Конструктивные системы и схемы одно- и многоэтажных производственных зданий. Большепролетные конструкции и их формообразующее значение.

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 6

Конструктивные системы промышленных зданий выполняют по различным конструктивным схемам. В основном для промышленных зданий применяют каркасную схему, в которых прочность, жесткость и устойчивость обеспечивается пространственными рамными каркасами как с поперечным или продольным расположением ригелей, так и безригельными.

Выбор конструктивной схемы осуществляют с учетом конкретных нагрузок и воздействий на здание, а также в соответствии с функциональными, экономическими и эстетическими требованиями. Наиболее предпочтительной является каркасная система с поперечным расположением ригелей, при которой в поперечном направлении образуются рамы, которые совместно со связями обеспечивают пространственную жесткость и устойчивость здания и позволяют, изменяя шаг колонн, обеспечивать гибкость планировочного решения внутреннего пространства здания. Каркасные системы – основной тип промышленных зданий, так как в них действуют большие сосредоточенные нагрузки, удары, сотрясения от технологического оборудования и кранов.

В бескаркасных зданиях размещают небольшие цеха с пролетами шириной до 12 м, высотой до 6 м и кранами грузоподъемностью до 50 кН. В местах опирания стропильных конструкций стены с внутренних сторон усиливают пилястрами. Многоэтажные промышленные здания по бескаркасной системе строят очень редко.

Производственные здания с неполным каркасом проектируют под небольшие нагрузки: бескрановыми с Q < 50 кН. В таких зданиях отсутствуют пристенные колонны, а наружные стены выполняют и несущую и ограждающую функции.

Одноэтажные промышленные здания являются наиболее распространенными и строятся для разных производств всех отраслей промышленности (рис. 61).

Рис. 61. Общий вид одноэтажного промышленного здания с сегментным покрытием пролетов.

Конструктивными элементами одноэтажных зданий являются колонны, подкрановые балки, подстропильные фермы, балки или фермы и прогоны покрытий, панели (рис. 62).

Рис. 62. Трехпролетное одноэтажное промышленное здание с фонарем (поперечный разрез). 1 — фундаменты; 2 — колонны; 3 — балки покрытия; 4 — плиты покрытия; 5 — мостовой кран; 6 — подкрановые балки; 7 — наружные стены.

Одноэтажные здания с мостовыми кранами отличаются от зданий, не имеющих кранов, большими размерами пролетов и большей высотой. Пролеты таких зданий 18—24—30 м, а высота до низа ферм покрытия достигает 10—20 м.

Многоэтажные промышленные здания проектируют в основном каркасными (рис. 63). Конструктивными элементами таких зданий являются колонны, ригели, ребристые панели перекрытий, стеновые панели и элементы лестничных клеток. Высота этажей 6; 4, 8 или 3, 6 м. для первого этажа допускается высота 7, 2 м, т. е. кратная модулю 0, 6 м.

Бытовые и административные помещения могут быть размещены в основном здании цеха, в пристройке или в отдельном здании. К бытовым помещениям относятся гардеробные, умывальные, душевые, уборные, комнаты для принятия пищи, медицинские пункты.

На производствах, где выделяется значительное количество тепла, влаги, газов, а также на производствах пищевой промышленности размещение бытовых помещений в производственных помещениях не допускается.

Пристройки для бытовых помещений примыкают чаще к торцовой и в некоторых случаях к продольной стене производственного здания.

Рис. 63. Общий вид многоэтажного промышленного здания.

Одноэтажные промышленные каркасные здания могут иметь полный или неполный каркас. В зданиях с полным каркасом все вертикальные нагрузки воспринимают колонны. Наружные стены, являясь ограждающей конструкцией, несут нагрузку только от собственного веса (самонесущие стены).

В зданиях с неполным каркасом колонны крайних (наружных) рядов отсутствуют, наружные стены, являясь одновременно несущими и ограждающими конструкциями, в этом случае воспринимают часть вертикальных нагрузок от покрытия.

Рис. 64. Сборные железобетонные фундаменты под колонны каркаса здания. а — одноблочный; б — из нескольких блоков.

Железобетонные или стальные колонны связаны в поперечном направлении балками или фермами покрытий. Образующиеся таким образом рамы каркаса связываются между собой в продольном направлении плитами, прогонами, ветровыми связями, подкрановыми и обвязочными балками.

Колонны каркаса устанавливаются на отдельные сборные железобетонные фундаменты стаканного типа. Такие фундаменты могут быть цельными или составными из отдельных блоков (рис. 64). Сборные фундаменты укладывают по щебеночной или бетонной подготовке толщиной 10 см.
Для опирания колонны в теле фундаментного блока имеется соответствующее углубление — «стакан». При изготовлении блока фундамента в бетон закладываются петли из круглой стали для захвата фундамента краном при монтаже.
Составной фундамент собирается из железобетонной плиты и железобетонного подколонника стаканного типа. Подколонник укладывают на растворе и скрепляют с плитой путем сварки закладных стальных деталей.

Рис. 65. Сопряжение колонн с фундаментом. а — на болтах; б — шарнирное.

Колонна, установленная в «стакан» фундамента, после выверки замоноличивается (заделывается бетонной смесью). Применяется также способ соединения колонны с фундаментом без «стакана», заключающийся в установке колонны на закладные части фундаментов и закреплении анкерными болтами (рис. 65).

Фундаментные балки служат для передачи нагрузки от наружных и внутренних стен здания на фундаменты, они укладываются на
обрезы фундаментов. Фундаментные балки могут быть прямоугольного, трапецеидального и таврового сечения. Чтобы выдержать расположение балок на заданной отметке, их укладывают на бетонные столбики, устанавливаемые на обрезы фундаментов колонн (рис. 66). Верхние грани балок располагают на 5 см ниже уровня пола помещения.

Рис. 66. Опирание фундаментных балок. 1 - балка; 2 — стена; 3 — бетонный столбику; 4 — колонна.

Прверх фундаментных балок укладывают гидроизоляцию из двух слоев рулонного материала на мастике. Зазоры между торцами балок и между балками и колоннами заполняются бетонной смесью. Фундаментные балки с боков и снизу засыпают шлаком, чтобы предотвратить промерзание пола вдоль наружных стен. Снаружи здания вдоль фундаментных балок устраивают отмостку или тротуар.
Колонны одноэтажного здания, закрепленные в фундаментах, вместе с элементами покрытий образуют каркас, способный обеспечить пространственную жесткость и устойчивость здания.

Сборные железобетонные колонны для зданий без мостовых кранов имеют прямоугольное поперечное сечение, изготовляются по типовым чертежам и применяются при шаге колонн 6—12 м и при пролете здания 12—24 м (рис. 67). В зданиях, оборудованных мостовыми кранами, применяются колонны с консолями. Сечение этих колоннниже консолей, поддерживающих подкрановую балку, больше, чем сечение надкрановой части, которая несет меньшую нагрузку. Крайние колонны для опирания подкрановой балки имеют одну консоль; средние — две консоли (рис. 67, б).

Рис. 67. Сборные железобетонные колонны. а — крайняя и средняя колонны для бескрановых пролетов; б — то же, крайняя и средняя колонны для пролетов с мостовыми кранами; в — то же, двухветвевые ступенчатые колонны.

По конструктивному оформлению колонны подразделяются на одноветвевые и двухветвевые. Одноветвевые колонны имеют прямоугольное поперечное сечение, высота их колеблется от 9, 4 до 11, 8 м. Двухветвевые колонны состоят из двух ветвей сечением 20 X 40 см, соединенных распорками, применяются они в зданиях с пролетами 18 — 24 — 30 м, оборудованных кранами, высота их колеблется от 10, 8 до 18м (рис. 67, в).

Применяют также составные колонны, отдельные части которых соединяются до монтажа или монтируются раздельно.
Сопряжение колонн с элементами каркаса осуществляется с помощью болтов и сварки стальных закладных деталей с последующим бетонированием (замоноличиванием) узлов соединения.

Колонны имеют стальные закладные детали для крепления ферм или балок покрытия, подкрановых балок, различных технологических устройств, рабочих площадок (рис. 68). В колоннах крайних рядов предусматриваются закладные стальные детали для крепления к ним панелей наружных стен.

В качестве подкрановых балок применяют железобетонные сборные таврового и двутаврового сечения в основном предварительно напряженные балки (рис. 69). Нижние закладные детали по концам балок привариваются к опорным листам консолей колонн. Сверху балки крепят к колоннам приваркой накладок к закладным деталям балок и колонн. Отдельные балки в стыках соединяются между собой также приваркой к закладным деталям стальной полосы. Зазоры между торцами балок заполняются бетонной смесью.
По подкрановым балкам на пакеты, состоящие из швеллера и дубового антисептированного бруса, укладываются подкрановые пути. Брус плотно охватывается полками швеллера и снизу промазывается битумом. На пакет укладывается рельс, который после предварительной выверки крепится болтами к подкрановой балке. Для пропуска болтов в балку при ее изготовлении закладываются отрезки стальных труб (рис. 70). Деревянный брус подливают бетонной смесью на мелком гравии, а рельс после окончательной выверки приваривают к швеллеру. В торцах здания на подкрановых балках устраивают упоры для мостовых кранов, состоящие из стального каркаса, в верхней части которых укреплены по два дубовых бруса.

Рис. 68. Крайняя колонна кранового пролета с закладными деталями. 1 — стальной лист с анкерами для крепления балок покрытия; 2, 3 — то же, для крепления подкрановых балок; 4 — то же, для крепления стеновых панелей.

Рис. 69. Подкрановая железобетонная балка. 1 — стальные накладки для крепления балок между собой и к колоннам; 2 — стальная закладная деталь консоли; 3 — то же, балки; 4 — то же, колонны; 5 — заделка бетоном.

На обвязочные железобетонные балки опираются наружные ненесущие стены промышленных зданий. Они применяются также в качестве перемычек над проемами и в стенах. Обвязочные балки опираются на наружные консоли железобетонных колонн или крепятся к колоннам болтами с шайбами, хомутами или приваркой к закладным деталям в колоннах. Применяют обвязочные балки прямоугольного сечения при толщине стен 25 см и с четвертью (с полкой) при толщине стен более 25 см.
Основными несущими конструкциями покрытий одноэтажных промышленных зданий являются в зависимости от величины перекрываемых пролетов — железобетонные крупноразмерные плиты, железобетонные односкатные и двухскатные балки, фермы, арки и пространственные конструкции. Для пролетов 6, 9 и 12 м в качестве несущих конструкций применяют железобетонные плиты (рис. 71).

Рис. 70. Устройство кранового пути (разрез). 1 — подкрановая балка; 2 — рельс; 3 — опорный швеллер; 4 — брус; 5 — крюк; 6 — болт; 7 — бетонная подливка.

Для пролетов 12 и 18 м применяют балки с предварительно напряженной арматурой. Балки имеют тавровое и двутавровое поперечное сечение. Для уменьшения веса балки изготовляют с круглыми отверстиями в стенках. Балки при значительной длине обладают большим весом, что усложняет их изготовление и перевозку.

Для перекрытий пролетов 18—30 м применяют сборные предварительно напряженные железобетонные фермы, состоящие из двух полуферм. Обе половины фермы соединяются стальными накладками, которые привариваютсяк закладным деталям. Большепролетные фермы могут собираться из отдельных блоков (рис. 72). Укрупнительная сборка ферм производится на строительной площадке.

Рис. 71. Несущие конструкции покрытий. а — железобетонная ребристая плита; б — типы сборных железобетонных одно- и двухскатных балок

Сборные железобетонные арки являются более экономичными конструкциями, чем железобетонные фермы. Различают арки двухшарнирные, имеющие шарниры только на опорах, трехшарнирные, имеющие, кроме опорных, шарнир в середине пролета (в замке), и бесшарнирные. Двух- и трехшарнирные арки имеют затяжку для восприятия распора (рис. 73), бесшарнирные арки выполняются без затяжек.

Рис. 72. Сборные железобетонные фермы. а — составная; б — цельная предварительно на пряженная.

Арки могут опираться на колонны или на специальные фундаменты. Балки, фермы и арки крепятся к колоннам анкерными болтами, выпущенными из верхушки колонны. Соответственно опорная часть балки, фермы или арки имеет закладную деталь в виде стального листа с отверстиями, через которые пропускаются болты колонны, опорный лист после затяжки болтов приваривается к листу (закладной детали) верхушки колонны.

Рис. 73. Сборные железобетонные арки с затяжками; справа—поперечное сечение арок

Рис. 74. Цилиндрические железобетонные своды-оболочки. а — оболочка одноволновая; б — многоволновая.

Применяются пространственные конструкции покрытий промышленных зданий в виде сборных тонкостенных конструкций — оболочек, сводов и куполов. Тонкостенные пространственные конструкции позволяют перекрывать большие пролеты с минимальной затратой бетона.

Большое распространение имеют цилиндрические оболочки, которые могут быть одно- и многоволновыми, однопролетными и многопролетными (рис. 74). Цилиндрические оболочки опираются на торцовые и промежуточные диафрагмы, в свою очередь опирающиеся на колонны. Многоволновые оболочки покрытий собираются из сборных криволинейных пространственных армоцементных элементов с тремя слоями проволочной сетки. Распор от таких оболочек воспринимается затяжками.

Сборка оболочек производится на земле у места подъема. После замоноличивания стыков, натяжения пучков арматуры бортовых элементов и установки затяжек оболочка поднимается кранами и устанавливается на колонны.

Рис. 75. Своды-оболочки двоякой кривизны.

Для некоторых производственных зданий перекрытие выполняется в виде сводов-оболочек двоякой кривизны. Такие оболочки окаймляются по периметру криволинейными бортовыми элементами и опираются на четыре колонны. Получается многопролетное покрытие с застекленными диафрагмами, которые используются для дневного освещения цеха (рис. 75).

Рис. 76. Сборная оболочка двоякой кривизны.

В некоторых отраслях промышленности производственные здания больших пролетов приходится строить с покрытиями в виде сборных предварительно напряженных оболочек двоякой кривизны. Такая оболочка собирается из плоских, с ребрами по контуру, железобетонных плит на болтах. Диафрагмами по контуру сборного покрытия служат арки (рис. 76).

В практике строительства применяются покрытия из балок-оболочек пролетом до 100 м, купольные покрытия диаметром до 40 м, одноволновые и многоволновые складчатые покрытия из плоских плит пролетами до 20 ж, шпренгельно-кессонные покрытия и покрытия вантовые (на оттяжках) пролетами до 40 м. Все эти конструкции являются сборными предварительно напряженными.

Несущие ограждающие покрытия промышленных зданий могут быть двух видов — прогонные и беспрогонные. В первом случае несущими элементами являются прогоны, которые опираются на основные несущие конструкции покрытия. По прогонам укладываются железобетонные плиты покрытия, а по плитам устраивается кровля. Во втором случае плиты покрытия опираются непосредственно на основные несущие конструкции покрытия.

Прогоны применяются с обычной и предварительно напряженной арматурой, таврового или прямоугольного сечения. Прогоны крепятся к основным несущим конструкциям стальными закладными деталями на сварке.

Рис. 77. Опирание балок и ферм покрытия. а — на подстропильные балки; б — на подстропильные фермы; 1 — балка покрытия; 2 — ферма покрытия; 3 — подстропильная балка; 4 — подстропильная ферма.

При беспрогонном покрытии применяются крупноразмерные железобетонные плиты с предварительно напряженной арматурой: керамзитобетонные и армопенобетонные плиты с обычной арматурой, сводчатые железобетонные предварительно напряженные плиты.
При шаге колонн 12 м и шаге ферм или балок 6 м применяют железобетонные подстропильные балки или фермы. На подстропильные фермы опираются основные несущие конструкции покрытия (рис. 77). Подстропильные балки или фермы для опирания несущих конструкций покрытий имеют железобетонные консоли или стальные столики. Подстропильные балки или фермы крепятся к колоннам болтами или сваркой закладных деталей.

Рис. 78. Связи между элементами каркаса. а — крестовые связи между колоннами; б — то же, по нижнему поясу ферм.

Чтобы обеспечить жесткость каркаса здания в целом и возможность восприятия им ветровых нагрузок и тормозных усилий от кранов, устраиваются дополнительные связи между элементами каркаса. Связи бывают вертикальные и горизонтальные. Вертикальные связи устраивают в плоскости каждого продольного ряда колонн, между крайними колоннами у торцов и у температурных швов. Вертикальные связи обычно бывают крестовыми из прокатных профилей (рис. 78). Горизонтальные связи устраивают в плоскости нижних поясов балок или ферм для создания пространственного блока из двух поперечных рам, расположенных у торца здания. Связи по нижнему поясу балок или ферм—крестовые из прокатной стали.

Рис. 79. Сопряжения сборных железобетонных конструкций. а — монолитные на выпусках арматуры (слева — до замоноличивания, справа — после); б — монолитные без арматуры (стык колонны с фундаментом); в — сварные на закладных деталях; г — шарнирные на болтах.

Места сопряжений сборных элементов в здании или сооружении называются монтажными стыками и узлами. Стыки и узлы по способу соединения элементов можно разделить на следующие типы:

монолитные сопряжения на выпусках арматуры, когда стержни арматуры свариваются с последующим бетонированием стыка;

монолитные безарматурные сопряжения, когда промежутки между элементами заполняются только раствором или бетонной смесью;

сварные сопряжения на закладных деталях;

шарнирные соединения на болтах или хомутах.

Наибольшей жесткостью и надежностью отличаются монолитные сопряжения на выпусках арматуры с последующим бетонированием. Концы арматуры соединяются электросваркой внахлестку или металлическими накладками с последующим бетонированием.

Для выполнения стыков на металлических закладных деталях необходимо, чтобы сборные элементы при их изготовлении были оснащены соответствующими стальными закладными деталями, которые привариваются к арматурному каркасу сборного железобетонного элемента.

Как правило, все сварные стыки и узлы после сварки заделываются бетонной смесью или раствором. Сопряжение на закладных деталях позволяет до сварки быстро и надежно закреплять монтируемые элементы болтами. На рис. 79 показаны типы узлов и стыков.

Стальные каркасы применяют при строительстве цехов с большими пролетами и высотой, в основном для предприятий тяжелой промышленности. В конструктивном отношении схема стального каркаса не отличается от схемы железобетонного каркаса. Стальные колонны состоят из нижней части (база или башмак) и верхней части (стержень). По высоте колонны могут иметь одинаковое или переменное поперечное сечение (рис. 80).

Рис. 80. Стальные колонны. а — постоянного сечения; б — ступенчатая

Колонны делят на сплошные и решетчатые. Сплошные колонны выполняют из прокатных профилей или листов, сваренных между собой. Решетчатые колонны состоят из двух ветвей, выполненных из прокатных профилей и соединенных между собой поперечными планками или решеткой.

Нижняя часть (башмак) колонны опирается на железобетонный фундамент и крепится к нему анкерными болтами, заделанными в фундамент при его изготовлении (рис. 81). Башмак колонны, соприкасающийся с грунтом, для защиты от коррозии бетонируется.

Рис. 81. Башмак стальной колонны.

Обвязочные балки каркаса делают из сплошных стальных профилей (двутавра или швеллера). Подкрановые балки могут быть сплошные, сваренные из прокатных двутавров, или решетчатые в виде ферм. Крановые рельсы применяют нормального или квадратного сечения в виде стальных брусков, которые крепятся к верхнему поясу подкрановой балки или фермы с помощью болтов с пружинными шайбами и прижимных гаек (рис. 82).

Рис. 82. Крепление к подкрановым стальным балкам. а — рельса; б — бруска

Несущие конструкции покрытий и балки выполняют из прокатных профилей. При больших пролетах применяют фермы треугольные, полигональные и с параллельными поясами. Наиболее распространенными являются фермы полигонального очертания.

В узлах элементы ферм в большинстве случаев соединяются на сварке с помощью косынок из листовой стали. Все элементы ферм выполняют из прокатных профилей.
Опоры для ферм делают неподвижными. При больших пролетах, когда температурные деформации ферм, например в горячих цехах, могут быть большими, одну из опор выполняют подвижной на катках.

В качестве стальных несущих конструкций могут применяться также двух- и трехшарнирные арки сплошного и решетчатого сечения.

Пространственная устойчивость и жесткость ферм, арок и других несущих конструкций одноэтажных стальных каркасов обеспечивается системой связей в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Горизонтальные связи устраивают в виде решетки, соединяющей плоские пояса двух соседних ферм, арок или балок. Вертикальные связи размещаются в плоскостях опорных стоек ферм.

В промышленных одноэтажных зданиях применяют несущие каркасы смешанного типа, когда колонны железобетонные, а несущие конструкции покрытия — стальные.

Используемая литература для лекции 6:

1.Орловский Б.Я, Орловский Я.Б. Архитектура гражданских и промышленных зданий. Промышленные здания: Учеб. Для вузов по спец. «Пром. и гражд. стр-во». 4-е изд., перераб. и доп. –М.: Высш.шк., 1991. -304с.

2.http: //www.ids55.ru/ais/articles/architect/675-2012-04-17-11-47-09.html 23.06.2012

3. Дятков С.В. Архитектура промышленных зданий. Учебное пособие для строит. Вузов. М., «Высшая школа», 1976. -464с.

4. Курс лекций по проектированию промышленных зданий. http: //gendocs.ru/v99/? cc=1& view=pdf

5. Курс лекций по архитектуре промышленных зданий. http: //gendocs.ru/v2141/? cc=1

7. СН 245-71

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 56