Стальные каркасы одноэтажных зданий. Основы проектирования стальных ферм.

Производственные здания возводятся для обслуживания конкретного технологического процесса и выпуска соответствующей продукции. Если элементы продукции имеют небольшой вес, их перемещение в процессе изготовления может организовываться по вертикали. В этом случае производственные здания могут быть многоэтажными, это позволяет существенно уменьшить площадь застройки. Если же элементы продукции имеют большой вес (тонны), их перемещение в процессе изготовления организуется по горизонтали. В этом случае необходимы одноэтажные производственные здания.

Все здания состоят из ограждающих и несущих элементов. В отдельных случаях возможно совмещение этих функций в одном элементе. Ограждающие элементы защищают технологический процесс от климатических воздействий, дают возможность выпускать продукцию независимо от погоды и места расположения производственного здания. Несущие элементы воспринимают нагрузки от атмосферных воздействий, технологического, подъемно-транспортного оборудования, выпускаемой продукции, сырья и т. д. и через фундаменты передают их на основание. Комплекс несущих элементов, воспринимающих все возможные в конкретных условиях действующие нагрузки на фундаменты, называется каркасом.

По числу пролетов одноэтажные здания и соответственно их каркасы бывают однопролетными 1 a и многопролетными 1 б

1а 1 б

В однопролетных зданиях легче решаются вопросы естественного освещения и вентиляции, но увеличивается периметр наружных стен, и соответственно растут теплопотери в холодное время года. Технологическая линия выпуска продукции вытягивается в длину, организация изготовления полуфабрикатов в одном пролете затрудняется, усложняются пути их подачи в основной процесс. В многопролетных зданиях зат­­руднен отвод дождевых и талых вод, естественное освещение и вентиляция, но удобно размещать в параллельных пролетах сопутствующие производства, сокращается периметр наружных стен и теплопотери. Для улучшения естественного освещения и вентиляции внутренних пролетов в многопролетных зданиях над стропильными фермами устраивают фонари (рис 2, а) или пролеты здания делают разновысокими (рис.2, б).

Для улучшения освещения средних пролетов можно покрытие или его участки делать светопрозрачными.

В настоящее время чаще применяются многопролетные (с двумя или более пролетами) производственные здания.

По виду обслуживающего производственный процесс подъемно-транспортного оборудования каркасы зданий делятся на бескрановые, здания с мостовыми и подвесными кранами. Перемещения относительно не­боль­ших грузов по стабильному пути может осуществляться напольными или подвесным конвейерами. В каркасах, не несущих нагрузок от подъемно-транспортного оборудования, перемещение продукции может осуществляться козловыми кранами или другим перемещающимся по полу подъемно-транспортным оборудованием. Но в этом случае значительная часть площади здания исключается из технологического процесса.

Наиболее универсальным подъемно-транспортным оборудованием производственных зданий являются мостовые краны (рис..3). Они перемеща­ются по крановым рель­сам, уложенным на подкрановые балки. Последние уложены на кон­­­соли или уступы колонн каркаса или на колонны подкрановой эста­­­кады на высоте нес­кольких метров от пола. Мостовые краны могут дос­тавить груз в любую точку обслуживаемой площади. Грузоподъем­ность их может быть до 1200 тонн.

Подвесные краны (кран-балки) перемеща­ются по двум или трем двутаврам типа M (рис.4, б), подвешенным к стропильным фермам. Это делает стропильные фермы более тяжелыми. Подвесные краны имеют грузоподъемность до 30 тонн и обслуживают площадь, как и мостовые.

Вспомогательным подъемно-транспортным оборудованием является монорельс с перемещающимся по нему тельфером (рис..4). Он обслуживает линию, грузоподъемность его до 5 тонн и управлять им можно с пола, для этого имеется дистанционный пульт.

Для обслуживания узких зон помещений вдоль стен иногда применяются консольные краны. Для их работы требуется три балки, одна из них воспринимает вертикальную нагрузку, две другие – горизонтальную (пару сил от момента в консоли).

Схемы поперечных рам зданий с подвесными кранами: а – с монорельсом и тельфером; б – с подвесным двухопорным краном; в – схема подвески тельфера к монорельсу и крана к балкам путей

Каркасы производственных зданий в целом чаще всего являются рамно-связевыми системами. Устойчивость их в поперечном направлении обеспечивается рамами – конструкциями с жесткими узлами, состоящими из основных колонн и ригелей – поперечных несущих элементов каркаса. Соединение колонн с фундаментами в поперечном направлении обычно делается жестким, что удобнее в процессе монтажа. Жесткое соединение ригелей с колоннами уменьшает деформации рам от поперечных нагрузок, но сложнее по конструкции. Жесткое сопряжение ригелей с колоннами не следует применять, если возможны неравномерные просадки основания. В многопролетных каркасах поперечные деформации меньше, чем в однопролетных, так как в работу на местные поперечные нагрузки (от кранов) вовлекается большее количество колонн.

В продольном направлении основные колонны каркаса обычно в фундаментах закрепляются шарнирно. Устойчивость каркаса в продольном направлении обеспечивается связями и продольными элементами каркаса. Продольными элементами каркасов являются подкрановые балки, подстропильные фермы, распорки связей, настил. Сами связи, работая на растяжение или сжатие, обеспечивают неподвижность в продольном направлении (закрепляют) отдельных точек рам. Распорки закрепляют эти же точки в соседних рамах.

Другим назначением связей являются обеспечение удобства монтажа, создание жестких блоков для восприятия местных (крановых) нагрузок, закрепление в проектном положении элементов конструкций.