Каркас и ограждающие конструкции здания. Элементы каркаса
Современные производства размещаются в многоэтажных и одноэтажных зданиях. По числу пролетов одноэтажные здания подразделяются на однопролетные и многопролетные.
Ограждающие конструкции, защищающие помещение от влияния внешней среды, пути внутрицехового транспорта, различные площадки, лестницы, трубопроводы и другое технологическое оборудование крепятся к каркасу здания.
Каркас, т. е. комплекс несущих конструкций, воспринимающий и передающий на фундаменты нагрузки от веса ограждающих конструкций, технологического оборудования, атмосферные нагрузки и воздействия, нагрузки от внутрицехового транспорта (мостовые, подвесные, консольные краны), температурные технологические воздействия и т.п., может выполняться из железобетона, смешанным (т. е. часть конструкций - железобетонные, часть - стальные) и стальным.
Пример конструктивной схемы стального каркаса двухпролетного производственного здания показан на рис.
Рис. Конструктивная схема каркаса двухпролетного производственного здания
1 - колонны; 2 - стропильные фермы; 3 - подкрановые балки;
4 - светоаэрационные фонари; 5 - связи между колоннами
По виду внутрицехового транспорта здания подразделяются на бескрановые, с мостовыми кранами, с подвесными кранами, с подвесными конвейерами. Выбор вида транспорта определяется массой грузов, траекториями их перемещения. Для перемещения грузов с большой массой по разнообразным траекториям оказываются более целесообразными мостовые и подвесные краны, с помощью которых груз может быть доставлен в любую точку цеха.
Многие современные производственные здания характеризуются большими пролетами, большой высотой помещений, большими нагрузками от мостовых кранов.
Конструкция здания должна полностью удовлетворять назначению сооружения, быть надежной, долговечной и наиболее экономичной.
Большое влияние на работу каркаса здания оказывают краны. Являясь динамическими, многократно повторяющимися и большими по величине, крановые воздействия часто приводят к раннему износу и повреждению конструкций каркаса, особенно подкрановых балок. Поэтому при проектировании каркаса здания необходимо особо учитывать режим работы мостовых кранов, который зависит от назначения здания и производственного процесса в нем.
Краны с электрическим приводом могут работать в четырех режимах (независимо от грузоподъемности):
1К-3К - работают с большими перерывами, редко поднимая грузы, масса которых близка к грузоподъемности. Это обычно краны, не связанные с технологией производства, а предназначенные для кратковременных монтажных и ремонтных работ;
4К - обеспечивают технологический процесс в механических и сборочных цехах со среднесерийным производством;
5К-6К - работают в цехах с крупносерийной продукцией (механосборочные, кузнечно-прессовые и т. п.), а также в некоторых цехах. металлургического производства;
7К-8К - все численные характеристики режима работы, близки к единице. Это обычно краны цехов металлургического производства, в том числе и краны с жестким подвесом груза (например, клещевые краны зданий нагревательных колодцев прокатных цехов).
Краны 1К-6К режимов работы имеют гибкий подвес груза.
Режим работы кранов и тип подвеса груза учитываются при проектировании каркасов. Например, при кранах весьма тяжелого режима работы должны быть обеспечены большая продольная и поперечная жесткость каркаса, большая надежность и выносливость подкрановых балок.
Каркасы производственных зданий в большинстве случаев проектируются так, что несущая способность (включая жесткость) поперек здания обеспечивается поперечными рамами, а вдоль - продольными элементами каркаса, кровельными и стеновыми панелями.
Поперечные рамы каркаса состоят из колонн (стоек рамы) и ригелей (в виде ферм или сплошностенчатых сечений).
Продольные элементы каркаса - это подкрановые конструкции, подстропильные фермы, связи между колоннами и фермами, кровельные прогоны (или ребра стальных кровельных панелей).
Кроме перечисленных элементов в составе каркаса обязательно имеются конструкции торцевого фахверка (а иногда и продольного), площадок, лестниц и других элементов здания. .
Конструктивные схемы каркасов достаточно многообразны. В каркасах с одинаковыми шагами колонн по всем рядам наиболее простая конструктивная схема - это поперечные рамы, на которые опираются подкрановые конструкции, а также панели покрытия или прогоны (рис. а, б).Такое конструктивное решение обеспечивает выполнение эксплуатационных требований в большинстве машиностроительных цехов, в которых оборудование удобно размещается при относительно небольших шагах колонн по внутренним рядам (6-12 м).
При необходимости освещения с помощью поперечных фонарей их конструкции также могут быть использованы для опирания панелей покрытия (рис. а, в). При необходимости больших шагов колонн по всем рядам можно использовать схему с продольным фонарем, несущим часть нагрузки от покрытия (рис. г). На конструкции фонаря опираются прогоны, расположенные параллельно фермам. Для опирания другого конца прогонов между колоннами устраивается подстропильная ферма.
При больших пролетах и шагах колонн эффективно применяются каркасы с пространственным ригелем (рис. е).Ригель рамы выполняется в виде коробчатого сквозного сечения с консолями, на которые опираются конструкции фонаря.
Рис. Конструктивные схемы каркасов
Конструктивные схемы каркасов различаются видом сопряжений (жесткое, шарнирное) ригеля с колонной (рис.).
Рис. Виды сопряжения ригеля с колонной и расчетные схемы поперечных рам
При жестком сопряжении (рис. а) конструкция узла крепления фермы к колонне обеспечивает передачу моментов и в расчетной схеме принимается жесткий узел. При жестком сопряжении горизонтальные перемещения рам меньше, чем при таких же воздействиях на раму с шарнирным сопряжением. Большая жесткость необходима в цехах с мостовыми кранами, работающими весьма интенсивно. В этих цехах горизонтальные перемещения колонн могут препятствовать нормальной эксплуатации мостовых кранов. Однако жесткое сопряжение препятствует типизации ферм, на которые в этом случае передаются значительные опорные моменты, разные для рам с разными параметрами. Поэтому жесткое сопряжение можно рекомендовать главным образом для однопролетных каркасов большой высоты при кранах 5К-8К режимов работы с числом циклов загружения крановой нагрузкой 2∙106 и более. В остальных однопролетных каркасах более целесообразно шарнирное сопряжение (рис. б).
Опирание колонн на фундаменты в плоскости рам обычно конструируется жесткими (см. рис. а-в),но возможно решение, при котором только часть колонн сопрягается с фундаментом жестко, а часть - шарнирно (рис. г). Такое решение часто оказывается экономически выгодным при больших тепловыделениях во время эксплуатации здания.
Подкрановые конструкции в большинстве случаев опираются на колонны каркаса.
Размещение колонн в плане
Размещение колонн в плане принимают с учетом технологических, конструктивных и экономических факторов. Оно должно быть увязано с габаритами технологического оборудования, его расположением и направлением грузопотоков. Размеры фундаментов под колонны увязывают с расположением и габаритами подземных сооружений (фундаментов под рабочие агрегаты, боровов, коллекторов и т.п.). Колонны размещают так, чтобы вместе с ригелями они образовывали поперечные рамы, т.е. в многопролетных цехах колонны разных рядов устанавливаются по одной оси.
Согласно требованиям унификации промышленных зданий, расстояния между колоннами поперек здания (размеры пролетов) назначаются в соответствии с укрупненным модулем, кратным 6 м (иногда 3 м); для производственных зданий L=18, 24, 30, 36 м и более. Расстояния между колоннами в продольном направлении (шаг колонн), принимают кратными 6 м. Шаг колонн однопролетных зданий, а также шаг крайних (наружных) колонн многопролетных зданий обычно не зависит от расположения технологического оборудования и его принимают равным 6 или 12 м. У торцов зданий колонны обычно смещаются с модульной сетки на 500 мм для возможности использования типовых ограждающих плит и панелей с номинальной длиной 6 или 12 м. Смещение колонн с разбивочных осей имеет и недостатки, поскольку у торца здания продольные элементы стального каркаса получаются меньшей длины, что приводит к увеличению типоразмеров конструкций.
При больших размерах здания в плане в элементах каркаса могут возникать большие дополнительные напряжения от изменения температуры. Поэтому в необходимых случаях здание разрезают на отдельные блоки поперечными и продольными температурными швами. Нормами проектирования установлены предельные размеры температурных блоков, при которых влияние климатических температурных воздействий можно не учитывать.
Дата добавления: 2016-12-09; просмотров: 3771;