Конструкции одноэтажных промышленных зданий. Расчет и конструирование
Одноэтажные каркасные здания широко применяются в промышленном строительстве. ж/б каркас состоит из колонн, горизонтальных стропильных и подстропильных конструкций и плит покрытий. В зданиях с мостовыми кранами, кроме того, ставят подкрановые балки. Наружные стены монтируют из горизонтальных и вертикальных панелей. Отдельные фрагменты стен возводят из кирпичной кладки.
6
|
7
|
Конструктивные схемы одноэтажных каркасных зданий, 1 – стропильная ферма, 2 – колонна, 3 – плита покрытия, 4 – стеновая панель, 5 – фонарь, 6 – мостовой кран, 7 – рама |
Колонны одноэтажного здания, а – сплошные прямоугольного сечения, б – сквозные двухветвенные |
Промышленные одноэтажные здания применяют для тяжелой промышленности. Здания могут быть оборудованы кранами: подвесными (грузоподъемностью до 10 т), мостовыми (грузоподъемностью от 10 до 50 т) или напольными (грузоподъемностью более 50 т) на отдельных стойках.
Основная конструкция одноэтажного каркасного здания – поперечная рама, образованная колоннами, заделанными в фундамент и ригелями покрытия (балки, фермы, арки), опирающимися на колонны. Пространственный каркас здания состоит из поперечных и продольных рам, которые воспринимают вертикальные и горизонтальные нагрузки. Соединение ригеля с колонной может быть жесткое или шарнирное. Шарнирное, как наиболее экономичное, принято в качестве типового.
Пролеты унифицированы, кратны 6 м. шаг колонн 6 или 12 м. сетка колонн 12х18; 12х24; 12х30 м или 6х18, 6х24, 6х30 м. Высота от уровня пола до низа конструкции покрытия кратна модулю 1,2м.
Различают три конструктивные схемы многопролетных одноэтажных каркасных промышленных зданий:
а) шаг колонн по внутренним и наружным осям одинаковый 6 или 12 м. При шаге 12 м подвесное оборудование не применяется, могут быть мостовые краны.
б) шаг колонн по наружным осям 6 м, по внутренним 12 м. Шаг ригелей 6 м с опиранием по внутренним осям на подстропильные фермы. Возможно подвесное оборудование. Наиболее экономичен по трудоемкости и стоимости первый вариант при шаге колонн 12 м без подстропильных ферм.
в) применение в качестве ригеля длинномерных панелей покрытия длиной на пролет «плита на пролет» при продольном расположении подстропильного конструкций.
Колонны сплошные прямоугольного сечения или сквозные двухветвевые.
8
|
Системы связей, а – вертикальные, б – горизонтальные по нижнему поясу, в – тоже, по верхнему поясу, г – связи фонаря |
Пространственная жесткость здания обеспечивается основными элементами каркаса совместно с системой вертикальных и горизонтальных связей.
Конструкции покрытий
Плиты перекрытий – ребристые предварительно напряженные ж/б панели размерами в плане 3х6 м и 3х12 м. последние приняты в качестве типовых. Имеют продольные и поперечные ребра.
Балки
покрытий
пролетом 12 и 18 м. наиболее экономичное
поперечное сечение балок – двутавровое.
Сечение двускатной балки в середине
пролета
.
Уклон верхнего пояса 1:12. типовой размер
высоты сечения двускатной балки на
опоре 800 мм (или 900 мм). Балки армируют
напрягаемой высокопрочной проволокой
класса B-II,
Bp-II,
стрежневой арматурой класса A-IV
и выше или канатами К-7. применяют также
решетчатые балки прямоугольного сечения
с большими отверстиями. Балки двутаврового
сечения экономичнее решетчатых по
расходу арматуры на 15%, по расходу бетона
на 13%. Балки рассчитывают как свободнолежащие
на двух опорах.
Ж/б фермы применяют при пролетах 12, 24 и 30 м. При пролетах 36 м и больше – стальные фермы. Различают следующие типы ферм: сегментные с верхним поясом ломанного очертания, арочные раскосные с верхним поясом плавного криволинейного очертания, арочные безраскосные с верхним поясом криволинейного очертания, полигональные с малым уклоном верхнего пояса трапециевидного очертания и с параллельными поясами и полигональные с ломаным нижним поясом.
Высота ферм всех типов в середине пролета равна 1/7-1/9 пролета. Нижний растянутый пояс ферм и некоторые растянутые раскосы – предварительно напряженные с натяжением арматуры на упоры.
При
пролете свыше 30 применяют двух- и
трехшарнирные ж/б
арки.
Наиболее распространены двухшарнирные
арки. Большепролетные высокие арки
обычно выполняют трехшарнирными. Стрела
подъема
Распор арки воспринимается предварительно
напряженной затяжкой и передается на
фундаменты и грунты основания. Арматура
затяжки – канаты, натягиваемые на упоры.
Двухшарнирные арки рассчитывают как статически неопределимые системы с учетом влияния перемещений от изгибающего момента нормальных сил, трехшарнирные как статически определимые.
Плиты на пролет применяют для покрытий со скатной малоуклонной кровлей. Разработаны следующие типы плит:
- ребристая типа П размерами 3х18 м под малоуколонную кровлю;
- двухконсольная двускатная типа 2Т размерами в плане 3х12, 3х18, 3х24 м;
- крупноразмерная ж/б сводчатая плита КЖС размерами 3х12, 3х18, 3х24 м;
- гиперболическая панель-оболочка размерами в плане 3х18 м;
- коробчатого сечения размерами 3х18 м. Используется в качестве воздуховодов текстильных фабрик.
Расчет поперечной рамы можно выполнять одним из методов строительной механики, для сложных рам с помощью ЭВМ. Расчетная схема в поперечном направлении – П образная рама с шарнирным сопряжением ригеля и стойки и жесткой заделкой колонны в фундаменте. В продольном направлении – рама, включающая элементы покрытия, подкрановые балки и вертикальные связи.
Цель
расчета рамы – определить усилия в
колоннах и подобрать их сечения. Считаем
раму методом перемещений с одним
неизвестным
-
горизонтальным перемещением плоской
загружаемой рамы. Вводим по направлению
неизвестного перемещения стерженек-связь
и получаем основную систему. Основную
систему подвергаем единичному воздействию
неизвестного
,
при этом в каждой колонне возникают
реакции
.
Суммарная реакция поперечной рамы от
единичного перемещения
Затем основную систему последовательно
загружаем постоянными и временными
нагрузками, которые вызывают в каждой
стойке соответствующие реакции
и изгибающие моменты. Сумма реакций
верха колонн от нагрузки
Значения реакций верха от перемещения
и
нагрузок
определяют по формулам в зависимости
от схемы загружения.
Каноническое
уравнение метода перемещений
где
-
коэффициент, учитывающий пространственную
работу каркаса. Для различных загружений
поперечной рамы, крое крановой нагрузки,
равен
единице. Для крановой нагрузки при шаге
рам 12 м
при шаге рам 6 м
Зная
реакции из канонического уравнения
находи неизвестное
,
а затем упругую реакцию
Изгибающие
моменты и поперечные силы в сечениях
колонны определяем как в консольной
балке, загруженной внешней нагрузкой
и реакцией
Расчетными являются три основных сечения
по высоте колонны: над крановой консолью,
под крановой консолью и в уровне заделки
колонны в фундамент.
Эпюры
моментов строят для каждого вида
нагрузки, действующей на раму. Затем
составляют таблицу усилий
и устанавливают расчетные сочетания
усилий:
и
Момент от постоянной нагрузки участвует во всех сочетаниях со своим знаком; момент от торможения кранов учитывается только вместе с моментом от вертикального давления кранов.
Раму в продольном направлении рассчитывают на действие ветровой нагрузки, приложенной к торцу здания, и горизонтальной нагрузки, от торможения кранов, а также на температурные воздействия. Продольная нагрузка, направленная вдоль кранового пути и составляющая 10% от максимального давления на колесо крана, передается на весь ряд колонн продольной рамы.
Особенности конструкций из монолитного ж/б. Основная несущая конструкция – поперечная рама. При пролетах до 12-15 м – прямолинейные ригели, до 15-18 м – ломаные, до 18 м – криволинейные ригели без затяжек, до 24 м и более – криволинейные ригели с затяжками. Соединение стоек монолитных рам с фундаментом – жесткое или шарнирное. Жесткое просто и экономично. Шарнирное применяют в тех случая, когда в заделке колонны возникает значительный изгибающий момент и фундамент рамы оказывается весьма тяжелым. Ригель армируют как балку, заделанную на опоре. Часть продольной арматуры ригеля заводят в стойку, часть стержней из стойки заводят в ригель.
Коньковые узлы армируют с перепуском концов нижних растянутых стержней и дополнительными поперечными стержнями.