Главная » Книжные издания

1 2 3 4 5 6 7 8 ... 51

3.2. Конструктивные формы каркасов

По способу восприятия горизонтальных воздействий схемы каркасов можно разделить на связевые, рамные и рамно-связевые. Наиболее экономичны и просты в изготовлении и монтаже связевые каркасы. Однако современные повышенные архитектурно-строительные требования, необходимость обеспечения технологической гибкости производственного здания затрудняют использование связевых схем каркасов. Только открытые этажерки решаются обычно по такой схеме. Наиболее распространенная для производственных многоэтажных зданий - рамно-связевая схема с рамами в поперечном направлении и вертикальными связями в продольном направлении здания. Такая схема каркаса удовлетворяет эксплуатационным требованиям и позволяет использовать экономичное сечение колонн в виде двутавра, обеспечивающее простоту рамных узлов сопряжения ригелей с колоннами.

При разработке конструктивной формы каркаса многоэтажного здания требуется решать ряд технико-экономических задач.

1. Обеспечение эксплуатационно-технологических требований с учетом перспективного изменения технологии. В производственных зданиях увеличение шага колонн нередко приводит к заметному росту эффективности производства, чем окупается некоторый дополнительный расход стали. Компактность габаритов сечений элементов каркаса оправдана увеличением полезного объема здания. Однако при этом необходимо считаться и с тем, что наличие вертикальных связей, распорок, вспомогательных элементов каркаса в некоторых случаях может ухудшить объемно-планировочные решения зданий.

2. Выбор материала каркаса (сталь или железобетон) производится на основании сравнения стоимости вариантов каркасов, выполненных из различных материалов. При этом, помимо сопоставления основных технико-экономических показателей, необходимо учитывать следующие особенности. Стальной каркас значительно легче железобетонного, благодаря чему упрощаются транспортные, такелажные и монтажные работы; при стальном каркасе просто решаются узлы крепления трубопроводов, технологического оборудования, пути подвесного транспорта; размеры температурных блоков здания со стальным каркасом значительно больше, чем в зданиях с железобетонным каркасом. При изменении технологического процесса и необходимости реконструкции здания стальной каркас сравнительно легко может бьггь перестроен и усилен применительно к новой технологии. К недостаткам стальных каркасов относится необходимость дополнительных затрат на их огнезащиту в зданиях пожароопасных категорий. Применение огнезащитных красок, использование спринклерных установок может несколько снизить эти затраты.

3. Наиболее широкое использование связевых схем. Во всех случаях, если это позволяют объемно-планировочные решения и условия производства, следует предусматривать вертикальные связи. Они могут бьггь установлены в зонах глухих перегородок, лестничных и лифтовых шахт, по наружным рядам колонн.

4. Обеспечение пространственной работы каркаса. Междуэтажные перекрытия, образующие жесткие горизонтальные диски, обеспечивают пространственную работу каркаса и позволяют уменьшить число связей и рам, что создает большую свободу объемно-планировочных решений.

5. Сокращение числа монтажных элементов, их укрупнение, создание крупных монтажных блоков. Наличие башенных кранов и мобильных гусеничных кранов большой грузоподъемности обеспечивает установку в проектное положение элементов значительной массы на большую высоту. Укрупнение элементов каркаса в плоские пространственные блоки больших размеров позволяет не только ускорить монтаж, но и упростить и облегчить конструкцию каркаса.



Примером такого решения может служить каркас производственного здания, представленного на рис.3.4, в котором предусмотрены спепиальные узловые вставки, позволившие вести монтаж перекрытий крупными блоками размером 12x12 м.

60, ш

продольный разрез

50500

х|х

44,500

1 1

}

23,500

±0,000

-0 700\

, 12000

0>i 12000 = 120000

, 12000

60,500

поперечный разрез

17,500

±0000

-0,700

6000

Jx 12000 = 60000

С) (

6000

11,500

600с 6001 6000

) Г) с

Рис.3.4. Стальной каркас корпуса производства нитроаммофоски

6. Унификапия элементов каркаса, позволяющая снизить трудоемкость изготовления и монтажа конструкпии, а также стоимость строительства. В этих пелях следует принимать шаги колонн кратными 6 м, пролеты - кратными 3 м, высоты этажей - кратными 0,6 м.

7. Обеспечение необходимой жесткости каркаса. При недостаточной жесткости каркаса может нарушаться пелостность внутренних перегородок и отделочных покрытий, осложняется нормальная работа лифтов; колебания зданий могут быть чувствительны для людей. Как показывает опыт эксплуатапии многоэтажных зданий, необходимая жесткость обеспечивается, если горизонтальное смещение верха здания от нормативной ветровой нагрузки не превышает 1/500 высоты здания.



На рис.3.5 и 3.6 приведены графики расхода стали на рамно-связевый каркас для четырехэтажных зданий с высотой этажа 4,8 м, шагом колонн 6 м и пролетами 6, 9 и 12 м, с перекрытиями из сборных железобетонных плит. Ориентировочное распределение массы металлического каркаса по его элементам приведено в табл.3.1.

.. 60

5 10 15 20 25

35 40 кН/м^

Рис.3.5. Зависимость расхода стали на 1 м^ развернутой площади на каркас четырехэтажного здания от временной нормативной распределенной нагрузки на перекрытия


Рис.3.6. Зависимость расхода стали на 1 м^ развернутой площади на каркас четырехэтажного здания от пролета

Таблица 3.1. Относительный расход стали на элементы каркаса, %

Многоэтажные здания

Элемент

со сборными железобетонными плитами перекрытий

с монолитными железобетонными плитами перекрытий

Открытые этажерки

Колонны

50-37

42-28

37-57

32-43

Балки

15-25

Связи и распорки по колоннам

Металлический настил

Другие элементы

Итого

Связевая схема каркаса (рис.3.7) позволяет крепить ригели перекрытий к колоннам шарнирно. Однако, в панелях с вертикальными связями из-за больших усилий в ригелях, являющихся одновременно распорками связевых ферм, неизбежно жесткое закрепление ригелей к колоннам, что вызывает в них и в опорных сечениях ригелей дополни-


Рис.3.7. Схема связей а - раскосная, 6 - крестовая, в - полураскосная



.1414 1 I /ТГГ/

тельные изгибающие моменты, подлежащие учету как в самих колоннах, так и в узлах сопряжения ригеля с колонной. При крестовой или раскосной системе связей (рис.3.7й,б) эти моменты из-за больших пролетов ригелей и больших вертикальных нагрузок на них значительны, что может привести к заметному утяжелению каркаса. При крестовых связях к тому же возникают дополнительные усилия в элементах связей от обжатия колонн.

Наиболее рапиональная схема связей в открытых этажерках - полураскосная (рис.3.7в). При этой схеме вдвое уменьшается пролет ригелей и существенно снижаются изгибающие моменты в ригелях и колоннах, что позволяет упростить и узел сопряжения ригеля-распорки с колонной, выполняя его на одной фасонке с раскосами.

При полураскосной системе связей можно пренебречь по малости дополнительными усилиями в элементах связей от обжатия колонн. В полураскосных связях раскосы выгодно располагать нисходящими, чтобы от вертикальных нагрузок они бьши растянуты. Однако часто приходится проектировать их восходящими из-за необходимости устройства 1-1 проходов. Особенно пелесооб-

разна полураскосная система связей в поперечных связевых фермах этажерок. В продольных плоскостях балки-распорки обычно не являются главными балками, поэтому наиболее распространенная система продольных связей в производственных многоэтажных зданиях и в открытых этажерках - крестовая с растянутыми раскосами или в виде порталов, обеспечивающих проходы в связевых панелях.

Па рис. 3.8 представлена весьма экономичная схема связевого пространственного каркаса с шахматным расположением поперечных вертикальных ферм, образующих пространственную связевую систему. Такой каркас имеет до 20 % меньшую массу, чем традипионный рамно-связевой каркас. Эта схема применима при коридорной планировке и наличии поперечных перегородок, в толще которых размещаются междуэтажные вертикальные фермы.

В рамных и рамно-связевых каркасах в пелях экономии стали и улучшения архитектурно-планировочных решений рекомендуется:

использовать технические этажи для размещения в них ферм-ригелей, что позволяет сократить расход стали благодаря передаче вертикальных и горизонтальных усилий на фермы большой высоты (рис.3.9);

применять шахматное расположение сборных плит перекрытий, позволяющее унифипировать ригели каркаса, вследствие равномерного распределения нагрузки на ри-

\к л

м

Рис.3.8.Связевый каркас с шахматным расположением поперечных вертикальных ферм

Рис.3.9. Рамный каркас с фермами-ригелями, располагаемыми в технических этажах



ппппппппппп

nnnnnnnnnnn

ппппппппппп

ппппппппппп

ппппппппппп

ппппппппппп

77 77 , 3 X 12000

План перекрытия

гели (рис.3.10); такая схема 1-1

применима при равенстве пролетов здания и шагов колонн;

использовать в качестве ригелей балки со сквозной стенкой, что позволяет не только снизить расход стали, но и уменьшить высоту этажей в результате использования отверстий в стенках ригелей для пропуска различных коммуникаций;

применять в качестве ригелей и балок бистальные сварные двутавры с полками из низколегированной стали и стенками из углеродистой стали;

использовать в каркасах широкополочные горячекатаные двутавры типов Б, Ш и К.

Конструктивное решение перекрытий определяется типом настила. В качестве настила используются сборные железобетонные плиты, монолитный железобетон, рифленая сталь, стальной просечно-вытяжной настил. Строительная высота перекрытий заметно влияет на экономические показатели здания, поэтому вполне оправдано опирание железобетонного настила в одном уровне с верхними поясами ригелей, хотя в этом случае значительно усложняются ригели из-за необходимости устройства дополнительных опорных конструкций ниже верхних поясов ригелей для железобетонных плит перекрытий (рис.3.11) и обеспечения восприятия возможных крутящих моментов при односторонней загрузке ригелей.

3 X 12000

Рис.3.10. Рамный каркас с шахматным расположением плит перекрытий



Рис.3.11. Узлы опирания железобетонных нлит перекрытия на ригели



в качестве настила перекрытий рекомендуется комбинированная железобетонная плита с внешним армированием стальным профилированным листом. Совместная работа листа с бетоном достигается благодаря спепиальным выштамповкам в профилированном листе. Последний одновременно выполняет роль опалубки и потолка. Наилучшие показатели по расходу стали и стоимости имеют конструкпии перекрытий с применением листа П8ОА-674-09 с рифами.

В настоящее время промышленностью освоен только лист с рифами П80А-674-1 по ТУ 67-452-82. Лист пелесообразно укладывать широкими полками вниз. Плиты над опорами рекомендуется дополнительно армировать в верхней растянутой зоне. В качестве ригелей и вспомогательных балок рекомендуются в этом случае балки со сквозной стенкой, получаемые из прокатных балок несимметричного сечения с развитым нижним поясом. Вместе с комбинированной плитой перекрытия они образуют комплексные сталебетонные балки. Вместо балок со сквозной стенкой могут быть использованы прокатные балки или сварные бистальные двутавровые балки несимметричного сечения с развитым нижним поясом. Совместная работа ригелей с плитой обеспечивается вертикальными анкерами (штырями), привариваемыми спепиальными пистолетами к верхнему поясу ригелей. В качестве анкеров могут быть использованы обрезки труб. Приварка их к поясу ригеля осуществляется с помощью спепиального оборудования (авторское свидетельство № 1310486 А1).

3.3. Нагрузки

Нагрузки на каркасы - постоянные, временные длительные и кратковременные (в том числе возникающие в пропессе строительства), снеговые, ветровые, а также температурные климатические воздействия - принимают в соответствии с указаниями СПиП 2.01.07-85 Нагрузки и воздействия , по технологическим заданиям и по архитектурно-строительной части проекта; сейсмические воздействия - по СПиП II-7-81* ( Строительство в сейсмических районах ). Взрывные воздействия и нагрузки, вызываемые возможными нарушениями технологического пропесса и временной неисправностью или поломкой оборудования, а также вероятные сочетания технологических нагрузок учитываются в соответствии с технологическим заданием на проектирование. Нагрузки от кранов и различных транспортных средств принимаются по технологическим заданиям, соответствующим стандартам и нормалям заводов-изготовителей.

Коэффипиенты надежности по нагрузке, коэффипиенты сочетания нагрузок, динамические коэффипиенты крановых нагрузок назначают в соответствии с указаниями СПиП 2.01.07-85. Динамическое воздействие нагрузок от оборудования в сочетании с другими нагрузками учитывается в соответствии с указаниями нормативных документов по проектированию фундаментов и несущих конструкпии под машины с динамическими нагрузками. Все данные по нагрузкам и соответствующие коэффипиенты следует включать в состав проекта каркаса.

В связи со сложностью учета действительного расположения оборудования, возможной модернизапией производства производственные многоэтажные здания рассчитывают, как правило, на воздействия эквивалентных нагрузок на перекрытия, включающих в себя вес оборудования, временных перегородок, нагрузку от людей. В этом случае нагрузки принимаются как длительные. Временная эквивалентная нагрузка на перекрытия производственных многоэтажных зданий для плит перекрытий принимается не менее 4кП/м2, для остальных конструкпии - не менее 3 кП/м^. При расчете ригелей, балок, колонн, фундаментов и оснований производственных зданий распределенную нагрузку следует принимать с учетом понижающих коэффипиентов по пп.3.8 и 3.9 СПиП 2.01.07-85.



Открытые этажерки проектируются под заданное оборудование и кратковременная распределенная нагрузка для них включает в себя вес людей на перекрытиях, массу материалов и оборудования при ремонте аппаратов. В большинстве случаев нормативная нагрузка назначается 4 и 2кН/м2. Ввиду того, что полная загрузка больших площадей перекрытий этой нагрузкой исключается, при расчете главных балок и ригелей временная распределенная нагрузка для них также принимается с учетом указанных понижающих коэффициентов. Еще менее вероятна полная загрузка всех перекрытий этажерки. К тому же нагрузка от оборудования и материалов при ремонте аппаратов составляет часть веса самих аппаратов, поэтому суммарная нагрузка на колонны при ремонте практически не меняется.

Нагрузка от заполнения оборудования (аппаратов) может иметь два значения: одно - в период эксплуатации и другое - во время испытания. Как правило, во время испытания аппарат заполняется полностью, поэтому число одновременно испытываемых аппаратов следует ограничивать одним-двумя, что должно быть отражено в технологическом задании. Нагрузка от трубопроводов должна бьггь задана в виде сосредоточенных вертикальных и горизонтальных сил, учитывающих вес самих труб с изоляцией и заполнением, а также от их температурных деформаций. Динамические воздействия оборудования вызывают крайне нежелательные колебания конструкций этажерки, поэтому во всех случаях следует рассмотреть возможность переноса механизмов вниз с опиранием на свои фундаменты. Конструкции здания при опирании на них механизмов должны быть достаточно жесткими, чтобы максимальная амплитуда колебаний их не превышала предельного нормативного значения, указанного в Санитарных нормах проектирования промышленных предприятий .

Монтажные нагрузки подразделяются на нагрузки при монтаже самих конструкций и нагрузки при монтаже оборудования (аппаратов). Обе эти группы нагрузок действуют в разное время и должны быть соответственно учтены при проектировании конструкций здания. Открытые этажерки в некоторых случаях монтируют крупными пространственными блоками. Нри этом в проектах следует указывать все места строповок и максимальные силы в этих местах. В проекте должны бьггь проверены расчетом всевозможные положения монтируемых блоков при их монтаже.

Если предусматривается монтаж этажерки ползучим краном, то в проекте указывают все места стоянок этого крана и максимальные нагрузки от него, а также нагрузки, возникающие при перемещении ползучего крана. Кроме того, должны быть заданы места подвески такелажного оборудования, нагрузки от него и пути перемещения оборудования (аппаратов) по перекрытиям, а также возможные положения его при монтаже и соответствующие им нагрузки. Как правило, конструкции должны воспринимать все нагрузки без дополнительного их усиления на монтаже. Нри учете воздействия монтажных нагрузок ветровая нагрузка принимается в размере 25 %.

Ветровая нагрузка на открытые этажерки должна определяться как сумма статической и динамической составляющих. Для производственных многоэтажных зданий высотой до 40 м учитывается только статическая составляющая ветровой нагрузки. Нормативные значения статической и динамической составляющих ветровой нагрузки для многоэтажных зданий высотой более 40 м и для открытых этажерок определяются по п.6 СНиН 2.01.07-85. Нри этом коэффициент лобового сопротивления ветра принимается 1,4.

Нри определении ветровой нагрузки на открытые этажерки коэффициенты уменьшения ветрового напора т| на элементы и аппараты, расположенные за лобовым, следует принимать по табл.3.2 и 3.3. Нри вычислении динамической составляющей ветровой нагрузки для открытых этажерок с равномерно распределенной



массой и постоянной по высоте шириной допускается рассматривать только первую форму собственных колебаний. Период собственных колебаний этажерки можно определять по приближенной формуле

Т, = 0,lV7 с.

(7.1)

где/- горизонтальный прогиб этажерки в уровне верхнего перекрытия, см, от суммы всех расчетных нагрузок, действующих на этажерку, условно приложенных в уровне верхнего перекрытия.

Таблица 3.2. Коэффициент уменьшения ветрового напора для ряда параллельных балок, ребер перекрытий и других элементов

Схема

10 и более

Направление ветра

т

Перекрытие

Примечание. Коэффициенты г| даны для второй и последующих балок; для первой балки 11=1.

Таблица 3.3. Коэффициент снижения аэродинамического коэффициента для аппаратов, расположенных в ряд в направлении ветра

Схема

6 и более

Направление ветра d

0,92

0,67

Примечание. Коэффициенты г| даны для второго и последующих аппаратов; для первого аппарата г|=1.

При расчете горизонтальных дисков перекрытий, передающих все промежуточные горизонтальные нагрузки на основные несущие конструкции каркаса (вертикальные связевые фермы или рамы), следует кроме горизонтальных нагрузок от ветра, оборудования и сейсмических нагрузок добавлять горизонтальные нагрузки, вызванные перекосами колонн (отклонениями от вертикали) в результате погрешностей при монтаже. Пемного в запас прочности значения этих нагрузок можно принять равными 1/100 нормальной силы в колонне. При большом числе колонн вероятность перекосов всех колонн в одну сторону уменьшается, что может

быть учтено снижающим коэффициентом ijlfn , где п - число колонн, дающих дополнительную нагрузку на диск перекрытия.

ЛИТЕРАТУРА

Троицкий П.Н. Промышленные этажерки. -М.: Стройиздат, 1965.



О

ГЛАВА 4

КОЛОННЫ ОДНОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ

4.1. Классификация колонн

В одноэтажных производственных зданиях применяют колонны трех типов [1]: постоянного сечения, ступенчатые и раздельные (рис.4.1). Стержень колонны или ее части могут бьггь выполнены сплошностенчатым (сплошным) или решетчатым (сквозным). Сквозные колонны более экономичны по расходу стали, но трудоемки в изготовлении. При высоте сечения колонны 1500 мм и более снижение металлоемкости вносит больший вклад в общую стоимость, чем повышение трудозатрат при изготовлении. Однако высокая стоимость стали в настоящее время может сместить границу рационального применения сквозных колонн до размера поперечного сечения с высотой 1200 мм.

Колонны постоянного сечения используют в зданиях бескрановых, с подвесным транспортом и с мостовыми электрическими кранами общего назначения грузоподъемностью б<20т. Колонна состоит из стержня, оголовка, подкрановой консоли и базы.

Общая длина колонны складывается из высоты здания Hq, величины заглубления базы и высоты опорной части фермы (при жестком сопряжении ригеля с колонной). Высота здания Щ от уровня пола до низа стропильных ферм, в свою очередь, состоит из двух размеров:

из отметки головки подкранового рельса, которая определяется технологическими требованиями производственного процесса, и габарита мостового крана. Этот габарит, принимаемый обычно кратным 200 мм, включает в себя: высоту крана (установленное стандартом или заводским паспортом расстояние от головки рельса до крайней верхней точки тележки крана); безопасный зазор 100 мм между краном и стропильными конструкциями; возможный прогиб конструкций покрытия, принимаемый 200 - 400 мм. Размер Hq в соответствии с Основными положениями по унификации назначается кратным 1,2 м до высоты 10,8 и кратным 1,8 - при большей высоте. В некоторых случаях допускается при обосновании принимать этот размер кратным 0,6 м.

Высота сечения колонны по условию жесткости должна быть не менее 1/20 высоты здания Hq и увязана с размерами стального проката с учетом унифицированных привязок наружных граней колонн к продольным разбивочным осям здания.

1ЦГ-а


О

Рис.4.1. Типы колопп а - постояппого сечепия; б - ступенчатая; в - раздельная



Ступенчатые колонны (рис.4.1) являются массовыми для колонн одноэтажных зданий. Подкрановая балка опирается на уступ нижней части колонны и располагается по оси подкрановой ветви. При двухъярусном расположении кранов колонны могут иметь дополнительную консоль в верхней части колонны, либо два уступа (двухступенчатые колонны). В необходимых случаях, оговоренных в Правилах устройства и безопасной эксплуатапии грузоподъемных кранов , следует предусмотреть проход между краном и внутренней гранью верхней части колонны, либо организовать его через проем в стенке колонны.

Размеры по высоте ступенчатых колонн определяются аналогично колоннам постоянного сечения. Высоту поперечного сечения верхней части из условия жесткости предварительно принимают не менее 1/12 ее длины от верха уступа до низа стропильной фермы. Высоту сечения нижней части колонны из условия жесткости пеха в поперечном направлении назначают не менее 1/20 i?, а в пехах с интенсивной работой кранов (JK- К) - не менее 1/15Н, где Н - расстояние от верха фундамента до низа стропильной фермы.

При назначении высоты сечения нижней части колонны необходимо обеспечить зазор между краном и верхней частью колонны не менее 75 мм. При устройстве прохода следует добавить еще 450 мм (400 мм на габарит прохода и 50 мм на ограждение). Если требуемая по условию жесткости высота поперечного сечения верхней части колонны не позволяет обеспечить проход вне колонны, то его организуют через проем шириной 400 мм и высотой 1800 мм в стенке верхней части колонны, высоту сечения которой в этом случае принимают не менее 1000 мм. Окончательные размеры сечений верхней и нижней частей колонны должны быть увязаны с модулем пролетов кранов 500 мм и привязками наружных граней колонн к координапионным осям здания 250 мм или 500 мм.

Колонны раздельного типа имеют шатровую ветвь и гибко связанную с ней подкрановую ветвь. Шатровая ветвь работает в системе поперечной рамы и воспринимает все нагрузки, кроме вертикального давления мостового крана, поддерживаемого подкрановой ветвью. Подкрановая ветвь связана с шатровой гибкими в вертикальной плоскости горизонтальными планками, поэтому она воспринимает только вертикальное усилие от мостовых кранов. Применение колонн раздельного типа рапионально в случае низкого расположения кранов большой грузоподъемности или при реконструкпии.

4.2. Расчет и конструирование стержня колонны

4.2.1. Общие положения. Высокий уровень напряжений в стальных конструкпи-ях требует выполнения расчета на устойчивость рамы в физически нелинейной постановке. Решение такой задачи возможно численными методами, если известны размеры поперечных сечений и задана опасная комбинапия нагрузок. Понятно, что перебор сочетаний нагрузок при наличии в программе машинного расчета вложенных игерапионных пиклов приведет к затратам огромных вычислительных ресурсов, поэтому в проектной практике используется инженерный метод расчета, основанный на применении аппарата расчетных длин.

Исходя из очевидного утверждения, что рама не может быть устойчивой, если не устойчива колонна, постулируется обратное: устойчивость рамы обеспечена, если обладают устойчивостью ее элементы. При этом предполагается, что граничные условия отдельных элементов соответствуют условиям их работы в системе поперечной рамы. Па основании этого задача проверки рамы на устойчивость сводится к определению расчетных длин ее стоек с последующим обеспечением их устойчивости соответствующим подбором поперечных сечений. С этой пелью из



1 2 3 4 5 6 7 8 ... 51