Стальные несущие конструкции покрытий
Обновлено: 26.04.2024
При проектировании одноэтажного промышленного здания важное место отводится выбору типа покрытия, которое часто определяет основу его внешнего архитектурного облика и внутреннего пространства помещений. Одновременно выбор оптимальной конструкции покрытия играет весьма важную роль для правильного обоснования технико-экономической эффективности решения здания.
В состав ограждающей части покрытия могут входить: кровля (водоизоляционный слой) — чаще всего рулонный ковер, реже асбестоцементные волнистые листы; выравнивающий слой — стяжка из асфальта или цементного раствора (при необходимости); теплозащитный (термоизоляционный) слой, который в зависимости от местных условий может состоять из плит пено-бетонных, керамзитобетонных, минеральной пробки и т. п.; пароизоляция, предохраняющая теплоизоляционный слой от увлажнения водяными парами, проникающими в покрытие из помещения*; несущий настил, поддерживающий ограждающие элементы покрытий.
Ограждающие конструкции покрытий производственных зданий разделяют на холодные и утепленные. В неотапливаемых помещениях или в горячих цехах со значительными выделениями производственной теплоты (остывочные пролеты прокатных цехов и другие) ограждения покрытия проектируют холодными (термоизоляционный слой не укладывают), в отапливаемых — утепленными, исходя из требования исключения возможности конденсации влаги на внутренней их поверхности. В зданиях с незначительными избыточными тепловыделениями (цехи термические, горячей штамповки и т. п.) также устраивают утепленные покрытия.
В зависимости от производственного режима, климатического района и условий эксплуатации помещений к утепленным ограждающим конструкциям предъявляют различные теплотехнические требования, регламентируемые значениями, определяемыми расчетом по СНиП 11-3—79.
Покрытия по железобетонным панелям и настилам. В неотапливаемых производственных зданиях массового строительства часто в качестве несущих элементов покрытий применяют предварительно напряженные железобетонные ребристые плиты длиной 6 и 12 м при ширине 3, реже 1,5 м. Предпочтение следует отдавать крупноразмерным плитам шириной 3 м, позволяющим уменьшить трудоемкость монтажных работ и снизить расход материалов. В отапливаемых зданиях при шаге несущих стропильных конструкций покрытия, равном 6 м, используют панели из легких, ячеистых и других бетонов.
Существенное снижение массы покрытия может быть достигнуто, если придать плитам пространственную форму, например, при применении тонкостенного сводчатого настила типа КЖС для пролетов 18 и 24 м. Находят также применение железобетонные ребристые настилы типа 2Т, «Динакор» и «Воздуховод» при сетке колонн 12х 18 м.
Максимальное уменьшение числа операций, выполняемых на стройплощадке, достигается при использовании комплексного настила. Этот настил совмещает все необходимые функции и поступает с завода в полной готовности с уложенной паро-изоляцией, утеплителем, стяжкой и пр. После укладки настила заделывают швы, укладывают защитный слой и выполняют другие нетрудоемкие работы. При укладке плит на несущие конструкции покрытия необходимо обеспечить плотность их опирания и надежность крепления свариваемых стальных закладных деталей между собой, а также последующее замоноличивание стыков.
Рис. 1. Панели и настилы покрытий из тяжелых и легких бетонов в неотапливаемых и отапливаемых зданиях:
Покрытия следует, как правило, проектировать без прогонов с применением крупноразмерных плит. Покрытия с прогонами применяют для кровель с асбе-стоцементными, алюминиевыми и другими легкими настилами, а также в тех случаях, когда необходимо устроить в них много технологических отверстий.
Покрытия по стальным профилированным настилам. При строительстве главного корпуса Волжского автомобильного завода впервые в покрытии общей площадью 700 тыс. м2 был применен стальной оцинкованный ребристый настил толщиной 1 мм (без цементной стяжки под кровлю) с утеплителем. Высота настила 80 мм; ширина 600 и длина до 12 000 мм. нов и уложенных по ним плит.
Настил крепили к стальным конструкциям нам укладывают легкие армированные пли- покрытия (фонарям и прогонам) самонареты из ячеистого бетона, армоцемента размезающимися болтами диаметром 6 мм. Между ром 0,5×1,5 или 0,5×3,0 м. Такие плиты собой элементы настила соединяли на спе-совмещают несущие и теплозащитные функциальных заклепках диаметром 5 мм. ции, и их применяют в конструкциях над Различные типы стального профилированного несущего настила за последнее время получили применение в промышленном строительстве. Его изготовляют из стали толщиной 0,8…1,0 мм с высотой ребра 60…80 мм при ширине листов настила до 1250 мм и длине до 12 м. Настил укладывают по прогонам или несущим конструкциям покрытия. Снижение трудоемкости изготовления и монтажа конструкций с применением стального профилированного настила достигает порядка 25…40%. Эти конструкции покрытия надлежит применять при возможности обеспечения пожарной безопасности при строительстве и эксплуатации зданий. Для этого при проектировании необходимо применять водоизоляционный ковер повышенной прочности.
Рис. 2. Индустриальная конструкция комплексной панели:
1 — гидроизоляция; 2 — стяжка; 3 — теплоизоляция 4 — пароизоляция; 5 — железобетонная или легкобетонная плита
Рис. 3. Индустриальные конструкции покрытия по стальному настилу:
а — вид одного из вариантов настила; 6 — деталь покрытия; в — панель двухслойная (монопанель); г — то же, трехслойная (типа «сэндвич»); д — деформационный шов; е — установка водоприемной воронки; 1— защитный слой; 2 — водоизоляционный ковер; 3 — жесткий плитный утеплитель; 4 — слой рубероида; 5 — стальной профилированный настил;6 — вспенивающийся пенопласт; 7 — верхняя стальная обшивка;8 — то же, нижняя; 9 — заклепки комбинированные; 10— прогон; 11—самонарезающиеся болты
Покрытия из комбинированных кровельных плит и алюминиевых листов. В практике отечественного строительства находят применение конструкции из алюминиевых сплавов, обладающие высокими строительными качествами: прочностью, приближающейся к прочности стали; малой плотностью; высокой коррозионной устойчивостью; хорошей обрабатываемостью и легкостью формообразования.
На рис. 4, а—в показана ограждающая конструкция покрытия с волнистыми листами из алюминиевых сплавов для неотапливаемых зданий.
В ряде случаев в покрытиях применяли полимерные материалы, различные плиты с древесным наполнителем. Для устройства таких покрытий используют различные плиты — древесностружечные, древесноволокнистые и др. Необходимо учитывать, что полимерным кровельным материалам свойственны существенные недостатки — малая термостойкость, небольшой модуль упругости, а также их свойство старения под воздействием света и других климатических факторов (они теряют эластичность и становятся хрупкими).
Конструкции из различных древесных плит и пластмасс можно применять только при обеспечении их прочности и полной пожарной безопасности. Наиболее целесообразны комбинированные конструкции, сочетающие в себе пластмассы с другими прогрессивными строительными материалами (асбестоцементом, алюминием и др.).
Рис. 4. Ограждающая конструкция покрытия неотапливаемых зданий с волнистыми листами из алюминиевых сплавов:
а — вид листа; 6, в — детали крепления листов к несущим элементам; 1 — фасонный элемент; 2 — доска сечением 140 ×40 мм.
На рис. 5, а, б показана конструкция в виде настила из профилированного алюминиевого листа, предложенная ЦНИИпром-зданий. Разработаны также конструкции ас-бестоцементных панелей покрытия с воздушной прослойкой для естественной вентиляции, так как таким покрытиям необходимо создать нормальный влажностный режим.
Конструкции покрытия из асбестоце-иентных листов. Покрытия из асбестоце-ментных листов применяют главным образом в неотапливаемых зданиях. Неутепленные ограждающие конструкции можно устраивать из волнистых асбесто-цементных листов усиленного профиля по предварительно напряженным железобетонным прогонам. Преимуществом таких покрытий является их легкость, индустриаль-ность и экономичность. К недостаткам их следует отнести сравнительную хрупкость и возможность деформации листов при увлажнении. При одностороннем увлажнении асбестоцементные листы коробятся и дают усадку при высушивании, вследствие чего в жестко закрепленных листах покрытия возникают значительные напряжения, которые иногда вызывают в них трещины и разрушают кровлю. С целью предотвращения трещин применяют упруго-податливые крепления. Чтобы повысить стойкость относительно хрупких асбестоцементных листов, исключить коробление и замедлить их усадку, перед укладкой их в покрытие следует применять двустороннюю защитную алюминиево-битумную окраску.
Рис. 5. Ограждающая конструкция покрытия в отапливаемых зданиях:
а — с рулонной кровлей: 6 — то же, с вентилируемой кровлей из профилированных алюминиевых листов; 1,2 — фольгоизол и рубероид на битумной мастике; 3 — теплоизоляция из плит повышенной жесткости; 4 — профилированный алюминиевый лист; 5 — пароизоляция; 6 — прогон; 7 — деревянный брус 100 х 1 х 40 мм
Рис. 6. Конструкция покрытий из асбестоцемент-ных волнистых листов в неотапливаемых зданиях:
1 — прогон; 2 — кляммеры; 3 — верхний пояс фермы (балки); 4 — асбестоцементный лист
Рис. 7. Пример раскладки полотнищ гидроизоляционного ковра плоской кровли:
1 — основание; 2 — холодная грунтовка; 3 — дегтевая горячая мастика; 4 — толь-кожа (четыре слоя); 5 — первый слой гравия; 6 — то же, второй
Кровли и водоотвод с покрытий. В современном промышленном строительстве применяют скатные, малоуклонные кровли с гидроизоляционным ковром из рулонных материалов — рубероида, стеклоткани, гидроизола и др. В большинстве случаев рекомендуют покрытия отапливаемых зданий с рулонной или мастичной (безрулонной) кровлей проектировать малоуклонными — от 1,5 до 5%. В случаях применения более теппостойких мастик на отдельных участках допускается проектировать покрытия с несколько большим уклоном. В некоторых случаях устраивают кровли из волнистых асбестоцементных и алюминиевых листов.
Ранее допускалось устройство плоских, например, заливаемых водой кровель, конструкция которых применена Московским Промстройпроектом в ряде производственных зданий (например, на ткацкой фабрике в Черемушках). При реконструкции и капитальном ремонте таких зданий приходится сталкиваться с подобными конструкциями, поэтому их необходимо знать.
Рис. 8. Решение внутренних водостоков скатной кровли:
а — вариант с подпольным расположением трубопровода; б — пристенная ендова; в — средняя ендова; г — водосточная воронка; 1— парапетная панель; 2 — дюбеля через 600 мм; 3— стальные полосы 4×40 мм через 600 мм; 4 — обделка парапета из оцинкованной кровельной стали; 5 — стальная полоса 4 х 40 мм по всей длине; 6 — фартук из оцинкованной кровельной стали; 7 — переходный наклонный бортик из материалов основания под кровлю; 8 — защитный слой; 9 — водоприемный колпак; 10 — основной водоизоляционный слой; 11 — основание под кровлю; 12 — теплоизоляционный слой; 13 — плита покрытия; 14 — воронка; 15 — дополнительный водоизолирующий ковер; 16 —- чаша водоприемной воронки; 17 — зажимный хомут; 18 — обойма из це-ментно-песчаного раствора (легкого бетона); 19 — пароизоляция; 20 — накладная гайка с шайбой
Конструкции плоской кровли отличаются следующими качествами: многослойностью (тре
Несущие конструкции покрытия
Несущие конструкции покрытия, являющиеся важнейшим конструктивным элементом здания, принимают в зависимости от величины пролета, характера и значений действующих нагрузок, вида грузоподъемного оборудования, характера производства и других факторов.
По характеру работы они бывают плоскостные и пространственные. По материалу конструкции покрытия делят на железобетонные, металлические, деревянные и комбинированные. В связи с характером работы эти конструкции должны быть прочными, устойчивыми, долговечными, архитектурно-художественными и экономичными. Поэтому при выборе несущих конструкций покрытия производят тщательный технико-экономический анализ нескольких вариантов. Так, железобетонные конструкции огнестойкие, долговечные и часто более экономичные по сравнению со стальными. Стальные же имеют относительно небольшую массу, простые в изготовлении и монтаже, имеют высокую степень сборности. Деревянные конструкции отличаются легкостью, относительно небольшой стоимостью и при соответствующей защите – приемлемой огнестойкостью и долговечностью. Довольно эффективны комбинированные конструкции, которые состоят из нескольких видов материалов. При этом важно, чтобы каждый материал работал в тех условиях, которые для него наиболее благоприятные. Ниже рассматриваются основные виды несущих конструкций покрытий.
Железобетонные балки (рис.13.11) применяют при пролетах до 18 м. Они могут быть одно- и двухскатными. Для их изготовления используют предварительно напряженное армирование. На верхнем поясе балок предусматривают закладные детали для крепления панелей покрытия или прогонов. Балки крепят к колоннам сваркой закладных деталей (рис.13.11, д).
Более эффективны по сравнению с балками железобетонные фермы, которые используют в зданиях пролетом 18, 24, 30 и 36 м (рис.13.12). Они могут быть сегментные, арочные с параллельными поясами, треугольные и др. Между нижним и верхним поясами ферм размещают систему стоек и раскосов. Решетку ферм предусматривают таким образом, чтобы плиты перекрытий шириной 1,5 и 3,0 м опирались на фермы в узлах стоек и раскосов.
Широкое применение получили сегментные безраскосные железобетонные фермы пролетом 18 и 24 м. Для уменьшения уклона покрытия для многопролетных зданий предусматривают устройство на верхнем поясе таких ферм специальных стоек (столбиков), на которые опирают панели покрытия.
Межферменное пространство рекомендуется использовать для пропуска коммуникаций и устройства технических и межферменных этажей.
Крепят фермы к колоннам болтами и сваркой закладных элементов.
При шаге стропильных ферм и балок 6 м и шаге колонн средних рядов 12 м используют подстропильные железобетонные фермы и балки.
Рис.13.11 – Железобетонные балки покрытия:
а, г - односкатные и плоские двухтаврового сечения; б - то же, для многоскатных покрытий; в - решетчатая для многоскатных покрытий; д - узел опирания балки на колону;
1 - анкерный болт; 2 - шайба; 3 - опорная плита
Достаточно эффективными несущими конструкциями покрытий являются стальные стропильные подстропильные фермы (рис.13.13). Стропильные фермы применяют для пролетов 18, 24, 30, 36 м и более при шаге 6, 12 м.
Пояса и решетку ферм конструируют из уголков или труб и соединяют сваркой с помощью фасонок из листовой стали. Сечения полок поясов, стоек и раскосов принимают по расчету.
Рис.13.12 – Железобетонные фермы покрытия:
а - сегментная; б - арочная безраскосная; в - с параллельными поясами; г - трапецеидальная; д - фрагмент разреза покрытия здания с применением подстропильных ферм
Для многоэтажных промышленных зданий применяют балочные и безбалочные перекрытия. Балки перекрытий (ригели) изготовляют из бетона марок 200-400 координационными пролетами 6 и 9 м унифицированной высотой сечения 0,8 м. Балки могут иметь прямоугольное и тавровое сечение (рис.13.14). Ригели прямоугольного сечения делают при больших нагрузках. Соединение с колонной осуществляют путем опирания ригеля на консоль колонны.
Рис.13.13 – Стальные стропильные фермы:
а - основные типы ферм; б - узел опирания на колонну фермы с параллельными поясами при "нулевой" привязке; в - то же, полигональной при привязке 250 и 500 мм; г - то же, треугольной при "нулевой" привязке; 1 - надопорная стойка; 2 - колонна; 3 - ригель фахверка
Для многоэтажных зданий со сборным безбалочным каркасом с сеткой колонн 6х6 м применяют плоские плиты перекрытий сплошного сечения (надколонные и пролетные) толщиной 150 или 180 мм. Надколонные плиты устанавливают выступами в гнезда капители, предусмотренные по ее периметру, с образованием после замоноличивания железобетонных шпонок.
Рис.13.14. –Конструкции перекрытий многоэтажных промышленных зданий:
а - балочное перекрытие; б - безбалочное перекрытие; в - опирание ригеля прямоугольного сечения; г – то же, таврового сечения; 1 - колонна; 2 - ригель; 3 - панель перекрытия; 4 - капитель; 5 - надколонные плиты; 6 - пролетная плита; 7 - бетон; 8 - полка для опирания плиты перекрытия; 9 - стыковая накладка; 10 - стальной оголовник; 11 - выпуски арматуры
Для устройства помещений, имеющих значительные размеры, используют большепролетные и пространственные конструкции покрытий. Покрытия в большепролетных зданиях бывают плоскостные, пространственные и висящие.
Большепролетными плоскостными покрытиями являются железобетонные и стальные фермы (рис.13.15). Железобетонные фермы пролетом до 96 м изготовляют из бетона М500 с предварительно напряженным нижним поясом. Используют также сборные и монолитные рамы и арки, имеющие различные пролеты.
Рис.13.15 – Большепролетные плоскостные покрытия:
а - с железобетонными фермами пролетом 96 м;
б - с металлическими рамами пролетом 80 м
Пространственные покрытия выполняют из плоскостных элементов, монолитно связанных между собой и работающих как цельная конструкция, или в виде оболочек (рис.13.16). Оболочки, которые могут перекрыть большие пролеты, имеют незначительную толщину 30-100 мм, так как бетон в этом случае работает в основном на сжатие.
Оболочки могут быть цилиндрические, купольные, параболоидные и др. Хорошие показатели имеет покрытие из длинных цилиндрических оболочек, применяемых при сетке колонн 12х24 м и более.
Устраивают также висячие покрытия, которые работают на растяжение (рис.13.17). Висячие конструкции делятся на вантовые и собственно висящие.
Несущими элементами в вантовых покрытиях являются тросы и вантовые прямолинейные элементы. В качестве настилов используют алюминиево-пластмассовые панели, коробчатые настилы из стеклопластиков и сотовые панели. Вантовые покрытия могут быть пролетом 100 м и более.
Рис.13.16 – Примеры покрытий в виде оболочек:
а - шедовое с диафрагмами в виде железобетонных арок; б – то же, в виде стальных ферм криволинейного очертания
Рис.13.17 – Висящие покрытия:
В собственно висячих покрытиях несущими конструкциями являются мембраны и гибкие нити, криволинейно очерченные под действием приложенной к ним нагрузки.
В промышленном строительстве широко используют и пневматические конструкции. Принцип возведения их основан на том, что во внутреннее замкнутое пространство мягких оболочек нагнетают атмосферный воздух, который растягивает оболочку, придавая ей заданную форму, устойчивость и несущую способность. Материал оболочек этих зданий должен быть воздухонепроницаемым, эластичным, прочным, легким, долговечным и надежным в эксплуатации.
Ограждающие конструкции покрытий промышленных зданий
- несущий настил, поддерживающий ограждающие элементы покрытий – прогоны или плитф покрытия.
Ограждающие конструкции покрытий производственных зданий разделяют на холодные и утепленные.
В неотапливаемых помещениях или в горячих цехах со значительными выделениями производственной теплоты (остывочные пролеты прокатных цехов и др.) ограждения покрытия проектируют холодными (термоизоляционный слой не укладывают), в отапливаемых – утепленными, исходя из требования исключения возможности конденсации влаги на их внутренней поверхности.
В зданиях с незначительными избыточными тепловыделениями (цехи термические, горячей штамповки и т. п.) также устраивают утепленные покрытия.
В зависимости от требуемого эксплуатационного режима ограждающая часть покрытий может быть вентилируемой, частично вентилируемой и невентилируемой.
Невентилируемые ограждения проектируют над помещениями с сухим и нормальным влажностным режимом (φ < 60 %) и при других условиях, обеспечивающих надежную пароизоляцию утеплителя.
Вентилируемые и частично вентилируемые устраивают над отапливаемыми помещениями с влажным и мокрым режимом (φ > 60 %), когда недопустима конденсация влаги на внутренней поверхности ограждения, если другие конструктивные меры не обеспечивают нормальной влажности покрытия.
Для естественной вентиляции покрытий в ограждении предусматривают воздушные прослойки, каналы или борозды, сообщающиеся с наружным воздухом через отверстия в карнизной части стены, коньке и около световых фонарей.
Вентиляционные продухи, отводя из-под кровельного ковра водяные пары, способствуют высыханию утеплителя.
Ограждающую часть покрытия можно укладывать на прогоны, а крупноразмерные панели непосредственно на стропильные конструкции.
Покрытия по прогонам
Покрытия с прогонами применяют для кровель с асбестоцементными, алюминиевыми и др. легкими настилами, а также в тех случаях, когда необходимо иметь много технологических отверстий.
Покрытия по прогонам:
1 – стропильная конструкция (ферма, балка); 2 – прогон; 3 – плита покрытия
Для отапливаемых зданий в качестве плит покрытия, укладываемых по прогонам могут быть использованы :
– плиты из легкого бетона, для изготовления плит используют бетоны марок 100–150 и сварные арматурные сетки; швы между плитами заливают цементно-песчаным раствором;
– асбестоцементная панель, плиты состоят из двух фигурных асбестоцементных листов, соединенных заклепками или на клею, торцевых листов и минерального утеплителя, толщина листов 8–10 мм., плиты укладывают на прогоны и крепят к ним кляммерами, а между собой – стальными накладками, швы заделывают упругими прокладками и мастикой по плитам устраивают рулонную или мастичную кровлю;
– каркасная асбестоцементная панель, панель состоит из четырех асбестоцементных швеллеров, между которыми уложен эффективный утеплитель, сверху и снизу конструкция обшита плоскими асбестоцементными листами; длина панели 1,5; 3 м;
– монопанели, это утепленное покрытие с металлическим профилированным настилом; стальные профлисты штампуют из оцинкованных листов толщиной 1–1,75 мм, шириной 600–1000 мм, и высотой 40–80 мм. Профлист крепят к прогонам при помощи заклепок или самонарезающимися болтами.
б
в
Прогоны:
а – стальные прогоны; б – железобетонные прогоны; в – решетчатые прогоны длиной 12 м
б
в
г
Плиты покрытия для отапливаемых зданий:
а – легкобетонные плиты; б – асбестоцементная панель: 1 – прогон; 2 – бобышка 40×102×120 мм; 3 – утеплитель; 4 – пароизоляция; 5 – упругая прокладка; 6 – герметизирующая мастика; 7 – рулонный ковер; в – каркасная асбестоцементная панель: 1– асбоцементный плоский лист обшивки; 2 – каркас из асбоцементных швеллеров; 3 – утеплитель; г – утепленное покрытие с металлическим профилированным настилом: 1 – эффективный утеплитель; 2 – стальной профлист; 3 – плоский стальной лист
Для неотапливаемых зданий в качестве покрытий по прогонам могут быть использованы :
– армоцементная плита, изготавливается из бетона марки 300, армированного стальной сеткой; шаг продольных и поперечных ребер в плите равен 250 мм; толщина плит до 20 мм;
– асбестоцементные волнистые и плоские листы, крепят асбестоцементные листы к прогонам крюками или кряммерами; кряммеры размещают на гребне второй волны при уклонах около 10 % продольные и поперечные швы между листами следует герметизировать прокладками из упругих материалов;
– стальные профилированные и плоские листы.
Плиты покрытия для неотапливаемых зданий:
а – армоцементная плита; б – покрытия из асбестоцементных волнистых листов; в – ребристая железобетонная панель
Покрытия без прогонов
На их устройство меньше расходуется металла, и они менее трудоемки по сравнению с покрытиями по прогонам.
Для устройства беспрогонных покрытий используют крупноразмерные панели, которые опирают не посредственно на несущие конструкции покрытия.
Для неотапливаемых зданий используют железобетонные ребристые плиты покрытия.
Для отапливаемых зданий могут быть использованы :
Комплексная панель покрытия. Она состоит из железобетонной ребристой плиты и наклеенных на нее в заводских условиях слоя пароизоляции, утеплителя и нижнего слоя кровли. После укладки панелей заделывают швы, укладывают защитный слой и выполняют другие нетрудоемкие работы.
Конструкция комплексной панели:
1 – гидроизоляция; 2 – стяжка; 3 – теплоизоляция; 4 – пароизоляция; 5 – железобетонная или легкобетонная плита.
Панели из ячеистых и легких бетонов. Наиболее эффективным является утепленное покрытие с применением ячеистых или легкобетонных настилов, совмещающих ограждающие и несущие функции.
Такие панели могут быть плоскими и ребристыми.
Плоские панели изготовляют из ячеистого бетона марки не ниже 40 и армируют плоскими сетками и каркасами.
Ребристые панели изготовляют из легкого бетона марки не ниже 50 плотностью до 1200 кг/м 3 . Ребра армируют плоскими каркасами с рабочей ненапрягаемой арматурой, полку – проволочными сетками.
Панели из ячеистых бетонов
Панели из легкого бетона
Покрытия с настилами из легких и ячеистых бетонов дополнительно не утепляют, т. к. в этих настилах совмещаются несущие и теплоизолирующие функции.
Для утепления покрытий из обычных железобетонных плит или панелей в конструкцию покрытия вводят утеплитель, толщину которого определяют теплотехническим расчетом.
Материал утеплителя должен обладать малой плотностью, достаточнойпрочностью, малой деформативностью, незначительным водопоглащением и обеспечивать индустриальность устройства покрытия.
Для теплоизоляции покрытий применяют плиты из ячеистых бетонов, перлитобетонные, минераловатные гидрофобизированные, стеклопластовые гидрофобизированные, пенополистирольные и др.
Сыпучие материалы (крошку из ячеистых бетонов, керамзитовый гравий, пемзу, туф, шлак и др.) используют в исключительных случаях – при отсутствии плитных утеплителей.
Неотъемлемым элементом утепленных покрытий является пароизоляция, располагаемая под утеплителем и препятствующая прониканию в его толщу водяных паров внутреннего воздуха.
Рулонную пароизоляцию устраивают из нескольких слоев рубероида, пергамина, толя или гидроизола.
Рекомендуемые плитные утеплители для покрытий промышленных зданий
п/п
Наименование
кг/м 3
Воздействие к температуре
Унифицированная толщина (мм)
ГОСТ
Плиты минераловатные жесткие и полужесткие на синтетическом или битумном связующем
Стальные несущие конструкции покрытия
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 -40ºС для отапливаемых зданий и до -30ºС 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 – 10÷16мм, 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
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.
Подстропильные фермы
Подстропильные фермы применяются в том случае, если шаг стропильных ферм (1,5; 3; 6 м) меньше шага колонн основного каркаса (12÷24 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.
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).
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 м 2 покрытия.
В данной теме рассмотрены стальные прогоны.
На рис. 8.7 представлены типы стальных прогонов.
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.
Почему двоичная система счисления так распространена?: Каждая цифра должна быть как-то представлена на физическом носителе.
Как распознать напряжение: Говоря о мышечном напряжении, мы в первую очередь имеем в виду мускулы, прикрепленные к костям .
Модели организации как закрытой, открытой, частично открытой системы: Закрытая система имеет жесткие фиксированные границы, ее действия относительно независимы.
Большепролетные и пространственные несущие покрытия, конструктивное решение
Необходимость устройства большепролетных покрытий (9 м и более) в основном возникает при проектировании общественных и промышленных зданий. Общественные здания с большими пролетами – это зрелищные, спортивные, торговые, выставочные, учебные и др. здания зального типа. В промышленных зданиях устройство таких покрытий необходимо по требованиям технологического процесса – в цехах с громоздким оборудованием (тяжелое машиностроение), в зданиях ТЭЦ, АЭС, в ангарах для самолетов и т. п. зданиях.
Большепролетные покрытия классифицируются по следующим признакам:
1) по конструктивной системе:
а) плоскостные покрытия:
– большепролетные настилы выполняются пролетами 9, 12, 15, 18 и 24 м в виде тонкостенных железобетонных ребристых плит или плит коробчатого сечения – см. рис. 3.50. Такие настилы одновременно являются несущей и ограждающей конструкцией покрытия и применяются в общественных и жилых зданиях.
Рис. 3.50. Типовые сборные железобетонные настилы покрытий:
в – двухконсольная типа 2Т;
г– коробчатого сечения;
– балки, фермы,арки и рамы (см. рис. 3.51) являются несущими конструкциями в большепролетных покрытиях и устанавливаются на колонны каркаса или на несущие стены здания с шагом 6 или 12 м с последующей укладкой на них плит покрытия или металлического профилированного настила. Пролет балок составляет 9 ¸ 18 м, ферм – 18 ¸ 96 м, рам и арок – 12 ¸ 80 м.
Рис. 3.51. Плоскостные несущие конструкции покрытий:
а – типовые сборные железобетонные балки;
б – типовые сборные железобетонные фермы;
в – двухшарнирная металлическая рама пролетом 80 м
б) пространственные покрытия:
– своды, купола,оболочки, складки отличаются большим разнообразием форм и применяются при проектировании как общественных, так и промышленных зданий – см. рис. 3.52, 3.53. Большинство данных конструкций покрытий одновременно выполняют несущие и ограждающие функции в здании.
Пространственные большепролетные покрытия являются наиболее перспективными и экономичными. Выбор геометрических форм пространственных конструкций производят с учетом функциональных, градостроительных и эстетических требований, а также условий рациональной статической работы и членения поверхностей на сборные элементы, отвечающие индустриальности изготовления и монтажа.
Пролет пространственных покрытий может составлять 18 ¸ 100 м ;
– висячие покрытия, в которых основными несущими конструкциями являются гибкие тросы, воспринимающие только растягивающие усилия – см. рис. 2.43.
Висячие покрытия состоят из трех основных частей: несущей конструкции, опорных контуров и плит ограждения. В качестве несущих конструкций применяются вантовые (тросовые) системы, комбинированные системы из вант и балок, а также вантовые фермы. Висячие покрытия отличаются высокой прочностью, гибкостью, долговечностью, а также малым расходом стали. Данный тип большепролетных покрытий применяется при проектировании общественных и промышленных зданий с пролетами 18 ¸ 100 м .
в) деревянные (пролетом до 30 м).
Рис. 3.52. Основные формы большепролетных пространственных покрытий:
а – цилиндрический свод;
б – крестовый свод;
в – сомкнутый свод;
д – парусный свод;
е– пологая оболочка;
ж – бочарный свод;
з – лотковый свод;
и– поверхность в форме гиперболического параболоида;
к – покрытие из четырех оболочек в форме гиперболического параболоида
Читайте также: