Каркасы производствен ных зданий Выполнили студенты группы 17-СС-1 Хасан А. Д. Петер Е. В. Каркас - совокупность вертикальных опор и горизонтальных ригелей, на которые опираются плиты перекрытий. Каркасные здания несущим остовом является каркас стены выполняют только ограждающие функции Преимущества каркасной схемы Облегчение массы здания (стены из легких навесных панелей) Возможность увеличения площадей помещений и трансформации внутреннего пространства Большая жесткость и устойчивость зданий Недостатки 1 - колонны; 2 - ригели; 3 - плиты перекрытий; 4 - плиты распорки; 5 - стеновые панели Из-за увеличения количества монтажных элементов увеличиваются трудозатраты и расход стали Виды каркасов По характеру статической работы: рамный, связевый и рамно-связевый По способу возведения: сборный и монолитный По материалу: железобетонный и металлический По конструктивной схеме: полный и неполный По этажности здания: одноэтажный и многоэтажный По расположению ригелей: с продольным, поперечным, с перекрестным расположением, с безбалочным перекрытием Основные конструктивные элементы одноэтажного промышленного здания По особенностям конструктивного решения железобетонные каркасы делятся на: стоечно-балочные - наиболее распространенные в промышленном строительстве с сетками колонн 6X6, 9X6, 12X6 м, собираемые из унифицированных сборных элементов; стоечно-балочные с увеличенным пролетом вверху, возводимые из унифицированных сборных элементов и с использованием балок или ферм в покрытии; большепролетные с сетками колонн 12x6, 18X6 м, монтируемые из унифицированных сборных элементов и с применением безраскосных ферм, образующих межферменные этажи; безбалочные с сетками колонн 6x6, 9X6, 9X9 м, собираемые из унифицированных сборных элементов, образующих гладкую поверхность потолков междуэтажных перекрытий; с монолитными перекрытиями, поднимаемыми при помощи гидроподъемников (на оголовках колонн). Элементы каркаса одноэтажных производственных зданий Конструктивные системы каркаса Стоечно-балочная Поперечные рамы каркаса образуются колоннами, жестко защемленными в фундаментах, и ригелями, шарнирно соединяемыми с колоннами. Рамная Поперечные рамы образуются трехшарнирными рамами: используют две Гобразные полурамы, которые шарнирно соединяют в коньковом узле и с фундаментами. Имеют жесткое соединение ригеля со стойкой. 1 — фундамент: 2 — грунт; 3 — фундаментная балка; 4 — колонна; 5 — оконный проем; 6 — подкрановая балка; 7—наружная стена; 8 — оконный проем второго яруса; 9 — парапет; 10 и 11— ограждающая и несущая конструкция покрытия; 12 — пол по грунту; 13 — рельсовый путь КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ И УЗЛЫ КАРКАСОВ БАЛОЧНОГО ТИПА В балочных железобетонных каркасах несущими элементами являются фундаменты с фундаментными балками, колонны, ригели, панели перекрытий и покрытия, а также металлические связи. Фундаменты (под колоннами каркаса) устраивают столбчатыми стаканного типа, такими же, как в одноэтажных промышленных зданиях. Верх фундаментов располагают на 150 мм ниже уровня чистого пола первого этажа. Колонны изготовляют из бетона марки 200—500. В зависимости от места установки их подразделяют на крайние (пристенные) и средние. У крайних колонн для опирания ригелей имеются консоли (с одной стороны), у средних колонн — консоли с обеих сторон. Колонные выпускаются высотой: на три этажа (для зданий с высотой этажа 3,6 м); на два этажа (для двух нижних, а также для верхних этажей четырехэтажных зданий); на один этаж (для зданий с высотой этажа 6 м и для верхних этажей трех- и пятиэтажных зданий). Колонны первого этажа заделывают в стаканы фундаментов на глубину 0,6—1 м. СТАЛЬНОЙ КАРКАС МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ Стальные каркасы применяют в многоэтажных зданиях различного производственного назначения и в открытых промышленных этажерках для химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Производственные многоэтажные здания выполняют обычно не выше 9 этажей. Исключение составляют производственнолабораторные корпуса, высота которых может составлять 20...25 этажей. Высота открытых промышленных этажерок нередко достигает 100 м и более. Стальные каркасы решают по рамной, рамно-связевой и связевой схемам. Наиболее экономичны и просты в изготовлении и монтаже связевые каркасы, но нередко по технологическим соображениям их применение затруднительно. Наибольшее распространение получила рамно-связевая схема с рамами в поперечном направлении здания и вертикальными связями в продольном направлении. Схемы поперечных каркасов многоэтажных промышленных зданий а — балочно-стоечная (ригельная) схема; б — безбалочная схема; в — здание с увеличенным верхним пролетом; г — большепролетное многоэтажное здание Основными схемами каркасов из монолитного железобетона являются: каркасы с поперечными рамами и продольными второстепенными балками, с продольными главными и поперечными второстепенными балками, с балками, расположенными по колоннам в обоих направлениях, и опертыми по контуру плитами, с безбалочными перекрытиями. Наибольшей поперечной жесткостью обладает первая схема. Однако высокие ригели рам загромождают верх помещений, а часто расположенные второстепенные балки затеняют потолок и являются причиной застоя загрязненного воздуха и газов. Схема с безбалочными перекрытиями наименее жестка, но при ней можно получить наименьшую высоту этажей при заданной высоте помещений и создать лучшее естественное освещение. Разница в высотах этажей зданий, возведенных по первой и последней схемам, может достигать 0,5 м. В целях широкого применения стандартной инвентарной опалубки для возведения монолитных конструкций унифицированы размеры монолитных фундаментов, колонн, балок и плит. Железобетонные каркасы многоэтажных зданий а — стоечно-балочный; б — стоечно-балочный с верхним увеличенным пролетом; в — большепролетные; г — безбалочные; д — с монолитными перекрытиями; 1 — фундаменты; 2 — колонны; 3 — ригели; 4 — плиты перекрытий; 5 — плиты покрытия; 6 — стропильные балки; 7 — безраскосные фермы; 8 — капители; 9 — надколонные плиты; 10 — пролетная панель; 11 — «пакет» перекрытий; 12 — перекрытия, установленные в проектное положение Сборные железобетонные конструкции двухэтажных зданий а- колонны; б-ригели; в -плиты перекрытия; г-опирание ригеля на основную колонну (жесткое сопряжение); д - крепление плит перекрытий у средней колонны; 1 - стальная консоль основной колонны; 2 - закладная пластина в ригеле; 3 - выпуски арматуры из колонны; 4 - то же, из ригеля; 5 - ванная сварка: 6- бетон В25; 7- крепление плит к ригелю посредством закладных деталей; 8-то же, плиты к колонне Связи между колоннами устанавливают поэтажно в середине температурного блока по продольным рядам колонн. Их изготовляют из стальных уголков в виде порталов или треугольников такой же конструкции, как и в одноэтажных зданиях. Узлы каркаса — это опорные сопряжения однотипных или разнотипных сборных элементов, обеспечивающих пространственную жесткость конструктивных систем. К основным узлам относят: стыки колонн, которые располагают выше уровня перекрытия и соединяют приваркой стыковых стержней к металлическим оголовкам с последующим замоноличиванием; стык ригеля с колонной, осуществляемый на консоли, путем сварки вверху выпусков арматуры, а внизу закладных деталей, и замоноличивание зазоров между ними бетоном; стыки плит перекрытия. Уложенные плиты соединяют сваркой закладных деталей к ригелям, к колоннам и между собой. Полости стыков между ребрами и ригелем замоноличивают бетоном. Фундаменты под колонны Колонны каркаса опирают на столбчатые фундаменты стаканного типа, состоящие из подколонника со "стаканом" и ступеней. 1 – фундамент 2 – опорная плита 3 – подколонник 4 – стенка стакана* 5 – отверстие для установки колонны 6 – подошва 7 – колонна *стаканы - отверстия для установки колонн Железобетонные колонны Колонны основного каркаса Крайние Вдоль наружных стен Колонны стенового каркаса Средние Фахверковые* Внутри здания В торцах здания *Фахверк - каркас для крепления стеновых панелей и восприятия ветровой нагрузки. Устанавливается по линии наружных стен при расстоянии между колоннами основного каркаса, превышающем предельную длину стеновых панелей Колонны фахверка а - в торцовых стенах; б - верх фахверковой стойки; в - крепление стойки торцового фахверка к ферме покрытия; г - крепление стойки продольного фахверка к плите покрытия; 1 - колонна каркаса; 2 - стойка торцового фахверка; 3 - стеновые панели; 4 - стальная стойка фахверка; 5 - фундаменты фахверка; 6 - фундаментная балка; 7 стальная надставка фахверковой колонны; 8 - стальной уголок (на высоту парапета); 9 - стропильная балка или ферма; 10 - планка для крепления плит покрытия; 11 - лист, закрепляющий верх фахверковой стойкой; 12 - плита покрытия; 13 - уголок; 14 - стальная приставка Продольные элементы каркаса Жесткость каркаса в продольном направлении обеспечивают фундаментные, подкрановые и обвязочные балки, подстропильные конструкции покрытия, плиты покрытия, а также связи в покрытиях и между колоннами 1 - крайняя колонна 2 - стропильная ферма 3 - плиты покрытия 4 - стальная стойка для опирания плит покрытия 5 - подстропильная ферма 6 - средняя колонна 7 - связи по средним рядам колонн(портальные) 8 - связи по крайним рядам колонн(крестовые) 9 - распорки по крайним рядам колонн Подкрановые балки Предназначены для опирания крановых рельсов, по которым перемещаются электрические мостовые краны На подкрановые балки укладывают рельсы, по которым движутся вдоль здания мостовые краны. Одновременно подкрановые балки являются элементами связи между стойками каркаса в продольном направлении К колоннам балки крепят сваркой закладных деталей и анкерными болтами а- при шаге колонн 6 м; б - то же, 12 м; в - крепление балок к колоннам; г -крепление кранового рельса к балке; 1 - опорный стальной лист; 2 - анкерный болт; 3 - стальная пластинка; 4,5- закладные элементы колонны; 6- стальная лапка; 7- болт; 8 - упругие прокладки толщиной; Связевой каркас • Колонны и ригели имеют шарнирное соединение упрощаются конструкции узлов уменьшается расход стали • Общая устойчивость здания обеспечивается совместной работой вертикальных диафрагм жесткости и дисков перекрытий • Расположение ригелей обычно принимают поперечным • При связевом каркасе усилия в конструкциях не зависят от их положения в плане и по высоте здания возможность полной унификации ригелей и колонн упрощается конструкция узлов Связевой каркас • Диафрагмы (стенки, связи) жесткости располагают одна над другой на всю высоту здания в двух направлениях: Поперечные на всю ширину корпуса Продольные вдоль здания с интервалом в несколько конструктивных шагов 1 – колонны 3 – жесткий диск перекрытия 4 – диафрагма жесткости Рамно-связевой каркас Плита оболочки Состоит из рам с жесткими узлами, расположенными обычно поперек здания, и диафрагм жесткости – в противоположном направлении. • • • Жесткость сопряжений колонн и ригелей обеспечивается только в одном направлении. Рамы с жесткими узлами воспринимают только вертикальные усилия, а горизонтальные усилия воспринимают перекрытия, передавая их на диафрагмы жесткости. По сравнению со связевой схемой сокращается количество диафрагм жесткости. Продольные элементы каркаса Обвязочные балки Располагают над оконными проемами, и выполняют функции перемычек Укладывают на стальные опорные столики и крепят к колоннам стальными планками Преимущества монолитных каркасов Диафрагма большая жесткость и устойчивость разнообразные объемностоимость здания снижается на 25% планировочные решения зданий Виды монолитных каркасов с главными и второстепенными балками с одинаковыми балками в обоих направлениях с безбалочными перекрытиями 1 - колонны; 2 - главная балка; 3 - второстепенные балки; 4 - плита; 5 - балки; 6 - капитель Список литературы Бендер М.П. Промышленные здания в индустриальных конструкциях, 2019 г. Бендер М.П. Бендер О.А. Производственные здания с вспомогательными помещениями, 2019 г. Дятков С. В. Архитектура промышленных здании, 1976 г. Трепененков Р. И. Конструкций и детали промышленных здании, 1980 г. Мельников Н.П. Металлические конструкции, 1980 г. Демидов С. В. Хрусталев А.А. предприятий, 1984 г. Тосунова М.И. Проектирование промышленных зданий и сооружений, 1968 г.
