4.2.3 Членение одноэтажных зданий на деформационные отсеки. Виды деформационных швов. Температурные и осадочные швы в зданиях с каркасными и стеновыми несущими составами
Для снижения и перераспределения возникающих усилий в элементах каркаса от температуры и других воздействий здание разбивают на температурные блоки. При длине здания более 60м устанавливают деформационные швы.
Максимальная ширина температурного блока 144 м. По длине здания расстояние между температурными швами не должно превышать:
- внутри отапливаемых зданий - 72 м.
- неотапливаемых - 60 м.
- на открытом воздухе – 48 м.
В каркасах со сборными железобетонными колоннами температурные швы (поперечные и продольные) образуются в результате установки двух рядов колонн.
Если в здании соседние параллельные пролеты имеют разную высоту, то по линии их сопряжения устанавливают два ряда колонн, поскольку конструкции типовых железобетонных колонн не допускают опирания покрытия на одну колонну на разных уровнях.
При двух рядах колонн по линии перепада высот необходимы две координационные оси, располагаемые на строго определенном расстоянии одна от другой, которое называется вставкой. Размер вставки между продольными координационными осями по линии перепада высот параллельных пролетов должен быть кратным 50 мм, но не менее 300 мм. Между стеновой панелью и торцом колонн предусматривают зазор 30 мм для удобства крепления этих элементов между собой. Аналогично решается примыкание поперечных пролетов к продольным.
Тема 4.3 Типовые элементы одноэтажных общественных и промышленных зданий
План
4.3.1 Основные элементы каркасных несущих остовов одноэтажных промышленных и общественных зданий.
4.3.1 Основные элементы каркасных несущих остовов одноэтажных промышленных и общественных зданий.
Основными элементами каркасных несущих остовов одноэтажных промышленных зданий являются- фундаменты и фундаментные балки колонны, стропильные и подстропильные фермы, подкрановые балки.
Для большинства плоскостных несущих конструкций покрытий одноэтажных зданий в качестве вертикальных опор используются колонны каркаса и редко стены. Наиболее распространены две конструктивные системы каркасного остова. В первой балки, фермы и т. п. — так называемые стропильные конструкции — опираются непосредственно на колонны. Во второй — те же стропильные конструкции опираются на балки или фермы, расположенные вдоль здания. Эти балки или фермы, названные подстропильными, применяются при необходимости увеличения шага колонн, например, с 6 до 12 м. При этом все остальные конструктивные элементы здания (плиты и фермы покрытия, фонари и т. п.) не изменяются, в том числе и колонны крайних рядов. Вариантное решение — использование крупноразмерного настила для перекрытия основного пролета. Конструктивные схемы обеих систем одинаковы: в направлении пролета колонны работают на восприятие усилий от всех горизонтальных и вертикальных нагрузок как стойки, защемленные в фундамент, шарнирно связанные со стропильными конструкциями, которые благодаря такой связи не участвуют в работе колонн на изгиб. В продольном же направлении связи по каждому ряду колонн освобождают их от восприятия горизонтальных усилий и обеспечивают жесткость несущего остова.
Особенности сечений колонн обеих систем: при изменении габаритов здания ширина их сечения в направлении шага практически не изменяется; в направлении же пролета высота сечения тем больше, чем выше здание и чем больше пролет. А при крановых нагрузках к работе колонн на изгиб в этом направлении добавляются: вне-центренное приложение вертикальных нагрузок от кранов и тормозные усилия от движения тележки кранов. Поэтому колонны в поперечном направлении могут иметь существенное развитие.
В одноэтажных зданиях распространены также системы несущего остова с опиранием конструкций покрытия по контуру (на три-четыре опоры по углам, на опоры по всем сторонам и т. п.).
Фундаменты, их типы. Правила конструирования и подбора фундаментов
Основным материалом для изготовления фундаментов является железобетон.
По конструкции фундаменты бывают:
– ленточные - их устраивают под несущие стены бескаркасных зданий и зданий с неполным каркасом. Чаще их выполняют из сборных элементов аналогично гражданским зданиям;
– свайные фундаменты применяют при слабых грунтах, высоком уровне грунтовых вод. Конструктивные решения аналогичны гражданским зданиям. Основными элементами являются сваи (стойки или висячие) и ростверк, который одновременно является и подколонником;
– сплошные - применяют под тяжелое оборудование и при слабых грунтах;
– столбчатые (отдельно стоящие) - наиболее характерны для каркасных промышленных зданий.
Типы фундаментов промышленных зданий
Рисунок – типы фундаментов промышленных зданий
а – монолитный; б – сборный составной; в – свайный; г – сборный ребристый; д – сборный пустотелый; е – с подколонником пенькового типа
По способу устройства железобетонные столбчатые фундаменты бывают:
а) сборные, состоящие из подколонника и опорной фундаментной плиты (одной или нескольких);
б) монолитные из бетона класса С12/15 являются наиболее распространенными, поэтому будут рассмотрены подробно.
По виду подколонника фундаменты бывают:
а) с подколонником пенькового типа. Их устраивают под стальные колонны, а также под фахверковые колонны, если отметка их низа -0,100 м;
б) с подколонником стаканного типа, когда в подколоннике предусмотрено уширенное отверстие - стакан, имеющий форму усеченной пирамиды (колонну устанавливают в стакан и жестко защемляют в нем монолитным бетоном класса С12/15). Дно стакана располагают на 50мм ниже проектной отметки низа колонн с тем, чтобы подливкой раствора под колонну компенсировать возможные неточности размеров высоты колонн, допускаемые при их изготовлении, и выровнять верх всех колонн, а также неточности в изготовлении фундамента и его заложении. Зазоры между колонной и стаканом равны: по верху - 75 мм, по дну - 50 мм. Толщина стенок стакана должна быть не менее 175 мм. Верхнюю плоскость фундамента (обрез) располагают на отметке - 0,150 м ниже уровня чистого пола. Это дает возможность осуществлять монтаж конструкций наземной части здания после того, как произведена обратная засыпка котлованов, устроена подготовка под полы и проложены все коммуникации. Другими словами это позволяет завершить работы нулевого цикла (возведение подземной части здания) до монтажа колонн.
Монолитные фундаменты выполняют по бетонной подготовке из тощего бетона класса С8/10 толщиной 100 мм, размеры подготовки на плане превышают размеры подошвы фундамент на 100 мм в каждую сторону.
Рисунок - монолитный столбчатый фундамент с подколонником стаканного типа
А. Подбор монолитного столбчатого фундамента с подколонником стаканного типа
Опалубочные размеры фундаментов унифицированы и принимаются по каталогу по серии 1.412 - 1/77, вып. - 1, 2, 3 кратными модулю 300 мм. Высота фундаментов: 1,5; 1,8; 2,4; 3,0; 3,6; 4,2 м. Применяют несколько типоразмеров фундаментов, отличающихся не только высотой, но и размерами подколонников и подошв, количеством уступов.
Б. Подбор монолитного столбчатого фундамента с подколонником пенькового типа
Под железобетонные фахверковые колонны следует проектировать фундаменты с подколонниками пенькового типа по серии 1.412.1 - 4, если отметка низа колонн, устанавливаемых на эти фундаменты, равна - 0,100 м. Размеры сплошного подколонника, из которого выпущены анкерные болты, согласно серии 900x900 мм.
Рисунок - монолитный фундамент с подколонником пенькового типа
В. Подбор монолитного столбчатого фундамента, располагаемого в температурном шве
Фундаменты в температурных швах под каждую пару колонн, а в местах пересечения швов и под все четыре колонны делают общие, но под каждую колонну - свой стакан. Исключение может быть только в том случае, когда смежные части здания должны быть разделены осадочным швом (неодинаковые грунтовые условия, резко отличающиеся нагрузки и др.) и фундаменты делают независимыми.
Привязка фундаментов к координационным осям здания определяется привязкой колонн. По отношению к колоннам фундаменты располагают симметрично.
Конструктивное решение фундаментов под колонны основного каркаса в углах здания и возле крайних поперечных осей имеет особенности. Для опирания на обрезы этих фундаментов приколонных фахверковых металлических стоек в процессе изготовления фундаментов в них закладывают анкерные болты и выполняют по обрезам набетонки толщиной 50 мм (до отметки - 0,100 м).
Количество ступеней в фундаменте зависит от нагрузки и применяется:
– под колонны крайнего ряда – двухступенчатые;
– под колонны среднего ряда – трехступенчатые;
– под фахверковые колонны – одноступенчатые.
Балки фундаментные, их назначение, типы
Сборные железобетонные фундаментные балки служат для опирания на них конструкций стен, они также защищают пол от продувания в случае просадки отмостки.
Применение фундаментных балок обязательно в производственных зданиях с кирпичными и блочными стенами. При навесных панельных стенах фундаментные балки хотя и не несут нагрузки от них, однако существенно облегчают производство работ и обеспечивают долговечность нижней части панелей. Установка стен на фундаментные балки кроме экономических создает также и эксплуатационные преимущества - упрощает устройство под ними всевозможных подземных коммуникаций (каналов, туннелей и т.п.).
Форма поперечного сечения фундаментных балок определяется по каталогу в зависимости от типа (конструкции) и толщины стены и может быть трапециевидной или тавровой. Поперечное сечение имеет скосы, облегчающие извлечение балок из форм при изготовлении.
Рисунок – фундаментная балка таврового сечения
Рисунок - фундаментная балка трапециевидного сечения
Фундаментные балки свободно укладывают между подколониками фундаментов соседних колонн на специальные бетонные столбики, устраиваемые на уступах фундаментов. Столбики иногда называют приливами, их размеры в плане не менее 300×600 мм. Зазоры между торцами балок и подколонниками должны быть не менее 25 мм, их заполняют бетоном класса С8/10.
Рисунок -опирание фундаментной балки на фундамент
1 – набетонку по верху стакана фундамента до отметки -0.030 выполнять из бетона класса С8/10 после монтажа колонн, рам ворот и балок фундаментных
Для опирания наружных стен балки укладывают с внешней стороны колонн так, чтобы ось балок совпадала с осью стены. Для опирания конструкций внутренних стен (при их наличии) продольные оси балок совмещают с центрами колонн.
Длина фундаментных балок определяется по рисунку
Lф.б.=Lшага-(а/2+75+с+25)·2
Рисунок -укладка фундаментной балки на фундамент
В шаге воротного проема фундаментные балки отсутствуют, т.к. на нагрузку от транспорта они не рассчитаны. Кладку кирпичного обрамления ворот опирают на набетонки столбчатых фундаментов колонн.
Отметка верха фундаментной балки всегда должна быть - 0,030 м. На этой отметке по верху балки устраивают горизонтальную гидроизоляцию из 1...2 слоев рулонного гидроизоляционного материала на мастике или слоя цементно-песчаного раствора состава 1:2 толщиной 30 мм.
Для предотвращения деформации балок вследствие возможного пучения грунтов снизу под балки и со сторон предусматривают подсыпку из дренажных материалов (шлака, крупнозернистого песка или кирпичного щебня). Подсыпка выполняет и еще одну функцию - исключает возможность промерзания пола вдоль наружных стен здания.
Вдоль фундаментных балок на поверхности грунта устраивают тротуар или отмостку с уклоном от стен здания 3 ... 5 % для отвода поверхностных вод.
Рисунок -Узел фундамента под колону крайнего ряда
-
Сборные железобетонные колонны основного каркаса
Колонны для зданий без мостовых кранов и зданий с подвесными кранами. Основными особенностями этих колонн являются:
форма поперечного сечения: квадрат, прямоугольник, реже круг, кольцо;
сечение постоянное по высоте колонны;
сечение сплошное;
средние колонны могут иметь вверху уширения (уширенный оголовок), т.к. на них опираются конструкции покрытия с двух сторон;
высота колонн среднего ряда, при наличии в здании подстропильных конструкции, на 600 (700) мм меньше высоты колонн крайних рядов, т.е. на высоту опорной части подстропильной конструкции.
Сплошные колонны применяются в зданиях, имеющих высоту этажа до 9,6 м, пролеты до 24 м, шаг 6 м. В бескрановых зданиях с высотой этажа 3,6…7,2 м шаг крайних и средних колонн принимают 6 м, при высоте 4,8…9,6 м – шаг средних колонн равен 12 м.
Заделка колонн ниже нулевой отметки в зданиях без мостовых кранов определяется разностью между высотой колонны и высотой этажа.
Рисунок - Колонны постоянного сечения для зданий без мостовых кранов
Колонны для зданий с мостовыми кранами. Для этих колонн характерно наличие консолей - специальных выступов, на которые укладывают подкрановые балки. Колонны крайних рядов - одноконсольные, колонны средних рядов двухконсольные.
Основными особенностями этих колонн являются:
форма поперечного сечения: прямоугольник;
сечение сплошное;
подкрановая ветвь колонны имеет большие размеры поперечного сечения;
надкрановая ветвь колонны имеет меньшие размеры поперечного сечения.
Применяют в зданиях высотой этажа до 10,8 м с пролетами 18 и 24 м при шаге колонн 6 и 12 м, оборудованных мостовыми кранами грузоподъемностью до 20 т.
Заделка колонн ниже нулевой отметки в зданиях, оборудованных мостовыми кранами, определяется разностью между высотой колонны и высотой этажа.
Рисунок - Колонны постоянного сечения для зданий с мостовыми кранами
Двухветвевые колонны в нижней подкрановой части имеют две ветви, соединенные распорками. Просветы между ветвями используют для пропуска санитарно-технических и технологических коммуникаций. По расходу материала эти колонны экономичнее колонн сплошного сечения и применяются при высоте цеха свыше 10,8 м в зданиях с пролетом 18…30м и шагом 6 и 12 м, при крановых нагрузках до 50 т. Двухветвевые колонны могут использоваться для бескрановых зданий, могут быть одно- и двухконсольными.
Заделка двухветвевых колонн в фундамент – 1,05 и 1,35 м.
Рисунок - Колонны двухветвевые для зданий с мостовыми кранами
Центрифугированные колонны кольцевого сечения используются как для крановых зданий, оборудованных кранами грузоподъемность до 30 т, как и для бескрановых. Их выполняют из высокопрочных материалов и бетонов высоких марок.
Рисунок - Колонны центрифугированные для зданий с мостовыми кранами
Стропильные и подстропильные конструкции - являются несущими конструкциями покрытий промышленных зданий.
В промышленных зданиях обычно применяют следующие типы стропильных несущих конструкций:
– плоскостные (балки, фермы, арки и рамы);
– пространственные (оболочки, складки, купола, своды и висячие системы).
Покрытия состоят из несущих конструкций (балки и фермы) и ограждающих конструкций.
Основные несущие конструкции покрытий (стропильные):
1. Сборные железобетонные стропильные балки применяют для пролетов 6, 9, 12 и 18 м.
а) сплошные и с отверстиями диаметром 50 мм для подвешивания электропроводки и осветительной арматуры:
односкатные,
с параллельными поясами,
двускатные;
б) двускатные решетчатые (проемы снижают массу конструкции и используются для пропуска инженерных коммуникаций, например, воздуховодов).
Железобетонные балки покрытия
а) односкатная двутаврового сечения:
б) сплошная двускатная двутаврового сечения:
в) решетчатая двускатная:
2. Сборные железобетонные стропильные фермы применяют для пролетов 18 и 24 м; металлические - для пролетов 30 и 36 м.
Фермы представляют собой стержневые конструкции, элементы которых соединяются в точках, называемых узлами. Этими элементами являются верхний пояс, нижний пояс, панель верхнего пояса, панель нижнего пояса, решетка (стойки и раскосы).
По очертанию верхнего пояса различают фермы:
а) сегментные (с ломаным очертанием верхнего пояса);
б) арочные (верхний пояс очерчен по дуге окружности);
в) с параллельными поясами;
г) трапецеидальные;
д) арочные со столбиками на верхнем поясе для уменьшения уклона покрытия; столбики можно называть стойками, рожками.
По виду решетки фермы бывают:
а) раскосные
б) безраскосные.
По материалу фермы бывают:
а) сборные железобетонные
б) металлические (стальные)
в) деревянные
г) комбинированные (металлодеревянные).
Межферменное пространство (между верхним и нижним поясами) используется для пропуска инженерных коммуникаций (воздуховодов, кабелей и др.)
Железобетонные фермы покрытия
а) арочная безраскосная:
б) сегментная:
в) с параллельными поясами:
г) трапецеидальная:
Основные закладные детали стропильных конструкций:
– по верхним поясам предусмотрены закладные детали для крепления плит покрытия. Расстояние между закладными деталями равно ширине плиты покрытия. Плиты покрытия должны опираться в узлах фермы;
– на опорных участках внизу стропильной конструкции предусмотрены закладные для приварки к ним опорных металлических листов, с помощью которых стропильная конструкция крепится к колонне, стене или подстропильной конструкции;
– на опорных участках сбоку - для крепления стеновых панелей продольных стен;
– на нижнем поясе - для крепления средств подвесного транспорта и т.д.
Рисунок - Узел опирания стропильной конструкции на колонну
Подстропильные конструкции
Эти конструкции укладывают на колонны, как правило, средних рядов в продольном направлении, а на них - стропильные конструкции. Их применяют в том случае, когда шаг колонн среднего ряда не равен шагу колонн крайнего ряда. Например, шаг колонн среднего ряда 12 м, а шаг стропильных конструкций, равный шагу колонн крайнего ряда, 6 м.
Рисунок – Схема расположения несущих элементов покрытия
Подстропильные
конструкции имеют пролет только 12 м и
могут быть в виде балок или ферм. Следует
иметь в виду, что подстропильные
фермы применяют
только со стропильными
фермам и,
а подстропильные
балки - со
стропильными
балками.
Подстропильные фермы бывают двух видов:
а) для скатных покрытий;
б) для малоуклонных покрытий.
\
Рисунок - Подстропильная ферма для зданий со скатной кровлей
Рисунок - Подстропильная ферма для зданий со скатной кровлей
Подстропильные конструкции различают также по месту их расположения в здании:
а) укладываемые в рядовых пролетах;
б) укладываемые у торцов здания или у температурных швов.
Подстропильные конструкции имеют следующие закладные детали:
– для опирания на колонны;
– для опирания на них стропильных конструкций - в опорных частях и в среднем нижнем узле;
– для опирания плит покрытия - в среднем верхнем узле и на верхних концах приопорных стоек.
Рисунок - опирание стропильной фермы на подстропильную
Балки подкрановые, их назначения, типы
Подкрановые балки (ПКБ) укладывают на консоли колонн, а на них – рельсы, по которым передвигаются мостовые краны. Следовательно, подкрановые балки есть только в зданиях, оборудованных мостовыми кранами.
ПКБ укладывают в продольном направлении, поэтому они также обеспечивают дополнительную пространственную жесткость здания.
По материалу подкрановые балки бывают:
а) металлические;
б) сборные железобетонные имеют длину 6 м и 12 м. Длина подкрановых балок определяется шагом колонн.
Рисунок - Подкрановая балка таврового сечения для шага колонн 6 м
Рисунок - Подкрановая балка двутаврового сечения для шага колонн 12 м
По месту расположения в здании подкрановые балки бывают трех типов:
а) «С» - рядовые, устанавливаемые в средних пролетах;
б) «К» - торцевые, устанавливаемые в крайних пролетах;
в) «Т» - устанавливаемые у температурных швов.
ПКБ этих типов отличаются друг от друга наличием и расположением закладных деталей в местах опирания на консоли колонн.
Следует иметь в виду, что сборные железобетонные ПКБ устанавливают только на железобетонные колонны, т.е. со стальными колоннами их применять нельзя; металлические ПКБ можно устанавливать на железобетонные колонны.
Рисунок - узел крепления подкрановой балки к колонне
В случае, когда шаг крайних и средних колонн не совпадает, устанавливаются балки длиной 6 м в крайних рядах, 12 м – в средних рядах. Так как высота балок различна для шага колонн 6 м и 12 м, то, чтобы верх подкрановых балок находился на одной отметке, консоли средних колонн изготавливаются ниже на 400мм.
К сборным железобетонным колоннам подкрановые балки крепят сваркой закладных деталей и анкерными болтами. После тщательной установки и выверки гайки на анкерных болтах заваривают. В концах подкрановых путей устанавливают стальные упоры – ограничители, которые снабжаются амортизаторами-буферами из деревянного бруса.
Рисунок -узел концевого упора
Рельсы для движения кранов устанавливают на упругую прокладку из прорезиненной ткани для предотвращения деформации подкрановой балки вследствие динамических нагрузок крана и закрепляют парными лапками на зашплинтованных болтах. Лапки располагают через 750 мм.
Рисунок - узел крепления рельса к подкрановой балке