Элементы каркаса. 
Архитектурно-строительные конструкции

Железобетонный каркас одноэтажных промышленных зданий состоит из следующих элементов: крайние (рис. 5.63, а) и средние колонны, стропильные балки или стропильные фермы, подстропильные фермы, подкрановые балки и крестовые связи между колоннами.

Колонны среднего ряда (рис. 5.63, б) могут иметь уширенный оголовок для опирания железобетонных ферм или балок. Если есть мостовые краны, то средние и крайние колонны будут иметь консоли для установки подкрановых балок (рис. 5.63, в, г, рис. 5.64, в). Если используются мостовые краны очень большой грузоподъемности, то применяют двухветвевые колонны (рис. 5.63, д, е).

Развитая по ширине полка подкрановой балки (рис. 5.64, а, б) служит для усиления сжатой зоны; она воспринимает поперечные.

Рис. 5.63. Типы колонн для одноэтажных промышленных предприятий:

а — крайняя колонна; б — средняя колонна с уширенным оголовком; в — крайняя колонна с консолью для подкрановой балки; г — средняя колонна с консолями для подкрановых балок; д — двухветвевая крайняя колонна с консолью для подкрановой балки; е — двухветвевая средняя колонна с консолями для подкрановых балок.

Рис. 3.64. Железобетонные подкрановые балки:

а — при шаге колонн 6 м; б — то же, 12 м; в — крепление балок к колоннам; г — крепление кранового рельса к балке; д — устройство упора для мостового крана; 1 — опорный стальной лист (160? 12? 500 мм); 2 — анкерный болт; 3 — стальная пластинка (100? 12 мм); 4, 5 — закладные элементы колонны; 6 — стальная лапка; 7 — болт; 8 — упругие прокладки толщиной 8 мм; 9 — крановый рельс; 10 — деревянный брус 200? 280? 360 мм; 11 — швеллер № 45; 12 — стальная пластина 12? 300? 970 мм горизонтальные крановые нагрузки, а также упрощает крепление крановых рельсов (рис. 5.64, г). Высота балок 800, 1000 и 1400 мм, ширина полок 550, 600 и 650 мм. Во избежание ударов мостовых кранов о колонны торцового фахверка здания на концах подкрановых путей устраивают стальные упоры с амортизаторами — буферами из деревянного бруса (рис. 5.64, д). В настоящее время применение железобетонных подкрановых балок стараются ограничивать.

Стропильные балки бывают одно- и двухскатными, а также решетчатыми. Решетчатые двухскатные балки (рис. 5.65) используют при необходимости пропуска в уровне покрытия инженерных коммуникаций. Стропильные фермы разделяют по форме верхнего пояса на раскосные сегментные (полигональные) и безраскосные арочные (рис. 5.66). Стропильные балки применяют при перекрываемых пролетах в 6, 9, 12 и 18 м. При пролетах 24 м и более они уступают место фермам по технико-экономическим показателям.

На рис. 5.67 показан узел опирания односкатной стропильной балки на крайнюю колонну (см. рис. 5.63, а).

Рис. 5.65.12-метровая решетчатая двухскатная стропильная балка с закладными деталями 1−3

Рис. 5.66. Виды железобетонных стропильных ферм:

а — сегментная раскосная ферма; б — сегментная раскосная преднапряженная ферма; в — арочная ферма; г — ферма с параллельными поясами; д — стропильная ферма с двухскатным верхним поясом Таким образом, железобетонный каркас одноэтажных промышленных зданий состоит из поперечных рам, шарнирно связанных поверху стропильными конструкциями. Поперечная жесткость здания обеспечивается колоннами, жестко защемленными в фундаменте и диском покрытия. Устойчивость в продольном направлении и пространственная жесткость одноэтажных каркасов обеспечиваются подкрановыми балками и стальными связями между колоннами продольных рядов. В целях снижения усилий в элементах каркаса от температурных, тормозных крановых и ветровых, приложенных в торец здания, воздействий вертикальные связи жесткости между колоннами устанавливают в середине температурного блока каждого продольного ряда. В зданиях с мостовыми кранами вертикальные связи по колоннам устраиваются только на высоту до низа подкрановых балок (рис. 5.68, а, 5.69), а в зданиях без мостовых кранов — на полную высоту колонн. В бескрановых зданиях высотой менее 9,6 м связи по колоннам могут не устанавливаться.

При шаге колонн 6 м применяют крестовые связи, а при шаге 12 и 18 м — портальные (рис. 5.68, б). Рядовые колонны соединяют со связевыми колоннами распорками, размещаемыми по верху колонн, а в зданиях с мостовыми кранами — подкрановыми балками. Связи выполняют из уголков или швеллеров и крепят к колоннам с помощью косынок на сварке. Связи-фермы располагают в крайних ячейках температурного блока. Они имеют высоту, равную вы;

Рис. 5.67. Опирание железобетонной балки на крайнюю колонну.

Рис. 5.68. Вертикальные связи между колоннами:

а — крестовые; 6 — портальные; 1 — железобетонные колонны: 2 — подкрановые балки; 3 — балки (или фермы) покрытия; 4 — вертикальные связи.

Рис. 5.69. Крестовая продольная связь между колоннами (на фото слева).

соте ригеля на опоре, а длину — 6 или 12 м. Назначение этих связей-ферм — передать продольные горизонтальные усилия с диска покрытия на колонны, а через них — на вертикальные связи.

Горизонтальные связи устанавливают по нижнему и верхнему поясам несущих конструкций покрытий (рис. 5.70).

В зданиях высотой более 18 м с большими пролетами горизонтальные ветровые нагрузки достигают больших значений, поэтому в уровне нижнего пояса стропильных балок или ферм устраивают дополнительные опоры для торцевой стены в виде горизонтальных ферм с крестовой решеткой из стальных уголков. Поясами служат нижние пояса двух соседних стропильных ферм или балок. Создается пространственный блок из двух несущих конструкций, расположенных в торцах зданий. Роль горизонтальных связей по верхнему поясу выполняют крупнопанельные плиты покрытия.

Продольные связи по нижним поясам (по верху колонн) объединяют их в систему и позволяют воспринимать местные нагрузки от кранов несколькими рамами вместо одной.

Подстропильные фермы и балки устанавливают на оголовки колонн, если шаг колонн больше шага стропильных ферм или балок. Они создают промежуточные опоры для стропильных конструкций. Подстропильные балки (рис. 5.71, а) предусматривают в покрытиях с балочными стропильными конструкциями, а подстропильные фермы (рис. 5.71, б) — в покрытиях со стропильными фермами. Подстропильные конструкции ставят на колонны и крепят к ним сваркой закладных элементов. Подстропильные фермы несколько выгоднее по расходу бетона и арматуры и в настоящее время приняты как основные.

Рис. 5.70. Связи каркаса одноэтажного производственного здания по фермам при шаге рам 6 м (слева — по верхним поясам ферм, справа — по нижним).

Рис. 5.71. Подстропильные железобетонные предварительно напряженные конструкции:

а — балка; б — ферма; в — деталь опирания ферм покрытия на подстропильную ферму; 1 — подстропильная ферма; 2 — стропильные фермы; 3 — плиты покрытия; 4 — закладные детали для крепления ферм; 5 — то же, для крепления плит.

Стальной каркас одноэтажных промышленных зданий состоит из тех же элементов, что и железобетонный каркас, т. е. из стальных колонн, подкрановых балок, ферм, прогонов и связей.

Металлические конструкции применяют при строительстве большепролетных одноэтажных зданий, сооружении каркасов промышленных зданий тяжелого типа, каркасов гражданских зданий повышенной этажности, в тех случаях, когда применение металла является либо единственным технически возможным решением, либо более экономичным по сравнению со сборным железобетоном. Перевозка и хранение металлических конструкций осуществляются в проектном положении (за исключением секций вертикальных конструкций и колонн), верхние и нижние пояса ферм при необходимости усиливают, прикрепляя к ним деревянные щиты.

Для передачи нагрузки от колонн на фундаменты служат так называемые башмаки. Для двухветвевых колонн башмаки устраивают раздельные для каждой ветви (рис. 5.72).

Различают три вида опираний башмаков колонн на фундаменты:

• опирание на заранее установленные детали. При этом работы производятся в следующем порядке: бетонируют фундамент на.

Рис. 5.72. Опирание двухветвевых стальных колонн на фундамент.

• 25−30 см ниже проектной отметки опорной плоскости башмака; устанавливают опорные детали по нивелиру и закрепляют так, чтобы верх их был расположен на проектной отметке; бетонируют верхнюю часть фундамента па 40−50 мм ниже верха опорной детали; устанавливают колонну на опорные детали и производят подливку раствором;
• • опирание на заранее выверенные шайбы (применяется для колонн, анкерные болты которых крепятся непосредственно к опорной плите). Для этого сначала бетонируют фундамент на 80−100 мм ниже проектной отметки подошвы колонн; затем производят выверку опорной поверхности при помощи гаек и шайб, установленных на анкерных болтах, после чего устанавливают колонну на выверенные шайбы и производят подливку раствором;
• • опирание на заранее установленные, выверенные и подлитые стальные плиты с верхней строганой или фрезерованной поверхностью. При этом работы производят в такой последовательности: бетонируют фундамент на 50−80 мм ниже подошвы плиты; устанавливают кондуктор на опорную плиту и выверяют его; устанавливают с помощью кондуктора колонну в проектное положение и окончательно закрепляют; производят подливку раствора под опорную плиту (см. рис. 5.72).

Различают три типа стальных колонн одноэтажных зданий: постоянные, но высоте сечения (рис. 5.73); переменные по высоте сечения (рис. 5.74) и раздельного типа, где ветви колонн не жестко связаны между собой и каждая из ветвей выполняет различные функции, например рамная часть колонны работает в системе поперечной рамы, а подкрановые стойки воспринимают нагрузку только от вертикального давления кранов.

Стальные подкрановые балки (рис. В.7) могут быть сплошными и решетчатыми. Сплошные балки под краны большой грузоподъемности делают составного сечения на сварке (рис. В.8), решетчатые — в виде сварных ферм. Клепаные конструкции подкрановых балок применяют лишь под мостовые краны грузоподъемностью 150 т и выше.

Рис. 5.73. Колонны постоянного по высоте сечения:

а — сплошностенные колонны крайнего и среднего рядов; о? — решетчатая (сквозная) колонна среднего ряда; 1 — решетка в двух плоскостях.

Рис. 5.73. Колонны переменного по высоте сечения:

а сплошностенная; б решетчатые колонны крайнего ряда; в решетчатая колонна среднего ряда.

Стальные балки из прокатного или составного сварного двутавра применяют при пролетах 6−12 м (см. рис. В.7). Для более крупных пролетов применяют стальные фермы (см. рис. В.8). Стальные фермы могут применяться также по железобетонным колоннам при пролетах, превышающих 30 м (рис. 5.75), или по кирпичным колоннам (рис. 5.76). По очертанию стальные фермы бывают полигональные, треугольные (см. рис. 5.76), с параллельными поясами (см. рис. В.8) и др. Опорный узел фермы соединяют болтами с горизонтальным опорным листом, приваренным в верхнем конце колонны. Такое соединение является шарнирным.

При опирании стальных ферм на железобетонные колонны между опорным листом фермы и закладным листом колонны для распределения давления устанавливают специальную прокладку с приваренной к ней толстой стальной планкой. Прокладку.

Рис. 5.75. Монтаж стальных стропильных и подстропильных ферм, но железобетонным колоннам.

Рис. 5.76. Стальные многопролетные фермы на кирпичных столбах, двутавровые прогоны.

кренят болтами к опорному листу фермы и анкерными болтами к колонне.

Фермы с параллельными поясами находят применение в бесфонарных зданиях с плоскими крышами (см. рис. В.8) или в качестве подстропильных конструкций (см. рис. В.8, 5.75), применяемых в каркасах с шагом колонн 12 м и более при шаге стропильных ферм 6 м. Фермы треугольного очертания применяют при больших уклонах кровли (более 1/5). Пространственная жесткость стального каркаса обеспечивается системой связей между его элементами. Продольные вертикальные связи между колоннами имеют такую же схему, как и в железобетонном каркасе. Связи покрытия имеют целью соединить все фермы температурного блока в единую пространственную область. В плоскости нижних и верхних поясов ферм устанавливают горизонтальные продольные связи.

Прогоны (см. рис. В.7, 5.76) применяются в покрытиях с кровельными настилами из листовых плоских или профилированных стальных, алюминиевых, асбестоцементных материалов, имеющих ограниченный размер рабочего пролета. Прогоны опираются на стропильные конструкции. Обычно их изготавливают из прокатных или гнутых швеллеров, реже из двутавров.

Одноэтажные промышленные здания с несущими элементами из профилей и стенами и покрытиями из тонколистового металла с утеплителем называют легкими (см. рис. В.7). Здания из легких металлических конструкций используются на предприятиях машиностроения, легкой, пищевой и деревообрабатывающей промышленности.

Многоэтажные промышленные здания. Многоярусную пространственную систему рам, образованную колоннами, ригелями и перекрытиями, называют многоэтажным балочным каркасом (рис. 5.77, 5.78). При возведении сборных конструкций многоэтажных каркасных зданий одной из важнейших проблем является качество сборки каркаса, что связано с технологическим обеспечени;

Рис. 5.77. Многоэтажный железобетонный балочный каркас.

Рис. 5.78. Многоэтажный стальной балочный каркас автотехцентра.

ем, точностью монтажа отдельных элементов и устройством соединений (рис. 5.79). На рис. 5.80 приведены типы сборных колонн сплошного сечения для многоэтажных зданий.

Конструктивные элементы и блоки конструкций устанавливаются в последовательности, обеспечивающей создание замкнутых ячеек каркаса, а следовательно, устойчивость смонтированных конструкций.

Сборные безбалочные каркасы используются в промышленных зданиях, где требуются проветривание помещений и, соответственно, потолки с гладкой поверхностью. При безбалочной схеме на капители колонн, выполненные в виде усеченной пирамиды квадратного сечения в основании, опирают многопустотные надколотые панели. На эти панели укладывают панели перекрытия (рис. 5.81). При безбалочной схеме перекрытие получается меньшей высоты, чем при балочной, но требуется больше бетона и стали, кроме того, более трудоемок монтаж.

Рис. 5.79. Узлы железобетонного балочного каркаса:

1 — колонна; 2 — плита перекрытия; 3 — швы, заделанные бетоном; 4 — стальные оголовки колонн; 5 — выпуски арматуры; 6 — стыковые стержни; 7 — ригель; 8 — стыковая накладка.

Рис. 5.80. Типы сборных колонн сплошного сечения для многоэтажных зданий с консолями для опирания ригелей междуэтажных перекрытий.

Рис. 5.81. Безбалочный каркас [1]:

а — фрагмент здания; б — узел каркаса; 1 — фундамент здания; 2 — колонна; 3 — капитель: 3 — надколонные плиты; 5 — пролетная плита; 6 — четырехсторонняя консоль Перекрытия многоэтажных промышленных зданий, но многом аналогичны перекрытиям многоэтажных гражданских зданий.

Согласно каталогу «Плиты перекрытий многоэтажных промышленных зданий 1.442.1−1», вып. 1, 3, в настоящее время выпускаются два типа сборных железобетонных плит перекрытия (рис. 5.82,5.83).

Рис. 5.82. Плита железобетонная ребристая тина 1IT3−2AtVt:

L = 5550 мм; В = 1485 мм; h = 400 мм; масса — 2,2 т.

Рис. 5.83. Плита железобетонная ребристая тина 2П1−4АтУт:

L = 5950 мм; В = 1485 мм; h = 400 мм; масса — 2,4 т Вариант перекрытия при безбалочном каркасе представлен выше, на рис. 5.81.