Глава 25. Несущие конструкции

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

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

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

Рис. 25.1. Железобетонный каркас одноэтажного про — мздания: 1 — фундамент; 2 — колонна; 3 — подстропильная ферма; 4 — стропильная фер­ма; 5 — светоаэрационный фонарь; 6 — плита покрытия; 7 — утеплитель по пароизоля — ции; 8 — выравнивающий слой; 9 — кровельный ковер; 10 — воронка внутреннего водостока; 11 — стеновая па­нель; 12 — ленточное остек­ление; 13 — крановый рельс; 14- подкрановая балка; 15- связи; 16 — фундаментная балка; 17- отмостка

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

Рис, 25.2, Железобетонный каркас многоэтажного промздания с пере­крытиями балочного типа: 1 — ко­лонна; 2 — ригель; 3 — плита пере­крытия; 4 — вертикальные стальные связи; 5 — фундамент под колон­ну; 6 — фундаментная балка: 7 — подкрановая балка; 8 — несущая конструкция покрытия (балка, фер­ма); 9 — плита покрытия

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

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

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

Конструктивная схема покрытия может выполняться в двух вариантах: с исполь­зованием прогонов (дополнительных элементов) и без прогонов. В первом варианте вдоль здания, по балкам (фермам) укладывают прогоны (в основном, таврового сечения длиной 6 м), на которые опирают плиты сравнительно небольшой длины.

16 — 10507

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

2-2

4-4 йТ

45/7

Ж

_

А

1.____________ и__

1-/

5970

Г —————

Г"——- ;

1

5970

30

1то

1——ч5

К«

____ „и______ л…л____

11900

30

/1960

7-7

Л

2980

J за

К

1_1

I ¦ : ‘ I « | " 1 "

I. д1, И Л-Л-11-Л — Л-й -‘и л-и. л.

-900

200

9-9

|—7

Ь—

Ь’

Т

Т.

6-6 1-*- 7

Ь- 9

900

3-8

И.

17970; 23970

>7970; 23970

Л

Рис. 25.3. Крупноразмерные железобетонные плиты покрытия: а — преднапряженные размером 3×6 и 1,5×6 м; б — то же, размером 3×12 м; в — армоцементные двоякой кривизны; г — типа 2Т

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

Конструкции из железобетона обладают долговечностью, несгораемостью и ма­лой деформативностью; их применение позволяет экономить сталь, не требует больших эксплуатационных затрат. К недостаткам относятся: большая масса, трудоемкость вы­полнения стыковых соединений. Представляет сложность и требует дополнительных затрат выполнение монолитных железобетонных конструкций в зимних условиях.

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

№001 5 ? 2 1——

Рис. 25.4. Конструктивное решение покрытий с применением длинномерных настилов: А — коробчатый настил: а — общий вид покрытия; б — деталь покрытия; 1 — коробчатый настил; 2 — кровля; 3 — утеплитель; 4 — воздушный зазор; 5 — светильник; 6 — канал для вентиляции светильников; 7 — звукопоглощающий потолок; Б — настилы 2Т и КЖС: а, б — общий вид; I — на­стил 2Т; 2 — настил КЖС

Цоирт*

-1600(14000)

18000124000:

85

Йига ||

¦ 1в0М(?4П0Я> —

-1ваоо(мооо>-

Лочка; г — покрытие с диафрагмами в виде стальных ферм: 1 — арочная ферма: 2 — затяжка;

3 — оболочка

436

Все большее применение в строительстве промышленных здании находят легкие несущие и ограждающие конструкции. Легкими называют конструкции, суммарная масса которых, приходящаяся на 1 м2 ограждающей поверхности здания, составляет не более 100-150 кг. К ним относятся конструкции из стали и алюминиевых сплавов, из клееной древесины. Использование легких конструкций ведет к существенному (на 10 — 15%) снижению массы производственных объектов и их стоимости, повышается эф­фективность строительства; стимулируется поиск новых конструктивных решений не­сущих и ограждающих элементов, разработка и внедрение новых эффективных тепло­изоляционных материалов. Расширяется прогрессивный метод строительства зданий (секций) из комплектно поставляемых унифицированных строительных конструкций заводского изготовления — стальных пространственных, решетчатых (перекрестных), рамных и пр. Наряду с этим увеличивается количество зданий из смешанных конструк­ций (колонны — из железобетона, фермы, балки — металлические, из клееной древеси­ны и т. п.).

ГГЛГь Т Г™Р параболоид) /а/ и

Балка; 7- сборная складка; ™Тль ‘ ^ 6"

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

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

3- доборные плиты; 4 — контурные фермы — диафрагмы

\ 13.00 !.

| ?<1,38 ]. !6,001 30,00 \Ц00

Рис, 25.8, Схемы стальных каркасов одноэтажных промзданий; А — однопролетного: а — общий вид; б — покрытие с подстропильной конструкцией; 1 — ферма; 2 — колонна; 3 — подкрановая бал­ка; 4 — ригель; 5,6 — вертикальные связи; 7 — горизонтальные связи покрытия: 8 — фонарь; 9 — связи фонаря; 10 — прогоны; 11 — панель покрытия; Б — многопролетного: а — с легким режи­мом работы; б — то же, с тяжелым; в — с покрытием оболочкой (общий вид и разрезы)

Технико-экономические показатели конструктивного решення 1-этажного здания на 1 м2 производственной площади

Таблица 25.1.

Показатели

Типы каркасов одноэтажных зданий

Железобетонный, с железобетон­ными плитами покрытия

Стальной каркас с железобетонными плитами покрытия

Стальной каркас со стальным штампо­ванным настилом покрытия

Масса конструкций, кг

520,0

372,8

82,7

Расход стали, кг

50,6

69,5

68,5

Трудоемкость изго­товления, чел-ч

3,09

2,69

2,03

Стоимость, %

100

96

71,8

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

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

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

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

А/ колонны: высотой более 18 м; в зданиях с мостовыми кранами грузоподъем­ностью 50 т и более, независимо от высоты колонн; при тяжелом режиме работы кра­нов; при двухъярусном расположении мостовых кранов; при шаге колонн более 12 м; могут применяться в качестве стоек фахверка; в качестве несущих п ограждающих кон­струкций комплектной поставки; для зданий, возводимых в труднодоступных районах при отсутствии базы производства железобетонных конструкций. 440

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

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

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

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

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

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

Подошва блока фундамента имеет в плане квадратную или прямоугольную фор­му размерами от 1,5х i,5 м до 6,6×7,2 м с градацией 0,3 м. Площадь подошвы фундамен­та определяется расчетом и зависит от величины передаваемой нагрузки и несущей спо­собности грунта основания.

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

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

Рис. 25,9. Схема многоэтажного здания с безбалочным каркасом: а — поперечный разрез; б — план междуэтажного перекрытия; в — соединение капители с колонной; г — соединение надколонных плит с капителью; д — соединение пролетной плиты с надколонной; 1 — колонна; 2 — капитель; 3 — налколонная плита; 4 — пролетная плита; 5 — металлические стержни; 6 — замоноличивание бе­тоном; 7 — закладные детали; 8 — выпуски арматуры из плит

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

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

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

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

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

Балки железобетонные стропильные принимают: таврового сечения для пролета 6 м, двутаврового сечения для пролетов 9, 12, 18 и 24 м, а также подстропильные балки пролетом 12 м. Фермы используют для пролетов 24 м. Плиты покрытий ребристые пло­ские имеют размеры 3×6 м и 3×12 м.

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



.