Стальной каркас и его элементы

Обновлено: 03.05.2024

При проектировании производственного здания необходимо иметь ряд сведений технологического, общестроительного и эксплуатационного характера. К сведениям технологического характера относятся данные о расположении и габаритах аппаратуры и рабочих агрегатов, подъемно-транспортного оборудования и его грузоподъемности; подземных каналов и трубопроводов различного назначения, а также о бытовых устройствах, специальных рабочих и ремонтных площадках, проходах, проездах и т. п. Сведения общестроительного характера содержат данные о топографии участка строительства, грунтах и их расчетных сопротивлениях, уровне грунтовых вод, местных строительных материалах и климатических условиях в районе строительства. Данные об эксплуатационном режиме здания - режим работы кранов и других подъемно-транспортных средств, временные нагрузки и их динамические воздействия; вопросы освещения, вентиляции и отопления. Кроме того, при проектировании необходимо учитывать вопросы, связанные с перспективами развития производства и соответствующей реконструкцией помещения, т. е. увеличение его габаритов и усиления несущих конструкций в связи с увеличением грузоподъемности подъемно-транспортных механизмов.

Выбор материала для строительных конструкций производственных зданий производится на основании анализа технико-экономических расчетов возможных сопоставимых вариантов конструктивных решений и сметно-финансовых расчетов с учетом рекомендаций «Технических правил по экономному расходованию металла, леса и цемента в строительстве» (ТП 101-61), утвержденных Государственным комитетом Совета Министров СССР по делам строительства.

Металлические несущие конструкции применяют для покрытий пролетом 30 м и более, для колонн высотой 15 м и выше, а также при наличии кранов грузоподъемностью более чем 30 т. В производственных корпусах с большими пролетами и значительной высотой, не имеющих больших нагрузок (гаражи, авторемонтные мастерские и др.), устройство маталлического каркаса может быть также целесообразным.

Элементы металлического каркаса производственного здания автотранспортного предприятия:

1 - колонны; 2 - подкрановые балки; 3 - горизонтальные связи по нижним и 8 - по верхним поясам стропильных ферм; 4 - сборные железобетонные плиты; 5 - фонарь; 6 - стропильные фермы; 7 - балка подвесного крана; 9 - вертикальные связи покрытия; 10 - вертикальные связи между колоннами; 11 - база колонны; 12 - анкерные болты

Металлический каркас представляет собой пространственную систему из несущих элементов, воспринимающих нагрузки от ограждающих конструкций (элементов кровли, стен и др.), мостовых кранов и другого технологического оборудования.

Элементами плоских поперечных рам каркаса являются стропильные фермы-ригели и колонны-стойки.

К элементам покрытия относятся фермы — стропильные и подстропильные (при большом шаге колонн), а также укладываемый по верхним поясам стропильных ферм сборный железобетонный настил или прогоны с плитами кровельного ограждения. Устройство беспрогонного покрытия более экономично по расходу металла и затрате труда.

Связи металлического каркаса обеспечивают его пространственную жесткость; они воспринимают ветровые нагрузки на здание и инерционные усилия кранов.

Фонари устраивают для освещения и аэрации зданий; они могут быть как продольные (перпендикулярно рамам), так и поперечные. Совершенствование искусственного освещения и вентиляции позволяет отказаться от фонарей и перейти к бесфонарным типам производственных зданий. Эти здания в технологическом отношении лучше, так как они имеют постоянный световой, температурно-влажностный и аэрационный режим. Отсутствие световых и аэрационных фонарей значительно упрощает конструкцию здания и снижает его стоимость.

Подкрановые балки являются дополнительными продольными элементами каркаса, вместе с тем они воспринимают давление от колес мостовых кранов, обслуживающих цех.

Фахверк представляет собой плоскую систему металлических горизонтальных и вертикальных элементов, поддерживающих стеновое ограждение (стеновые сборные панели, плиты или каменную кладку).

К комплексу металлических конструкций производственных зданий относятся также рабочие площадки для поддержания и обслуживания производственного оборудования, лестницы, монорельсовые пути для внутрицехового транспортирования грузов и т. д.

Конструкции металлического каркаса здания должны удовлетворять ряду требований, главнейшими из которых являются эксплуатационные, экономические и производственно-монтажные.

Согласно эксплуатационным требованиям производственное здание и его габаритные размеры должны обеспечивать удобство обслуживания технологических агрегатов цеха, нормальную работу кранов и других подъемно-транспортных механизмов, возможность осуществления достаточного освещения, вентиляции и т. п., а также отвечать определенным условиям производственной эстетики. Конструкция каркаса в целом и отдельные его элементы должны обладать необходимой прочностью и устойчивостью, а также поперечной и продольной жесткостью.

К экономическим требованиям относятся: всемерное сокращение затрат, связанных с возведением здания, максимально возможное снижение стоимости материалов, транспортирования, изготовления и монтажа конструкций, а также сокращение сроков возведения. Вопрос экономии стали является основным, поэтому особое внимание обращают на целесообразность применения того или иного материала для конструкции и на рациональное конструктивное решение каркаса, требующее минимального расхода металла.

Конструкции каркаса должны удовлетворять принципам индустриализации строительства, чему соответствует унификация и типизация основных параметров каркаса зданий и элементов металлических конструкций.

Экономическими требованиями предусматривается снижение стоимости эксплуатации сооружения и амортизационных расходов, зависящих от его срока службы.

В соответствии с производственно-монтажными требованиями элементы конструкций каркаса должны иметь возможно простую форму и состоять из минимального количества деталей; в каркасе следует применять максимальное количество однотипных элементов и деталей, что снижает трудоемкость их изготовления; необходимо стремиться к минимальному количеству монтажных элементов; конструкции, отправляемые с завода, как правило, должны вписываться в габариты предусмотренного вида транспорта; следует проектировать укрупнительную сборку элементов каркаса.

Нагрузки от кранов рассчитываются приневыгодном положение кранов. При торможение кранов возникают горизонтальная нагрузка Т которая передается на конструкцию. Максимальное приближение кранов дает возможность рассчитать возникающие вертикальные нагрузки.

1. Максимально приближают краны друг к другу и определяют расчетную раму.

Устройство металлического каркаса

В настоящее время в строительстве широко распространены различные металлоконструкции. Они долговечны, легковозводимы, экономичны и имеют высокие эксплуатационные качества. Устройство металлического каркаса, его универсальность и совместимость со многими другими материалами, например, стеклом или гипсокартоном, дает возможность применения подобных конструкций в самых различных сферах.

Разновидности и устройство металлического каркаса

Существует несколько видов металлокаркаса, каждый из которых применяется в определенном направлении строительства:

1. Металлокаркасы для быстровозводимых конструкций.

Металлокаркасы широко применяются при строительстве быстровозводимых зданий, к которым относят склады, ангары, отдельно стоящие торговые павильоны и кафе. Такие каркасы, как правило, поставляются в виде набора стандартных деталей, имеющих удобные для складирования и транспортировки размеры. На месте из этих деталей достаточно просто монтируется основа нужного здания.

По способу монтажа сборные металлические каркасы классифицируют на стационарные и мобильные конструкции.

Стационарные. Конструкции, собираемые из деталей такого набора, прочны, надежны и долговечны. Так как их используют постоянно, то они капитально вмонтированы в фундамент. Детали каркаса изготовлены из качественного дорогого металла, имеющего длительный срок службы.
Мобильные. Устройство сборных металлических каркасов этого типа предполагает возможность их многократного монтажа и демонтажа, поэтому они должны легко собираться и разбираться. Детали этих конструкций достаточно легкие, компактные и устойчивые к внешним воздействиям. Такие каркасы оптимальны для летних кафе, садовых павильонов, временных беседок и т. д.

2. Несущие металлокаркасы зданий.

Каркас – это несущая основа любого здания. В современных строительных технологиях, как правило, используют металлический каркас, в основе устройства которого металлические вертикальные стойки и горизонтальные перекладины – ригели. Они присоединяются друг к другу при помощи сварки и болтов, в результате чего получаются поперечные рамы, к которым крепится система растяжек, придающая прочность возводимому зданию.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

Вся конструкция из стоек и рам устанавливается на фундамент. Когда основа каркаса здания смонтирована, начинается монтаж кровельных и стеновых прогонов. Полностью готовый металлический каркас облицовывается кирпичом, железобетоном или другим подходящим материалом. Совершенно ясно, что от качества установки конструкции напрямую зависит прочность, надежность и долговечность всего здания.

3. Арматурные металлокаркасы.

Каркас из арматуры является основой любого железобетонного изделия. Арматура служит для усиления несущей способности элементов здания, повышения прочности и устойчивости к разного рода воздействиям. Материалом арматуры чаще всего бывает металл. От качества каркаса из арматуры зависит долговечность возводимого здания.

По устройству металлические армокаркасы бывают сварными, линейными или объемными.

Сварные. Продольно и поперечно направленные стержни металлической арматуры в местах пересечения между собой свариваются, образуя жесткий каркас, впоследствии заливаемый бетоном.
Линейные. Их используют для армирования стен, потолков, стяжек для полов. Поверхности, армированные такими каркасами, необязательно должны быть плоскими. Часто это изогнутые, цилиндрические и прочие элементы с малой площадью поперечного сечения.
Объемные. Это полностью трехразмерные конструкции. Формируются они из предварительно изготовленных металлических решеток.

4. Металлокаркасы для лестничных пролетов.

Такое исполнение лестницы отличается прочностью и долговечностью. Как правило, сначала конструкция монтируется, затем ее облицовывают. В качестве облицовки используют разнообразный материал: металл, дерево, камень и т. д.

Металлический каркас не только придает лестнице прочность и долговечность, но и часто является оригинальным дизайнерским ходом.

5. Интерьерные металлокаркасы.

Чаще всего – это металлические каркасы мебели. Скамейки, стулья, столы, кровати и т. д. Плюсом такой мебели является ее долговечность. Изделия, основой которых является металлокаркас, более устойчивы к внешним воздействиям и способно выдержать большие нагрузки.

В массе своей такая мебель не отличается изысканным дизайном. Она находит применение в служебных помещениях. Однако некоторые образцы на основе металлического каркаса, разработанные профессиональными дизайнерами по индивидуальному заказу, могут быть уникальными объектами, способными украсить любой интерьер.

Устройство металлических каркасов также нашло широкое применение в промышленном строительстве. Их применяют при возведении перегородок, сборных потолков и полов. Каркасные конструкции незаменимы при сооружении спортивных и зрелищных арен, оформлении спектаклей и перформанса.

Достоинства и недостатки металлического каркаса

Основным достоинством устройства металлического каркаса при строительстве зданий является сравнительно малая трудоемкость работы. Технология основана на сборке уже готовых элементов, выполненных на заводском конвейере, который обеспечивает точность деталей, их качество и массовость производства.

Детали каркаса крепятся между собой в основном болтами. Крепление болтами – это относительно нетрудоемкая, технологичная операция, позволяющая использовать средства механизации. Кроме того, при монтаже каркаса отсутствуют «мокрые» процессы, имеющие место в строительстве.

Рекомендуем статьи по металлообработке

Поэтому, имея небольшое количество квалифицированных рабочих, обеспечив электроснабжение строительной площадки, без применения тяжелой техники на облегченном фундаменте можно возвести каркас конструкции целого дома всего за 2-3 недели. Меньше, чем при традиционном строительстве, будут и финансовые расходы.

Среди недостатков строений со сборным каркасом из металлического профиля отметим в первую очередь потерю устойчивости конструкции при пожаре. Под действием прямого огня металлокаркас очень быстро теряет устойчивость, что приводит к обрушению всего здания и может стать причиной большого количества жертв. Еще одним недостатком является наличие так называемых «мостиков холода» (металлические детали, контактирующие с внутренней и внешней сторонами стены, способные уводить тепло из помещения наружу).

Устройство каркаса из металлического профиля

Основа каркаса – профиль. Его, как правило, делают из оцинкованной стали. Различают несущий и направляющий профили. Последний формирует плоскости и крепится к несущему.

Все профили различаются своей формой и размерами.

Несущий профиль марки CD (ПП). Это самые распространенные типы профиля для стоек и потолка. Самый популярный размер для потолка и стен – CD-60 (ПП-60). Он прочен, имеет невысокую погонную массу и легко гнется, что необходимо при сборке многоуровневых потолков. Стандартные размеры составляют от 2,75 м до 4,5 м с поперечным сечением 60 на 27 мм.
Арочный. Довольно дорогой профиль, используемый при формировании сложных фигурных конструкций. Его легко гнуть руками. Типоразмеры те же, что и у профиля, описанного выше.

Направляющий из металла UD (ПН). Устройство этого вида металлического профиля «заточено» под монтаж гипсокартона. Размеры профиля UD-27 (ПН-27) с сечением 28х27 мм совпадают с толщиной ГКЛ. Стандартная длина рейки составляет 3 м.
Профиль марки CW (ПС). Несущий или стоечный металлический профиль для стен, арок и перегородок. Самостоятельно используется редко из-за низкой жесткости. Для ГКЛ рекомендуется CW-50 с размерами сечения – 50х50 мм. Есть аналогичные элементы с большим сечением – CW-75, CW-100 (50х75 мм и 50х100 мм соответственно).
Направляющий UW (или ПН). Эта марка обычно используется совместно с маркой CW. Самым распространенным размером является UW-50. Его используют для формирования внешних углов. Размер сечения – 50х40 мм. Для сборки каркасов применяют UW-75, UW-100 совместно с CW-75, CW-100.

Толщина металла, из которого сделан профиль, различная. Оптимальная составляет 0,55–0,6 мм.

Из аксессуаров и приспособлений, упрощающих монтаж и увеличивающих прочность сборных металлических каркасов, используют следующие элементы:

Подвесы. Различают прямой и анкерный. Первый выполнен в виде металлической перфорированной ленты с возможностью продольного сгибания ее в виде буквы «П». Подвес крепится к несущей поверхности дюбелем и рассчитан на нагрузку до 40 кг. Длина такого подвеса составляет от 7,5 до 30 см (наиболее распространенная длина – 12,5 см).

Анкерный или пружинный подвес с тягой используют тогда, когда длины прямого не хватает. Для ее увеличения служит тяга-спица размером от 25 до 100 см. Рассчитан такой подвес на 25 кг нагрузки. Использование этого подвеса упрощает установку потолка в горизонтальной плоскости.

Соединители несущих профилей. Их можно разделить на продольные, крестообразные, двухуровневые и угловые. Продольные соединители служат для увеличения длины несущего профиля. Крестообразные или одноуровневые («крабы») применяют для крепления реек из металла одного уровня крест-накрест. Их грузоподъемность составляет до 20 кг/м 2 поверхности. Двухуровневые соединители предназначены для связки несущих профилей различных уровней.

При установке металлического каркаса применяют следующий крепеж:

Дюбели. Обычно применяют такие приспособления из пластмассы двух типоразмеров. Для крепления направляющих – 40 мм, для крепления каркаса второго уровня – 6 мм.
Саморезы. Служат для соединения элементов каркаса между собой и крепления к ним гипсокартона. Применяют саморезы сверлящие (головка типа буравчик – LB), прокалывающие (головка – LN), диаметром 3,5 мм и длиной 9–16 мм, а также универсальные с пресс-шайбой и острой головкой или тексы с размером 9,5х3,5 мм. Гипсокартон крепят саморезами по металлу TN25 длиной 25 мм и диаметром 3,5 мм с частой резьбой. Для многослойного гипсокартона применяют детали длиной 35 мм.

Сборка металлического каркаса для потолка, стен и устройства перегородок

Перед тем как приступить к работе, проводятся обмеры и расчет. В случае капитального ремонта монтаж нужно начинать с потолка, переходя потом на стены. Разметку потолка начинают с самого его нижнего участка, а стен – с заваленной внутрь комнаты или с откосов окон. Расстояния профилем должно соответствовать размеру листов гипсокартона (40 или 60 см).

Приступать к следующей стене следует только после того, когда полностью будет завершена обшивка предыдущей. При монтаже необходимо сразу же учесть установку светильников, розеток, выключателей, предусмотреть места для прокладки коммуникаций, продумать, как будет установлена теплоизоляция и звукоизоляция. Обычно между каркасом и стеной оставляют свободное пространство около 10 см. Под направляющие подкладывают уплотнительную ленту, промазанную герметиком.

Из инструментов необходимо иметь болгарку, лазерный или строительный (двухметровый) уровень.

В первую очередь с помощью лазерного уровня по всему периметру нанесите линии положения направляющего профиля. При этом следует учесть кривизну потолка, толщину профиля, размеры листа гипсокартона и изоляции.

Затем нарезаются и равномерно, с шагом 50 см, крепятся гвоздями дюбелей сами направляющие. После чего на потолке размечают точки крепления прямых подвесов – несущего профиля. Следует иметь в виду, что расстояние от стены до первого подвеса – 20 см. Остальные ставят с шагом 40–60 см, но не менее одного метра.

Затем готовят несущий профиль. При необходимости его удлиняют с помощью продольного соединителя.

Несущие устанавливаются в следующем порядке: первый ставится в 10 см от стены, второй от него через 40 см, а все остальные с шагом 50 см. Если планируется вешать тяжелые люстры, то шаг снижают на 5 см. На этом этапе важно убедиться, чтобы светильники не попадали на каркас. После проверки на плоскостность подвесы прикручивают к профилям.

Поперечные балки ставят реже и связывают их крабами. Фактическое положение несущего профиля отмечают на стенах, чтобы не промахнуться при последующей установке листов гипсокартона.

Определив заваленную сторону, начинают с нее разметку. В соответствии с разметкой по всему периметру прокладывают и закрепляют направляющий профиль, после чего приступают к монтажу несущих:

Несущие нарезаем кусками на 1 см короче расстояния между направляющими. Первую вертикаль ставим в 10 см от края стены или в углу, следующие – через каждые 40 или 60 см, в зависимости от требуемой жесткости.
При помощи саморезов с пресс-шайбой соединяем их.
И, наконец, крепим подвесы к стене при помощи дюбелей. Делаем это, ориентируясь по предварительно натянутым нитям.

Соединяем подвесы с профилем. В углу профиль крепят к стене уголком, сделанным из куска профиля. Его надрезают по бортику, сгибают под 90°, одним концом крепят к стене, а другим прикручивают к несущему профилю саморезами. Такое устройство обеспечивает более прочное соединение.

В тех случаях, когда высота стен больше длины листа гипсокартона, в местах соединения листов необходимо установить поперечные балки. Так как листы устанавливают в шахматном порядке, то перемычки ставятся сверху или снизу по ширине листа.

На стенах, потолке и полу выполняют разметку под направляющие с учетом ширины перегородки. Далее нарезают или удлиняют профиль до требуемых размеров и приступают к его монтажу. Крепление осуществляется дюбелями. Шаг – 60 см.

После установки направляющих приступают к монтажу вертикальных стоек из несущего профиля. Его также устанавливают с шагом 40 или 60 см в зависимости от требуемой жесткости конструкции. Соединяют с несущим профилем стойки саморезами с каждой стороны в четырех местах или просекателем.

Поперечины из несущего профиля монтируют с таким же шагом. Несущие соединяют при помощи вырезов бортика на поперечинах. Крепят саморезами. Важно учитывать наличие проводки и коммуникаций. Под них делают специальные крепежи. Также внимание уделяется дверным проемам и нишам, если они планируются. Для большей прочности между стенами перегородки устанавливают перемычки, которые выполняют из кусков профиля.

Если выбран рифленый ПС, его не закрепляют. За счет его рифленой поверхности они и самостоятельно удерживаются в покое. Это экономит время монтажа.

Стоимость устройства металлического каркаса

Расценки на установку металлических конструкций зависят от таких факторов, как:

Площадь постройки. Как правило, существуют скидки на большие объемы работ.
Вид сооружения и уровень его сложности. Ясно, что уровень требований к холодному складу и к такому же по площади торговому комплексу будет разным. Соответственно, различными будут как затраты на строительство, так и цена на него.
Ценовая политика компании.
Вес металлических конструкций. Стоимость здания во многом зависит от общего веса монтируемого каркаса.
Район. Расходы на доставку оборудования и перевозку рабочих так или иначе связаны с местоположением объекта.
Состояние инфраструктуры. Дороги, в том числе и свобода проезда к объекту грузового транспорта и техники. Наличие электро- и водоснабжения и возможность к нему подключиться.
Срочность выполнения. Если работу нужно произвести быстро, то появляется необходимость задействовать дополнительные бригады, увеличить объем используемой спецтехники при выполнении монтажа, ввести посменный график.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

цветные металлы;
чугун;
нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Стальной каркас и его элементы

Toggle navigation

Ремонт в регионах

Каркас это несущая основа промздания, которая состоит из поперечных и продольных элементов. Поперечные элементы - рамы воспринимают нагрузки от стен, покрытий, перекрытий (в многоэтажных зданиях), снега, кранов, ветра, действующего на наружные стены и фонари, а также нагрузки от навесных стен. Продольные элементы каркаса — это подкрановые конструкции, подстропильные фермы, связи между колоннами и фермами, кровельные прогоны (или ребра стальных кровельных панелей).

Основные элементы каркаса - рамы. Они состоят из колонн и несущих конструкций покрытий - балок или ферм, длинномерных настилов и пр. Эти элементы соединяют в узлах шарнирно с помощью металлических закладных деталей, анкерных болтов и сварки. Рамы собирают из типовых элементов заводского изготовления. Другие элементы каркаса - фундаментные, обвязочные и подкрановые балки и подстропильные конструкции. Они обеспечивают устойчивость рам и воспринимают нагрузки от ветра, действующего на стены здания и фонари, а также нагрузки от кранов.

Составные элементы каркаса одноэтажных промышленных зданий

Как пример однопролетное здание, оборудованное мостовым краном (рис.1).

В состав каркаса входят следующие основные элементы:

Рис. 1. Каркас одноэтажного однопролетного здания (схема):

а — при одинаковом шаге колонн и несущих конструкций покрытия; б — при неодинаковом шаге колонн и несущих конструкций покрытия; 1 — колонны; 2 — несущие конструкции покрытия; 3 — подстропильные конструкции; 4 —- прогоны; 5 — подкрановые балки; 6 — фундаментные балки; 7 — обвязочные балки; в — продольные связи колонн; 9 — продольные вертикальные связи покрытия; 10 — поперечные горизонтальные связи покрытия; 11 — продольные горизонтальные связи покрытия.

В стальных каркасах обвязочные балки также относят к фахверку (рис. 2, а). Каркас в целом должен надежно и устойчиво работать под действием крановых, ветровых и других нагрузок.

Рис. 2 Схемы фахверка

а - фахверк продольной стены, б - торцовой фахверк, 1 - основные колонны, 2 - колонны фахверка, 3 - ригель фахверка, 4 - ферма покрытия

Вертикальные нагрузки Р от мостового крана (рис.3), передаваемые через подкрановые балки на колонны с большим эксцентриситетом, вызывают внецентренное сжатие тех колонн, против которых расположен в данный момент мост крана.

Рис. 3. Схема мостового крана

1 - габарит крана, 2 - тележка, 3 - мост крана, 4 - крюк, 5 - колесо крана; 6 - крановый рельс; 7 - подкрановая балка; 8 - колонна

Торможение тележки мостового крана при ее движении вдоль кранового моста (поперек пролета) создает горизонтальные поперечные тормозные силы Т1 действующие на те же колонны.

Торможение мостового крана в целом при его движении вдоль пролета создает продольные тормозные силы Т2, действующие вдоль рядов колонн. При грузоподъемности мостовых кранов, достигающей 650 т и выше, передаваемые ими на каркас нагрузки бывают очень велики. Подвесные краны движутся по путям, подвешенным к несущим конструкциям покрытия, и через них передают свои нагрузки на колонны.

Ветровые нагрузки при различных направлениях ветра могут действовать на каркас как в поперечном, так и в продольном направлениях.

Для обеспечения устойчивости отдельных элементов каркаса в процессе его монтажа и совместной пространственной их работы при воздействии на каркас различных нагрузок в состав каркаса вводят связи.

Основные виды связей каркаса одноэтажных зданий

1. Продольные связи колонн, обеспечивающие их устойчивость и совместную работу в продольном направлении при продольном торможении крана и продольном действии ветра, устанавливаются в конце или посередине длины каркаса.

Устойчивость остальных колонн в продольной плоскости достигается креплением их к связевым колоннам горизонтальными продольными элементами каркаса (подкрановыми балками, обвязочными балками или специальными распорками).

Связи этого вида могут иметь различную схему в зависимости от требований, предъявляемых к проектируемому зданию. Самыми простыми являются крестовые связи (рис. 4, а). В тех случаях, когда они мешают установке оборудования или врезаются в габарит проезда (рис. 4, б), их заменяют портальными связями.

В бескрановых зданиях небольшой высоты такие связи не нужны. Работа колонн в поперечном направлении во всех случаях обеспечивается большими в этом направлении размерами их поперечного сечения и жестким креплением их к фундаментам.

Рис.4. Схема вертикальных связей по колоннам. 1 - колонны, 2 - покрытие, 3 - связи, 4 - проезд

2. Продольные вертикальные связи покрытия, обеспечивающие устойчивость вертикального положения несущих конструкций (ферм) покрытия на колоннах, поскольку крепление их к колоннам считается шарнирным, располагаются по концам каркаса. Устойчивость остальных ферм достигается креплением их к связевым фермам горизонтальными распорками.

3. Поперечные горизонтальные связи, обеспечивающие устойчивость верхнего сжатого пояса ферм против продольного изгиба, располагаются по концам каркаса и образуются путем объединения верхних поясов двух соседних ферм в единую конструкцию, жесткую в горизонтальной плоскости. Устойчивость верхних поясов остальных ферм достигается креплением их к связевым фермам в плоскости верхнего пояса при помощи распорок (или ограждающих элементов покрытия) .

4. Продольные горизонтальные связи покрытия, располагаемые вдоль наружных стен в уровне нижнего пояса ферм.

Все три вида связей покрытия имеют целью объединить отдельные плоские несущие элементы покрытия, жесткие только в вертикальной плоскости, в единую неизменяемую пространственную конструкцию, воспринимающую местные горизонтальные нагрузки от кранов, нагрузки от ветра и распределяющую их между колоннами каркаса.

Каркасы одноэтажных промышленных зданий возводят чаще всего из сборного железобетона, стальные конструкции допускаются лишь при наличии особенно больших нагрузок, пролетов или других условий, делающих нецелесообразным применение железобетона. Расход стали в железобетонных конструкциях меньше, чем в стальных: в колоннах — в 2,5-3 раза; в фермах покрытия— в 2-2,5 раза. Виды промзданий в один этаж подробнее здесь.

Однако стоимость стальных и железобетонных конструкций одинакового назначения отличается незначительно и в настоящее время каркасы делают в основном стальные.

Описанный выше комплекс связей в наиболее полной и четкой форме встречается в стальных каркасах, отдельные элементы которых имеют особенно малую жесткость. Более массивные элементы железобетонных каркасов имеют и большую жесткость. Поэтому в железобетонных каркасах отдельные виды связей могут отсутствовать. Например, в здании без фонарей, с несущими конструкциями покрытия в виде балок и настилом из крупнопанельных плит связи в покрытии не делают.

В монолитных железобетонных каркасах (которые в отечественной практике встречаются очень редко) жесткое соединение элементов каркаса в узлах и большая массивность элементов делают все виды связей ненужными.

Связи чаще всего делают металлические — из прокатных профилей. В железобетонных каркасах встречаются и железобетонные связи, в основном в виде распорок.

Каркас многопролетного здания отличается от каркаса однопролетного здания в первую очередь наличием внутренних средних колонн, поддерживающих покрытие и подкрановые балки. Фундаментные балки по внутренним рядам колонн устанавливают только для опирания внутренних стен, а обвязочные — при большой их высоте. Связи проектируются по тем же принципам, что и в однопролетных зданиях.

При сезонных колебаниях температуры конструкции каркаса испытывают температурные деформации, которые при большой длине каркаса и значительном температурном перепаде могут быть весьма существенными. Например, при длине каркаса 100 м, коэффициенте линейного расширения α = 0,00001 и температурном перепаде 50° (от +20° летом до —30° зимой), т. е. для конструкций, находящихся на открытом воздухе, деформация равна 100 • 0,00001 • 50 = 0,05 м — 5 см.

Свободным деформациям горизонтальных элементов каркаса препятствуют колонны, жестко закрепленные к фундаментам.

Во избежание появления в конструкциях значительных напряжений от этой причины, каркас делят в надземной части температурными швами на отдельные самостоятельные блоки.

Расстояния между температурными швами каркаса по длине и ширине здания выбирают так, чтобы можно было не считаться с усилиями, возникающими в элементах каркаса от климатических колебаний температуры.
Предельные расстояния между температурными швами для каркасов из различных материалов установлены СНиПом в пределах от 30 м (открытые монолитные железобетонные конструкции) до 150 м (стальной каркас отапливаемых зданий).

Температурный шов, плоскость которого расположена перпендикулярно к пролетам здания, называется поперечным, шов, разделяющий два смежных пролета — продольным.

Конструктивное выполнение температурных швов бывает различное. Поперечные швы всегда осуществляются путем установки парных колонн, продольные швы выполняются как путем установки парных колонн (рис. 5, а), так и путем устройства подвижных опор (рис. 5, б), обеспечивающих независимую деформацию, конструкций покрытия соседних, температурных блоков. В каркасах, разделенных температурными швами на отдельные блоки, связи устанавливают в каждом блоке, как в самостоятельном каркасе.

Рис.5. Варианты продольного температурного шва

а - с двумя колоннами, б - с подвижной опорой, 1 - балки, 2 - столик, 3 - колонна, 4 - каток

К каркасу относят также несущие конструкции рабочих площадок, которые бывают необходимы внутри основного объема здания (если они связаны с основными конструкциями здания).

Конструкции рабочих площадок состоят из колонн и опирающихся на них перекрытий. В зависимости от технологических требований рабочие площадки могут располагаться на одном или нескольких уровнях (рис. 6).

Рис. 6. Многоярусная рабочая площадка.

Таким образом, при строительстве одноэтажных и многоэтажных промышленных зданий в качестве несущей принимается, как правило, каркасная система. Каркас позволяет наилучшим образом организовать рациональную планировку производственного здания (получить большепролетные пространства, свободные от опор) и наиболее приемлем для восприятия значительных динамических и статических нагрузок, которым подвержено промышленное здание в процессе эксплуатации.

Стальные каркасы одноэтажных промышленных зданий.

Стальной каркас одноэтажных зданий состоит из тех же элементов, что и железобетонный. В стальных колоннах различают: верхнюю часть - оголовок,на который опираются вышележащие конструкции; стержень -основную часть колонны, передающую нагрузку сверху вниз; базу (башмак) -нижнюю часть колонны, передающую нагрузку от стержня на фундамент. Стальные колонны по конструкции бывают сплошные и сквозные. Сплошные колонныприменяют, как правило, при больших нагрузках и небольших высотах. Наиболее простая сплошная колонна получается из одного прокатного двутавра. Недостатком ее является относительно небольшая боковая жесткость. Наиболее распространены составные двутавровые сечения из прокатных профилей или листов, сваренных между собой по всей высоте. Сквозные (решетчатые) колонныприменяют при больших высотах здания. Состоят они из отдельных ветвей, соединенных раскосами или планками.

Висячие покрытия одноэтажных промышленных зданий.

Висячими покрытиями называют конструкции, основные элементы которых работают на растяжение, передавая нагрузки от покрытия на анкеры. Эти элементы представляют собой гибкие канаты или мембраны. В качестве анкеров используются жесткие опорные конструкции (кольца, рамы, арки). Металлическим висячим покрытиям относят тонколистовые (2 . 4 мм) мембранные, совмещающие несущие и ограждающие функции, а также с гибкими и жесткими несущими нитями, по которым укладывают ограждающие кровельные конструкции из профилированного стального настила или из сборных железобетонных элементов. Возможны комбинированные системы висячих покрытий - тонколистовые мембраны, подкрепленные системой гибких (вантовых) или жестких нитей в виде балок, прогонов, ферм или стальных полос.
Достоинства мембранных покрытий - высокая технологичность их изготовления и монтажа.

Деревянные несущие покрытия одноэтажных промышленных зданий

Покрытия промышленных зданий состоят из несущих элементов ( балок и ферм) и ограждающих конструкций, предназначенных для защиты зданий от атмосферных осадков и поддержания в здании необходимого температурно-влажностного режима. Покрытия промышленных зданий пролетом 18 м и более обычно проектируют по стропильным фермам.

Ферма представляет собой решетчатую конструкцию, предназначенную для восприятия нагрузки от покрытия цеха. Фермы, перекрывающие поперечный пролет здания и опирающиеся непосредственно на несущие элементы ( колонны, стены), называются стропильными. В случае большого расстояния между колоннами в продольном направлении цеха, когда существующими типами плит покрытия или прогонами его перекрыть нельзя, вдоль цеха ставят по колоннам дополнительные фермы и на них в пролете опирают промежуточную стропильную ферму. Здесь рассматриваются только легкие стропильные фермы как наиболее распространенные.

Покрытия промышленных зданий состоят из несущей и ограждающей частей. Покрытия промышленных зданий, как правило, проектируют бесчердачные, и состоят они из несущих и ограждающих конструкций. Покрытия промышленных зданий обычно бывают бесчердачными, утепленными и неутепленными. Для покрытия промышленных зданий может быть применена пространственная ферма, причем межферменное пространство иногда используется для размещения вспомогательных помещений.

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. Для покрытий промышленных зданий изготовляют армопеноси-ликатные и армогазосиликатные прямоугольные плиты. В покрытиях промышленных зданий применяют комбинированные несущие конструкции: металло-деревянные и стале-железобетонные фермы и арки. В таких конструкциях более полно используются положительные качества каждого материала. Так элементы, работающие на сжатие, выполняют из железобетона или дерева, а элементы, подверженные растяжению, - из стали. Благодаря этому комбинированные конструкции часто имеют повышенную надежность в работе и большую долговечность.

Стальной каркас одноэтажных промышленных зданий

Колонны постоянного сечения для зданий, необорудованных мостовыми кранами выполняются из прокатных или сварных двутавроав. Их параметры. Стальная база колонны, её элементы и их сопряжения.

Колонны для зданий, оборудованных мостовыми кранами могут быть одноветвевые и сквозные. Консоли колонн представляют собой комбинацию стальных пластин или выполняется из прокатных или сварных двутавров. Ветви в сквозных колоннах соединяются двухплоскостной решеткой из уголков.

Рис.7.1 Стальные колонны одноэтажного промышленого здания.

Рис.7.2 Базы стальных колонн одноэтажного промышленого здания.

Стальные подкрановые балки выполняются из прокатных или сварных из двутавров.

Рис.7.3 Стальные подкрановые балки.

Жесткость балки обеспечивается ребрами жесткости, расположенными на расстоянии 1000 мм (для балок пролетом 12 м) и 1500 мм (для балок пролетом 6000 м). Ребра жесткости не доводятся до нижней полки на 60 мм для того чтобы нижняя растянутая полка не была разрезана сварными швами и не потеряла свою несущую способность. По торцам балок имеются опорные стальные пластины с отверстиями для болтовых соединений торцов балок на консоли колонны.

Пространственная жесткость и устойчивость стального каркаса обеспечивается вертикальными и горизонтальными связями о которых было упомянутых выше.

Вертикальные связи по стальным колоннам.

Этажерки

Применяются, когда для некоторых производств технологическое оборудование частично или полностью может располагаться вне здания, т.е. на открытых площадках.

Они могут располагаться и внутри здания павильонного типа при наличии вертикального локального технологического процесса.

По расположению – внутренние и наружные;

По этажности – низкие до 4-5 этажей, и высокие более 5 этажей;

По способу возведения – стационарные и сборно-разборные;

По материалу каркаса – сборные железобетонные, монолитные железобетонные, стальные.

Объемно-планировочные параметры этажерок: сетка колонн 6×6 м; 6×4,5 м; 6×9 м; 4,5×9 и др. высота этажа первого 4,8 – 7,2 м, остальных 4,8 м.

Элементы каркаса: колонны, ригели перекрытий, настилы перекрытий, вертикальные связи. Колонны выполняются из прокатных или сварных двутавров, ригели – прокатные двутавры или швеллеры, перекрытия – сборные желзобетонные плиты или стальные листы. Сборно-разборные этажерки выполняют с соединением элементов на болтах. Стальные этажерки могут быть по этажности низкие до 4-5 этажей и высокие более 5 этажей (могут быть высотой до 100 м).

Железобетонные этажерки выполняют, если применение ж/б каркаса дает снижение стоимости строительства. Недостатки ж/б этажерок – увеличение массы конструкций, сложность сопряжения узлов и крепления технологического оборудования к этажерке. Максимальная высота ж/б этажерки 18 м.

Достоинства применения внутренних этажерок:

1. Снижение себестоимости строительства за счет отсутствия наружных ограждающих конструкций;

2. Максимальная унификация конструктивных элементов;

3. Увеличение производственной площади, занятой технологическим оборудованием;

4. Универсальность и максимальная приспособляемость к технологическим процессам.

Достоинства применения наружных открытых этажерок:

1. Снижение стоимости на 10-15 %;

2. Сокращение сроков строительства;

3. Сокращение сроков монтажа оборудования;

4. Создание условий для рационального расположения оборудования на сложном рельефе местности;

5. Снижение эксплуатационных расходов;

6. Снижение пожаро-взрывоопасности;

7. Облегчение конструкции;

8. Легкий доступ к очагам пожара.

Недостатки: необходимость защиты от коррозии, утепление технологического оборудования в зимнее время.

Читайте также: