Теоретичний матеріал до теми 13

Залізобетонний каркас одноповерхових виробничих будівель, його елементи

Просторову систему, що складається з колон, підкранових балок і несучих конструкцій покриття, називають каркасом одноповерхової виробничої будівлі (рис. 14.3).

Його виконують цілком із залізобетону або сталі. Інколи влаштовують мішаний каркас, поєднуючи залізобетонні та сталеві конструкції. Найчастіше каркаси виконують зі збірного залізобетону. Монолітний залізобетон застосовують при відповідному техніко-економічному обґрунтуванні. Основними елементами залізобетонного збірного каркаса одноповерхових виробничих будівель є фундаменти, фундаментні балки, колони, несучі елементи покриття (ферми, балки та ін.), підкранові балки та зв’язки (рис. 14.3). Усі елементи збірних залізобетонних каркасів уніфіковані, й при проектуванні вибір їх проводять за спеціальними каталогами.

У статистичному відношенні збірні каркаси являють собою сукупність поперечних і поздовжніх рам.

Поперечні рами сприймають навантаження від покриття, снігу, кранів, вітру, що діють на поздовжні стіни будівлі, а також від маси зовнішніх стін. Поздовжні рами забезпечують стійкість поперечних рам і сприймають вітрові навантаження та динамічні діяння від гальмування кранів.

Спряження елементів у вузлах залізобетонних каркасів буває: жорстким (низ колон затискується в фундаментах) і шарнірним (конструкції з’єднуються за допомогою анкерних болтів, зварювання закладних деталей). Стійкість і просторова жорсткість каркаса забезпечується сумісною дією поперечних рам, зв’язаних між собою поздовжніми зв’язками, підкрановими балками й елементами покриття.

У каркасах великої довжини влаштовують температурні шви, які розділяють каркас на окремі ділянки, що називаються температурними блоками. Кожний температурний блок повинен бути завдовжки не більше 72 м, завширшки не більше 144 м і мати просторову жорсткість.

Типи залізобетонних колон

Вертикальні несучі елементи залізобетонного каркаса називають колонами. Для виготовлення колон застосовують бетон класу В 25 - В 40 й арматуру різних класів. Конструкція різних збірних залізобетонних колон залежить від об’ємно-планувального вирішення виробничої будівлі та наявності в ній підйомно-транспортного устаткування певної вантажопідйомності. У зв’язку з цим збірні залізобетонні колони поділяють на дві групи. До першої групи відносять колони, призначені для будівель без мостових кранів і будівель з підвісними кранами. До другої групи відносять колони для будівель з мостовими кранами (рис. 1.1). За конструктивним вирішенням колони поділяють на одногілкові та двогілкові, за місцерозташуванням – на колони середніх, крайніх рядів і в торцях будівель (рис. 1.1).

Градація колон за висотою встановлена кратною модулю 600 мм.

Колони сталого перерізу (рис. 1.1 а, б) призначені для безкранових будівель, а також для будівель з підвісними кранами, що мають висоту (від підлоги до низу несучої конструкції покриття) до 14,4 м, проліт 12; 18; 24 м, крок 6 м, поперечний переріз 400 × 400; 500 × 500; 600 × 500 мм.

Колони середнього ряду перерізом 400 × 400 мм мають уширений оголовок для спирання конструкцій покриття.

Рис. 1.1. Основні типи залізобетонних колон одноповерхових виробничих будівель: а – прямокутного перерізу для будівель без мостових кранів при кроці колон 6 м; б – те ж при кроці 12 м, в – двогілкові для будівель без мостових кранів, г – прямокутного перерізу для будівель з мостовими кранами, д – те ж, двотаврового перерізу, е – двогілкові для будівель з мостовими кранами, ж – загальний вид колони, 1 – закладна деталь для кріплення несучої конструкції покриття, 2 – те ж, підкранової балки, 3 – опорний лист для кріплення підкранової балки; 4 – закладна деталь для кріплення стінових панелей

Вибір поперечного перерізу колони залежить від висоти будівлі, розмірів прольотів, кількості їх, величини кроку, наявності підкроквяних конструкцій, вантажопідйомності крана та конструктивного рішення покриття. У тих випадках, коли безкранова будівля має висоту більшу за 9,6 м, дозволяється застосовувати колони для будівель з мостовими кранами.

Для будівель із мостовими кранами вантажопідйомністю до 32 т і висоті до 14,4 м (включно) застосовують одногілкові колони прямокутного перерізу з консолями (рис. 1.1 г, д ).

Колона для будівлі з мостовими кранами складається з надкранової та підкранової частини. Надкранова частина служить для спирання несучої конструкції покриття і називається надколонником. Підкранова частина сприймає навантаження від надколонника й від підкранових балок, які спирають на консолі колон, і передає їх на фундамент. Крайні колони мають односторонню консоль, середні – двосторонні консолі.

Поперечний переріз крайніх і середніх колон при кроці 6 м – 400 × 600; 400 × 800 мм, при кроці 12 м – 500 × 800 мм.

У будівлях з кранами вантажопідйомністю до 32 т, при висоті більше 14,4 м застосовують двогілкові колони, які за витратами матеріалу економічніші від одногілкових (рис. 1.1. в, е,).

При вантажопідйомності мостових кранів більше 32 т і при висоті 10.8 - 18 м також застосовують двогілкові колони.

Висота типових двогілкових колон 10,8 - 18,0 м. Просвіт між вітками (висотою 600, 1200, 1800 мм) використовують для пропуску санітарно- технічних і технологічних комунікацій.

Величина заглиблення колон нижче від нульової відмітки залежить від виду та висоти колони, вантажопідйомності кранового обладнання і наявності приямків, які розташовані нижче від рівня підлоги. Величина заглиблення колон у будівлях з підвісним транспортом і без нього – 0,9 м; колон, що застосовують у будівлях з мостовими кранами і при висоті більше ніж 8,4 м – 1,05 м; при висоті більше 10,8 м – 1,35 м, двогілкових колон з кранами вантажопідйомністю більше 50 т – 1,6 м, а при наявності технічного підпілля або підвалу – 3,6 - 5,6 м.

Висота колон (середнього ряду при спиранні підкроквяних конструкцій) зменшується на 600 мм.

Крім основних колон для влаштування фахверків використовують фахверкові колони. Їх установлюють уздовж будівлі при кроці крайніх колон 12 м і довжині панелей стін 6 м, а також у торцях будівель.

Для встановлення і закріплення несучих конструкцій покриття, підкранових балок і стін у колонах передбачені сталеві закладні частини у вигляді пластин і анкерних болтів (рис. 1.1 ж). З елементами каркаса колони з’єднують болтами й зварюванням сталевих закладних деталей (рис. 1.1 ж).

Залізобетонні підкранові та обв’язувальні балки

Залізобетонні підкранові балки служать опорою для рейки, по якій рухається мостовий кран, і одночасно є поздовжніми зв’язками між несучими колонами каркаса. Вони призначені для будівель з мостовими кранами вантажопідйомністю 10, 20, 30 т. Виготовляють їх з бетону класу В 25 - В 40 і кладуть на консолі або виступи колон. Залізобетонні підкранові балки застосовують порівняно рідко, бо вони мають велику масу, значні витрати бетону й арматури. Вони бувають розрізні й нерозрізні. Розрізні підкранові балки застосовують частіше, оскільки їх простіше монтувати. При влаштуванні нерозрізних балок зменшуються витрати арматури, але зростає трудомісткість їх виготовлення.

За розташуванням балки бувають середні, крайні, біля поперечних температурних швів та в торцях будівлі. Крайні балки виготовляють таких самих розмірів, як і середні, але закладні деталі в них призначені для кріплення до колон і розташовані на відстані 500 мм від торця балок.

Балки таврового перерізу (рис. 1.2 а) з потовщеною стінкою на опорі заввишки 800 або 1000 мм застосовують для кроку колон 6 м; балки двотаврового перерізу (рис. 1.2 б) заввишки 1400 мм використовують для кроку колон 12 м.

У верхній полиці балок є сталеві трубки, призначені для пропуску болтів кріплення кранової колії, в стінці – отвори для навіски проводу. Після встановлення й вивіряння підкранових балок їх закріплюють до колон: внизу – зварюванням закладних деталей й анкерними болтами, зверху – зварюванням вертикально поставленого листа до закладної деталі в колоні та в балці.

Кранову колію монтують у певній послідовності (рис. 1.2 г) Зверху підкранової балки кладуть тонку пружну підкладку з прогумованої тканини завтовшки 8 - 10 мм з двосторонньою гумовою обкладкою. На пружну підкладку ставлять і відрихтовують кранову рейку, а потім закріплюють її притискною планкою (лапкою).

На кінцях підкранових колій установлюють упори – обмежники, обладнані амортизаторами – буферами з дерев’яного бруса.

Обв’язувальні балки ставлять для опертя цегляних стін або стін із дрібних блоків, а також у місцях перепаду висот суміжних прольотів. Їх влаштовують над віконними прорізами або стрічками засклення. Обв’язувальні балки 5950 мм завдовжки мають висоту перерізу 585 мм і ширину 200, 250, 380 мм, їх установлюють на опорні сталеві столики й кріплять до колон за допомогою сталевих планок, що приварюються до закладних елементів.

Рис. 1.2. Залізобетонні підкранові балки: а – таврового перерізу для кроку колон 6 м; б – двотаврового перерізу для кроку колон 12 м; в – кріплення залізобетонної підкранової балки до колони; г – кріплення кранової колії до підкранової балки; 1 – сталева кріпильна планка; 2 – бетон, який укладають після монтажу та кріплення балок; 3 – шайби; 4 –опорний лист; 5 – притискна планка; 6 – болт; 7 – пружні прокладки

Кроквяні та підкроквяні балки і ферми

Несучі конструкції покриття, що є дуже важливим конструктивним елементом будівлі, вибирають залежно від величини прольоту, характеру і значення діючих навантажень, виду вантажопідйомного устаткування, характеру виробництва та інших факторів.

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.

Залізобетонні конструкції вогнестійкі, довговічні й часто економічніші порівняно з стальними.

Несучими елементами покриття виробничих будівель є балки і ферми, які влаштовують поперечно або уздовж будівлі.

За характером укладання балки і ферми бувають: кроквяні, якщо вони перекривають проліт і підтримують конструкції покриття, що спираються на них, і підкроквяні, якщо перекривають 12 - 18-метрові кроки колон поздовжнього ряду і служать опорою для кроквяних конструкцій.

Залізобетонні кроквяні балки виготовляють із бетону класу В 25 - В 40 зі звичайним або попередньо напруженим армуванням і застосовують при прольотах: 6, 9, 12, 18 м (рис. 1.3). Балки з прольотом 6, 9, 12 м укладають тільки з кроком 6 м, а балки з прольотом 18 м – з кроком 6 та 12 м. Назва балки залежить від обрису верхнього поясу. Залізобетонні балки можуть бути: односхилі, двосхилі, решітчасті.

Односхилі балки (рис. 1.3 а) застосовують в однопролітних будівлях з кроком колон 6 м і зовнішнім відводом води. Балки мають тавровий переріз із потовщенням на опорах.

Для 12 - 18 метрових прольотів використовують балки (рис. 1.3 б) двотаврового перерізу з попередньо напруженою арматурою. Двосхилі балки призначені для багатосхилих покриттів. Для прольотів 6 та 9 м застосовують балки таврового перерізу з потовщенням на опорі.

Решітчасті балки (рис. 1.3 в) мають прямокутний переріз з отворами для пропуску комунікацій.

На верхньому поясі балок передбачують закладні деталі для кріплення панелей покриття або прогонів. На нижньому поясі та стінці балки є закладні елементи для кріплення підвісного транспорту, а в опорних частинах – сталеві закладні деталі служать для кріплення балок до колон. Балки покриття з’єднують з колонами за допомогою зварювання закладних деталей колон і балок (рис. 1.3 г).

Рис. 1.3. Залізобетонні кроквяні балки покриття: а – односхилі двотаврового перерізу; б – двосхилі для багатосхилих покриттів; в – решітчасті; г – вузол опертя балки на колону; 1 – балка; 2 – колона; 3 – опорний лист

Більш ефективними в порівнянні з балками – залізобетонні ферми, які використовуються в будівлях розміром 18, 24, 30, 36 метрів.

Вони можуть бути сегментні, арочні, з паралельними поясами, трикутні і інші (рис. 1.4). Між нижніми і верхніми поясами ферм розміщують систему стійок і розкосів.

Решітка ферм розраховується таким чином, щоб плити перекриття шириною 1,5 і 3 м опирались на ферми в вузлах стійок і розкосів.

Широке використання отримали сегментні безкаркасні залізобетонні ферми прольотом 18 і 24 м. Для зменшення схилу покриття для багато пролітних будівель передбачують розміщення на верхньому поясі таких ферм спеціальних стійок (стовпчиків), на які спирають панелі покриття. Виготовляють ферми з бетону класів В 25...В 40.

Між фермовий простір рекомендується використовувати для прокладки комунікацій і облаштування технічних та міжфермених поверхів.

Закріплюють ферми до колон гвинтами і зварюванням закладних елементів.

Рис. 1.4. Залізобетонні кроквяні ферми покриття: а – сегментна; б – з паралельними поясами; в – полігональна; г – аркова безрозкісна

Підкроквяні конструкції призначені для спирання на них кроквяних балок та ферм, коли крок колон більший за крок основних несучих конструкцій покриття (рис. 1.5). Підкроквяні балки і ферми застосовують з прольотом 12 м (іноді 18 і 24 м).

Підкроквяні балки передбачають у покриттях з балковими кроквяними конструкціями, а підкроквяні ферми – в покриттях із кроквяними фермами.

Підкроквяні балки виготовляють таврового перерізу, заввишки 1500 мм, а підкроквяні ферми – прямокутного перерізу заввишки 2200 і 3300 мм.

Підкроквяні конструкції встановлюють на колони (в поздовжньому напрямку) і закріплюють до них зварюванням закладних деталей.

Рис. 1.5. Залізобетонні підкроквяні балки і ферми: а, б – конструктивні схеми; 1 – підкроквяна балка; 2 – підкроквяна ферма

 

Кроквяні конструкції спирають на нижній пояс підкроквяних конструкцій і з’єднують з ними анкерними болтами та зварюванням. Таке рішення зменшує висоту будівлі. Покриття з підкроквяними конструкціями мають суттєві недоліки. Підкроквяні конструкції важко виготовляти, вони ускладнюють монтаж елементів покриття, збільшують витрати матеріалів і трудомісткість влаштування покриття.

Забезпечення просторової жорсткості каркаса. Вертикальні зв’язки

Елементи каркаса, що з’єднують між собою поперечні рами, називають зв’язками. Вони сприймають горизонтальні навантаження від гальмування кранів, від вітру і забезпечують просторову жорсткість каркаса.

Коли покриття виконують із великорозмірних плит, то жорсткість каркаса будівлі та покриття досягається установкою зв’язок і диском покриття. При прогонних покриттях жорсткість забезпечують тільки зв’язки.

За   характером    розташування    зв’язки    бувають    вертикальні    та

горизонтальні.

Вертикальні влаштовують між колонами і в покритті, горизонтальні – тільки в межах покриття.

Конструкція зв’язок залежить від висоти будівлі, величини прольоту, кроку колон каркаса, наявності мостових кранів та їх вантажопідйомності.

Вертикальні зв’язки між колонами забезпечують геометричну незмінність каркаса будівлі та поздовжню жорсткість, збирають усі горизонтальні зусилля з покриття та поздовжніх рам і передають їх на фундаменти. Зв’язки між колонами встановлюють у кожному ряду посередині температурного блока (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Влаштування зв’язок між колонами: а, б – схеми хрестових і портальних зв’язок та їх розташування по довжині температурного блока; в – хрестові зв’язки; г – кріплення хрестового зв’язку до колони; 1 – колона; 2 – вертикальний зв’язок; 3 – закладні металеві деталі; 4 – зварювання

За конструктивним рішенням зв’язки можуть бути хрестові та портальні. Хрестові зв’язки застосовують при кроці колон 6 м, портальні – при кроці колон 12 м. У безкранових виробничих будівлях вітрові навантаження, що діють на торці будівель, сприймаються зварювальними швами, що з’єднують плити з несучими конструкціями покриття, а вертикальні зв’язки між колонами в цьому випадку не ставлять.

Вертикальні зв’язки виготовляють із кутиків або швелерів і приварюють до закладних частин колон (рис. 1.6 г).

Вертикальні зв’язки в покритті не ставлять, якщо будівля має скатне покриття і висота несучих конструкцій покриття на опорах не більша 900 мм або коли до складу покриття входять підкроквяні конструкції. В цьому випадку діючі горизонтальні навантаження передають безпосередньо через опорні частини несучих конструкцій покриття або їх сприймають підкроквяні конструкції. Коли висота балок або ферм на опорах більша за 900 мм, у покритті встановлюють вертикальні зв’язки в крайніх комірках температурного блока по поздовжніх осях у місцях опор несучих конструкцій покриття.

Вертикальні зв’язки являють собою сталеві ферми з паралельними поясами, з прольотом, рівним кроку колон каркаса. Вертикальні зв’язки закріплюють зварюванням до закладних частин, розташованих у верхній частині колони та у верхньому поясі несучої конструкції покриття. В усіх середніх прольотах температурного блока на рівні верху колон ставлять сталеві або залізобетонні розпірки.

Горизонтальні зв’язки встановлюють по верхніх і нижніх поясах основних несучих конструкцій покриття. Роль горизонтальних зв'язок по верхньому поясу поперечних ферм і рам при безпрогонному вирішенні виконують плити покриття, закріплені зварюванням до закладних деталей ферм (балок). У будівлях з мостовими кранами важкого режиму роботи для сприймання діючих на покриття горизонтальних поперечних сил влаштовують сталеві хрестові горизонтальні зв’язки, при цьому плити покриття виконують тільки роль розпірки.

Горизонтальні зв’язки по нижньому поясу несучих конструкцій покриття встановлюють у будівлях, обладнаних мостовими кранами з важким режимом роботи. Горизонтальні зв’язки розташовують у нижньому поясі несучих конструкцій покриття і виконують у вигляді хрестових елементів із прокатної сталі, утворюючи ферму з паралельними поясами, яку називають вітровою.

У деяких випадках, наприклад при великій висоті будівлі, частину вітрового навантаження, що припадає на торець будівлі, передають на горизонтальні зв’язки – вітрові ферми, які розташовують у торці будівлі на рівні підкранових балок або нижнього поясу несучих конструкцій покриття.