Конструктивные решения промзданий из железобетона и металла

Обновлено: 16.05.2024

В многоэтажных промышленных зданиях применяются две конструктивные схемы: полный каркас, а для 4-5-этажных зданий при ширине корпуса не более 18 м применяется полукаркасная схема с несущими стенами и внутренним каркасом.

Здания с верхним крановым этажом характерны для производств химической промышленности. Верхний этаж имеет укрупненную сетку колонн 12 х 6; 18 х 6 и 24 х 6 м и краны грузоподъемностью 5 и 10 т.

Каркасы многоэтажных зданий выполняют преимущественно из железобетона и значительно реже из стали. Железобетонные каркасы более долговечны, огнестойки, в них меньше расходуется металла.

Стальные каркасы допускается применять в многоэтажных зданиях под оборудование с полезной нагрузкой на перекрытия, превышающей 3000, 1500 и 1000 кг/м2 (30, 15 и 10 кПа) при сетке колонн соответственно 6 х 6; 6 х 9 и 6 х 12 м, а также при особых производственных и технологических требованиях к зданиям: больших динамических и статических нагрузках, сжатых сроках возведения, в труднодоступных районах строительства, при требующемся минимальном сечении колонн, наличии агрессивной среды и пр.

В укрупненных пролетах (18 м и более) верхнего этажа допускается применять стальные стропильные конструкции.

7.1. Железобетонные каркасы

По способу возведения железобетонные каркасы подразделяются на сборные и монолитные.

Монолитные железобетонные каркасы, рамные в обоих направлениях, придают зданию большую жесткость и устойчивость. При этом можно строить здания самых разнообразных объемно-планировочных форм.

Основными схемами монолитных каркасов многоэтажных зданий являются следующие: с поперечными рамами и продольными второстепенными балками; с продольными главными и поперечными второстепеными балками; с балками, расположенными по колоннам в обоих направлениях и опертыми по контуру плитами; с безбалочными перекрытиям (рис. 57).

Каркасы, выполненные по первой схеме, имеют наибольшую поперечную жесткость, однако из-за высоких ригелей рам значительно уменьшается полезная высота помещений, а часто расположенные второстепенные балки затеняют потолок и являются причиной застоя загрязненного воздуха и газов.


Рис.57. Схемы монолитных железобетонных каркасов многоэтажных зданий:

а) с поперечными главными рамами; б) то же, с продольными; в) с плитами, опртыми по контуру; г) с безбалочными перекрытиями

Схема с безбалочными перекрьггиями наименее жестка, но она позволяет получить наименьшую высоту этажей при заданной высоте помещений и создать лучшие условия естественного освещения и воздухообмена. Разница в высотах этажей зданий, возведенных по первой и последней схемам, может достигать 0,5 м.

Балочные каркасы придают зданиям значительную пространственную жесткость. В поперечном направлении прочность и устойчивость каркаса обеспечивают рамы, образуемые из колонн и ригелей, жестко соединяемых между собой. В продольном направлении прочность и устойчивость балочного каркаса достигают установкой связей или однопролетных продольных рам.

В первом случае вертикальные связи портального типа ставят в каждом ряду колонн - в середине каждого температурного блока (в одном шаге колонн). Во втором случае однопролетные продольные рамы, образуемые двумя соседними колоннами и продольным ригелем, размещают по каждому внутреннему ряду колонн в каждом температурном блоке здания.

Балочный каркас многоэтажного здания (рис.58) состоит из фундаментов, фундаментных балок, колонн, ригелей, плит перекрытия и стальных связей (при связевой схеме в продольном направлении).


Рис.58. Основные элементы многоэтажного здания со сборным железобетонным каркасом:

В целях эффективного использования стандартной инвентарной опалубки для возведения монолитных конструкций размеры фундаментов, колонн, балок и плит унифицированы.

Фундаменты могут иметь размеры подошвы от 1,5 х 1,5 до 6,6 х 7,2 м (через 0,3 м), высоту 1,5 и от 1,8 до 4,2 м (через 0,6 м). Размеры подколонников в плане приняты от 0,9 х 0,9 до 1,2 х 2,7 м (кратно 0,3 м). Высота ступеней 0,3; 0,45 и 0,6 м.

Сечения колонн в интервале от 0,3 х О,3 до 0,6 х 1,2 м изменяются по ширине через 100 мм и по высоте через 100 и 200 мм. Для балок рекомендуется: ширина 150, 200, 300, 400, 500 мм и далее кратна 100 мм; высота от 300 до 800 мм (кратная 100 мм), 1000, 1200 мм и далее кратна 300 мм. Отношение высоты сечения балки к его ширине выбирают в пределах от 2 до 3.

Толщину плит до 100 мм принимают кратной 10 мм, 100 до 200 мм - кратной 20 мм, от 200 до 300 мм - кратной 50 мм, а при толщине более 300 мм - кратной 100 мм.

Для сборных каркасов многоэтажных зданий фундаменты под колонны имеют ту же конструкцию, что и в одноэтажных зданиях. Колонны устанавливают в стаканы фундаментов, верх которых располагают на отметке -0,15 м (заглубление колонн в стаканах принято 600 мм).

Цокольные стеновые панели опирают на фундаментные балки, укладываемые на бетонные столбики фундаментов.

Для сокращения числа монтажных единиц и повышения надежности каркаса здания за основной тип приняты колонны высотой в два этажа. В номенклатуру изделии входят также колонны на один и три этажа. Сечения колонн 400 х 400 и 400 х 600 мм (рис.59).


Рис.59. Железобетонные колонны многоэтажных промышленных зданий

Для пролетов 6 и 9 м ригели междуэтажных перекрытий приняты таврового и прямоугольного сечений (рис.60). Тавровые ригели имеют ширину 650 мм для опирания плит и высоту 800 мм. Прямоугольные ригели, применяемые при больших нагрузках от крупноразмерного оборудования, имеют сечение 300 х 800 мм и служат для опирания плит перкрытия поверху.

Для пролетов 12 м ригели применяют прямоугольного сечения (с полками) высотой 800 мм ишириной 650 мм при использовании ребристых плит и 550 мм - при


Рис.60. Основные типы железобетонных ригелей многоэтажных зданий

Опирать ригели на колонны можно консольно и бесконсольно (рис.61, в).

В первом случае ригели укладывают на железобетонные консоли и соединяют с колоннами сваркой закладных элементов и выпусков арматуры с последующим замоноличиванием стыком мелкозернистым бетоном.


Рис.61. Детали крепления ригелей с колоннами:

а, б) опирание ригелей при сетке колонн 6 х 6 м; в) бесконсольное опирание ригелей на колонны; е) опирание ригелей при сетке колонн 12 х 12 м

При бесконсольном сопряжении ригелей с колоннами значительно улучшается интерьер, сокращаются расход стали и трудовые затраты,

Во втором случае ригель соединен с колонной посредством сварки выпусков арматуры, бетонных шпонок и омоноличивания бетоном. Бетон стыка армируют.

Междуэтажные плиты перекрытий применяют двух типов: ребристые и многопустотные. Выста ребристых плит 400 мм, а путотных - 220 мм (рис.62).


Рис.62. Плиты перекрытий многоэтажных промышленных зданий

Основные плиты имеют ширину от 1 до 3 м, а доборные - 590 и 740 мм. Плиты, опираемые на полки ригелей, имеют длину от 5050 до 5650 мм, а укладываемые сверху ригелей- 5950 мм. К ригелям плиты крепят сваркой закладных элементов, а швы замоноличивают бетоном.

Конструкции верхних крановых и бескрановых этажей с пролетами 12, 18 и 24 м не отличаются от одноэтажных зданий (сопряженных балок или ферм покрытия с колоннами принято шарнирное).

7.2. Стальные каркасы

В многоэтажных зданиях стальные каркасы допускается применять при больших нагрузках на перекрытия, неунифицированных объемно-планировочных параметрах, а также при возведении зданий в труднодоступных районах. Сетки осей колонн в таких зданиях применяют те же, что и в железобетонном каркасе.

Основными элементами стального каркаса многоэтажных зданий являются колонны и ригели, связанные в поперечном и продольном направлениях внеизменяемую пространственную систему.

Стальные каркасы могут иметь связевую, рамную или комбинированную конструкцию. Наиболее рациональной следует считать рамную систему, при которой пространственная жесткость каркаса обеспечивается жесткостью колонн, ригелей и узлов их сопряжения. При рамной схеме каркаса можно также унифицировать узлы и их элементы, применять однотипные колонны, ригели, базы и анкеры.

Стальные колонны имеют, как правило, сплошное двутавровое сечение - из прокатного профиля или составленного из листов. Реже изготовляют колонны круглого сечения (из труб) или составные из четырех уголков. Для больших нагрузок иногда применяют колонны сквозного сечения. Типы сечений колонн показаны на рис. 63, а.


Рис.63. Элементы стального каркаса многоэтажного здания:

а) виды сечений колонн; б) стыки колонн; в) башмаки колонн; г) крепление балок к колонне двутаврового сечения; д) то же, крестового сечения; е) перкрытия из крупнопанельных железобетонных плит; ж, и) перекрытия по стальным настилам; 1- торцы колонн (фрезерованные); 2- опорная стальная плита; 3- ребро жесткости; 4- уголки; 5- электрозаклепки

Длину монтажных единиц колонн принимают равной 8 - 15 м т. е. на высоту двух-трех этажей. Стыкуют колонны на фрезерованных торцах и при монтаже соединяют между собой болтами. В верхних, а иногда и в средних этажах (при малой величине нормальных сил) стыки колонн обваривают по контуру или перекрывают накладками на сварке (рис.63, б).

Усилия от колонн на фундаменты передаются через опорную стальную плиту (башмак). Передача осуществляется через фрезерованные поверхности торцов колонн и верха плит. С плитами колонны соединяют сваркой (рис.63, в).

Колонны, снабженные башмаками, устанавливают на подливку из цементно-песчаного раствора толщиной не менее 50 мм и крепят к железобетонным фундаментам анкерными болтами.

Ригели перекрытий в большинстве случаев выполняют из прокатных или составных профилей двутаврового сечения. С колоннами ригели соединяют сваркой с помощью накладок (рис.63, г, д). По ригелям укладывают сборные железобетонные крупноразмерные плиты, а при необходимости - звукоизоляционный слой (рис. 63, е).

В последнее время междуэтажные перекрытия выполняют по стальным профилированным настилам ребристым или волнистым), по которым укладывают арматуру и производят бетонирование монолитной плиты. Стальные настилы выполняют одновременно функции арматуры и несъемной опалубки монолитного перекрытия (рис.63, ж, и).

Конструктивные решения промзданий из железобетона и металла

Унификация — приведение к единообразию размеров объемно-планировочных параметров зданий и их конструктивных элементов, из­готовляемых на заводах. Унификация имеет целью ограничение числа объемно-планировочных параметров и количества типоразмеров изде­лий (по форме и конструкции). Осуществляют ее путем отбора наиболее совершенных решений по архитектурным, техническим и экономическим требованиям.
Типизация — техническое направление в проектировании и строительстве, позволяющее многократно осуществлять строительство разнообразных объектов благодаря применению унифицированных объ­емно-планировочных и конструктивных решений, доведенных до стадии утверждения типовых проектов и конструкций.
Типовые конструкции и детали, хорошо зарекомендовавшие себя в эксплуатации и включенные в каталоги типовых изделий, обязательны для применения.
Помимо изыскания оптимальных объемно-планировочных парамет­ров (пролет, шаг и высота) и конструктивных (сортамент строительных изделий), унификация и типизация должны устанавливать градации функциональных параметров: долговечности отдельных конструкций и зданий в целом, температурно-влажвостных и технологических режи­мов и т. п.
Типовые объемно-планировочные и конструктивные решения долж­ны позволять внедрять прогрессивные нормы и методы производства и предусматривать возможность развития и совершенствования техноло­гии производства. Здесь надо иметь в виду, что периоды перестановки и замены технологического оборудования весьма различны: для одних про­изводств они равны 3—4 годам, для других — 10 годам и более.
При разработке вопросов типизации и унификации учитывают также перспективы развития несущих конструкций (особенно большепролетных зданий), требования модульной системы, возможность обеспечения вы­разительного архитектурно-художественного облика зданий и технико- экономические показатели.
Таким образом, унифицированные объемно-планировочные и конст­руктивные решения не являются чем-то застывшим; они постоянно со­вершенствуются в связи с прогрессом в технологии строительного произ­водства, изменением норм проектирования и градостроительных требований.
Обеспечить взаимозаменяемость элементов можно при комплексном подходе к их конструированию. Необходимым условием взаимозаменяе­мости является выработка единой системы допусков изготовления и сборки конструкций вне зависимости от их материалов.
Примерами взаимозаменяемых конструкций могут служить замена металлических ригелей железобетонными или деревянными, покрытии с прогонами беспрогонными, стеновых блоков крупноразмерными панеля­ми и т. п. Взаимозаменяемыми должны быть панели наружных стен зда­ний, одинаковые по размерам, по теплотехническим и иным качествам, но выполненные из различных материалов.
Высшей формой унификации является создание универсальных конструкций и деталей, пригодных для различных объектов и конструк­тивных схем (например, использование колонн одного типоразмера в зданиях с различными пролетами, применение одних и тех же панелей для стен и покрытий и т. п.).
Подобно универсальным планировочным решениям, делающим зда­ния гибкими в технологическом отношении, универсальные конструкции и детали расширяют область их использования. Итак, основными задачами унификации и типизации являются:
уменьшение числа типов промышленных зданий и сооружении и создание условий для их широкого блокирования;
сокращение числа типоразмеров сборных конструкций и деталей с целью повышения серийности и снижения стоимости их заводского изго­товления;
рациональное членение конструкций на монтажные единицы и раз­работка несложных приемов их сопряжения и крепления;
создание лучших условий для использования прогрессивных техни­ческих решений.

Модульная система и параметры зданий
Унифицировать и типизировать объемно-планировочные и конструк­тивные решения зданий и сооружений можно на основе единой модуль­ной системы, позволяющей взаимоувязывать размеры здании и их эле­ментов.
В модульной системе обязателен принцип кратности всех размеров некоторой общей величине, называемой модулем. Для промышленного строительства установлен единый модуль М = 600 мм для вертикальных и горизонтальных измерений.
Целью применения модульной системы является обеспечение крат­ности размеров единому модулю и строгое ограничение числа типораз­меров конструкций и деталей зданий и сооружений. Поэтому при проек­тировании используют укрупненные (производные) модули, кратные единому модулю.
При назначении размеров объемно-планировочных компонентов ЦНИИпромзданий рекомендует принимать следующие укрупненные модули:
в одноэтажных зданиях для ширины пролетов и шага колонн — 10 М, а для высоты (от пола до низа опоры основных конструкций по­крытия пролетов) — 1 М;
в многоэтажных зданиях для ширины пролетов — 5 М, шага ко­лонн— 10 М и высоты этажей— 1 М и 2 М.
Ниже приведены размеры пролетов, шагов колонн и высот одно­этажных зданий, назначаемые в соответствии с основными положениями по унификации и с учетом габаритных схем.
Ширина пролетов: при отсутствии мостовых кранов — 12, 18, 24, 30 и 36 м (допускаются пролеты шириной 6 и 9 м); при наличии электриче­ских мостовых кранов — 18, 24, 30 и 36 м. По технологическим соображе­ниям ширина пролетов может быть и более 36 м, кратной 6 м.
Шаг колонн 6, 12 м и более, кратный 6 м. В многопролетных здани­ях шаг колонн в крайних и средних рядах может быть различным. Высота (от пола до низа опоры основных конструкций покрытия): 4,8; 5,4 и 6,0 м (т- е- кратно 0,6); 7,2; 8,4; 9,6; 10,8; 12,0; 13 2* 14,4; 15,6; 16,8 и 18,0 м (кратно 1,2 м)
При назначении и взаимной увязке размеров объемно-планировочных и конструктивных элементов обычно фигурируют номинальные раз­меры — расстояние между разбивочными осями здания, между услов­ными (номинальными) гранями строительных конструкций и деталей. Номинальные размеры всегда кратны модулю.
В отличие от номинальных конструктивные размеры чаще всего не являются модульными, и увязывают их с номинальными за счет толщины швов, зазоров, стыков (иногда доборных элементов или вставок). Так, при шаге колонн 6000 мм длину стеновых панелей принимают 5980 мм, в то время как номинальная длина их считается равной 6000 мм. Объемно- планировочные параметры конструктивных размеров не имеют.
Использование в проектировании укрупненных модулей дает возмож­ность укрупнять конструкции и детали, т. е. уменьшать число монтаж­ных элементов. Укрупнять сборные конструкции целесообразно и для обеспечения большей надежности их работы в здании или сооружении.

Конструктивные схемы зданий
По конструктивной схеме промышленные здания подразделяют на каркасные, бескаркасные и с неполным каркасом.
В бескаркасных одноэтажных зданиях, имеющих несущие стены, размещают небольшие цехи с пролетами до 12 м, высотой не более 6 м и при грузоподъемности кранов до 5 т. В местах опирания стропиль­ных конструкций стены с внутренней или наружной стороны усиливают пилястрами. Бескаркасные многоэтажные здания строят редко.
Основным типом промышленного здания является каркасное. Это объясняется наличием во многих промышленных зданиях больших сосредоточенных нагрузок, ударов и сотрясений от технологического и кранового оборудования, сплошного или ленточного остекления. Каркас одноэтажного промышленного здания представляет собой пространственную систему, состоящую из поперечных рам, объединен­ных в пределах температурного блока плитами покрытия, связями, иног­да подстропильными конструкциями и другими элементами.
Поперечные рамы состоят из колонн и стропильных конструкций (ригелей). Способ соединения ригеля с колоннами может быть жестким и шарнирным, а колонн с фундаментами, как правило— жестким. Шар­нирное соединение ригелей с колоннами способствует их независимой типизации.
Применяемый в многоэтажных зданиях сборный железобетонный каркас решается обычно в виде рам с жесткими узлами. Возможно при­менение рамно-связевой системы, в которой жесткие поперечные рамы воспринимают вертикальные нагрузки, а связи, лестничные клетки и лиф­товые шахты— горизонтальные нагрузки, действующие в продольном направлении.
В каркасных зданиях все вертикальные и горизонтальные нагрузки воспринимают элементы каркаса, а стены (самонесущие, навесные и иногда подвесные) выполняют роль ограждения.
Наличие каркаса в ка­честве несущего остова позволяет наилучшим образом обеспечить прин­цип концентрации высокопрочных строительных материалов в наиболее ответственных несущих конструкциях зданий.
Каркасная конструктивная схема обеспечивает свободную плани­ровку помещений, максимальную унификацию сборных элементов и наиболее экономичное решение как одноэтажных, так и многоэтажных здании. имеющие два и более пролетов, бескрановые или с кранами небольшой грузоподъемности, иногда проектируют с неполным каркасом. В таких зданиях пристенные колонны отсутствуют, а наружные сте­ны выполняют несущие и ограждающие функции.

Технико-экономическая оценка зданий
Разместить одно и то же производство можно в зданиях с различ­ными объемно-планировочными и конструктивными решениями. Задан­ные санитарно-гигиенические и бытовые условия также могут быть до­стигнуты несколькими способами. Задачей проектировщиков является выбор такого варианта из намеченных, при котором производство про­дукции, максимально удовлетворяя всем условиям, отвечало бы требо­ваниям экономической эффективности использования средств.
По каждому намеченному варианту проектируемого здания состав­ляют технико-экономические показатели, сопоставляя которые выбирают самый эффективный из них. В отдельных случаях показатели сравнивают с эталоном аналогичного производства или с данными действующих предприятий.
Технико-экономическую оценку объемно-планировочных и конструк­тивных решений промышленных зданий производят по указанным ниже характеристикам, исчисляемым раздельно для производственных и административно-бытовых помещений.
Полезную площадь Sп определяют как сумму площадей всех этажей, измеренных в пределах внутренних поверхностей наружных стен, за вычетом площадей лестничных клеток, шахт, внутренних стен, опор и перегородок. В полезную площадь производственного здания включают площади антресолей, этажерок, обслуживающих площадок и эстакад.
Рабочую площадь Яр производственного здания определяют как сумму площадей помещений, располагаемых на всех этажах, а также на антресолях, обслуживающих площадках, этажерках и прочих помеще­нии, предназначаемых для изготовления продукции. В рабочую площадь бытовых помещений включают площади помещений, предназначаемых для обслуживания рабочих (гардеробные, душевые, уборные, умываль­ные, курительные и т. д.).
Площадь застройки Sз определяется в пределах внешнего пери­метра наружных стен на уровне цоколя зданий. Конструктивную площадь Sк определяют как сумму площадей сечения всех конструктивных элементов в плане здания (колонн, стен) Подсчитывают площадь наружных стен и вертикальных ограж­дений фонарей По.
Объем здания V исчисляется умножением измеренной по внешне­му контуру площади поперечного сечения (включая фонари) на длину здания (между внешними гранями торцовых стен). Объем подвальных и полуподвальных этажей исчисляют умножением площади застройки на высоту этих этажей.
Определяют стоимость здания (С), затраты труда на возведение (3), массу здания <В), расход основных строительных материалов (М), объем сборного железобетона (Ж). Указанные характеристики подсчитывают для всех вариантов проек­тируемого здания. Для анализа и окончательного выбора наиболее эко­номичного из вариантов определяют показатели Ки К2, « • • »
Коэффициент K1, характеризующий экономичность объем но-плани­ровочного решения, вычисляют как отношение объема здания к полезной площади. Чем ниже значение этого показателя, тем экономичнее объ- емно-планировочное решение здания.
Коэффициент К2, характеризующий целесообразность планировки, определяют отношением рабочей площади к полезной. Чем выше значе­ние К2, тем экономичнее планировка.
Коэффициент Дз, характеризующий насыщение плана здания стро­ительными конструкциями, определяют отношением конструктивной пло­щади к площади застройки. Чем ниже этот показатель, тем экономичнее решение.
Коэффициент Ki характеризует экономичность формы здания и опре­деляется отношением площади наружных стен и вертикальных ограж­дений фонарей к полезной площади. Чем ниже здание Ка, тем эконо­мичнее форма здания.
Коэффициент Къ выражает стоимость единицы рабочей площади или объема здания.
Коэффициент характеризует расход основных материалов на еди­ницу рабочей площади или объема здания (металла и цемента в кг, бе­тона и железобетона в м3, леса в м3 в переводе на круглый лес и других материалов).
Коэффициент К? отражает экономичность конструктивного решения здания и определяется отношением массы здания к единице рабочей площади или объема.
Коэффициент Кв характеризует трудоемкость, приходящуюся на еди­ницу площади или объема здания.
Коэффициент К9 отражает сборность здания и определяется отноше­нием стоимости сборных конструкций и их монтажа к общей стоимости здания.

Особенности универсальных зданий
Объемно-планировочное и конструктивное решения промышленного здания, как отмечалось, определяются характером технологического про­цесса. Изменения технологии, вызываемые совершенствованием способов производства и оборудования, сменой номенклатуры и повышением тре­бований к качеству продукции, а также экономическими факторами, ча­сто влекут за собой переустройства зданий заводских цехов.
В современном производстве в различных отраслях промышленности периоды модернизации технологии колеблются в пределах от 2—3 до 20—25 лет. При этом часто изменяются и габариты технологического оборудования.
Следовательно, промышленные здания, запроектированные только на заданный технологический процесс, в результате непрерывного техни­ческого прогресса через несколько лет требуется реконструировать. При этом неизбежны большие материальные затраты, а отдельные цехи вы­ходят на долгое время из эксплуатации.
Переустройства и реконструкция зданий для приспособления их к измененной технологии производства часто необходимы и в тех случаях,: когда здания еще имеют нормальное физическое состояние и могли бы служить десятки лет. Иначе говоря, здание, перестав удовлетворять тре­бованиям новой технологии производства, считается морально устарев­шим или изношенным.
Срок морального износа промышленного здания (период соответст­вия его модернизированному производству) можно определить ориенти­ровочно на основе анализа развития данного производства с учетом тем­пов развития промышленности в будущем. Срок физического износа зда­ния подсчитывают более точно, так как он регламентируется степенью капитальности здания. Наиболее экономичными здания будут в том слу­чае, когда предельно сближены сроки их морального и физического износа. После этого периода эксплуатации здание должно подлежать сносу или коренной реконструкции.
При современных темпах развития социалистической промышлен­ности наиболее целесообразны здания, легко приспособляемые к измене­ниям технологии производства или позволяющие размещать в них раз­личные производства без нарушения архитектурно-строительной основы. Такие здания, впервые разработанные советскими инженерами, получили название «гибких» или универсальных. Универсальные промышленные здания практически не претерпевают морального износа и поэтому их проектируют высокой капитальности, обеспечивающей длительный срок- эксплуатации.
Главной особенностью гибких или универсальных зданий является коупненная сетка колонн. Меньшее количество внутренних опор позво­ляет облегчить процесс модернизации технологии, расставлять оборудо­вание более экономно, организовать технологический поток вдоль или поперек пролетов, улучшить условия труда в цехах. Кроме того, резкое уменьшение количества несущих элементов здания позволяет уменьшить трудоемкость и сократить сроки строительства, а в отдельных случаях и снизить стоимость зданий.

Конструктивные решения промышленных зданий

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.

Внутрицеховое подъемно-транспортное оборудование

Технологический процесс требует перемещения внутри здания сырья, полуфабрикатов, готовой продукции и т.п. Применяемое при этом подъемно-транспортное оборудование необходимо не только с точки зрения технологии производства, но и для облегчения труда, а также для монтажа и демонтажа технологических агрегатов.

Внутрицеховое подъемно-транспортное оборудование делят на 2 группы:

К первой группе относят мостовые краны, подвесной и напольный транспорт. Вторая группа включает: конвейеры (ленточные, пластинчатые, скребковые, ковшовые, подвесные цепные), нории, рольганги и шнеки.

В основном в промышленных зданиях применяют мостовые и подвесные краны. Они обслуживают достаточно большую площадь цеха и перемещаются в трех направлениях.

Подвесные краны имеют грузоподъемность от 2,5 до 50 кН, редко до 200 кН и состоят из легкого моста или несущей балки, двух- или четырехкатковых механизмов передвижения по подвесным путям и электротали, которая перемещается по нижней полке мостовой балки (рис.2).


Рис. 2. Основные параметры подвесных однобалочных кранов

По ширине пролета устанавливают один или несколько кранов в зависимости от ширины пролета, шага несущих конструкций покрытия, грузоподъемности. По количеству путей подвесные краны могут одно-, двух- и многопролетными. Управление кранами осуществляют с пола цеха (ручные) или из кабины, подвешенной к мосту.

Мостовые краны имеют грузоподъемность от 30 до 5000 кН. В промышленных зданиях в основном применяются краны грузоподъемностью от 59 до 300 кН.

Мостовой кран состоит из несущего моста, перекрывающего рабочий пролет помещения, механизмов передвижения вдоль подкрановых путей и передвигающейся вдоль моста тележки с механизмом подъема.

Несущий мост выполняют в виде пространственных четырехплоскостных коробчатых балочных или ферменных конструкций. Краны перемещаются по рельсам, уложенным по подкрановым балкам, опирающимся на консоли колонн. Управляют мостовыми кранами из подвешенной к мосту кабины или с пола цеха (краны с ручным управлением).

Грузоподъемность, габариты и основные параметры мостовых кранов также как и подвесных определены ГОСТами (рис.3).

Лекция 16

Одноэтажные промышленные здания с типовыми унифицированными кон­струкциями с укрупненной сеткой колонн могут иметь конструктивные схе­мы с применением подстропильных конструкций или без них .

Типовым решением одноэтажных зданий является применение поперечных рам с шарнирным соединением ригелей и колонн. Это позволяет осуществлять независимую типизацию ригелей и колонн, так как в этом случае нагрузка, приложенная к одному из элементов, не вызывает изгибающего момента в дру­гом. Кроме того, достигаются высокая степень универсальности элементов кар­каса, возможность их использования для различных решений и типов несущих элементов покрытия. Шарнирное соединение колонн и ригелей конструктивно значительно проще жесткого, так как облегчаются изготовление и монтаж конструкций.

Конструктивные решения одноэтажных производственных зданий с железобетонным каркасом.

В подавляющем большинстве случаев конструкции одноэтажных и многоэтажных производственных зданий решается в каркасной конструктивной системе.

Несущим остовом одноэтажных каркасных производственных зданий являются поперечные рамы и связывающие их продольные элементы.

Поперечные рамы каркаса состоят из стоек, жестко заделанных в фундаменты и ригелей (ферм или балок), опертых на эти стойки.

Продольные элементы остова включают в себя фундаментные, обвязочные и подкрановые балки, несущие конструкции ограждающей части покрытия и связи.

Конструкции одноэтажных производственных зданий должны соответствовать своему функциональному назначению; иметь достаточные характеристики прочности и долговечности; быть технологичными в изготовлении, монтаже и эксплуатации; быть легкими и экономичными и иметь высокие эстетические качества.

Требования, предъявляемые к конструкциям производственных зданий, часто противоречат друг другу и для их удовлетворения часто прибегают к оптимизации этих требований или к предпочтительному выбору отдельных решений в зависимости от главенствующих в каждом конкретном случае критериев.

Железобетонные конструкции производственных зданий имеют следующие преимущества: высокую огнестойкость и влагостойкость, малый расход металла, наличие развитой базы стройиндустрии, возможность применения местных материалов для заполнителей бетона, возможность получения разнообразных пластических форм, возможность снижения массы конструкций в результате применения легких заполнителей.

К отрицательным сторонам железобетонных конструкций относятся: малая ремонтопригодность, большая масса, малая стойкость к щелочам и кислотам, сложность устройства стыков при использовании сборных элементов.

В массовом промышленном строительстве до последнего времени наиболее широко использовались сборные железобетонные конструкции. В настоящее время значительно увеличилась также применение стальных конструкций и монолитного железобетона. Это объясняется как общим уменьшением объема промстроительства, так и повышение в нем доли относительно небольших зданий. При этом предпочтение отдается быстромонтируемым и сборно-разборным зданиям из металлических конструкций или монолитным железобетонным промзданиям нетиповых архитектурных и конструктивных решений.

Железобетонные колонны каркаса – это вертикальные элементы, служащие для опирания на них несущих конструкций покрытия, восприятия крановых и технологических нагрузок и нагрузки от стен.

Шаг крайних колонн здания принимается 6 ил 12м, шаг средних колонн – 6, 12 или 18м.

Шаг колонн увязан с шагом стропильных конструкций покрытия. Если шаг крайних колонн равен 6м, а шаг средних – 12м, то используются подстропильные конструкции. Высота железобетонных колонн и их градация по высоте кратна укрупненному модулю 600мм.

Колонны классифицируются: по назначению, по размещению в здании, по воспринимаемой нагрузке и по конструкции. Высотой колонны считается отметка низа несущей конструкций.

По назначению различают несущие колонны каркаса и фахверковые колонны; по размещению колонны делятся на крайние, средние и торцевые; по нагрузке – на крановые и бескрановые и по конструкции – на сплошные (одноветвевые) и сквозные (двухветвевые).

Для зданий без мостовых кранов колонны по всей высоте имеют одинаковые размеры их квадратного или прямоугольного сечений. Высоты этих колонн равны 7,2- 14,4м; размеры сечения измеряются от 400х400 до 400х800мм.

Для зданий с мостовыми кранами колонны имеют прямоугольное или двухветвевое сечение. Такие колонны имеют две основные части – развитую по сечению подкрановую часть и более тонкую надкрановую. Высота таких колонн варьируется в пределах от 8,4 до 18,0м при сечениях подкрановой (сплошной или сквозной) части от 400х600мм до 600х1900мм. Сечение надкрановой ветви принимается от 400х380мм до 600х600мм.

Соединение железобетонных колонн с фундаментами осуществляется в виде жесткого сопряжения. Колонны устанавливаются в специальные стаканы (гнезда) и зазоры замоноличиваются бетоном.

Фундаменты могут выполняться монолитными и сборными. Сборные фундаменты выполняют из подколонника и одной или нескольких плит. Фундаменты имеют квадратное или прямоугольное очертание в плане. Глубина заложения фундаментов зависит от технологических требований, механических свойств грунта, глубины его промерзания и нагрузок на основание.

Отметка верхнего обреза фундамента, независимо от вышеперечисленных условий, должна быть на 150мм ниже отметки чистого пола производственного здания.

Фундаментные балки служат для опоры на них самонесущих стеновых конструкций. Эти балки передают нагрузки от стен на фундаменты и устанавливаются на специальные опорные столбики на обрезах фундамента. Сечения фундаментных балок зависит прежде всего от шага колонн, которому соответствует и шаг фундаментов. Для шага 6м их высота равна 300 – 450мм, а для шага 12м 400 – 600мм. Сечения сборных фундаментных балок может быть тавровым и трапециевидным.

Верхняя грань фундаментной балки располагается на 30 – 50мм ниже отметки чистого пола здания. Для избежания промерзания окружающего грунта и самой балки, вокруг нее устраивается шлаковая засыпка.

Подкрановые балки служат опорой для крановых рельсов, по которым на катках передвигаются мостовые краны. Эти балки опираются на консоли колонн и дополнительно обеспечивают продольную жесткость каркаса здания. Железобетонные подкрановые балки бывают как разрезными, так и неразрезными, таврового и двутаврового сечения.

Несущие конструкции покрытия производственных зданий подразделяются на стропильные конструкции и несущие элементы ограждающей части покрытия.

Стропильные и подстропильные конструкции в основном представлены балками и фермами. Несущие конструкции ограждающей части покрытия – это крупноразмерные плиты или прогоны или прогоном решении.

Железобетонные балки применяются для устройства покрытий в промзданиях в основном при пролетах 12 и 18м и значительно реже – для пролетов 6 или 24м. Балки могут быть двускатными или с параллельными поясами. Для облегчения балок в их стенках часто устраивают отверстия (т.н. «перфорированные балки»). Сечения железобетонных балок в основном прямоугольные или двутавровые.

Железобетонные стропильные фермы обычно применяются для пролетов 18 и 24м при шаге колонн 6 и 12м. Фермы легче балок, но более трудоемки в изготовлении и имеют значительно большую конструктивную высоту. В современной практике промстроительства в основном применяются фермы сегментные (раскосные и безраскосные), фермы с параллельными поясами и полигональные фермы.

Фермы могут быть выполнены цельными или составленными, которые монтируются либо из двух полуферм, либо из ряда отдельных линейных элементов поясов и решетки.

Сегментные фермы могут выполняться с дополнительными стальными стойками над верхним поясом, что позволяет устраивать т.н. «малоуклонную кровлю».

В тех случаях, когда шаг колонн каркаса превышает шаг стропильных конструкций покрытия – балок или ферм, их опирают на подстропильные балки или фермы. Подстропильные конструкции применяют в тех зданиях, технологический процесс в которых требует широкого шага внутренних опор. Подстропильные конструкции опираются на средние ряды колонн каркаса и располагаются вдоль здания. В поперечном направлении на них опираются стропильные конструкции. Для уменьшения строительной высоты здания это опирание осуществляется на нижний пояс подстропильных конструкций.

Железобетонный каркас производственного здания.


1 – сборный фундамент;

2 – колонна среднего ряда;

3 – подстропильная ферма;

4 – стропильная ферма;

5 – температурный шов;

6 – сборная железобетонная плита покрытия;

7 – утеплитель по пароизоляции;

8 – цементно – песчаная стяжка;

9 – кровельный ковер (рубероид на мастике);

10 – рядовая стеновая панель;

11 – простеночная панель;

13 – железобетонная подкрановая балка;

14 – фундаментная балка;

15 – крестовые металлические связи.

Конструкция железобетонных фундаментов под колонны.


Сборные железобетонные колонны каркаса.


а – железобетонные колонны для бескрановых зданий и зданий с подвесными кранами;

б – железобетонные колонны фахверка;

в – железобетонные колонны для зданий с мостовыми кранами средней грузоподъемности.

Читайте также: