Укрупнение элементов

Сборные железобетонные элементы конструкций зда­ний необходимо укрупнять. При монтаже зданий из укрупненных элементов сокра­щается число монтажных операций, уменьшается число стыковых сопряжений, по­вышается степень заводской готовности элемен­тов, а следовательно, уменьшается объем от­делочных работ на площадке. Так, для гражданских зданий рационально панели перекрытий выполнять раз­мером на комнату, панели стен — высотой в этаж и ши­риной на комнату.

КОНСТРУКЦИИ ОДНОЭТАЖНЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИИ

§ XIII.1. КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ ЗДАНИЙ

1. Элементы конструкций

Для металлургической, машиностроительной, легкой и других отраслей промышленности возводятся (рис. XIII.1,а). Конструк­тивной и технологической особенностью одно­этажные каркасные здания яв­ляется оборудование их транспортными средствами — мостовыми и подвесными кранами. Мостовые краны пе­ремещаются по специальным путям, опертым на колонны; подвесные краны перемещаются по путям, подвешенным к элементам покрытия.

Рис' X1U.1. Одноэтажное промышленное здание с мостовыми кранами

а - конструктивный поперечный разрез; б - схема поперечной ра­мы, в- схема продольной рамы

Рис. XI 11.2. Одноэтажные промышленные здания с плоским покры­тием

1 — длинномерные плиты покрытия; 2 — продольные балки

К элементам конструкции одноэтажного каркасного здания с балочным покрытием относятся колонны (стой­ки), заделанные в фундаментах, ригели покрытия (балки, фермы, арки), опирающиеся на колонны, панели покрытия, уложенные по ригелям, подкрановые балки, световые или аэрационные фонари. Основная конструкция каркаса — поперечная рама, образованная колоннами и ригелями.

Пространственная жесткость и устойчивость одно­этажного каркасного здания достигаются защемлением колонн в фундаментах. В поперечном направлении про­странственная жесткость здания обеспечивается поперечными рамами, в продольном — продольными рамами, образованными теми же колоннами, элементами покрытия, подкрановыми балками и вертикальными связями (рис. XIII.1,6, в).

Одноэтажные производственные здания могут быть также с плоским покрытием без фонарей.

Компоновка здания

Сетка колонн одноэтажных каркасных зданий с мостовыми кранами в зависимости от технологии производ­ственного процесса может быть 12X18, 12X24, 12X30 или 6X18, 6X24, 6X30 м. Шаг колонн принимается пре­имущественно 12 м, если при этом шаге используются стеновые панели длиной 6 м, то по наружным осям кро­ме основных колонн устанавливают промежуточные (фахверковые) колонны. При шаге колонн 12 м возмо­жен шаг ригелей 6 м с использованием в качестве про­межуточной опоры подстропильной фермы (рис. XIII.4). В целях сохранения однотипности элементов покры­тия колонны крайнего ряда располагают так, чтобы разбивочная ось ряда проходила на расстоянии 250 мм от наружной грани колонны (рис. XIII.5). Ко­лонны торцов здания смещают с поперечной разбивочной оси на 500 мм (рис. XII 1.6,б). Продольный температурный шов выполняют, как пра­вило, на спаренных колоннах со вставкой (рис. XIII.6, в), при этом колонны у температурного шва имеют привяз­ку к продольным разбивочным осям 250 мм (или нулевую при 6м).

Рис. XII 1.4. Конструктивные схемы здания при шаге колонн

а- 6 м с подстропильными фермами; б - 12 м без подстропильных ферм

Рис. XIII.5. Привязка элементов конструкций к разбивочным осям на поперечном разрезе

Поперечные рамы

Ригели поперечных рам по своей конструкции могут быть сплошными или сквозными, а соединение их со стойками жесткое или шарнирное. Жесткое соединение ригелей и колонн рамы приво­дит к уменьшению изгибающих моментов, однако при этом не достигается независимая типизация ригелей и колонн рамы, так как нагрузка, приложенная к колонне, вызывает изгибающие моменты и в ригеле, а нагрузка, приложенная к ригелю, вызывает изгибающие моменты и в колоннах (рис. Х1П.7,а). При шарнирном соединении возможна независимая типизация ригелей и колонн, так как в этом случае нагрузки, приложенные к одному из элементов, не вызывают изгибающих моментов в другом (рис. XIII.7,б). Шарнирное соединение ригелей с ко­лоннами упрощает форму и конструкцию стыка, от­вечает требованиям заводского производства.

Конструкции одноэтажных рам с шарнир­ными узлами приняты в качест­ве типовых.

Сплошные колонны применяют при кранах rpyзоподъемностью до 30 т и относительно небольшой высоте здания; сквозные колонны — при кранах грузоподъемностью 30 т и больше и высоте здания более 12 м. Раз­меры сечения колонны в надкрановой части назначают с учетом опирания ригелей, непосредственно на торец ко­лонны без устройства специальных консолей. Высота сечения принимается: для средних колонн Н₂=500 или 600 мм, для крайних колонн Н₂=380 или 600 мм; шири­на сечения средних и крайних колонн b=400...600 мм (большие размеры сечения колонны принимают при ша­ге 12 м). Сквозные колонны имеют в нижней подкрановой час­ти две ветви, соединенные короткими распорками — ри­гелями. Для средних колонн в нижней подкрановой час­ти допускают смещение оси ветви с оси подкрановой бал­ки и принимают высоту всего сечения h₁ = 1200...1600мм, для крайних колонн принимают h₁ = 1000...1300 мм. При этом принимают размеры высоты сечения ветви h = 250 или 300 мм и ширины сечения ветви b = 500 или 600 мм. Кроме того, b= (1/25... 1/30)Н.

Расстояние между осями распорок принимают (8— 10)h. Распорки размещают так, чтобы размер от уровня пола до низа первой надземной распорки составлял не менее 1,8 м и между ветвями обеспечивался удобный проход. Нижняя распорка располагается ниже уровня пола. Высоту сечения распорки принимают (1,5—2) h,

Соединение двухветвенной колонны с фундаментом осуществляют в одном общем стакане или же в двух от­дельных стаканах; во втором соединении объем укла­дываемого на монтаже бетона уменьшается (рис. XIII. 10). Глубину заделки колонны в стакане фундамен­та принимают равной большему из двух размеров:

Рис. XIII.7. К выбору рациональной конструкции поперечной рамы; эпюры моментов

а - при жестком соединении ригеля с колонной; б - при шарнирном соединении

Система связей

Система вертикальных и горизонтальных связей име­ет назначение: 1) обеспечить жесткость покрытия в це­лом; 2) придать устойчивость сжатым поясам ригелей поперечных рам; 3) воспринять ветровые нагрузки, дей­ствующие на торец здания; 4) воспринять тормозные усилия от мостовых кранов. Система связей работает совместно с основными элементами каркаса и повышает пространственную жесткость здания.

Рис. XIII.13. Схема де­формаций каркаса зда­ния от горизонтальных нагрузок и расчетные схемы

Вертикальные связи. При действии горизонтальных нагрузок в продольном направлении здания (ветер на торец, торможение кранов и т. д.) усилия воспринимают­ся продольной рамой, ригелем которой является покры­тие. Сопряжение между плитами покрытия и колоннами осуществляется через балки или фермы, обладающие малой жесткостью из своей плоскости. Поэтому при от­сутствии связей горизонтальная сила, приложенная к открытию, может привести к значительным деформаци­ям ригелей из их плоскости (рис. XIII.13,а), а горизон­тальная сила, приложенная к одной из колонн, может вызвать существенную деформацию данной колонны без передачи нагрузки на остальные колонны (рис. XIII. 13,б). Система вертикальных связей по линии колонн здания предусматривается для того, чтобы создать жесткое, геометрически изменяемое в продольном на­правлении покрытие.

Вертикальные связевые фермы из стальных уголков устанавливают в крайних пролетах блока между колон­нами и связывают железобетонными распорками или рас­порками из стальных уголков по верху колонн (рис. XIII.14,а). Решетка вертикальных связевых ферм для восприятия горизонтальных сил, действующих слева или справа, проектируется крестовой системы. При неболь­шой высоте ригеля на опоре (до 800 мм) и наличии опор­ного ребра, способного воспринять горизонтальную силу, продольные связи выполняют только в виде распорок по верху колонн. В этом случае стальные опорные листы ри­геля должны быть соединены сваркой с закладным лис­том колонны, рассчитанной на момент M = Wh и опор­ное давление F (см. рис. XIII.13,в). Вертикальные связи между колоннами из стальных уголков устанавливают в каждом продольном ряду в середине температурного блока. Эти связи приваривают к стальным закладным деталям колони.

Горизонтальные связи по нижнему поясу ригелей. Ветровая нагрузка, действующая на торец здания, вы­зывает изгиб колонн торцевой стены. Для уменьшения расчетного пролета этих колонн покрытие используют как горизонтальную опору (рис. XIII.13,г).

В зданиях большой высоты и со значительными пролетами рацио­нально создать горизонтальную опору для торцевой стены и в уровне нижнего пояса ригеля устройством гори­зонтальной связевой фермы (рис. ХШ.14,б).

Дополни­тельная опора для торцевой стены возможна также в ви­де горизонтальной фермы в уровне верха подкрановых балок. Горизонтальные связи по нижнему поясу выпол­няют из стальных уголков, образующих вместе с нижним поясом крайнего ригеля связевую ферму с крестовой решеткой.

Опорное давление горизонтальной связевой фермы передается через вертикальные связи на все ко­лонны блока и дальше на фундаменты и грунты основания.

Горизонтальные связи по верхнему поясу ригелей. Устойчивость сжатого пояса ригеля поперечной рамы из своей плоскости обеспечивается плитами покрытия, при­крепленными сваркой закладных деталей к ригелям. Чтобы уменьшить расчетный пролет сжатого пояса ригеля, по оси фо­наря устанавливают распорки, которые в крайних про­летах температурного блока прикрепляют к горизон­тальным фермам из стальных уголков (рис. XIII.14,в).

Рис. XIII.14. Схемы связей покрытия

а - вертикальные связи; б - горизонтальные связи по нижнему поя­су; в - то же, по верхнему поясу; г — связи фонаря

лекция 2

§ XIII.2. РАСЧЕТ ПОПЕРЕЧНОЙ РАМЫ

1. Расчетная схема и нагрузки

Поперечная рама одноэтажного каркасного здания испытывает действие постоянных нагрузок от массы по­крытия и различных временных нагрузок от снега, вертикального и горизонтального давления мостовых кранов, положительного и отрицательного давления ветра и др. (рис. XIII.19,а).

В расчетной схеме рамы соединение ригеля с колон­ной считается шарнирным, а соединение колонны с фун­даментами — жестким. Длину колонн принимают равной расстоянию от верха фундамента до низа ригеля. Цель расчета поперечной рамы — определить усилия в колон­нах и подобрать их сечения. Ригель рамы рассчитывают независимо как однопролетную балку, ферму или арку.

Постоянная нагрузка от массы покрытия передается на колонну как вертикальное опорное давление ригеля F. Эту нагрузку подсчитывают по соответствующей гру­зовой площади. Вертикальная нагрузка приложена по оси опоры ригеля и передается на колонну при привязке наружной грани колонны к разбивочной оси 250 мм с эксцентриситетом: в верхней надкрановой части е=0,25/2 =0.125 (при нулевой привязке);

в нижней подкрановой части e=(h₁—h₂)/2—0,125 (при нулевой привязке e=(h_l—h₂/2); при этом возникают моменты, равные M=Fe.

Рис. X1I1.I9. Расчетная схема поперечной рамы с кра­новыми нагрузками

Временная нагрузка от снега устанавливается в соответствии с географическим районом строительства и профилем покрытия. Она также передается на колонну как вертикальное опорное давление ригеля F и подсчитывавается по той же грузовой площади, что и нагрузка от массы покрытия.

Временная нагрузка от мостовых кранов определя­ется от двух мостовых кранов, работающих в сближен­ном положении.

Вертикальная нагрузка на колонну вычисляется по линиям влияния опорной реакции подкрановой балки, наибольшая ордината которой на опоре равна единице. Одна сосредоточенная сила от колера моста устанавли­вается на опоре, остальные силы располагаются в зависимости от типа крана. Максимальное давление на ко­лонну

при этом давление на колонну на противоположной сто­роне

Вертикальное давление от кранов передается через подкрановые балки на подкрановую часть колонны с экс­центриситетом, равным для крайней колонны

е=0,25 +λ—0,5 h_н„ (при нулевой привязке е=λ,—0,5 h_н), для средней колонны е=λ

(рис. XIII.19,в). Соответствующие моменты от крановой нагрузки

Горизонтальная нагрузка на колонну от торможения двух мостовых кранов, находящихся в сближенном положении, передается через подкрановую балку по тем же линиям влияния, что и вертикальное давление:

Временная ветровая нагрузка. устанавливается в зависимости от района и высоты здания на 1 м2 поверхности стен и фонаря.

С наветренной стороны действует положитель­ное давление, с подветренной - отрицательное. Стеновые панели передают ветровое давление на колонны в виде распределенной нагрузки p= ωa, где а — шаг колонн.

Неравномерную по высоте здания ветровую нагрузку приводят к равномерно распределенной, эквивалентной по моменту в заделке консоли.

Ветровое давление, действующее на фонарь и часть стены, расположенную выше колонн, передается в рас­четной схеме в виде сосредоточенной силы W.

2. Пространственная работа каркаса здания при крановых нагрузках

Покрытие здания из железобетонных плит, соединен­ных сваркой закладных деталей, представляет собой жесткую в своей плоскости горизонтальную связевую диафрагму. Колонны здания, объединенные горизонтальной связевой диафрагмой в по­перечные и продольные рамы, работают как единый про­странственный блок. Размеры такого блока в плане оп­ределяются расстояниями между температурными шва­ми (рис. XIII.20,а).

Нагрузки от массы покрытия, снега, ветра приложены повременно ко всем рамам блока, при этих нагрузках пространственный характер работы каркаса здания не проявляется и каждую плоскую раму можно рассчитывать в отдельности. Нагрузки же от мостовых кранов приложены лишь к двум-трем рамам блока, но благода­ря горизонтальной связевой диафрагме в работу включа­ется остальные рамы блока, происходит пространствен­ная работа.

Коэффициент C_dim характеризует пространственную, работу каркаса, состоящего из поперечных и продольных, рам и принимается равным при шаге 12 м С_dim=3,4; прн шаге 6м C_dim = 4..

Поперечную раму можно рассчитывать на крановые нагрузки с учетом пространственной работы каркаса здания ме­тодом перемещений с вве­дением к реакции от единич­ного смещения поперечной рамы коэффициента С_dim (рис. ХШ.21),