетами одинаковой и разной высоты).
В настоящее время строятся преимущественно здания многопролетные (с числом пролетов два и более). По виду внутрицехового транспорта здания подразделяются на бескрановые, с мостовыми кранами, с подвесными кранами, с подвесными конвейерами.
Наиболее широкое распространение получили одноэтажные производственные здания, оборудованные мостовыми электрическими кранами. Перемещаясь по подкрановым балкам на требуемой высоте, такие краны могут обслуживать практически всю площадь цеха, что весьма удобно для организации самых разнообразных производственных процессов.
Современные производственные здания имеют большие пролеты и высоту, часто оборудуются мощными кранами, вследствие чего в несущих конструкциях здания возникают большие усилия.
Комплекс несущих конструкций, воспринимающих нагрузку от веса ограждающих конструкций здания (кровля, стеновые панели, переплеты остекления и т.п.), атмосферные нагрузки (снег, ветер), нагрузки от кранов, а в некоторых случаях и от другого технологического оборудования, называется каркасом здания.
Наряду с полностью стальными или железобетонными каркасами применяются смешанные каркасы производственных зданий, в которых отдельные конструкции (чаще всего конструкции покрытия и подкрановые балки) выполняются из стали, а колонны – из сборного ж/б. Основу каркаса составляют поперечные рамы, состоящие из колонн, жестко защемленных в фундаменте и ригелей (стропильных ферм), жестко или шарнирно соединенных с колоннами. Расстояние между осями колонн в поперечном направлении здания называется пролетом. Расстояние между рамами называется шагом рам.
Рисунок 1.1 – Конструктивная схема стального каркаса двух пролетного производственного здания. 1 – колонны, 2 – стропильные фермы, 3 – подкрановые балки, 4 – светоаэрационные фонари, 5-связи по колоннам
В продольном направлении на рамы опираются подкрановые балки, элементы покрытия и фонари.Жесткость и устойчивость каркаса и его отдельных элементов обеспечивается системой связей: вертикальными связями по колоннам, воспринимающими продольные усилия от действия ветра на торец здания и сил продольного торможения кранов; горизонтальными и вертикальными связями по шатру здания, обеспечивающими устойчивость конструкции покрытия.
Каркасы производственных зданий в большинстве случаев проектируют так, что несущая способность (включая жесткость ) поперек здания обеспечивается поперечными рамами, а вдоль – продольными элементами каркаса, кровельными и стеновыми панелями.
Кроме перечисленных элементов в составе каркаса обязательно имеются конструкции торцевого фахверка (а иногда и продольного, площадок, лестниц и других элементов здания).
Производственные здания бывают однопролетными и многопролетными, оборудованными мостовыми кранами в одном или двух ярусах.
studfiles.net
9.2. Каркасы производственных зданий
Каркасы производственных зданий представляют собой комплекс конструкции, предназначенных для восприятия постоянных нагрузок от веса ограждающих и несущих конструкций, снеговой и ветровой нагрузок, а также нагрузок от технологического оборудования.
Основными конструктивными элементами каркаса являются: колонны, ригели перекрытий, стропильные конструкции покрытий (фермы или балки), связи и подкрановые конструкции. Для естественного освещения и вентиляции по покрытиям зданий могут устраиваться светоаэрационные или аэрационные фонари (рис.9.1).
В зависимости от схемы компоновки каркасы могут быть однопролетными и многопролетными. Наиболее распространены стальные каркасы одноэтажных однопролетных производственных зданий.
Каркасы одноэтажных производственных зданий можно разделить на плоскостные и пространственные. В каркасах плоскостной системы основными несущими конструкциями являются плоские поперечные рамы, которые соединяются между собой системой продольных связей. Поперечная
рама воспринимает только нагрузки, действующие в ее плоскости. Нагрузки, действующие вдоль здания, воспринимаются продольными кострукциями, в состав которых включаются вертикальные связи по колоннам, колонны, подкрановые балки. В каркасах пространственной системы при действии любых нагрузок в работу включаются все или большинство элементов и расчетный блок смещается целиком.
Сетка колонн одноэтажных зданий массового применения назначается размером 6х18, 6х24, 6x30, 6x36, 12x18, 12x24, 12x30 и по торцам часто устраиваются дополнительные фахверковые колонны с шагом 6 м для крепления ригелей под легкие стеновые панели или железобетонные стеновые панели длиной 6 м.
Конструкция ригеля сплошного или сквозного сечения зависит главным образом от пролета. При пролетах более 18 м ригели проектируются сквозными в виде ферм с целью экономии материалов.
Пространственная жесткость и устойчивость каркасов одноэтажных зданий в период монтажа и в период эксплуатации обеспечиваются структурной системой связей, поставленных в пределах блока покрытия и в пределах высоты колонны каркаса (рис.9.2).
Горизонтальные связи по верхним поясам устанавливают в поперечном направлении, и они обеспечивают устойчивость сжатых элементов верхнего пояса ферм от вертикальных нагрузок. В беспрогонной системе функцию связей по верхним поясам могут выполнять железобетонные плиты, которые крепят на сварке к верхнему поясу, а связи устанавливают только по краям температурного отсека на период монтажа. Горизонтальные связи по нижним поясам ферм устанавливают как в поперечном, так и в продольном направлениях. Поперечные связи по нижним поясам устанавливают, как правило, в торцах и температурного отсека, и они служат связевыми фермами для восприятия ветровых нагрузок.
Продольные связи по нижним поясам устраивают преимущественно в зданиях с кранами тяжелого режима работы.
Вертикальные связи по фермам устраивают между опорными стойками ферм и в середине пролета. Их основное назначение - создать жесткий пространственный связевой блок, состоящий из стропильных ферм и поперечных связей по верхним и нижним поясам. К этому блоку распорками или прогонами по верхним поясам присоединяются остальные фермы.
Наиболее легкими и в тоже время жесткими являются крестовые связи. Их рассчитывают только на растяжение. В запас прочности работу сжатого элемента связей не учитывают.
Связевые фермы с треугольной решеткой, работающей на растяжение и сжатие, по расходу металла уступают связевым фермам с крестовой решеткой, однако они проще в изготовлении и монтаже, поэтому в последнее время они получают широкое применение.
Кроме связей по шатру устраивают вертикальные связи между колоннами каркаса в продольном направлении (рис.9.2.ж-к), которые обеспечивают жесткость каркаса здания в продольном направлении от воздействия продольных нагрузок, продольных тормозных сил мостовых кранов и ветра. Простейшая конструкция - крестовые или раскосные системы связей (рис.9.2.ж,з). По средним рядам для обеспечения свободного прохода устраиваются портальные или полупортальные системы связей (рис9.2.н, к).
Для одноэтажных промзданий со стальным каркасом наибольшее применение получили рамы бесшарнирного типа (рис.9.3.а). Для одноэтажных промышленных и неких зданий с железобетонным и смешанным каркасом (колонны - железобетонные, ригели - металлические) используют рамы с шарнирным соединением ригеля с колонной и с жестким соединением колонны с фундаментами.
В стальных каркасах соотношение моментов инерции сечений ригеля и стоек рамы задают из конструктивных соображений:
для однопролетных рам
Iinf/Isnp = 7…10; Ib/Isnp = 20...40;
Для многопролетных рам
Iinf.i/Isnp.l = 1…4
где Iinf, Isnp - моменты инерции подкрановой и надкрановой частей сечения колонн в однопролетном здании;
Iinf.i/Isnp.l - то же, колонны наружного и среднего ряда;
Isnp - момент инерции надкрановой части сечения колонны;
Ib - момент инерции поперечного сечения ригеля.
На рис.9.3.б приведена расчетная схема однопролетной рамы.
Ригель каркаса с шарнирным сопряжением ригеля со стойками рассчитывают как обычную балку (ферму) или как неразрезную систему, опертую на ряд колонн. Стойки рамы рассчитывают как внецентренно - сжатые колонны, защемленные в фундаменте.
studfiles.net
Каркасы производственных зданий
Каркасы производственных зданий представляют собой комплекс конструкции, предназначенных для восприятия постоянных нагрузок от веса ограждающих и несущих конструкций, снеговой и ветровой нагрузок, а также нагрузок от технологического оборудования.
Основными конструктивными элементами каркаса являются: колонны, ригели перекрытий, стропильные конструкции покрытий (фермы или балки), связи и подкрановые конструкции. Для естественного освещения и вентиляции по покрытиям зданий могут устраиваться светоаэрационные или аэрационные фонари (рис.9.1).
В зависимости от схемы компоновки каркасы могут быть однопролетными и многопролетными. Наиболее распространены стальные каркасы одноэтажных однопролетных производственных зданий.
Каркасы одноэтажных производственных зданий можно разделить на плоскостные и пространственные. В каркасах плоскостной системы основными несущими конструкциями являются плоские поперечные рамы, которые соединяются между собой системой продольных связей. Поперечная
рама воспринимает только нагрузки, действующие в ее плоскости. Нагрузки, действующие вдоль здания, воспринимаются продольными кострукциями, в состав которых включаются вертикальные связи по колоннам, колонны, подкрановые балки. В каркасах пространственной системы при действии любых нагрузок в работу включаются все или большинство элементов и расчетный блок смещается целиком.
Сетка колонн одноэтажных зданий массового применения назначается размером 6х18, 6х24, 6x30, 6x36, 12x18, 12x24, 12x30 и по торцам часто устраиваются дополнительные фахверковые колонны с шагом 6 м для крепления ригелей под легкие стеновые панели или железобетонные стеновые панели длиной 6 м.
Конструкция ригеля сплошного или сквозного сечения зависит главным образом от пролета. При пролетах более 18 м ригели проектируются сквозными в виде ферм с целью экономии материалов.
Пространственная жесткость и устойчивость каркасов одноэтажных зданий в период монтажа и в период эксплуатации обеспечиваются структурной системой связей, поставленных в пределах блока покрытия и в пределах высоты колонны каркаса (рис.9.2).
Горизонтальные связи по верхним поясам устанавливают в поперечном направлении, и они обеспечивают устойчивость сжатых элементов верхнего пояса ферм от вертикальных нагрузок. В беспрогонной системе функцию связей по верхним поясам могут выполнять железобетонные плиты, которые крепят на сварке к верхнему поясу, а связи устанавливают только по краям температурного отсека на период монтажа. Горизонтальные связи по нижним поясам ферм устанавливают как в поперечном, так и в продольном направлениях. Поперечные связи по нижним поясам устанавливают, как правило, в торцах и температурного отсека, и они служат связевыми фермами для восприятия ветровых нагрузок.
Продольные связи по нижним поясам устраивают преимущественно в зданиях с кранами тяжелого режима работы.
Вертикальные связи по фермам устраивают между опорными стойками ферм и в середине пролета. Их основное назначение - создать жесткий пространственный связевой блок, состоящий из стропильных ферм и поперечных связей по верхним и нижним поясам. К этому блоку распорками или прогонами по верхним поясам присоединяются остальные фермы.
Наиболее легкими и в тоже время жесткими являются крестовые связи. Их рассчитывают только на растяжение. В запас прочности работу сжатого элемента связей не учитывают.
Связевые фермы с треугольной решеткой, работающей на растяжение и сжатие, по расходу металла уступают связевым фермам с крестовой решеткой, однако они проще в изготовлении и монтаже, поэтому в последнее время они получают широкое применение.
Кроме связей по шатру устраивают вертикальные связи между колоннами каркаса в продольном направлении (рис.9.2.ж-к), которые обеспечивают жесткость каркаса здания в продольном направлении от воздействия продольных нагрузок, продольных тормозных сил мостовых кранов и ветра. Простейшая конструкция - крестовые или раскосные системы связей (рис.9.2.ж,з). По средним рядам для обеспечения свободного прохода устраиваются портальные или полупортальные системы связей (рис9.2.н, к).
Для одноэтажных промзданий со стальным каркасом наибольшее применение получили рамы бесшарнирного типа (рис.9.3.а). Для одноэтажных промышленных и неких зданий с железобетонным и смешанным каркасом (колонны - железобетонные, ригели - металлические) используют рамы с шарнирным соединением ригеля с колонной и с жестким соединением колонны с фундаментами.
В стальных каркасах соотношение моментов инерции сечений ригеля и стоек рамы задают из конструктивных соображений:
для однопролетных рам
Iinf/Isnp = 7…10; Ib/Isnp = 20...40;
Для многопролетных рам
Iinf.i/Isnp.l = 1…4
где Iinf, Isnp - моменты инерции подкрановой и надкрановой частей сечения колонн в однопролетном здании;
Iinf.i/Isnp.l - то же, колонны наружного и среднего ряда;
Isnp - момент инерции надкрановой части сечения колонны;
Ib - момент инерции поперечного сечения ригеля.
На рис.9.3.б приведена расчетная схема однопролетной рамы.
Ригель каркаса с шарнирным сопряжением ригеля со стойками рассчитывают как обычную балку (ферму) или как неразрезную систему, опертую на ряд колонн. Стойки рамы рассчитывают как внецентренно - сжатые колонны, защемленные в фундаменте.
infopedia.su
Каркас одноэтажных промышленных зданий и его конструктивные элементы
Для технологических процессов, размещение которых в многоэтажных зданиях невозможно или экономически нецелесообразно предназначены одноэтажные промышленные здания. К ним преимущественно относят цехи машиностроительных и металлургических заводов, здания главных корпусов ТЭС, авиационные ангары и тому подобие. В зависимости от характера производственного процесса, наличия и грузоподъемности кранов современные промышленные здания имеют разнообразные по величине пролеты и высоты и испытывают под воздействием внешних нагрузок значительные усилия.
Стальные каркасы одноэтажных промышленных зданий включают комплекс конструктивных элементов (колонны, стропильные и подстропильные фермы, подкрановые балки, прогоны, элементы фахверка и связи), сочлененных между собой в пространственную геометрически неизменяемую систему. Основу этой системы составляют поперечные рамы, состоящие из колонн, жесткозащемленных в фундаментах, и стропильных ферм шарнирно- или жесткосвязанных с колоннами, воспринимающие вертикальные и горизонтальные нагрузки, действующие на каркас.
Жесткость и устойчивость рамного каркаса обеспечиваются работой вертикальных и горизонтальных связей, устанавливаемых по шатру здания и между колоннами, а также жестким диском покрытия в случае применения крупноразмерных плит.
Генеральным пролетом рамы называется расстояние между осями надкрановой части колонн в поперечном направлении, а шагом рам — расстояние между рамами вдоль здания. Стальные каркасы применяют при пролетах не менее 24 м.
Для промышленного строительства в стране установлен единый модуль М = 600 мм для горизонтальных и вертикальных измерений. Согласно этому модулю, пролеты стальных каркасов одноэтажных зданий назначают равными 24, 30, 36 м и более, кратными 6 м. Шаг колонн по крайним и средним рядам принимают 6 или 12 м. В многопролётных зданиях при необходимости передачи крупноразмерной продукции из пролета з пролет шаг колонн по внутренним рядам может быть увеличен до 18, 24 м и более, его назначают также кратным 6 м. Высота рамы Н от уровня пола до оси нижнего пояса стропильной фермы должна быть кратной 1,2 м (2М) до высоты 10,8 м и кратной 1,8 (ЗМ) при высоте более 10,8 м.
дноэтажные производственные здания бывают однопролетными и многопролетными. Совершенствование машиностроительного, металлургического и других производств с укрупнительной сборкой и непрерывными технологическими процессами требует блокирования различных цехов под одной крышей. Сблокированные здания — корпуса большой площади, состоящие из продольных и поперечных пролетов разных высот, оборудованные мостовыми и подвесными кранами разной грузоподъемности.
Большое влияние на работу каркаса оказывают мостовые краны, режим работы которых определяет и режим работы производственного здания в целом: легкий, средний, тяжелый и весьма тяжелый. Режим работы зданий учитывают при проектировании и расчете конструкций введением специальных коэффициентов в соответствии с требованиями СНиП И-23-81.
При проектировании производственных зданий, подвергающихся воздействию высоких температур и агрессивных сред, предусматривают специальную защиту стальных конструкций от чрезмерного нагрева (облицовка керамикой и бетонами, устройство отражательных экранов и так далее) и коррозии (покрытие масляными красками, битумным лаком, металлами и так далее). При возведении зданий, эксплуатируемых в условиях низких температур (от — 40 до — 65°С), конструкции рассчитывают по упругой стадии, уменьшают размеры температурных отсеков, устанавливают дополнительные связи по каркасу, предусматривают мероприятия, снижающие концентрацию напряжений.
С целью ускорения и снижения трудоемкости монтажа стальных каркасов в последнее время широко применяют конвейерный способ монтажа крупными блоками. Достоинством его является расчленение процесса сборки на простейшие операции, выполняемые на хорошо оборудованных стендах сборки с последующим передвижением блока с одного поста на другой и в зону подъема с помощью передвижных тележек-платформ. Важнейший принцип проектирования стальных каркасов — типизация конструкций, направленная разработку типовых конструктивных схем зданий, их отдельных элементов.
Несущие конструкции покрытия. Основные несущие конструкции покрытий в зависимости от величины перекрываемых пролетов состоят из железобетонных односкатных и двускатных балок, ферм, арок, пространственных конструкций и плит. По виду армирования несущие конструкции делят на обычно армированные и предварительно напряженные. Их выполняют цельными на всю длину пролета, а также из отдельных блоков, собираемых в элементы путем укрупнительной сборки перед монтажом. Для небольших пролетов (6000, 9000, 12000 и 18000 мм) в качестве несущих конструкций можно использовать железобетонные стропильные балки. Их изготовляют односкатными, двускатными и с параллельными поясами.
Односкатные балки применяют в покрытиях одноэтажных промышленных зданий пролетом 6000 ... 12000 мм, с шагом колонн 6 м и наружным водостоком. Двускатные балки используют в покрытиях одноэтажных промышленных зданий при пролетах 6000 ... 18000 мм, шаге колонны 6000 и 12000 мм с наружным и внутренним водостоком. Балки с параллельными поясами применяют в покрытиях промышленных зданий с плоской кровлей при пролетах 12000 и 18000 мм и шаге колонн 6000 и 12000 м.
Стропильные балки имеют тавровое или двутавровое сечение. Для уменьшения массы балок и пропуска коммуникаций в их стенках устраивают отверстия различного очертания. Одно- и двускатные балки можно собирать из отдельных блоков с последующим натяжением пропущенной через них арматуры.
Балки устанавливают на железобетонные колонны или на несущие стены с устройством железобетонных подушек, а балки пролетом 18000 мм также и на подстропильные балки. К колоннам балки покрытия прикрепляют анкерными болтами, выпущенными из колонн и проходящими через опорный лист, приваренный к закладной детали балки. Опорный лист балки прикрепляют к листу, заложенному в колонну.
Балки изготавливают из бетона классов В30, В40, В50, армируют высокопрочной проволокой класса Вр-II или стержневой арматурой из стали марки А-IV и А-IIIв.
Стропильные фермы. Такие конструкции состоят из отдельных соединенных между собой стержней, образующих каркас. Стержни фермы, расположенные по ее верхнему контуру, составляют верхний пояс, а по нижнему контуру — нижний пояс. Вертикальные стержни фермы называют стойками, наклонные — раскосами. Стойки и раскосы, расположенные между верхними и нижними поясами, образуют решетку фермы; а точки (места), в которых сходятся концы стоек и раскосов, — узлы фермы. Участок между двумя соседними узлами называется панелью.
В зависимости от очертания верхнего пояса фермы делят на сегментные, безраскосные и с параллельными поясами. Их применяют в скатных и плоских покрытиях одноэтажных промышленных зданий пролетом 18000 и более. Устанавливают стропильные фермы на железобетонные колонны или подстропильные фермы. Для крепления ферм к колоннам (подстропильным фермам), а также к фермам плит покрытия, рам фонаря, связей в них предусмотрены соответствующие стальные закладные детали. Фермы выполняют с предварительным напряжением нижнего пояса. Изготавливают из бетона классов B30 ... В50, рабочую арматуру — из высокопрочной проволоки Вр-II и стержней из стали марки А-IV и др.
Подстропильные фермы (балки). Их применяют в покрытиях одноэтажных многопролетных промышленных зданий.
Подстропильные фермы (балки) применяют в средних рядах зданий для опирания ферм или балок покрытия в тех случаях, когда шаг крайних колонн составляет 6000 мм, а шаг колонн средних рядов — 12000 мм. Их устанавливают и закрепляют путем сварки закладных деталей. Все фермы (балки) имеют одинаковый пролет — 12000 мм, кроме ферм, устанавливаемых в торцах здания и у поперечных температурных швов, пролет которых составляет 11500 мм (в соответствии с расположением колонн). По концам и посредине (в нижнем узле) подстропильных ферм (балок) предусмотрены площадки для опирания стропильных ферм (балок). В площадках имеются закладные листы с приваренными к ним анкерными болтами.
Фермы (балки) изготовляют с предварительным напряжением нижнего пояса из бетона классов В40 ... В50. Основная напрягаемая арматура — из высокопрочной стальной проволоки марки Вр-II и стали марки А-IV и др. При возведении .большепролетных производственных зданий в покрытиях часто используют пространственные конструкции.
studfiles.net
