Тема:  Железобетонные и стальные каркасы

Железобетонный каркас.

1. Железобетонный каркас одноэтажного пром.здания, его элементы.

2. Типы колонн (прямоугольные, кольцевого сечения, двухветвевые).

3. Подкрановые и обвязочные балки.

4. Стропильные и подстропильные фермы и балки.

5. Узлы сборного ж/б каркаса одноэтажного пром.здания

- соединение колонны с фундаментом

- соединение фундаментной балки с фундаментом

- соединение подкрановой балки с консолью колонны

- соединение подкранового рельса с подкрановой балкой

- соединение обвязочной балки с колонной

- соединение вертикальных связей с колоннами

- соединение ферм и балок с колоннами

 

В одноэтажных промышленных зданиях каркасы могут быть выполнены как в сборном ж/б варианте так и из стали. Выбор материала зависит в основном от технологического процесса.

В поперечном направлении одноэтажное промышленное здание представляет собой однопролетную или многопролетную раму. Стойки (колонны) жестко защемлены с фундаментом, а вверху колонны соединены между собой фермами или балками, образуя раму.

В продольном направлении рамы соединены между собой через подкрановые балки, обвязочные балки, подстропильные фермы или балки, плиты покрытия, стеновые панели.

Все эти элементы соединяют рамы в общестроительный блок.

 

К основным элементам ж/б каркаса относятся:

- фундаментные балки;

- колонны;

- подкрановые и обвязочные балки;

- стропильные и подстропильные фермы и балки;

- плиты покрытия;

- связи.

Колонны

 

Вертикальные несущие элементы ж/б каркаса называют колоннами.

По месту расположения в здании колонны делятся на:

- крайнего ряда;

- среднего ряда;

- фахверковые.

 

В одноэтажных промышленных зданиях применяются колонны сплошного сечения при отсутствии мостовых кранов и колонны переменного сечения при мостовых кранах.

 

Колонны для зданий без мостовых кранов.

 

В зданиях без мостовых кранов (бескрановые здания) применяются колонны по серии 1.423.1-5 марка - 1 к56-1.

 

 

Подбор колонн осуществляется конструктивно без учета нагрузки по следующим факторам:

- тип опалубки;

- высота помещения.

 I тип опалубки применяется для колонн крайних рядов, а также для средних рядов при сечении одной стороны колонны 600 мм.

II тип опалубки применяется для колонн средних рядов при сечении стороны колонны менее 600 мм.

Пример.

Колонны для зданий с мостовыми кранами.

В зданиях с мостовыми кранами применяются колонны по серии 1.424.1-5.

 

 

В данном случае колонны применяются консольного типа и состоят из:

- ствола колонны;

- надколонника;

- консоли;

- подколонника;

Колонны по наружному ряду применяются одноконсольные, по внутреннему - двухконсольные. Консоль служит для опирания подкрановой балки.

Если по наружному ряду шаг колонн 6 м, а по внутреннему-12 м, тогда колонны среднего ряда на 600-700 мм ниже (зависит от вида подстропильной конструкции) и консоль колонны на 400 мм ниже, чем консоль колонны крайнего ряда.

Для того чтобы выбрать марку колонны необходимо иметь следующие данные:

- высота помещения;

- грузоподъемность мостового крана;

- шаг колонн.

Пример.

 

 

Фахверковые колонны.

Фахверковые колонны устанавливаются вдоль торцевых стен для крепления на них стен. Однако при шаге колонн по наружному ряду 12 м и отсутствии панелей длиной 12 м устанавливают продольный фахверк.

Фахверковые колонны применяются по серии 1.427.1-3 (марка -  1КФ97-1)

Подбор колонн для продольного и торцевого фахверка определяется конструктивно без учета и подсчета нагрузок по следующим факторам:

- тип опалубки;

- высота помещения.

 

I-й тип опалубки применяется для продольного фахверка, если колонна сечением 300×300 мм, ее можно применять для торцевого фахверка.

II-й тип опалубки применяется для торцевого фахверка, в этой колонне надколонник имеет переменное сечение при скатных кровлях.

 

Для того чтобы выбрать фахверковую колонну необходимо соблюдать следующие условия:

- если в качестве главных элементов покрытия приняты сегментные фермы, тогда необходимо к высоте помещения прибавить высоту фермы и из суммы вычесть 0,3 м.

например: 9,6+2,5=12,1 м; 12,1-0,3=11,8м.

Следовательно, марка фахверковой колонны 8кф118-1

- если в качестве главных элементов покрытия приняты балки, то также вычитаем 0,3:

например: 9,6+1,6=11,2 м; 11,2-0,3=10,9м.

Следовательно, марка фахверковой колонны 8кф109-1

- если безраскосные фермы, то вычитаем 0,5 м:

например: 9,6+3=12,6м; 12,6-0,5=12,1м.

Следовательно, марка фахверковой  колонны 8кф121-1

 

 

Фахверковые колонны торцевых стен соединяются с фундаментом платформенным стыком через анкера, заложенные во время бетонирования, которые соединяются с металлической пластиной, приваренной к закладным деталям колонны.

 

 

Соединение фахверковой колонны с верхним поясом стропильной конструкции.

 

 

 

Все остальные колонны каркаса, в том числе и колонны продольного фахверка путем заглубления колонны в стакан фундамента на величину 800-900 мм.

 

 

Наряду с основными вышеперечисленными колонами каркаса применялись другие виды колонн, которые не получили широкого распространения. Это колонны двухветвевые и кольцевого сечения.

 

Подкрановые балки

Подкрановые балки предназначены для зданий с мостовыми кранами. Их укладывают на консоли колонн. Подкрановые балки с уложенными по ним рельсами образуют пути движения мостовых кранов, а также выполняют роль продольных связей, тем самым, создавая жесткость всей конструкции.

 

Подкрановые балки разработаны по серии 1.426.1-6 для шага колонн 6 и 12 м (марка - БК6-6AIV-К, С, Т)

В зависимости от положения балок вдоль кранового пути различают балки:

- крайние;

- средние;

- у температурного шва.

 

 

Ж/б балки пролетом 6 м и высотой 800 мм в сечении имеют вид тавра. Ж/б балки пролетом 12 м и высотой 1200мм имеют вид двутавра.

Подкрановые балки укладываются на консоли колонны и крепятся с консолью при помощи анкеров и прижимных пластин, приваренных к закладным деталям подкрановой балки.

Между собой подкрановые балки соединяются при помощи сварки через соединительную пластину.

 

По подкрановым балкам укладывается прорезиновая (звукопоглощающая) лента, а по ней укладывается подкрановый рельс. Крепление подкранового рельса с подкрановой балкой осуществляется при помощи «лапок». Лапки устанавливаются с двух сторон подкранового рельса через 750 мм. Лапки крепятся при помощи болтов. На концах подкрановых балок устанавливаются тормозные устройства, на расстоянии 950-1200 мм от крайних поперечных осей.

 

Определение уровня головки подкранового рельса:

- от высоты помещения вычесть высоту надколонника;

- к полученному результату прибавить высоту подкрановой балки и высоту подкранового рельса (100, 150 мм). 

 

Обвязочные балки

 

Обвязочные балки применяются в одноэтажных промышленных зданиях при кирпичных или мелкоблочных стенах. Обвязочные балки выполняют также функции перемычек.

 

Обвязочная балка опирается на монтажные столики, а сам столик приваривается к закладной детали колонны.

 

 

Главные элементы покрытия

 

В качестве главных элементов покрытия в одноэтажных промышленных зданиях применяются различные балки и фермы.

 

 

 

К главным элементам покрытия относятся также подстропильные балки и фермы. Если в качестве главных элементов покрытия применяется балка, то под нее ставится подстропильная балка. Если в качестве главных элементов покрытия применяется ферма, то под нее ставится подстропильная ферма.

 

 

Подстропильная система применяется в том случае, когда по наружному ряду принят шаг 6 м, а по внутреннему ряду – 12 м.

 

Балки и фермы устанавливаются на колонны и крепятся с ними при помощи анкеров или сварки.

 

Соединение стропильных ферм с колоннами.

 

 

Соединение стропильных балок с колоннами.

 

 

Связи между колоннами

 

Элементы каркаса, соединяющие между собой поперечные рамы, называют связями. Они воспринимают различные нагрузки, обеспечивая пространственную жесткость каркаса.

По характеру расположения связи бывают горизонтальные, установленные в плоскости ферм, и вертикальные, установленные между колоннами или фермами в вертикальной плоскости.

 

Вертикальные связи между колоннами продольных рядов устанавливают в середине температурного блока в каждом  ряду. За температурный блок принимается длина здания 60 м, 72 м, 84 м. При шаге колонн 6 м ставят крестовые связи, при шаге 12 м – портальные.  

 

В зданиях без мостовых кранов или с подвесными кранами связи ставят, когда высота помещения больше 10,8 м.

В зданиях с мостовыми кранами связи устанавливаются в подкрановой части начиная с высоты здания 8,4 м, а для зданий высотой 12 м; 13,2 м; 14,4 м предусматриваются и в надкрановой части здания.

Горизонтальные крестовые связи в уровне нижнего пояса балок или ферм устанавливают в зданиях с мостовыми кранами во втором шаге в начале здания и в предпоследнем шаге в конце здания.

Роль горизонтальных связей также выполняют плиты покрытия, подстропильные фермы или балки, подкрановые и обвязочные балки, стеновые панели.

Связи выполняют из стальных прокатных парных уголков или швеллеров и приваривают к закладным деталям колонн.

Тип связей и их конструкция предусматривается серией 1.424.1-5

Крестообразная 6 м связь весит ≈ 600-800 кг,

Портальная 6 м связь ≈ 100-1500 кг.

Стальной каркас

 

1. Основные типы колонн, опираемые на фундамент.

2. Стальные подкрановые балки.

3. Главные элементы покрытия из стали.

4. Детали и узлы стального каркаса

- соединение подкрановой балки с консолями и между собой

- крепление подкранового рельса с подкрановой балкой.

- соединение главных элементов покрытия с колоннами

 

Стальной каркас одноэтажного промышленного здания состоит из тех же конструктивных  элементов, что и сборный ж/б каркас.

 

 

Стальные каркасы применяются в зданиях с повышенной этажностью, при укрупненной сетке колонн, а также при мостовых кранах большой грузоподъемности.  Применение стального каркаса должно быть экономически обосновано.

Отсеки стальных каркасов по длине через 230 и 200 м и при ширине соответственно через 150 и 120 м разделяют деформационными швами.

 

Стальные каркасы допускаются в следующих случаях:

- при высоте одноэтажных зданий более 14,4 м;

- при грузоподъемности кранов 50 т и более;

- при пролетах здания 30 м и более.

 

Стальные колонны по конструкции бывают сплошные и сквозные.

Поперечное сечение сплошных колонн состоит из прокатных профилей (металлических уголков, швеллеров, двутавров, двутавра и швеллера) или листов, сваренных между собой по высоте. Сквозные колонны состоят из двух отдельных ветвей выполненных из сварных двутавров, соединенных планками или решетками, а надкрановая часть колонны выполняется из двутавра.

 

 

Колонны постоянного сечения устанавливают в бескрановых зданиях или в зданиях с мостовыми кранами высотой 8,4 и 9,6 м.

 

 

Колонны сквозного сечения устанавливают в зданиях с высотой этажа 10,8 – 18 м, с мостовыми кранами грузоподъемностью до 125 т.

 

 

 

При выполнении стального каркаса фундаменты под колонны устраиваются, как и при сборном ж/б каркасе из монолитного ж/б с некоторыми изменениями.

 

В нижней части колонны имеются башмаки – конструктивный элемент крепления колонны к фундаменту. Основная часть каждого башмака – стальная плита (опорный лист) толщиной 30-60 мм, которая может быть усилена ребрами, приваренными к опорной плите и стволу колонны. На нее опирается ветвь колонны, башмак крепят к фундаменту анкерными болтами. Опирание башмака осуществляется через слой цементно-песчаного раствора.

 

 

Для связи башмака с фундаментом в нем, во время бетонирования устанавливаются деревянные пробки пирамидальной формы с большим основанием вверху. Деревянные пробки оборачиваются с наружной стороны толью или  рубероидом, чтобы после бетонирования и схватывания бетона пробка легко вынималась.

 

 

Глубина заложения пробки вычисляется расчетом. В фундаменте образуются отверстия, в которые устанавливаются анкера (стержни). Нижний конец должен быть с крюком. После тщательной выверки (проверки) расстояний между осями стержней, отверстия бетонируются. Количество устанавливаемых стержней, их диаметр и длина – величины расчетные. Через эти болты происходит соединение башмака с фундаментом. Соединение выполняется двумя гайками и шайбой.

 

 

Подкрановые балки выполняются в виде сварных двутавров со стенками, укрепленными ребрами жесткости для шага колонн 6 и 12 м. Балки предусматриваются высотой 700, 900,1050 мм для шага колонн 6 м и 1100, 1300, 1450 мм для шага колонн 12 м.

 

 

 

Между собой подкрановые балки соединяются при помощи болтов.

С консолью колонны подкрановые балки соединяются также при помощи болтов через опорную пластину.

 

 

Крепление рельса к стальным подкрановым балкам осуществляется при помощи прижимных лапок (как и при ж/б подкрановых балках), а также при помощи крюков.

 

 

 

Вид крепления зависит от режима работы мостового крана. По режиму работы мостовые краны делятся на легкие, средние и тяжелого режима. Чем больше во времени работает кран (2,3 смены), тем выше режим работы.

Крюками рельсы крепятся к металлическим подкрановым балкам при среднем и тяжелом режиме работы, а при легком режиме работы – при помощи прижимных лапок.

 

В качестве главных элементов покрытия в стальных каркасах применяются стальные стропильные и подстропильные фермы с различным профилем: треугольные, прямоугольные.

 

 

Пояса и решетку стропильных и подстропильных ферм выполняют из парных уголков или труб и соединяют между собой сваркой при помощи фасонок из листовой стали. Стропильные конструкции крепят к колоннам при помощи анкерных болтов.

 

 

Соединение главных элементов покрытия с колоннами каркаса.

 

 

Связи, установленные между стропильными фермами и колоннами обеспечивают пространственную жесткость стального каркаса.

В уровне верхнего пояса ферм закрепляют горизонтальные крестовые связи и распорки.

В уровне нижнего пояса ферм закрепляют поперечные и продольные связевые фермы и ставят растяжки из уголков.

Между стропильными фермами закрепляют вертикальные крестовые связи или фермочки с параллельными поясами.

Вертикальные связи между колоннами устанавливают в каждом продольном ряду колонн (в средине температурного блока).

Вертикальные связи в надкрановой части колонн располагают в местах расположения вертикальных связей между фермами покрытия.

Все типы связей выполняются из прокатных профилей металла и закрепляют болтами или сваркой к элементам каркаса.