Тема6-Стальной каркас промзданий

Применение стальных конструкций для каркасов одноэтажных промышленных зданий особенно целесообразно в отдаленных, труднодоступных и сейсмических районах, а также при тяжелом режиме эксплуатации здания.
Выполнение промышленного здания из прогрессивных металлических конструкций несущих и ограждающих элементов, использование новых эффективных утеплителей по сравнению с аналогичными традиционными конструкциями из железобетона и обычных теплоизоляционных материалов позволяет значительно снизить массу (вес) здания в целом.
Стальные колонны каркаса
В зависимости от габаритов здания, наличия и вида подъемно-транспортного оборудования и конструкции покрытия применяют колонны сплошного и сквозного типов с постоянным или переменным по высоте сечением (рис. 8.1).

Рис. 8.1 Основные типы стальных колонн: а – сплошного постоянного сечения для зданий без мостовых кранов; б – сплошного постоянного сечения для зданий без мостовых кранов двухветвевого сечения; в – сплошного сечения для зданий оборудованных мостовыми кранами; г – для зданий, оборудованных мостовыми кранами, двухветвевого переменного сечения; д –для зданий, оборудованных мостовыми кранами, раздельного типа переменного сечения.

Колонны сплошного постоянного сечения (рис. 8.1 а) используют в зданиях без мостовых кранов высотой до 8,4 м. В зависимости от шага каркаса колонны крайних рядов имеют кривизну «0» (при шаге 6 м) и «250» (при шаге 12 м).
В зданиях без опорных мостовых кранов высотой от 9,6 до 18 м применяют колонны сквозного двухветвевого сечения с двухплоскостной безраскосной решеткой (рис. 8.1 б). ветви колонн выполняют из двутавров от №20 до №70. Расстояние между ветвями единое для средних и крайних колонн – 800 мм. Колонны рассчитаны на привязку к продольным разбивочным осям – 250 мм.
Для зданий высотой от 8,4 до 9,6 м, оборудованных мостовыми опорными кранами грузоподъемностью до 20 т, разработаны колонны сплошного постоянного сечения (рис. 8.1 в). Для зданий с кранами до 50 т и высотой 10,8 – 18 м – двухветвевые колонны (рис. 8.1 г). Двухветвевые колонны могут быть использованы в зданиях пролетами 18, 24, 30 и 36 м с шагом колонн по крайним и средним рядам 12 м. Их выполняют ступенчатыми. Подкрановая решетчатая часть состоит из двух ветвей: наружной, выполняемой, как правило, из прокатных и гнутых швеллеров, и подкрановой – из широкополочных двутавров. Решетку подкрановой части выполняют обычно раскосной, двухплоскостной из прокатных уголков.
При использовании в зданиях кранов грузоподъемностью более 50 т, а также при их двухъярусном расположении или на случай предполагаемого расширения производства применяют колонны раздельного типа (рис. 8.1 д).
Стальные колонны могут применяться в районах с расчетной температурой наружного воздуха до -40єС для отапливаемых зданий и до -30єС для неотапливаемых зданий, возводимых в I-IV ветровых и снеговых районах.
Базы колонн имеют опорные плиты или траверсы, которые заделывают в фундамент на глубину от -0,300 до -1,000 в зависимости от типа колонны (рис. 8.2).

Рис. 8.2 Базы стальных колонн: а, б – база колонн с опорными плитами; в, г – база колонн с траверсами; д – база двухветвевой колонны.

база колонны – конструктивный элемент металлической колонны, расположенный в нижней ее части и служащий для ее крепления к фундаменту.
Двухветвевые колонны имеют раздельные базы (рис. 8.2 д), которые с помощью анкерных болтов крепится к фундаментам.
Анкерный болт – крепежная деталь, предназначенная для соединения строительных конструкций, нижним концом закрепленная в теле фундамента, на другом конце имеющая нарезку под болт.
Верх колонн (оголовок) конструктивно решается в зависимости от способа соединения со стропильными конструкциями покрытия. Более подробно будет рассмотрен в разделе «Несущие конструкции покрытия».
Подкрановые балки
По статической (расчетной) схеме подразделяют на разрезные и неразрезные. Наиболее распространены разрезные балки, т.к. они просты по конструкции, менее чувствительны к осадкам опор, несложны в монтаже, но по сравнению с неразрезными имеют большую высоту и более материалоемки. При том неразрезные балки сложнее монтировать и перевозить.
По сечению подкрановые балки подразделяют на сплошные и решетчатые (рис. 8.3). Балки сплошного сечения, устанавливаемые при шаге колонн 6 м и небольшой грузоподъемности кранов, изготавливают из прокатных двутавров с усилением верхнего пояса стальным листом или уголками (рис. 8.3 а).

Рис. 8.3 Стальные подкрановые балки: а – сплошного сечения из прокатных двутавров с усилением верхних полок; б – сплошного сечения, сварные; в – сплошного сечения, клепаные; г – сквозного сечения; д – крепление балок к колонне; е - крепление балок к стальной колонне; ж – крепление рельса к балке крюками; з – крепление рельса к балке лапками; 1 – тормозная балка; 2 – крепежная планка; 3 – упорный уголок; 4 – стальная фасонка; 5 – подставка; 6 – цементно-песчаный раствор; 7 – опорное ребро; 8 – рельс; 9 – крюк; 10 – стальная лапа.

Для зданий с пролетами 18, 24, 30 и 36 м и с шагом колонн 6 и 12 м, оборудованных мостовыми кранами грузоподъемностью от 5 до 50 т, применяют балки сплошного сечения в виде сварных двутавров (рис. 8.3 б).
Высота балок на опоре составляет от 700 до 1450 мм, ширина верхнего пояса 320 и 400 мм, нижнего 200 и 250 мм. Толщина листа для верхних поясов – 10ч16мм, для нижних 10 мм и для стенок – 6, 8 10 и 12 мм. Стенки балок усиливают поперечными ребрами жесткости.
Подкрановые балки для кранов грузоподъемностью 50 т и более, могут быть клепанными из низколегированной стали (рис. 8.3 в). Для восприятия горизонтальных усилий, возникающих при поперечном торможении крана, предусмотрены тормозные балки или фермы (рис. 8.3 б; поз. 1).
Решетчатые подкрановые балки в виде шпренгельных систем более экономичны по сравнению со сплошными, т.к. расход стали на 20% меньше.
Подкрановые балки опирают на консоли колонн и крепят анкерными болтами (при железобетонных колоннах) и планками.
Между собой балки соединяют болтами, пропущенными через опорные (торцевые) ребра.
Стальные рельсы под краны к металлическим балкам крепят парными крюками или лапками (рис. 8.3 ж, з), на расстоянии 750 мм друг от друга. На концах подкрановых путей устраивают упоры-амортизаторы, исключающие удары кранов в торцевые стены здания.

Стальные несущие конструкции покрытия

1. Стропильные фермы
Ферма (франц. ferme от лат. firmus - прочный) – сквозная несущая конструкция, состоящая из стержней, расположенных в одной плоскости и соединенных между собой в узлах таким способом, что они образуют геометрически неизменяемую решетчатую систему.
Фермы относятся к плоскостным конструкциям, т.е. работающим в одной вертикальной плоскости, проходящей через ее опоры.
В качестве стропильных конструкций покрытия наибольшее распространение получили фермы, которые по форме бывают с параллельными поясами, полигональные, треугольные (рис. 8.4).

Рис. 8.4 Стальные стропильные фермы: а – с параллельными поясами; б – полигональная; в – треугольная; г – с параллельными поясами из круглых труб; д – узлы ферм с параллельными поясами из уголков; е – узлы ферм с параллельными поясами из широкополочных двутавров; ж – узлы ферм с параллельными поясами из гнутосварных профилей прямоугольного соединения; з – узлы ферм с параллельными поясами из круглых труб.

Фермы с параллельными поясами применяют для плоских и малоуклонных кровель (1,5%) в отапливаемых зданиях. Полигональные фермы с уклоном верхнего пояса 1:8 применяют для скатных покрытий из рулонной кровли, а треугольные с уклоном верхнего пояса 1:3,5 – для однопролетных, неотапливаемых зданий с наружным водостоком под кровлю из асбестоцементных или стальных листов.
Унифицированные стальные фермы имеют пролеты от 18 до 36 м. В целях унификации узловых соединений решетку в фермах принимают треугольной. Длина панелей верхнего пояса фермы принята 3 м при использовании в покрытии железобетонных плит шириной 3 м. При использовании в покрытии прогонов или плит шириной 1,5 м, длина панелей верхнего пояса может быть уменьшена введением в решетку фермы шпренгелей (на рис. 8.4а показаны пунктиром).
Шпренгель – конструктивный элемент фермы состоящий из стоек и раскосов, вводимый в ее решетку для уменьшения длины панели верхнего пояса.
Высота ферм на опоре:
- с параллельными поясами – 2550 и 3750 мм;
- полигональных 2200 мм;
- треугольных – 450 мм.
Пояса и решетку ферм выполняют из спаренных прокатных уголков, широкополочных тавров и двутавров, замкнутых гнутосварных профилей прямоугольного сечения и из круглых труб.
Шаг стропильных ферм зависит от конструкции покрытия и составляет от 3 до 12 м.

2. Подстропильные фермы
Подстропильные фермы применяются в том случае, если шаг стропильных ферм (1,5; 3; 6 м) меньше шага колонн основного каркаса (12ч24 м) (рис. 8.5).
Для стропильных ферм из прокатных уголков применяют подстропильные фермы с параллельными поясами длиной от 12 до 24 м, высота фермы составляет 3130 мм, (рис. 8.5 а).
Они имеют опорную стойку из двутавра, в нижней части которой предусмотрен столик для опирания стропильных ферм.
Для стропильных ферм из труб и из широкополочных двутавров применяют треугольные подстропильные фермы длиной 12 м (рис. 8.5 б). Высота подстропильных ферм из труб – 2830 мм, из двутавров – 3000 мм.
Подстропильные фермы из гнутых профилей выполняют с параллельными поясами высотой – 1700 мм (рис. 8.5 в).
Крепление стропильных и подстропильных ферм к оголовкам колонн выполняют на болтах.

Рис. 8.5 Стальные подстропильные фермы: а – для стропильных ферм из горячекатаных уголков; б – для ферм из широкополочных двутавров и труб; в – для ферм из гнутых профилей прямоугольного сечения.

3. Связи в покрытии
Пространственную жесткость и устойчивость плоскостных конструкций обеспечивают системой связей, устанавливаемых между этими конструкциями.
Плоскостная конструкция – плоскостной является конструкция, работающая в одной вертикальной плоскости, проходящей через ее опоры
Для повышения устойчивости зданий предусматривают систему вертикальных и горизонтальных связей между колоннами каркаса и в покрытии. В данном разделе рассмотрены связи в покрытии зданий со стальным каркасом.
В покрытиях зданий со стальными фермами предусматривают горизонтальные связи в плоскостях верхних и нижних поясов стропильных ферм, а также вертикальные связи между фермами.
На рис. 8.6 рассмотрены типы связей, устанавливаемых в покрытии при уклоне верхнего пояса 1,5% с ограждением из железобетонных плит.

Рис. 8.6 Связи в покрытии со стальными фермами: а – по верхним поясам стропильных ферм; б – по нижним поясам стропильных ферм; 1 – распорки; 2 – растяжки; 3 – раскосы; 4 – вертикальные связи; 5 – стропильные фермы; 6 – связные фермы.

Связи по верхним поясам стропильных ферм состоят из распорок, раскосов и растяжек, монтируемых в пределах фонарного проема покрытия (рис. 8.6 а).
По нижним поясам стропильных ферм (рис. 8.6 б) в систему связей входят: поперечные горизонтальные связевые фермы, размещенные в торцах температурного отсека здания (при длине отсека более 96 м устанавливают также промежуточные связевые формы через 42-60 м); продольные горизонтальные связевые фермы, размещаемые в одно-, двух- и трехпролетных зданиях только вдоль крайних рядов колонн, а в зданиях с числом пролетов более трех – также и вдоль средних рядов колонн через 2-3 пролета (в зависимости от режима работы); - распорки и растяжки.
Вертикальные связи располагают вдоль стоек стропильных и фонарных ферм с интервалом 6-12 м. ставят их по нижним поясам стропильных ферм в местах размещения поперечных горизонтальных связей (рис. 8.6 позиция 4).

4. Покрытия по прогонам
Ограждающая часть покрытия может быть устроена из мелкоразмерных элементов с применением железобетонных или стальных прогонов.
Покрытия по прогонам устраивают, когда из-за недостаточной жесткости плит, настилов и листов требуется их опирание с ограниченным пролетом (3 4 м), т.е. меньше шага стропильных конструкций покрытия (6 и 12 м).
Железобетонные прогоны из-за большой массы применяют редко, хотя они позволяют экономить сталь до 8 кг на 1 м2 покрытия.
В данной теме рассмотрены стальные прогоны.
На рис. 8.7 представлены типы стальных прогонов.

а) б)





в)


Рис. 8.7 Типы прогонов: а – стальные гнутого профиля; б – стальные прокатного профиля; в – решетчатые прогоны длиной 12 м.

При шаге ферм 12 м прогоны из прокатных профилей становятся невыгодными. Их заменяют (сквозными) решетчатыми прогонами, которые представляют собой легкие фермы из тонких прокатных профилей и круглой стали (рис. 8.7 в).
На рис. 8.8 приведен пример расчетной схемы, узлов и характеристик прогона длиной 12 м.


Рис. 8.8 Типовой прогон пролетом 12 м: а – геометрическая схема; б – узлы; в – таблица технических характеристик.

5. Ограждающие конструкции
При прогонной схеме покрытия применяют легкие конструкции ограждения: асбестоцементные и металлические листы; асбестоцементные панели каркасного и коробчатого типа; панели экструзионные; настилы с использованием профилированных стальных и алюминиевых листов, а также плиты из армоцемента и легких бетонов.
Рассмотрим наиболее распространенные конструктивные решения ограждений, применяемых в зданиях со стальным каркасом.
Асбестоцементные листы в холодных покрытиях промышленных зданий применяются следующих типов: УВ-7,5; ВУ-К и ВК-330 (рис. 8.9 а).
Листы укладывают по стальным прогонам, шаг которых составляет 1.5 м. Величина продольной нахлестки листов друг на друга должна быть не меньше 150 мм, а поперечной – одну волну. Крепление к прогонам выполняется с помощью крюков или полосовой стали.
Утепление покрытия по прогонам устраивают из каркасных и бескаркасных панелей и плит, выполненных с асбестоцементными и металлическими обшивками и эффективным утеплением, а также с использованием плит из легких бетонов и панелей экструзионного типа.
Каркасные асбестоцементные панели размером 1,5х3 м (рис. 8.9 б, в) – изготавливают из асбестоцементных листов, утеплителя и каркасов, выполненных из деревянных брусков, асбестоцементных гнутых или экструзионных профилей швеллерного типа и из алюминия. Толщина каркасных панелей от 140 до 190 мм.
















Рис. 8.9 Легкие покрытия по прогонам: а – из асбестоцементных волнистых листов; б – асбестоцементная плита на деревянном каркасе; в – асбестоцементная плита на алюминиевом каркасе; г – армоцементная плита; д – плита из легкого бетона; е – асбестоцементная полая плита; ж – экструзионные асбестоцементные панели; 1 – прогон; 2 – крюк; 3 – бобышка; 4 – доска 150х40 мм; 5 – уголок 50x5 длиной 600 мм; 6 – утеплитель; 7 – пароизоляция; 8 – упругая прокладка; 9 – герметизирующая мастика; 10 – рулонный ковер; 11 – стальная накладка; 12 – кляммера.

Панели коробчатого типа выполнены из двух гнутых асбестоцементных листов толщиной 10 мм и соединенных по продольным краям алюминиевыми заклепками (рис. 8.9 е). Панели имеют длину от 1500 до 3000 мм, ширину 70 мм. К прогонам панели крепят кляммерами, а между собой – стальными накладками. По плитам устраивают рулонную или мастичную кровлю.
Асбестоцементные экструзионные панели (рис. 8.9 ж) опирают на прогоны, расположенные с шагом 3 м.
Панели имеют пустоты в один или два яруса толщиной 12-180 мм, длиной 2090-2950 мм, шириной 595 мм.
Применение таких панелей надежно и эффективно только в покрытиях бескаркасных зданий, а также в зданиях, в которых нет динамических нагрузок.
В практике отечественного и зарубежного промышленного строительства широко распространены металлические конструкции покрытий. Их выполняют непосредственно в построечных условиях методом послойной сборки или из панелей повышенной заводской готовности (рис. 8.10). металлические покрытия послойной сборки выполняют двух- и трехслойными.




Рис. 8.10 Металлические ограждающие конструкции покрытий: а, б – стальные и алюминиевые профилированные листы; в – конструкция с послойной сборкой на клею и винтах; г – монопанель; д – трехслойная алюминиевая панель; е – трехслойная каркасная панель; 1 – профилированный настил; 2 – винтовое соединение; 3 – пароизоляция; 4 – битумная мастика; 5 – рулонная кровля; 6 – гравийно-защитный слой; 7 – утеплитель; 8 – каркас панели.

Наиболее распространенные трехслойные покрытия с рулонной кровлей. Основанием ограждающей конструкции является оцинкованный профилированный настил длиной от 3 до 12 м с толщиной листа 0,8–1,0 мм (рис. 8.10 а, б). настил укладывают на прогоны, устанавливаемые с шагом 3 м, и крепят к ним самонарезающими болтами в каждой волне. По длине настилы соединяют заклепками через 500 мм. Раскладку настила начинают от торца здания с последующей укладкой по нему слоев пароизоляции, утеплителя и рулонной кровли (рис. 8.10 в).
В качестве пароизоляции применяют рубероид или полиэтиленовую пленку, а утеплителя – минераловатные плиты повышенной жесткости. Утеплитель к стальному профилированному настилу лучше крепить винтами, что позволяет повысить огнестойкость конструкции и снизить трудозатраты.
Двуслойные панели (монопанели) изготавливают в заводских условиях с заливочной пенопластовой теплоизоляцией – пенополиуретан или фенольный пенопласт плотностью 45-80 кг/м3. Гидроизоляционный ковер из трехслойного рубероида или однослойной полимерной пленки (гидробутил, армогидробутил) (рис. 8.10 г).
Применение однослойных кровель снижает трудозатраты на стройплощадке в 3-4 раза по сравнению с многослойными. Панели изготавливают длиной от 3 до 12 м и шириной от 0,74 до 0,845 м. Толщина утеплителя в пределах от 30 до 80 мм в зависимости от климатического района. К несущим конструкциям панели крепят самонарезающими винтами. Монопанели, обладая рядом положительных качеств имеют существенные недостатки:
- недостаточная огнестойкость;
- недолговечность рулонной кровли;
- большая трудоемкость заделки стыков в условиях стройплощадки.
Трехслойные панели – выполняют из двух профилированных стальных листов и слоя утеплителя, расположенного между ними. Верхний облицовочный лист толщиной 1 мм с защитным полимерным покрытием имеет разреженную профилировку, а нижний толщиной 0,8 мм имеет более мелкий профиль (рис. 8.10 д). Толщина утеплителя составляет от 60 до 80 мм. Такие панели являются более индустриальными по сравнению с рассмотренными, но связаны с большим расходом стального профилированного листа.
Трехслойные панели выполняются в каркасном и бескаркасном вариантах. Каркасный вариант позволяет повысить жесткость панелей и увеличить их размер до 3х12 м. Облицовку в таких панелях крепят к каркасу заклепками или самонарезающими винтами, а сами панели – к прогонам с помощью самонарезающих винтов за нижнюю облицовку.
В качестве облицовок могут быть использованы и алюминиевые плоские листы (рис. 8.10 е).
Применение трехслойных каркасных и бескаркасных панелей связано с большими сложностями устройства и обеспечения надежности мест стыков, примыкания покрытия к парапетам, карнизам, ендовам, а также при пропуске через кровлю коммуникаций. Кроме этого, в покрытиях такого типа трудно обеспечить теплоизоляционную однородность из-за образующихся «мостиков холода», а в бескаркасных панелях – еще и расслоения под воздействием нагрузок.












15

Приложенные файлы

  • doc 5094359
    Размер файла: 692 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий