Теоретичний матеріал до теми 13

1. Залізобетонний каркас одноповерхових будівель.

2. Сталевий каркас одноповерхових будівель.

Просторову систему металевих конструкцій, яка створена колонами, підкрановими балками, фермами, прогонами і зв’язками, називають сталевим каркасом. Основою каркаса (рис. 2.1) є поперечні рами, які складаються з колон і кроквяних ферм. Сталевий каркас одноповерхових виробничих будівель має таку саму конструктивну схему, що й залізобетонний каркас. Застосовують сталеві каркаси при будівництві підприємств металургії, машинобудування та в інших цехах з великими прольотами та значними крановими навантаженнями. Найбільш доцільно застосовувати такі каркаси в сейсмічних районах. Виконання несучих і огороджувальних елементів виробничих будівель із прогресивних металевих конструкцій та використання нових ефективних утеплювачів порівняно з аналогічними традиційними конструкціями із залізобетону та звичайних теплоізоляційних матеріалів дозволяє значно зменшити масу будівлі.

Просторова жорсткість металевого каркаса забезпечується підкрановими балками, прогонами та зв’язками між поперечними рамами. Елементи каркаса виготовляють із маловуглецевої, низьколегованої та високоміцної сталі.

Спряження елементів сталевого каркаса виконують за допомогою болтів, зварювання та заклепок (при значних динамічних навантаженнях).

Каркаси одноповерхових промислових будівель з прольотами 18, 24, 30, 36 м і кроком колон 6 і 12 м виконують із типових металевих конструкцій.

Рис. 2.1. Елементи сталевого каркаса: 1 – колони; 2 – підкранові балки; 3 – вертикальні зв’язки між фермами; 4 – кроквяні ферми; 5 – вертикальні зв’язки (в гребені ферми); 6 – розтяжки (на рівні нижнього поясу ферм); 7 – прогони; 8 – вертикальні хрестові зв’язки (між колонами); 9 – горизонтальні хрестові зв’язки (на рівні нижнього поясу ферм)

Сталеві колони

Для влаштування каркасів одноповерхових і багатоповерхових промислових будівель застосовують сталеві колони.

Сталеві колони одноповерхових будівель можуть мати сталий за висотою переріз і змінний. У свою чергу, колони зі змінним перерізом можуть мати підкранову частину суцільного і наскрізного перерізу. Наскрізні колони поділяють на колони з вітками, з’єднанні зв’язками, й колони роздільні, що складаються з незалежно працюючих шатрової й підкранової віток.

Якщо колони в основному працюють на центральний стиск, застосовують колони суцільного перерізу, для виготовлення суцільних колон застосовують широкополицевий прокатний або суцільний двотаври, а для наскрізних можна використати також двотаври, швелери й кутики.

Рис. 2.2. Типи сталевих колон: а, б – сталого перерізу; в, – змінного перерізу; г – роздільного типу; д – переріз суцільних колон; е – те ж наскрізних

У безкранових будівлях і з кранами вантажопідйомністю до 200 кН висотою до 8,4 м застосовують сталеві уніфіковані колони постійного перетину із зварних двотаврів з висотою стінки 400 і 630 мм (рис.2.2 а, б). У безкранових будинках заввишки Н = 9,6…18 м використовують колони двогілкові (рис.2.2 б).

У будинках заввишки 10,8…18,0 м, обладнаних кранами вантажопідйомністю до 500 кН використовують уніфіковані двогілкові колони, що складаються з двох частин: підкранової (гранчастої) і надкранової (із зварного двотавра) (рис.2.2 в).

Для будинків, що мають висоту більше 18 м та обладнаних кранами вантажопідйомністю 750 кН і більше, сталеві колони проектують індивідуально.

Двогілкові колони за типами перетину гілок проектують в трьох варіантах: при ширині перерізу до 400 мм – зовнішня і підкранова гілки з прокатних швелера і двотавра, відповідно; при ширині перерізу 400 - 600 мм – зовнішня гілка з гнутого швелера, підкранова – з прокатного двотавра; при ширині перерізу понад 600 мм – зовнішня гілка з гнутого швелера, підкранова – із зварного двотавра.

Надкранова частина колони проектується з зварного двотавра з висотою стінки 400 мм в крайніх і 710 мм – в середніх колонах.

Роздільні колони влаштовують у будівлях з важкими мостовими кранами (1250 кН і більше). У нижній частині колон для з’єднання з фундаментами передбачають стальні бази (башмаки). Бази до фундаментів кріплять анкерними болтами, що закладаються в фундамент при виготовленні їх. Нижню опорну частину колони разом з базою покривають шаром бетону.

Сталеві підкранові балки

Сталеві підкранові балки проектують розрізними і нерозрізними. Розрізні балки мають постійний перетин і стикуються на опорах, а нерозрізні стикуються в чвертях прольоту і можуть мати різні перерізи.

Уніфіковані типові балки розрізного типу застосовують для будівель з прольотами від 18 до 36 м з кранами звичайного і важкого режимів роботи і вантажопідйомністю від 50 до 3200 кН при кроці колон 6, 12, 18 і 24 м.

Балки прольотом 6 і 12 м застосовують як в сталевих, так і залізобетонних каркасах, а прольотом 18 і 24 м – тільки в сталевих.

За типом перетину можуть бути суцільними і наскрізними (гратчастими). Суцільні балки (рис. 2.3 а - в) застосовують при кроці 6 м і невеликій вантажопідйомності кранів. Наскрізні підкранові балки (рис. 2.3 г) у вигляді шпренгельних систем застосовують у будівлях з кроком 12 м і більше, а також з кранами великої вантажопідйомності (≥ 750 кН).

Сталева підкранова балка суцільного перетину являє собою зварений чи прокатний двотавр, що має пояса однакової ширини або більш широкий верхній пояс. Двутаври з однаковими по ширині поясами в площині верхнього пояса, посилені гальмівними балками або фермами, застосовують в основному в будинках, що мають мостові крани вантажопідйомністю 500 кН і більше і крок колон 12 м. У будівлях з кранами вантажопідйомністю до 500 кН і кроці колон 6 м використовують балки з розвиненим верхнім поясом, здатним сприймати гальмівні зусилля від роботи кранів.

Розміри перерізів сталевих підкранових балок призначають на основі розрахунку. Уніфіковані балки мають висоту на опорі 0,8 м при кроці колон 6 м і вантажопідйомності крана до 200 кН і 1,3 м – при вантажопідйомності крана 300 кН і більше. Для кроку колон 12 м балки мають висоту 1,6 м.

Для забезпечення стійкості стінки балки підсилюють поперечними двосторонніми ребрами жорсткості через 1,5 м, а в балках прольотом 18 і 24 м ще й горизонтальним поздовжнім ребром.

Балки спирають на консолі колон через виступаючі торцеві ребра і закріплюють анкерними болтами і планками (рис. 2.3 е). Між собою балки з’єднують болтами, які пропускають через торцеві ребра.

Рис. 2.3. Сталеві підкранові балки: а - в – суцільного перерізу; г – наскрізного перерізу; д – кріплення балки до залізобетонної колони; е, ж – те ж до сталевої колони; з – кріплення рейки до балки крюками; і – те ж лапками; 1 – гальмова балка; 2 – хомут зі смуги 8 × 100 мм; 3 – упори з кутиків; 4 – кінцеве опорне ребро; 5 – кріпильні планки; 6 – фасонка; 7 – ребра жорсткості через 1,5 м; 8 – гальмова балка зі сталі; 9 – крюк; 10 – лапки через 0,6 - 0,75м

Для кранового шляху застосовують залізничні рейки спеціального профілю. Вибір типу кранової рейки та його кріплення до підкранової балки залежить від вантажопідйомності, режиму роботи й типу ходових коліс крана. Кріплення рейок до підкранової балки, як правило, виконують рухомим, щоб можна було зробити виправлення шляху (рихтування).

Кранові рейки профілю КР кріплять за допомогою спеціальних лапок (рис. 2.3 і). При вузькому поясі сталевої балки залізничні рейки закріплюють через кожні 500 - 700 мм спеціальними крюками (рис. 2.3 з).

Для запобігання аварій при роботі крана біля торця будівлі крановий шлях забезпечують пристроєм, що автоматично включає гальмо й обмежується кінцевими підпорами. Кінцеві підпори приварюються до підкранової балки так, щоб сила удару передалася через кінцеве опорне ребро на каркас будівлі. Для зменшення удару кінцеві упори забезпечуються брущатими або пружинними амортизаторами.

Обв’язувальні балки в сталевому каркасі виконують з одного профілю (швелера або двотавру) або складеного перерізу.

Сталеві кроквяні та підкроквяні ферми

Сталеві кроквяні ферми по обрису проектують з паралельними поясами, полігональними і трикутними. Сталеві ферми застосовують практично для будь-яких прольотів. У фермах різного обрису застосовують певні системи решіток (рис. 2.4). Вибір типу решітки залежить від схеми прикладання навантажень, перерізу поясів і конструктивних вимог. Для зниження трудомісткості виготовлення, ферма повинна бути по можливості простою і з мінімальним числом елементів.

Рис. 2.4. Схеми решіток ферм: а – трикутна; б – трикутна зі стійками; в, г – розкісна; д – шпренгельна; е – хрестова; ж – перехресна; з – ромбічна; і – напіврозкісна

Сталеві ферми проектують з елементів, які можуть мати різні перетини: трубчасті, гнутозварні замкнуті, з прокатних кутиків, двотаврів, швелерів і т.п. Найбільш поширені типи перетинів елементів ферм наведені на рис. 2.5. Уніфіковані ферми проектують з прокатних парних кутиків нормальною або зниженою висотою. Конструкції нормальної висоти призначені для опалювальних будівель з покриттям із залізобетонних плит або із сталевого профільованого настилу, покладеного по прогонах. Ферми із зниженою висотою використовують тільки для покриттів з профільованого настилу.

Типові уніфіковані ферми можуть використовуватися як в безкранових будівлях, так і в будівлях з мостовими опорними кранами.

Рис. 2.5. Типи перетинів сталевих ферм: а – трубчастий, б – прямокутний гнутозамкнутий; в - е – з парних кутиків, є – з одиночних кутиків; ж – з таврів – для поясів ферм; з – те ж, з двотавра; і – те ж, з двох швелерів

До складу сталевих несучих конструкцій покриттів входять прогони, кроквяні і при необхідності підкроквяні ферми, опорні стійки, горизонтальні та вертикальні зв'язки. Конструкції покриттів застосовують в однопрогонових і багатопрогонових будинках за будь-яких поєднаннях прольотів шириною 18, 24, 30 і 36 м при використанні ферм нормальної висоти і 18 і 24 м – при фермах зниженою висоти. Крок кроквяних ферм – 6 або 12 м.

Сталеві ферми можуть застосовувати для перекриття будь яких прольотів. Уніфіковані ферми мають прольоти 18, 24, 30, 36 м; застосовують їх із кроком 6, 12 м і більше. Номінальна довжина ферм з паралельними поясами та полігональних прийнята на 400 мм менше від прольоту за рахунок скорочення крайніх панелей на 200 мм. Висота на опорі ферм з паралельними поясами (рис. 2.6 а) 2550 - 3750 мм, полігональних (рис. 2.6 б) – 2200 мм, трикутних (рис. 2.6 в) – 450 мм. Розміри панелей верхнього поясу ферм – 3 м. У трикутних фермах довжина панелей верхнього поясу – 1,5 м.

Спряження ферм з колонами найчастіше роблять шарнірне за допомогою надопорної стійки двотаврового перерізу. Стійки закріплюють до сталевих і залізобетонних колон анкерними болтами, а пояси ферм до стійок – чорними болтами (рис. 2.6 г, д). Трикутні ферми закріплюють до колон аналогічно до залізобетонних (рис. 2.6 е).

Рис. 2.6. Сталеві кроквяні ферми: а – з паралельними поясами; б – полігональна; в – трикутна; г – вузол спирання на колону ферми з паралельними поясами при «нульовій» прив’язці; д – те саме, полігональної при прив’язці 250 і 500 мм; е – те саме, трикутної при «нульовій» прив’язці; 1 – надопорна стійка; 2 – колона; 3 – ригель фахверку

Підкроквяні сталеві ферми з паралельними поясами виготовлять завдовжки 12, 18, 24 м. Висота цих ферм 3130 мм. Сконструйовані вони за типом кроквяних ферм.

Забезпечення просторової жорсткості сталевого каркаса

Для забезпечення просторової жорсткості сталевого каркаса влаштовують зв’язки між кроквяними фермами та колонами. У покритті горизонтальні та вертикальні зв’язки мають різні конструктивні рішення.

На рівні верхнього поясу ферм закріплюють горизонтальні хрестові зв’язки і розпірки. Горизонтальні зв’язки, що об’єднують пояси суміжних ферм, утворюють зв’язкову ферму. Поперечні зв’язкові ферми влаштовують у торцях будівлі й на межі температурних блоків (біля температурних швів). Якщо довжина блока більша 120 м, то через 60 м ставлять проміжні зв’язкові ферми.

У каркасах, які мають покриття з великорозмірних залізобетонних плит, зв’язки (крім зв’язкових ферм) на рівні верхнього поясу не влаштовують.

У каркасах, де покриття з прогонів, додаткові зв’язки (крім зв’язкових ферм) на рівні верхнього поясу не передбачають. Тут функцію горизонтальних зв’язків виконують прогони. Вони забезпечують стійкість кроквяних конструкцій (на ділянках між поперечними зв’язковими фермами).

Розпірки (зі сталевих кутиків) ставлять на ділянках покриття під ліхтарями і в гребеневих вузлах ферм.

На рівні нижнього поясу ферм закріплюють поперечні та поздовжні зв’язкові ферми й ставлять розтяжки з кутиків. Поперечні зв’язкові ферми по нижніх і верхніх поясах кроквяних конструкцій суміщають у плані. Поздовжні зв’язкові ферми розташовують по краю покриття, а в багатопролітних будівлях –   упродовж середніх рядів колон (через ряд).

Сталеві розтяжки зв’язують нижні пояси кроквяних конструкцій (на ділянках між поперечними зв’язковими фермами).

Між кроквяними фермами закріплюють вертикальні хрестові зв’язки або ферми з паралельними поясами. їх розташовують між опорами форм і в

«жорстких» панелях поперечних зв’язкових ферм (по краях і в середині прольоту, а також під стійками ліхтаря).

Вертикальні зв’язки між колонами ставлять у кожному поздовжньому ряду (всередині температурного блока). При довжині блока більше 120 м влаштовують дві системи вертикальних зв’язків на відстані 40 - 50 м. Хрестові зв’язки ставлять між колонами з кроком 6 м, портальні – при кроці колон 12 м.

Вертикальні зв’язки в надкрановій частині колон розташовують на межі температурного блока і в місцях розташування вертикальних зв’язків між фермами покриття.

Всі типи зв’язків виготовляють із прокатного профілю металу й закріплюють болтами та зварюванням до елементів каркаса.

Будівлі з легких металевих конструкцій

Несучі конструкції, міцність яких підвищена завдяки застосуванню високих марок металу або ефективного профілю, а огороджувальні елементи виконані з ефективним утеплювачем, називають легкими.

3 легких металевих конструкцій зводять одноповерхові промислові будівлі з прольотом 18, 24 м і з кроком колон у крайніх рядах 6, 12 м, у середніх – 12 м.

Висота до низу несучих конструкцій складає: в безкранових будівлях від 4,8 до 8,4 м; а в будівлях з підвісними кранами від 6 до 8,4 м; у будівлях з мостовими кранами вантажопідйомністю до 20 т – від 6 до 10,8 м.

3 метою зниження матеріаломісткості будівель і зменшення строку їх введення використовують для покриття кроквяні та підкроквяні ферми з тонкостінних сталевих труб (рис. 2.7).

При висоті будівлі 9,6 м колони застосовують суцільні з двотавру, при висоті 10,8 м – змінного перерізу. Прогони покриття з прольотом 6 м – суцільного перерізу, з прольотом 12 м – решітчасті.

Ферми зі сталевих труб мають звичайну конструктивну схему; за рахунок заміни кутиків трубами на виготовлення їх зменшуються витрати сталі на 10 - 35 %. У цих фермах відсутні місця накопичення агресивного пилу та труднодоступні місця для фарбування елементів. Безфасонні з’єднання поясів і решітки значно зменшують трудомісткість виготовлення ферм.

Одержали поширення будівлі зі структурним покриттям прокатного профілю або з труб (рис. 2.7; 2.8).

Рис. 2.7. Сталеві ферми з труб: 1 – надопорна стійка; 2 – колона; 3 – балка підвісного крана

Рис. 2.8. Будівля зі структурним покриттям: 1 – колона трубчата; 2 – трубчата структура; 3 – покриття зі сталевого настилу; 4 – зенітні ліхтарі; 5 – стіни з металевого листа з ефективним утеплювачем; 6 – вікно; 7 – цоколь; 8 – ригель стінового фахверка

Структури являють собою просторову решітчасту плиту, утворену правильними геометричними фігурами. Колони в таких будівлях – із прокатних або зварених двотаврів, із труб діаметром 325 - 530 мм. Підкранові балки двотаврові зварювальні. Просторова структура покриття зібрана з прокатних кутиків або труб. Елементи структури з’єднуються у вузлах за допомогою болтів високої міцності, зварювання, півсфери з внутрішньою різьбою. Прогони покриття – зі швелерів.

Будівлі з легких металевих конструкцій застосовують для підприємств машинобудування, легкої, харчової та деревообробної промисловості.

3. Змішаний каркас одноповерхових будівель.

Змішані каркаси

Каркас, у якого стиснуті та згинаючі елементи виконані з різного матеріалу, називають змішаним. Для одноповерхових промислових будівель доцільно застосовувати каркаси таких видів: колони залізобетонні, підкранові балки та несучі конструкції покриття сталеві, колони залізобетонні, несучі елементи покриття дерев’яні; колони металеві, конструкції покриття дерев’яні За рахунок раціональної роботи каркаса, залізобетонних (на стиск), металевих і дерев’яних (на згин), знижується матеріаломісткість будівлі. Зменшення маси покриття дозволяє зменшити розміри перерізу колон і підошви фундаменту. Найчастіше застосовують каркаси з несучими металевими елементами покриття. Характерними вузлами таких каркасів є: спирання сталевих підкранових балок на залізобетонні колони (рис. 16.9 д); виконують через опорні торцеві ребра. Балки закріплюють до колон болтами та планками, а між собою з’єднують болтами, які пропускають через опорні ребра.

Установка металевих ферм на залізобетонну колону виконується через опорну плиту (рис. 3.1). Установлені конструкції закріплюють анкерними болтами, заробленими в оголовках колон.

У змішаних каркасах несучими елементами покриття можуть бути балки, ферми, арки з клеєної деревини. При рівних навантаженнях і прольотах маса таких конструкцій у 5 разів менша, ніж із залізобетону.

Клеєні дерев’яні конструкції заводського виготовлення міцні, стійкі, в агресивному середовищі мають невелику вагу, хороші архітектурно-естетичні якості, а за довговічністю не гірші за металеві й залізобетонні конструкції. Застосовують їх в одноповерхових виробничих будівлях з агресивним середовищем і при будівництві в районах, багатих на соснові ліси.

Дерев’яні балки в покриттях одноповерхових будівель з прольотами в 12 м і більше виконуються цвяховими, складеними з брусків і дощок, і клеєними – з дощок, міцно з'єднаних між собою синтетичним клеєм. Цвяхові балки мають зшиту на цвяхах стінку із двох шарів дощок, нахилених в різні боки під кутом в 45 °. Верхній і нижній пояси цих балок утворюються нашитими з двох сторін поздовжніми брусами, з'єднаними між собою вертикальними накладками. Висота таких балок ¹/₆ - ¹/₈ прольоту. Клеєні балки до 12 м довжини мають прямокутний перетин, а більш довгі – двотаврові. Висота їх приймається ¹/₁₀ - ¹/₁₂ прольоту. Дерев'яні ферми з брусів і дощок застосовують для прольотів в 15 м і більше. Покриття по дерев’яних балках і фермам виконують або у вигляді двошарового дощатого настилу, укладеного на бруси (прогони), опертих на несучу конструкцію, або у вигляді щитів з деревоплити. Ці щити являють собою ряд брусків товщиною 60 ... 120 мм і висотою 100 ... 240 мм, щільно з’єднаних між собою на цвяхах або на клею. Такі щити довжиною 3 ... 6 м укладають поверх балок і ферм, після чого за ними прибивається настил з дощок, укладених під кутом в 45 ° до напрямку щитів, і укладається шар гідроізоляції.

Використовують дерев’яні каркаси (рис. 3.1) таких типів: зі стрілчастих арок з прольотом 18 - 24 м і 45 м, які використовують для складів мінеральних добрив та хімічної сировини; із гнутоклеєних рам з прольотами 12, 18, 24 м; із рам (елементи яких з’єднані в зубчастий шип) з прольотом 12 - 18 м; стійково-балкові для прольотів 12 і 18 м; із кроквяними фермами з прольотом 18 - 24 м, установленими на колони (дерев’яні стійки).

Рис. 3.1. Дерев’яні каркаси промислових будівель: а – зі стрілчастих арок; б – з гнутоклеєних рам; в – з рам, з’єднаних у карнизному вузлі в зубчастий шип; г – стійково-балковий; д – із кроквяними фермами; 1 – фундаменти; 2 – арка; 3 – обрешітка; 4 – хвилясті азбоцементні листи; 5 – рами; 6 – клеєфанерні плити покриття; 7 – вертикальні зв’язки; 8 – стінові азбоцементні панелі; 9 – дерев’яні стійки; 10 – двосхилі балки; 11 – клеєфанерні панелі стін; 12 – сегментна ферма

Каркаси з деревини застосовують в одно-, дво-, багатопролітних безкранових і кранових будівлях з підвісними кранами. Просторова жорсткість каркасів забезпечується влаштуванням зв’язків: по верхньому поясу кроквяних конструкцій і вертикальних у поздовжніх рядах через кожні 30 м.

4. Фундаменти й фундаментні балки.

Фундаменти

Фундаменти влаштовують для передавання навантажень від конструкцій будівель і споруд, встановленого у них технологічного та іншою обладнання та корисних навантажень на ґрунти основи. Основа, яка сприймає ці навантаження, зазнає, як правило, нерівномірних деформацій, що викликає появу у конструкціях додаткових переміщень і зусиль.

Проектування основ і фундаментів виконують у відповідності до чинних норм. При цьому необхідно:

-                    забезпечити міцність та експлуатаційні вимоги до будівель і споруд (загальні та нерівномірні деформації не повинні перевищувати допустимі величини);

-                    максимально використати міцнісні та деформативні властивості ґрунтів основи, а також міцність матеріалів фундаментів;

-                    досягти мінімальну вартість, матеріалоємність та трудомісткість, скорочувати терміни будівництва.

 Додержання цих положень ґрунтується на виконанні зазначених нижче вимог:

-                    комплексному урахуванні інженерно-геологічних і гідрогеологічних умов будівельного майданчика при виборі типу основ і фундаментів, а також урахуванні конструктивних і технологічних особливостей споруди та її чутливості до нерівномірних осідань; методів виконання робіт при підготовці основ, улаштування фундаментів і підземної частини будівлі або споруди;

-                    розрахунку і проектуванні основ і фундаментів з урахуванням сумісної роботи системи «основа – фундамент – конструкції споруди».

Таким чином, проектування основ і фундаментів має вмішувати в собі обґрунтований розрахунком вибір типу основи (природна або штучна); типу конструкції, матеріалу та розмірів фундаменту (глибина закладання, розміри площини підошви тощо), а також заходів з необхідності зменшення впливу деформацій основ на експлуатаційну придатність і довговічність споруди.

За способом влаштування фундаменти бувають збірні й монолітні. Під колони каркасу передбачають окремі фундаменти з підколонниками стаканного типу (рис.4.1), а стіни спирають на фундаментні балки.

Залежно від величини навантаження на колони, її перерізу та глибини закладення фундаментів застосовують кілька типорозмірів фундаментів. Висота фундаментних блоків 1,5 і від 1,8 до 4,2 м з градацією через 0,6 м; розміри підошви блоків у плані від 1,5х1,5 м і більше з модулем 0,3 М; розміри підколонника в плані від 0,9х0,9 до 1,2х7,2 м з модулем 0,3 М. Глибина стакана становить 0,8; 0,9; 0,95 і 1,25 м, а висота сходів – 0,3 і 0,45 м.

Збірні фундаменти можуть складатися з одного блоку (підколонника з стаканом) або бути складеними з підколонника й опорної фундаментної плити. Влаштування збірних фундаментів за витратою бетону, вартістю й працевитратами більш економічне від монолітних.

Для зменшення маси і зниження витрати сталі застосовують збірні ребристі або порожнисті фундаменти (рис.4.1).

Фундаменти з підколонниками пенькоподібного типу влаштовують під залізобето нні колони великого перерізу або під стальні колони (рис.4.1,е). Пеньок, що є елементом колони, влаштовують під час робіт нульового циклу. Пеньок з фундаментом і колону з пеньком з’єднують зварюванням випусків арматури й бетоном, який нагнітають у шви.

Пальові фундаменти влаштовують при заляганні біля поверхні землі слабких грунтів і наявності грунтових вод (рис.4.1,в). Головні частини паль зв’язують монолітним або збірним залізобетонним ростверком, який водночас є підколонником.

Для скорочення типорозмірів колон верх фундаментів незалежно від глибини закладення підошви рекомендується розташовувати на позначці 0,15 м, тоб то на 15 см нижче від позначки чистої підлоги цеху. Їх установлюють на підмазку з цементного розчину завтовшки 20мм.

Рис.4.1. Типи фундаментів промислових будівель:

а – монолітний; б – збірний складений; в – пальовий; г – збірний ребристий; д –

збірний порожнистий; е – з підколонником типу пенька; 1 – ростверк; 2 - паля

Навісні панелі стін допускається спирати на шар набетонки, передаючи їхню масу безпосередньо на підколонники.

По фундаментних балках укладають 1-2 шар и гідроізоляційного матеріалу, а щоб запобігти деформації балок внаслідок можливого здимання грунтів, знизу і з боків передбачають підсипку з шлаку, крупнозернистого піску або цегляного щебню.

Несучі стіни в будівлях безкаркасних або з неповним каркасом спирають на стрічкові фундаменти, які рекомендується робити із збірних елементів аналогічно громадським будівлям. Це дає з могу вести монтаж колон при засипаних котлованах після влаштування підготовки під підлогу й прокладання підземних комунікацій, тобто після робіт нульового циклу.

Колони з фундаментами з’єднують різними способами. Найпоширенішим є жорстке кріплення за допомогою бетону.

Стіни каркасних будівель спирають на фундаментні балки, укладені між підколонниками фундаментів на спеціальні залізобетонні стовпчики або на консолі колон. Фундаментні балки захищають підлогу від продування в разі осідання вимощення. Залізобетонні фундаментні балки при кроці колон 6 м залежно від розмірів підколонників і способів опертя мають довжину від 5,95 до 4,3 м, а переріз – тавровий і трапецієвид ний.

Висоту балок під самонесучі стіни з цегли, малих блоків і панелей беруть 450 мм, а під навісні панелі – 300 мм.

Якщо крок колон 12 м, застосовують в основному балки трапецієвидного перерізу 400 і 600 мм заввишки та 11,95-10,2 завдовжки. Балки монтують  так,  щоб їхній верх був на 30 мм нижче від рівня підлоги.

Фундаменти мілкого закладання

До них відносять фундаменти, які мають відношення висоти до ширини підошви, що не перевищує 4, і передають навантаження на ґрунти основи переважно через підошву.

Схема фундаменту мілкого закладання наведена на рис. 4.2. Підошвою фундаменту називають його нижню площину, яка стикається з основою; верхню площину фундаменту, на яку опираються наземні конструкції, називають уступом. За ширину фундаменту приймають мінімальний розмір підошви b, а за довжину – найбільший розмір l. Висота фундаменту h_f – це відстань від підошви до уступу, а відстань від поверхні планування до підошви d називають глибиною закладання фундаменту.

Рис. 4.2. Схема фундаменту мілкого закладання: 1– фундамент; 2 – колона; 3 – уступ фундаменту

Як матеріал для фундаментів використовують бетон або залізобетон (монолітний або збірний), бутобетон, кам'яні матеріали (цегла, бут, пилені блоки з природних каменів). У окремих випадках при улаштуванні фундаментів тимчасових споруд допускається використовувати дерево або метал.

За формою фундаменти мілкого закладання поділяють на окремі, стрічкові, суцільні та масивні (рис.4.3).

Рис. 4.3. Основні типи фундаментів мілкого закладання: а – окремий фундамент під колону; б – окремі фундаменти під стіну; в – стрічковий фундамент під стіну; г – теж, під колону; д – суцільний (плитний) фундамент

Розрахунок фундаменту мілкого закладання починається з попереднього вибору його конструкції та основних розмірів, до яких відносять глибину закладання, розміри і форму підошви. Потім для прийнятих розмірів фундаменту виконують розрахунки основи за граничними станами.

При виборі типу та глибини закладання фундаменту додержуються загальних правил:

-                    мінімальну глибину закладання фундаменту приймають не менше 0,5 м від спланованої поверхні території;

-                    глибина закладання фундаменту у несучий шар ґрунту повинна бути не меншою за 100 ... 150 мм;

-                    за можливістю треба закладати фундаменти вище рівня підземних вод – для виключення необхідності застосування водозниження при виконанні робіт;

-                    у шаруватих основах усі фундаменти треба переважно зводити на одному ґрунті або на ґрунтах з близькою міцністю та стискуваністю.

 Глибину закладання фундаменту з умови промерзання ґрунтів призначають у залежності від їх виду, стану, початкової вологості та рівня підземних вод у період промерзання.

Глибину закладання внутрішніх фундаментів опалювальних будівель призначають незалежно від глибини промерзання, якщо під час будівництва і експлуатації біля фундаментів виключено промерзання ґрунтів. У неопалювальних будівлях глибина закладання фундаментів для ґрунтів, здатних до здимання, приймають не менше глибини промерзання. Розрахункова глибина сезонного промерзання ґрунту:

 d_f = k_h d_fn      

 де: d_f – коефіцієнт, який враховує вплив теплового режиму споруди, його приймають для зовнішніх фундаментів за спеціальними таблицями, для зовнішніх і внутрішніх фундаментів неопалювальних споруд таким, що дорівнює 1,1;

d_fn – нормативна глибина сезонного промерзання ґрунту, м.

Нормативну глибину сезонного промерзання ґрунту встановлюють за даними багаторічних спостережень (не менше 10 років) за фактичним промерзанням ґрунтів. При відсутності даних багаторічних спостережень нормативну глибину сезонного промерзання фунтів визначають на основі теплотехнічних розрахунків або у відповідності до чинних норм.

Конструктивні особливості будівлі також впливають на глибину закладання фундаменту. У будівлях з підвалом або напівпідвалом, а також біля приямків або каналів, які примикають до фундаментів, глибину закладання фундаменту приймають на 0,2...0,5 м нижче відмітки підлоги у цих приміщеннях, що передбачає запас на висоту фундаментного блоку або конструкції приямку (рис. 4.4 а).

Рис. 4.4. Вибір глибини закладання фундаменту в залежності від конструктивних особливостей споруди: а – будівля з підвалом у різних рівнях та приямком; б – зміна глибина закладання стрічкового фундаменту; 1 – фундаментні плити; 2 – приямок; 3 – трубопровід; 4 – стіна будівлі; 5 – підвал; 6 – ввід трубопроводу; 7 – стінові блоки

Фундаменти споруди або її відсіку намагаються закладати на одному рівні. При необхідності закладання суміжних відсіків на різних рівнях необхідне виконання такої умови. Різниця відміток закладання розташованого поруч окремих фундаментів (або окремого і стрічкового) при відстані у світлі, а між найбільш близькими точками не повинна перевищувати ∆h (рис. 4.4 а):

∆h = a (tgφ₁+c₁/p)                     (15.2)

де: φ₁ – розрахункове значення кута внутрішнього тертя ґрунту, град,

с₁, – розрахункова питома сила зчеплення ґрунту, кПа;

р – середній тиск під підошвою розташованого фундаменту, кПа.

 При виконанні умови (15.2) виключено послаблення основи сусіднього фундаменту і обпирання нового фундаменту на насипний ґрунт раніше всипаного котловану. Ця умова поширюється і на випадок визначення допустимої різниці відміток закладання фундаментів споруди та поруч розташованих каналів, тонелей тощо.

При наявності комунікацій (труби водопроводу, каналізації тощо) підошва фундаменту повинна бути закладена нижче за їх увід. За цієї умови труби не зазнають додаткового тиску від фундаменту, а фундаменти не опираються на насипний фунт траншей, які виконують для прокладання труб. Крім того у випадку аварії зменшується зона замочування ґрунту, а при необхідності заміни труб не порушуються ґрунти основи.

Перехід від однієї відмітки закладання стрічкового фундаменту до іншої виконують уступами. Висоту уступу у випадку збірного фундаменту приймають такою, що дорівнює висоті стінового блоку (рис. 4.4 б). При улаштуванні монолітного стрічкового фундаменту співвідношення між висотою і довжиною уступу приймають 1:2, а у нев’язких – 1:3 при висоті уступу, який не перевищує 0,5...0,6 м.

Форма підошви фундаменту визначається конфігурацією у плані надземної конструкції.

При розрахунку фундаменту враховують не тільки зовнішні (активні) навантаження, але і реактивний опір основи («відпір» ґрунту). Розрахунок фундаменту виконують у залежності від розрахункової схеми, виходячи з таких умов:

-                    осідання будівлі або споруди (у тому числі різниця між осіданнями окремих частин) не повинно перевищувати нормативних величин, для чого фундаменти розраховують за деформаціями ґрунту основи;

-                    напруження у фунтах основи не повинні перевищувати розрахунковий тиск на ґрунт основи, виходячи з чого визначають розміри площі підошви фундаменту;

-                    напруження у матеріалі фундаменту не повинні викликати його пошкодження, для чого виконують розрахунок міцності матеріалу фундаменту;

-                    під дією горизонтальних сил і моментів фундамент може втратити стійкість положення (зсунутися у напрямку дії горизонтальних сил або перекинутися у напрямку дії моменту). Для попередження цього явища виконують розрахунок на стійкість проти ковзання та перекидання.

Пальові фундаменти

У випадках, коли на поверхні залягають шари слабих ґрунтів, які не мають достатньої несучої здатності, щоби правити за основу для фундаментів мілкого закладання споруди, виникає необхідність передавання навантаження на більш щільні ґрунти, які розташовані на деякій глибині. У цих умовах найчастіше удаються до улаштування фундаменти з паль.

Палею називають занурений у готовому вигляді або виготовлений у ґрунті стержень, призначений для передавання навантаження від споруди на ґрунт основи. Групи або ряди паль, об'єднані зверху розподільною плитою або балкою, утворюють пальовий фундамент. Розподільні плити або балки, виконані, як правило, з монолітного або збірного залізобетону, називають ростверками. Ростверки сприймають, розподіляють та передають на палі навантаження від розташованої на фундаменті споруди. Якщо ростверк заглиблений у ґрунт або його підошва розташована безпосередньо на поверхні ґрунту, то його називають низьким пальовим ростверком, якщо підошва ростверку розташована вище поверхні ґрунту – високим пальовим ростверком (рис. 4.5).

Рис 4.5 Типи пальових ростверків: а, б – низький; в – високий

На сьогодні у будівництві використовують більш 150 типів паль та їх конструктивних видів, які прийнято класифікувати за двома основними ознаками: за характером передавання навантаження на ґрунт і за умовами виготовлення паль.

За характером передавання навантаження на ґрунт палі поділяють на палі-стояки і висячі палі.

До паль-стояків відносять палі, які прорізують товщу слабких ґрунтів і опираються на практично нестисливі ґрунти (крупно уламкові ґрунти з піщаним заповнювачем, глини твердої консистенції). Паля-стояк практично усе навантаження на ґрунт передає через нижній кінець, оскільки при малих вертикальних переміщеннях палі не виникають умови для появи сил тертя на її бічній поверхні (рис. 4.6 а).

Рис. 4.6 Схема передавання навантаження палями на ґрунти основи

До висячих паль відносять палі, які опираються на стисливі ґрунти. У цьому випадку навантаження передається як боковою поверхнею (за рахунок сил тертя), так і її нижнім кінцем (рис. 4.6 б).

Палі, які заглиблюють у ґрунт у готовому вигляді, в залежності від матеріалу, з якого вони виготовлені, поділяють на залізобетонні, дерев’яні, сталеві та комбіновані.

Залізобетонні палі, які отримали найбільше поширення у практиці будівництва, поділяють:

-                    за формою поперечного перерізу – на призматичні, циліндричні, з похилими бічними гранями (пірамідальні, трапецуваті, ромбуваті), палі з розширеною п’ятою;

-                    за конструктивними особливостями – на палі суцільні та складені; найчастіше у теперішній час використовують призматичні палі суцільного квадратного перерізу, квадратного перерізу з круглою порожниною і порожнисті циліндричні (рис. 4.7).

Рис. 4.7. Конструкція залізобетонних паль: а – призматична з поперечним армуванням стовбура; б – теж, без поперечного армування; в – теж, з круглою порожниною; г – пола кругла; 1 – стропильна петля; 2 – арматурні сітки голови; 3 – поздовжня арматура; 4 – спіраль вістря; 5 – поперечна спіральна арматура

Дерев’яні палі найчастіше уявляють собою звичайну колоду із загостре- ним нижнім кінцем. Верхній кінець палі обладнують сталевим кільцем – бу- гелем, який захищає його від розтрощування під час забивання. Недоліками них паль є невелика несуча здатність, ускладнення при заглибленні у щільні фунти та небезпека загнивання в умовах змінної вологості. Тому дерев'яні палі мають обмежене застосування.

Сталеві палі поділяють на трубчасті та шпунтові. Трубчасті палі виготовляють зі стандартних сталевих труб діаметром 0,2...0,8 м, шпунтові – зі сталевою шпунту різного профілю. Як сталеві палі використовують також двотаврові балки, швелери та інші прокатні профілі. Якщо після заглиблення у ґрунт сталеву трубчасту палю заповнюють бетоном, її називають трубобетонною.

Перевагою сталевих паль с можливість нарощування зварюванням їх довжини у мірі заглиблення у ґрунт, основним недоліком – схильність до корозії особливо у агресивних середовищах. Сталеві палі рекомендують застосовувати у складних для забивання фунтових умовах (наявність валунів, гальки тощо).

Комбіновані палі уявляють собою палі, складені по довжині з двох різних матеріалів. Найчастіше – це комбінації дерев'яної частини, яку розмішують нижче рівня підземних вод з бетонною або залізобетонною частиною. Можливі сполучення залізобетонних оболонок великого діаметра у верхній частині з металевими або залізобетонними палями унизу.

Палі, які виготовляють у ґрунті (набивні палі), виконують з бетону, залізобетону або цементно-піщаного розчину. Конструкція набивних паль, які, як правило, циліндричної форми, може передбачати розширення нижнього кінця, що значно підвищує їх несучу здатність.

За способом виготовлення набивні палі можна поділити на три основних типи: палі без оболонки, палі з оболонкою, яку вилучають з ґрунту, та палі з оболонкою, яку не вилучають з фунту.

Палі без оболонок застосовують у зв’язаних сухих та мало вологих ґрунтах, де можна робити буріння без кріплення стінок свердловин. Виготовлення палі виконують у такому порядку: у ґрунті буровою установкою пробурюють свердловину і, якщо це передбачено проектом, спеціальною фрезою-розширювачем розбурюють порожнину для улаштування п’яти палі. У необхідних випадках, у готову свердловину встановлюють арматурний каркас (рис. 4.8). Потім свердловину бетонують методом вертикально переміщуваної труби (ВПН). Подану у свердловину суміш ущільнюють за допомогою вібратора, який закріплюють на бетонолітній трубі, яку вилучають зі свердловини у міру бетонування. Після закінчення бетонування у спеціальному інвентарному кондукторі формують чільник палі. За такою технологією виготовляють палі та бурові опори діаметром 0,4... 1,2 м довжиною до 30 м.

Рис. 4.8 Послідовність виготовлення набивних паль без оболонок: а – буріння свердловини; б – влаштування розширення механічним способом; в – встановлення арматурного каркасу; г – опускання до свердловини бетонолітної труби; д – заповнення свердловини бетонною суміщу; е – виймання бетонолітної труби з віборцією; ж – формування голови палі в інвентарному кондукторі

Розрахунок несучої здатності пальових фундаментів для паль-стояків виконують за умови того, що втрата їх несучої здатності може статися або внаслідок руйнування палі, або за результатами руйнування ґрунту під її нижнім кінцем. За несучу здатність палі приймають меншу величину.

Розрахунок несучої здатності вертикально навантажених висячих паль виконують, як правило, тільки за міцністю ґрунту, оскільки міцність матеріалу палі завжди явно вища. Несучу здатність палі на горизонтальне навантаження визначають методом випробувань спробним навантаженням або одним з математичних методів розрахунку.

Фундаментні балки

Стіни промислових будівель каркасного типу при фундаментах, що стоять окремо, спираються на фундаментні балки, укладені на бетонні стовпчики або на верхній уступ фундаментів. Довжина фундаментних балок визначається відстанню у просвіті між верхніми уступами суміжних фундаментів. У разі глибокого закладання фундаментів балки опираються на консолі колон, а їхня довжина визначається відстанню між осями колон.

Для кроку колон 6 м застосовують балки трапецуватого і таврового перерізів заввишки 450 мм і завширшки відповідно по верху 200 або 300 мм і 400 або 520 мм, по низу 160 або 200 і 200 або 250 мм. Для кроку колон 12 м застосовують  балки   трапецуватого  перерізу  заввишки  400  або   600 мм  і завширшки по верху 300 або 400 мм і по низу 240 мм (рис. 4.9).

Рис. 4.9. Фундаментні балки: а – при кроці колон 6 м; б – попередньо напружені при кроці колон 12 м; в – армування опорної частини попередньо напруженої балки; 1 – попередньо напружена арматура; 2 – зварний каркас; 3 – зварна коритувата сітка

Балки виготовляють з бетону класів С15/20, С20/25, С25/30.

Армування. Балки завдовжки 6 м армують зварними каркасами, поздовжні стержні яких виготовляють зі сталі класу А-ІІІ, поперечні – зі сталі класів А-І чи Вр-І; балки завдовжки 12 м – попередньо напружуваною арматурою зі сталі класу А-ІІІв та зварними каркасами (рис. 4.9).

Статичний розрахунок. Розрахунок балок під самонесучі стіни заввишки до 15 м із дрібних каменів передбачає три випадки завантажування балок: у період зведення будівлі, під час кладки стін методом заморожування і в стадії експлуатації.

У стадії зведення стін балки розраховують на навантаження від їхньої ваги та ваги свіжої кладки стіни, яка еквівалентна поясу кладки заввишки ¹/₃ прольоту балки для цегляної стіни і ¹/₂ прольоту балки, якщо стіни роблять із блоків. Якщо в стіні над фундаментною балкою є просвіти, балки розраховують у стадії зведення стіни на навантаження від ваги кладки до верху перемичок над вікнами першого поверху.

При зведенні стін способом заморожування еквівалентне навантаження приймають від пояса кладки по висоті, що дорівнює прольоту балки.

На стадії експлуатації балки розраховують як навантажені опорними реакціями від вищерозміщеної кладки. Опорні реакції прикладають на відстані 0,4 а (а – довжина опирання балки) від грані опори.

Для стін із залізобетонних панелей фундаментні балки розраховують при наявності цокольної панелі на навантаження від власної ваги; якщо цоколь зроблено з цегляної кладки, – на навантаження від ваги балки, цоколя заввишки 2,4 м та рам зі склом.

Переріз балок та арматуру добирають залежно від зусиль М та Q від найневигіднішого завантаження.

5. Балочна і безбалочна схема перекриття.

Збірні балкові й безбалкові каркаси

Основним типом каркасів багатоповерхових будинків є каркаси з балковими перекриттями або, як їх коротко називають, балкові каркаси, рідше – каркаси з безбалковими перекриттями.

Балкові перекриття складаються з двох елементів – плити та ригеля; при зміні величини прольотів змінюється тільки один елемент – ригель; при цьому тип плити зазвичай не змінюється. Ця обставина, а також те. що при балкових каркасах простіше сполучаються елементи і досягається велика просторова жорсткість будівлі, забезпечило балочним каркасам переважне застосування в багатоповерхових виробничих будівлях. Розроблені каталоги збірних залізобетонних конструкцій виробничих будівель з сітками колон 6 × 6 м при нормативних навантаженнях на перекриття до 25 кН/м² і 9 × 6 м при навантаженнях на перекриття до   15 кН/м².   Каркаси   цих   будівель (рис. 7.1) складаються з ряду поперечних багатоярусних рам з жорсткими вузлами в місцях сполучення ригелів з колонами (рис. 7.2 а, б).

У поздовжньому напрямку жорсткість і стійкість рам забезпечується сталевими зв'язками, які встановлюють у середині кожного температурного відсіку по кожному поздовжньому ряду колон. У тих випадках, коли цієї жорсткості виявляється недостатньо, встановлюються додаткові поздовжні ригелі (рис. 7.2 в), збірні або монолітні.

Збірні встановлюють на сталевих столиках, приварюванням до закладних деталей колон у рівні залізобетонних консолей. Монолітні ригелі влаштовують в місцях міжколонних плит. Кожній з уніфікованих габаритних схем виробничих будівель відповідає строго певний набір основних конструктивних елементів каркаса – колон, ригелів та ін. (рис. 7.3). Колони уніфікованого каркаса підрозділяють на крайні і середні, на колони нижніх, верхніх і проміжних поверхів, вони мають консолі для спирання ригелів; при цьому винос консолей у всіх колон однаковий.

Для спрощення монтажу колони виготовляють двох-і триповерховими, а також – для верхніх поверхів – одноповерховими.

Рис. 7.1. Балковий каркас багатоповерхової виробничої будівлі: а – ригелі з поличками; б – ригелі без поличок (обпирання плити зверху); 1 – фундамент; 2 – крайня колона; 3 – середня колона; 4 – стик колони; 5 – ригель з поличками для обпирання плит; 6 – ригель без поличок

Монтажний стик влаштовується на 1 м вище верху ригеля. Перерізи у всіх колон єдині – 0,4 × 0,4 м, для нижніх поверхів – 0,4 × 0,6 м. Довжина колон відповідає висоті поверхів, прийнятої в габаритних схемах. Ригелі перекриттів мають два типи поперечних перерізів: з поличками і без них. Вони встановлюються на консолі колон, з’єднуються з колонами зварюванням арматури і закладних деталей та замонолічуванням. Висота всіх ригелів однакова і дорівнює 0,8 м (для прольотів 9 м, ригель виконаний з попередньо напруженою арматурою). Довжина ригелів визначається прольотом (6 і 9 м), їх розташуванням у конструктивній схемі кожної з поперечних рам будівлі (крайнє, середнє, поверховість) і розмірами колон, до яких вони примикають.

Рис. 7.2. Крайній і середній вузли поперечних рам: а – при обпиранні плит типу 1 на полички; б – обпиранні плит типу 2 на ригелі зверху: в – обпирання повздовжнього ригеля; 1 –крайня плита розпірка типу1; 2 – крайня колона; 3 – середня колона; 4 – рядова плита типу 1; 5 – ригель з поличками; 6 – прямокутний ригель; 7 – середня плита розпірка типу 2; 8 – рядова плита типу 2; 9 – повздовжній ригель; 10 – консоль колони; 11 – столик для обпирання плити; 12 – коротиші

Ширина всіх ригелів єдина – 0,3 м. Плити перекриттів ребристі, двох типів: типу 1 – плити, що укладають на полички ригелів; типу 2 – плити, що укладають на верхні площини ригелів (рис. 7.4). Другий варіант обпирання плит менш вигідний, тому що пов’язаний із збільшенням загальної висоти перекриттів на 0,4 м. Цей варіант застосовують при великих зосереджених навантаженнях від габаритного провисаючого обладнання.

Плити типу I мають два номінальних розміри по ширині – 1500 і 750 мм і два номінальних розміру по довжині – 5550 та 5050 мм. Укорочені плити укладають по всій ширині будівлі в двох місцях – в його торцях і в місцях температурних швів (рис. 16.20 д). Можливий варіант застосування плит тільки однієї довжини. У цьому разі прив’язки у торців інші (рис. 7.4 г).

Рис. 7.3. Приклади монтажних схем уніфікованих каркасів з маркуванням збірних виробів: а – з опорними кранами; б – з підвісними кранами

Плити номінальної ширини 750 мм призначені тільки для укладання у поздовжніх стін будівлі. Ці плити, а також плити шириною 1500 м, симетрично укладаються щодо осей середніх колон, грають роль розпірок між колонами. Плити перекриттів типу 2 відрізняються від типу 1 тільки розташуванням і розмірами торцевих ребер ( рис. 7.4 б, е). Відступи ребер від країв плити дозволяють робити вирізи в полицях в місцях примикання до колон; знижена висота ребра дозволяє утворити суцільну щілину над ригелем висотою 250 мм для пропуску трубопроводів та інших комунікацій. Плити типу 2 мають тільки один номінальний розмір по довжині – 5350 мм.

Рис. 7.4. Рішення торців і температурних швів при укладанні плит типу 1 і 2: а – схема плану перекриття з плитами типу 1 номінальної довжини 5,55 м; б – те ж, з використанням укорочених плит у торців; в – те ж, з плитами типу 2; г, – повздовжній розріз для плит типу 1 номінальної довжини; д – те ж, для укорочених плит у торців; е – те ж, з плитами типу 2; ж, і – поперечні розрізи для плит типу 1 і 2; 1 – ригель з поличкою; 2 – ригель без полички; 3 – плита типу 1, довжиною 5,55 м; 4 – те ж, довжиною 5,05 м; 5 – плита типу 2, довжиною 5,95 м; 6 – добірні елементи

Передбачається, що у поздовжніх стін укладають добірні плити шириною 750 мм типу 1 на сталеві столики, що приварюються до закладних деталей колон. Плити перекриттів кріплять до ригелів і між собою зварюванням закладних сталевих деталей і заливають бетоном, завдяки чому жорсткість перекриття достатня для того, щоб її враховувати при дії горизонтальних зусиль. Сходова клітина виконується також з уніфікованих залізобетонних виробів панелей. Вони вбудовуються в каркас у розбивочних осях 6 × 6 м, не порушуючи його просторової стійкості. Підкранові балки, балки і ферми покриттів приймаються ті ж, що і для одноповерхових будівель. Покриття виконують у двох варіантах: для будинків без збільшеного верхнього поверху – з ригелів і плит, прийнятих для перекриттів (ухил покрівлі створюється за рахунок утеплювача); для будівель із збільшеним верхнім поверхом – з балок (ферм) і плит настилу покриттів прийнятого для одноповерхових будівель.

По кінцях ригелів, у верхній частині, залишають виїмки для випусків верхньої опорної арматури ригелів, з'єднуваних з випусками колон. Для підйому ригелів в них передбачені наскрізні отвори; в прямокутних ригелях отвори використовують також і для підвішування комунікацій. Ригелі прольотом 6 м виготовляють без попереднього напруження, прольотом 9 м (ригелі таврового перерізу) – з попереднім напруженням. Залізобетонні ребристі плити довжиною 6 м виготовляють основні рядові і плити-розпірки внутрішні шириною 1,5 м, розташовані між внутрішніми рядами колон, і добірні – плити-розпірки зовнішні шириною 0,75 м, розташовані між зовнішніми рядами колон. Плити шириною 1,5 м для перекриттів по ригелям таврового перерізу виготовляють з попереднім напруженням, решта – без попереднього напруження.

Збірні безбалкові залізобетонні каркаси застосовують на виробництвах, де необхідно робити хороше провітрювання приміщень і стелю з гладкою поверхнею. Ці каркаси мають сітку колон 6 × 6 м і являють собою багатоярусну й багатопролітну раму з жорсткими вузлами й навантаженнями на перекриття до 30 Н/м².

У безбалковій схемі (рис. 7.5) збільшується корисна висота поверху та укрупнюються монтажні елементи. Каркас і перекриття такої будівлі збирають із колон, капітелей, міжколонних і пролітних панелей. Конструкція їх і вирішення вузлів можуть бути різними.

Колони перерізом 400 × 400 і 500 × 500 мм заввишки в один поверх установлюють за сіткою 6 × 6 м. У верхній частині колони передбачено поширення (оголовок) для спирання капітелі. Капітель має вигляд перекинутої зрізаної піраміди з наскрізною порожниною для спряження з кінцями колон. Капітель одягають на оголовок поставленої та вивіреної колони й закріплюють зварюванням стальних закладних деталей. На капітелі в двох взаємно перпендикулярних напрямках укладають багатопорожнинні міжколонні панелі й приварюють кінці їх до закладних деталей капітелей. Після установки колони вищого поверху стик заливають бетоном, після чого в зону між кінцями міжколонних панелей укладають сталеву арматуру й приварюють її до закладних деталей цих панелей. Після бетонування зона панелі працює як нерозрізна конструкція.

Ділянки перекриття, обмежені міжколонними панелями, заповнюють пролітними панелями квадратної форми завтовшки 160 мм і спирають їх по контуру на чверті, передбачені в бокових гранях міжколонних панелей.

Рис. 7.5. Збірні безбалкові перекриття: а – розріз; б – загальний вигляд; в – план; 1 – оголовок колони; 2 – капітель; 3 – панель міжколонна; 4 – панель пролітна; 5 – монолітний бетон; 6 – монолітний залізобетон; 7 – поличка для спирання пролітної плити; 8 – колона

Конструкції деформаційних швів

Для попередження появи тріщин в конструкціях будівель від дії температурних і осадових деформацій, виконують розчленування будинку поздовжніми й поперечними швами на окремі відсіки.

За призначенням шви бувають: температурні, осадові, деформаційні.

Температурні шви влаштовують у місцях примикання температурних блоків будівель один до одного. Ці шви розділяють усі надземні конструкції (починаючи від обрізу фундаменту) і запобігають появі тріщин від коливання температури зовнішнього та внутрішнього повітря.

Осадові шви влаштовують у місцях примикання будівель різної висоти при добудові до існуючої будівлі. Такі шви починаються з підошви фундаменту й розділяють всі конструктивні елементи. Цим вони запобігають появі тріщин від нерівномірного осідання будівлі.

Деформаційні шви – це осадові шви, які суміщають функції температурних.

При проектуванні деформаційних швів у багатоповерхових будівлях приймається до уваги конструктивна система несучого каркасу. У разі поперечних несучих стін шов влаштовують на сполучених парних стінах (рис. 7.6 а), при цьому типорозміри плит перекриттів і навісних панелей зберігаються. За поздовжніх несучих стін конструкції розрізаються уздовж однієї з поверхонь поперечної стіни (рис. 7.6 б). У багатоповерхових каркасних будівлях зазвичай застосовують парні колони, відстань між якими заповнюється кутовими елементами навісних панелей (рис. 7.6 в) або спеціально виготовленою вставкою. Також зі вставкою вирішуються осадові шви. На рис.7.6 г - є показані схеми рішень швів в стінах і в суміщених покриттях. Величина шва встановлюється розрахунком, але вона не повинна бути менше 2 см. У шві покриття влаштовують компенсатори з оцинкованої сталі, між якими розташовуються термовкладиші.

Рис. 7.6. Конструктивне рішення деформаційних швів у внутрішніх, зовнішніх стінах і в покритті: а – в багатоповерховому будинку з поперечними несучими стінами; б – те ж, у поперечній стіні при повздовжніх несучих стінах; в – те ж, в каркасних будівлях; г, д, е – в зовнішніх стінах (г – з пазом і гребенем; д – в четверть; е – з компенсаторами); є – в покритті; ж – в місцях перепаду висот суміжних прольотів; 1 – несуча поперечна стіна; 2 – плита перекриття; 3 – термовкладиш, обгорнутий толем; 4 – зовнішня навісна панель; 5 – термовкладиш; 6 – компенсатор із рулонних матеріалів; 7 – поперечна не несуча внутрішня стіна; 8 – розчин; 9 – шар пружного матеріалу; 10 – зовнішня стіна; 11 – кутовий елемент фасадних панелей; 12 – еластична мастика; 13 – захисний шар; 14 – герніт; 15 – колона; 16 – бортовий елемент; 17 – покрівля; 18 – компенсатор із покрівельної сталі; 19 – плита покриття; 20 – шов; 21 – стінова панель; 22 – цегляна стіна; 23 – фартух з оцинкованої сталі

Деформаційні шви в місцях перепаду висот показані на рис. 7.6 ж. У пониженій частині покриття викладають цегляну стінку. Шов зверху закривають компенсатором і фартухом з оцинкованої сталі.

6. Несучі конструкції покриття.

За характером роботи несучі конструкції покриття бувають площинні й просторові. За матеріалом конструкції покриття поділяють на залізобетонні, металеві, дерев’яні й комбіновані.

У зв’язку з характером роботи ці конструкції повинні відповідати вимогам міцності, стійкості, довговічності, архітектурно-художнім й економічним. Тому при виборі несучих конструкцій покриття виконують старанний техніко-економічний аналіз кількох варіантів. Так, залізобетонні конструкції вогнестійкі, довговічні й часто більш економічні порівняно з стальними. Стальні ж мають відносно невелику масу, прості у виготовленні й монтажі, мають високий ступінь збірності. Дерев’яні конструкції характеризуються легкістю, відносно невеликою вартістю і при відповідному захисті – прийнятною вогнестійкістю та довговічністю. Дуже ефективні й комбіновані конструкції, що складаються з кількох видів матеріалів. При цьому важливо, щоб кожний матеріал працював у тих умовах, які найбільш сприятливі для нього. Нижче розглянуто основні види несучих конструкцій покриттів.

Залізобетонні балки (р ис.13.10) застосовують при прольотах до 18 м. Вони можуть бути одно - й двосхилими. Для виготовлення їх використовують попередньо напружене армування. На верхньому поясі балок передбачають закладні деталі для кріплення панелей покриття або прогонів. Балки кріплять до колон зварюванням закладних деталей (рис.13.10, д).

Ефективніші порівняно з балками залізобетонні ферми, які використовують у будівлях прольотом 18, 24, 30 і 36 м (рис.13.11). Вони можуть бути сегментні, аркові з паралельними поясами, трикутні та ін. Між нижнім і верхнім поясами ферм розміщують систему стояків і розкосів. Решітку ферм передбачають так, щоб плити перекриттів 1,5 і 3,0 м завширшки спирались на ферми у вузлах стояків і розкосів.

Широкого застосування набули сегментні безроскосні залізобетонні ферми прольото м 18 і 24 м. Для зменшення похилу покриття для багато пролітних будівель передбачають влаштування на верхньому поясі таких ферм спеціальних стояків (стовпчиків), на які спирають панелі покриття.

Міжфермний простір рекомендується використовувати для пропускання комунікацій та влаштування технічних і між фермних поверхів.

Кріплять ферми до колон болтами і зварюванням закладних елементів.

При кроці кроквяних ферм і балок 6 м і кроці колон середніх рядів 12 м використовують підкроквяні залізобетонні ферми і балки.

Рис.13.10. Залізобетонні балки покриття:

а, г – односхилі й плоскі двотаврового перерізу; б – те саме, для багатосхилих покриттів; в – решітчаста для багатосхилих покриттів; д – вузол опирання на колону ; 1 – анкерний болт; 2 – шайба; 3 – опорна плита

7. Просторові покриття.

Виконують із площинних елементів, що монолітно зв’язані між собою і працюють як суцільна конструкція, або у вигляді оболонок (рис.13.15). Оболонки, що можуть перекрити великі прольоти, мають незначну товщину – 30 -100 мм, бо бетон у цьому разі працює в основному на стиснення.

Оболонки можуть бути циліндричні, купольні, параболоїдні та ін. Добрі показники має покриття з довгих циліндричних оболонок, що застосовуються при сітці колон 12х24 м і більше.

Рис.13.14. Великопрольотні площинні покриття: а – із залізобетонними фермами прольотом 96 м; б – з металевими рамами прольотом 80 м

Рис.13.15. Приклади покриттів у вигляді оболонок:

а – шедове з діафрагмамиу вигляді залізобетонних арок;

б – те саме у вигляді стальних ферм криволінійного обрису

Роблять також висячі покриття, які працюють на розтяг (рис.13.16). Висячі конструкції поділяються на вантові й власне висячі. Несучими елементами у вантових покриттях є троси й вантові прямолінійні елементи. Як настили використовують алюмінієво- пластмасові панелі, коробчасті настили із стеклопластиківі стільникові панелі. Вантові покриття можуть бути прольотом 100 м і більше.

Рис.13.16. Висячі покриття:

а – однопоясне прольотом 12+78+12 м; б – двопоясне прольотом 9+50+9 м

У висячих покриттях несучими конструкціями є мембрани й гнучки нитки, криволінійно окреслені під дією прикладеного до них навантаження.

У промисловому будівництві широко використовують і пневматичні конструкції. Принцип зведення їх грунтується на то му, що у внутрішній замкнутий простір м’яких оболонок нагнітають атмосферне повітря, яке розтягує оболонку, надаючи їй заданої форми, стійкості й несучої здатності. Матеріал оболонок цих будівель повинен бути повітронепроникним, еластичним, міцним, легким, довговічним і надійним в експлуатації.