ЛЕКЦИЯ 4 Стальные конструкции одноэтажных промышленных зданий

Пространственную систему металлических конструкций, образованную колоннами, подкрановыми балками, фермами, прогонами и связями, называют стальным каркасом.Пространственная жесткость каркаса обеспечивается укладкой подкрановых балок, прогонов, связей между поперечными рамами.

Элементы каркаса изготовляют из малоуглеродистых и высокопрочных сталей. Сопряжение элементов стального каркаса осуществляют на болтах, сварке и заклепках (при значительных динамических нагрузках).

Рис. 20. Основные типы стальных колонн:

а — сплошного постоянного сечения для зданий без мостовых кранов;

б — то же двухветвевого сечения; в — сплошного сечения для зданий,

оборудованных мостовыми кранами; г— то же, двухветвевого переменного

сечения; д — то же, раздельного типа переменного сечения

Каркасы одноэтажных промышленных зданий с пролетами 18,24, 30, 36 м и шагом колонн 6 и 12 м возводят из типовых металлических конструкций.

Стальные каркасы допускаются: при высоте одноэтажного здания более 14,4 м; при грузоподъемности кранов 50 т и более; при пролетах здания 30 м и более, а в неотапливаемых зданиях — 18 м и более; при двухъярусном расположении кранов; при высоких динамических нагрузках; при строительстве в труднодоступных районах.

Устройство стального каркаса наиболее оправдано для многих цехов металлургической промышленности (мартеновские, прокатные и др.) и в цехах тяжелого машиностроения.

Повышение коррозионной стойкости стального каркаса достигается нанесением соответствующих защитных покрытий — масляных красок, битумных лаков. С этой же целью для работы в агрессивной среде следует применять круглые, гнутые, сплошностенчатые конструктивные формы элементов, в которых отсутствуют места скопления влаги и пыли, являющиеся источником развития коррозии.

Защита стальных конструкций от чрезмерного нагрева производится облицовкой огнеупорными материалами (керамикой, бетонами) и установкой отражающих экранов при постоянном источнике теплоизоляции (на некоторых участках горячих цехов).

Применение железобетонных настилов по стальным фермам приводит к увеличению расхода металла, поэтому предпочтительно использование легких ограждающих конструкций (профилированный стальной лист, асбестоцементные изделия, эффективный утеплитель).

Типы стальных колонн. Их опирание на фундамент

В колоннах различают следующие части:

• оголовок, воспринимающий нагрузку от вышележащих конструкций;

• стержень (ствол), имеющий надкрановую и подкрановую части;

· башмак (база), передающий нагрузку на фундамент.

Стальные колонны (рис. 20) различают по следующим признакам:

• по местоположению: для крайних и средних рядов;

• по конструкции ствола: постоянного сечения, переменного (ступенчатого) сечения;

• по сечению ствола: сплошные, сквозные (из отдельных ветвей, соединенных раскосами или планками), смешанного типа (надкрановая часть сплошная, подкрановая сквозная).

Колонны постоянного сечения представляют собой прокатные сварные двутавры с консолями для опирания подкрановых балок. Их устанавливают в бескрановых или крановых зданиях высотой 8,4-9,6 м (при грузоподъемности кранов до 20 т). Привязка крайних колонн: при Н= 6—8,4 м — нулевая; при Н= 8,4—9,6 м — 250 мм.

Расстояние от уровня пола до верха подколонника 600 мм (для колонн =8,4—9,6 м), 200 мм (для колонн Н = 6—8,4 м).

Ступенчатые (двухветвевые) колонны предназначены для зданий с высотой этажа 9,6—18 м, оборудованных кранами грузоподъемностью до 125 т. Надкрановая часть колонны (шейка) выполняется из сварного двутавра, подкрановая состоит из двух ветвей, соединенных решеткой. Подкрановую часть двухветвевых колонн выполняют из прокатных швеллеров и двутавров (при высоте сечения до 400 мм), из гнутых швеллеров и двутавров сварных или прокатных (при высоте сечения 400—650 мм).

Башмаки стальных колонн крепят к анкерным болтам, заделанным в железобетонный фундамент. Опирание осуществляют через слой цементно-песчаного раствора или бетона на мелком заполнителе. Конструкция башмака зависит от сечения колонны, характера нагрузки (центральная, внецентренная). Башмаки колонн сплошных и решетчатых (при небольшом расстоянии между ветвями) имеют общую базу. В зависимости от высоты траверсы нижний торец колонны располагают на отметке 0,6—0,9 м. Заглубленную часть колонны для защиты от коррозии бетонируют.

Рис. 21. Стальные подкрановые балки:

а — сплошного сечения из прокатных двутавров с усилением верхних полок;

б — то же сварные; в — то же, клепаные; г — сквозного сечения;

д — крепление балок к железобетонной колонне; е — то же к стальной;

ж — крепление рельса к балке крюками; з — то же лапками;

1 — тормозная балка; 2 — крепежная планка; 3 — упорный уголок;

4 — стальная фасовка; 5 — подставка; 6 — цементно-песчаный раствор;

7 — опорное ребро; 8 — рельс; 9 — крюк; 10 — стальная лапка

Подкрановые балки

Двутавровые балки пролетом 6 и 12 м применяют в зданиях с мостовыми кранами грузоподъемностью до 200 т. Сечение балок симметричное или асимметричное (с уширенным верхним поясом), вертикальная стенка сплошная, усиленная двусторонними ребрами, расположенными через 1,5 м. Высота подкрановых балок 600—2050 мм, их изготовляют из прокатного металла и сварными (рис. 21).

По статической работе подкрановые балки делят на разрезные, имеющие по всей длине постоянное сечение и стыкуемые на опорах; неразрезные, компонуемые из различных сечений, со стыками, расположенными в четвертях пролета.

Тормозные балки и фермы (рис. 22) обеспечивают устойчивость подкрановых балок и воспринимают тормозные усилия мостовых кранов. Их закрепляют к поясам подкрановых балок и сверху приваривают стальной рифленый лист, используемый для прохода вдоль подкрановых путей. При шаге колонн 6 м верхние пояса подкрановых балок связывают тормозными балками только в связевых шагах колонн. При шаге колонн 12 м при устройстве проходов при кранах грузоподъемностью более 75 т по всей длине подкрановых балок устраивают тормозные фермы.

Крановые пути для кранов грузоподъемностью до 20 т устраивают из железнодорожных рельсов, закрепленных крюками или планками с вертикальными ребрами.

Для кранов грузоподъемностью более 20 т укладывают рельсы от КР-50 до КР-140, закрепляемые болтами с прижимными лапками. Концевые опоры приваривают к подкрановой балке и снабжают брусчатым амортизатором.

Балки опирают на колонны через опорные торцовые ребра и крепят к ним болтами и планками. Между собой балки соединяют болтами, пропускаемыми через опорные ребра. Балки изготовляются средние и крайние. Крайние балки устанавливаются у температурных швов и в торцах пролетов, у этих балок одна из опор отодвинута на 500 мм.

При опирании балок на железобетонные колонны под балки устанавливают специальные подставки (рис. 21, д).

Рис. 22. Тормозные элементы подкрановых балок:

а — тормозная балка, соединяющая подкрановые конструкции

на средних колоннах; б — тормозная ферма, соединяющая подкрановые

конструкции на средних колоннах; в — тормозная балка для крайних колонн;

г — тормозная ферма для крайних колонн;

1 — двутавровые подкрановые балки; 2 — стальной рифленый лист,

усиленный снизу ребрами из уголков; 3 — решетка из уголков; 4 — швеллер;

5 — вертикальная решетка тормозной фермы; 6 — стальные уголки,

поддерживающие раскосы тормозной балки

Рис. 23. Схемы стальных стропильных и подстропильных ферм:

а — с параллельными поясами для плоских покрытий;

б — треугольная для неутепленных покрытий; в — подстропильная

с параллельными поясами; г— подстропильная треугольная

Стропильные и подстропильные фермы покрытий

ЛЕКЦИЯ 5, 6 Стены

Стены промышленных зданий должны удовлетворять следующим требованиям:

• прочности и устойчивости;

• необходимой огнестойкости, соблюдению установленного температурно-влажностного режима в помещениях;

• долговечности, т.е. стойкости от воздействия внешней и внутренней (производственной) среды;

• индустриальности возведения;

• архитектурно-художественным;

• экономии, т.е. иметь минимальную массу и наименьшие показатели стоимости и трудоемкости на 1 м² стены.

По характеру статической работы стены подразделяют: ненесущие (навесные) — передают свой вес на колонны каркаса, за исключением нижнего подоконного яруса, опирающегося на фундаментные балки. Вес ненесущих стен колонны воспринимают через обвязочные балки в стенах из мелких элементов и через опорные стальные столбики в панельных стенах. Наиболее эффективны ненесущие стены при легких крупноразмерных панелях (из асбестоцементных и металлических листов);

самонесущие стены — несут собственный вес в пределах полной высоты здания и передают его на фундаментные балки. Связь с каркасом осуществляется анкерами. Высота самонесущих стен ограничивается и зависит от прочности материала и толщины стены, шага колонн, величины ветровой нагрузки. Самонесущие панельные стены наиболее эффективны для производств с влажными и мокрыми процессами, с химически агрессивной средой;

несущие стены — выполняются из кирпича и блоков. Воспринимают вес покрытия, ветровые усилия, иногда транспортные нагрузки. Повысить устойчивость несущих стен можно устройством пилястр с наружной и внутренней стороны. По месту расположения стены промышленных зданий подразделяют на наружные и внутренние, продольные и торцовые.

По конструктивному решению стены бывают: кирпичные, блочные, панельные (бетонные, из тонкого металлического листа с утеплителем), из листовых материалов (асбестоцемента, стеклопластика, металла).

В одноэтажных промышленных зданиях помимо основного каркаса применяют и дополнительный каркас стен — фахверк.Он устанавливается в плоскостях торцовых и продольных стен. Фахверк состоит из стоек и ригелей и обеспечивает устойчивость протяженных или высоких стен промышленного здания. Применяют фахверк в следующих случаях:

• при стенах из асбестоцементных и металлических листов;

• в зданиях высотой более 30 м независимо от конструкции стены;

• в зданиях с тяжелым режимом работы кранов при кирпичных стенах;

• при шаге колонн 12 м и длине наружных панелей 6 м.

В торцовых стенах зданий вследствие больших пролетов всегда устраивается фахверк. В крупнопанельных стенах он состоит из железобетонных или стальных колонн на самостоятельных фундаментах.

Рис. 30.Железобетонные колонны фахверка

Железобетонные колонны фахверка (рис) применяются в одноэтажных промышленных зданиях высотой от 3 до 9,6 м. Внутренняя грань панельных стен располагается с зазором 30 мм по отношению к наружной грани колонн. Железобетонные колонны фахверка на 300 мм короче основных; до верха несущих конструкций они наращиваются двутавром № 24, а затем уголком 125 х 40 х 4 мм. Нижний конец колонн крепится к фундаменту шарнирно. Для этого поверх фундамента устанавливается при помощи анкерных болтов и цементной подливки стальной лист. Колонна устанавливается на этот лист и приваривается к нему с помощью закладных деталей.

В колоннах предусмотрены закладные детали:

• лист М-8 - в верхнем торце колонн для крепления их верхнего конца;

• уголки М-31 для крепления колонны к фундаменту;

• М-2 — в виде парных уголков для крепления продольных стен;

• М-3 —лист, к которому привариваются столики (для опирания ненесущих стен);

• М-4 — сквозные трубки для разгрузки и погрузки колонны;

• М-5 — для подъема колонны при монтаже.

Колонны изготовляют из бетона класса В15—ВЗО. Колонны армируют пространственными сварными каркасами. Рабочая арматура из горячекатаной стали периодического профиля класса A-III.

Колонны стального фахверка (рис. 31). Привязка колонн торцового фахверка нулевая, привязка колонн продольного фахверка определяется привязкой основных колонн каркаса. Верхняя часть колонны размещается в зазоре между стенкой и фермой покрытия и имеет сечение в виде двух швеллеров, полками обращенными вовнутрь. Номер швеллера зависит от материала несущих конструкций покрытия: в зданиях с металлическими конструкциями покрытия применяют швеллер № 12, с железобетонными конструкциями покрытия — швеллер № 30. При металлических конструкциях покрытия нижняя часть колонны имеет сечение разного размера и вида (швеллера № 14—30 или сварной двутавр). При железобетонных конструкциях покрытия нижняя часть колонны имеет сечение сварное двутавровое. К фундаменту колонны крепятся шарнирно. Колонны устанавливают на две стальные монтажные прокладки и закрепляют анкерными болтами. Зазор между опорным листом колонны и верхом подколенника (между прокладками) заполняют цементным раствором.

Рис. 31. Виды привязки колонн

Стены из кирпича

Стены из кирпича (рис. 32) устраивают для зданий, имеющих небольшие размеры и большое количество дверей и технологических отверстий, а также связанных с производством, где повышенная влажность и агрессивная среда.

Рис. 32. Кирпичные стены промышленных зданий:

а — несущие, усиленные изнутри пилястрой; б — несущие, усиленные

снаружи контрфорсом; в — угол стены; г— фрагмент самонесущей стены;

д — опирание навесных стен на обвязочные балки;

е — крепление самонесущих стен к колоннам каркаса;

1 — фундаментная балка; 2 — отмостка; 3 — гидроизоляция;

4 — кирпичная кладка; 5 — железобетонная перемычка; 6 — карниз;

7 — колонна каркаса; 8 — закладная деталь; 9 — обвязочная балка;

10 —металлический столик; 11 — стальной анкер диаметром 10-12 мм

Толщина кирпичных стен зависит от теплотехнических требований и составляет 250, 380, 510 мм.

По восприятию нагрузки кирпичные стены бывают:

• несущие, образующие остов здания. Их опирают на ленточные
фундаменты, в местах укладки балок или ферм усиливают
изнутри пилястрами;

• самонесущие, примыкающие к колоннам каркаса. Их опирают на фундаментные балки. Для обеспечения устойчивости стен в их тело при кладке закладывают крепежные детали, которые прикрепляют к колоннам каркаса через 1,2 м;

• навесные, опертые на обвязочные балки, располагаемые над оконными проемами. Обвязочные балки, размещаемые над проемами, служат сплошными перемычками.

Кладка может выполняться сплошной и облегченной.

Цоколи кирпичных стен штукатурят или облицовывают керамической плиткой. Перемычки применяют при проемах 3 и 4,5 м. Верх стены завершается карнизом или парапетом.