Конструктивная схема одноэтажных каркасных производственных зданий
Каркасные системы весьма рациональны при значительных статических и динамических нагрузках, характерных для промышленных зданий при больших размерах перекрываемых пролетов. Основой каркаса одноэтажного промышленного здания являются поперечные рамы и связывающие их продольные элементы. Поперечная рама каркаса включает в себя стойки (колонны), жестко заделанные в фундаменты, и ригели (фермы и балки), опертые на стойки каркаса (рис. 10.1, а). Продольные элементы включают в себя фундаментные, обвязочные и подкрановые балки, несущие конструкции ограждающей части покрытия и специальные связи (между стойками и между несущими конструкциями покрытия). При шаге колонн каркаса в 12 м и более иногда устраивают подстропильные конструкции (рис. 10.1, б), на которые устанавливают балки или фермы пролетом l с шагом 6, а иногда и 12 м (подробнее см. § 10.4).
Основными видами несущих элементов плоскостных покрытий производственных зданий являются балки, фермы и арки. Подобное покрытие одноэтажного производственного здания состоит из ограждающей конструкции, защищающей помещение от внешних атмосферных воздействий и несущих конструкций, на которые опираются ограждающие. Этим плоскостные покрытия отличаются от пространственных, состоящих из тонкостенных оболочек (складок), совмещающих в себе как несущую, так и ограждающую конструкции. В состав конструкции покрытия одноэтажного каркасного здания входят также фонари и связи. Несущие конструкции покрытий делят на главные стропильные балки, фермы или арки и второстепенные — крупнопанельные кровельные плиты.
Опирание ригелей на стойки может быть жестким или шарнирным. Для сборных конструкций заводского изготовления чаще применяют шарнирное соединение. В этом случае нагрузка, приложенная к одному из элементов, не вызывает изгибающих моментов в другом, что дает возможность независимой типизации ригелей и колонн, упрощает конструкцию стыка и допускает массовое заводское изготовление элементов. В результате конструкции одноэтажных рам с шарнирными узлами оказываются более экономичными, несмотря на то, что изгибающие моменты в них (рис. 10.2, б) больше, чем при жестком соединении элементов (рис. 10.2, а). Конструктивно соединение ригеля с колонной выполняется с помощью анкерных болтов и монтажной сварки опорного листа ригеля с закладной деталью в колонне (рис. 10.2, е).
Основы расчета поперечной рамы. Расчетная схема одноэтажного каркаса из сборных железобетонных элементов в поперечном направлении представляет собой раму с шарнирным соединением ригелей с колоннами (рис. 10.3, о). Заделка колонн в фундаменты стаканного типа считается жесткой. Ригель рамы, имеющий очень большую жесткость, считается недеформируемым. На раму передаются следующие нагрузки: постоянная и временные — снеговая, ветровая и крановая. В особых случаях могут действовать также сейсмические силы (при землетрясениях) и др. Вертикальные нагрузки, действующие на раму, вводят в расчет с их фактическими эксцентриситетами относительно центров тяжести сечений колонн. Ветровую распределенную нагрузку, действующую на конструкции, расположенные выше уровня стоек, при расчете рамы заменяют равнодействующими. В пределах высоты стойки ветровая нагрузка, передаваемая на колонну стен, прикладывается в виде распределенной нагрузки — положительной и отрицательной.
Вертикальные крановые нагрузки, складывающиеся из масс моста крана, тележки и груза, передаются на подкрановую балку через колеса крана. Наибольшее давление на одно колесо крана (рис. 10.3, б) возникает при наиболее близком к колонне положении тележки с грузом; при этом на противоположной стороне крана давление на колесо равно минимальному значению. В расчетах исходят из предположения, что в здании одновременно находятся два мостовых крана. Максимальную вертикальную нагрузку на стойку определяют от двух кранов, расположенных по отношению к раме наиболее невыгоднейшим образом (рис. 10.3, б).
Статический расчет рамы на каждый вид нагрузки производят отдельно, с тем чтобы для каждого расчетного сечения можно было выбрать наиболее невыгодные сочетания усилий. Наиболее удобно расчет вести методом перемещений, каноническое сравнение которого записывается так.
В расчете рам на вертикальные нагрузки (кроме однопролетных рам при крановой нагрузке) практически можно принять перемещение. В этом случае каждая колонна рассматривается отдельно как стойка с несменяемой опорой вверху. При действии нагрузок одновременно на все поперечные рамы здания (например, ветровой нагрузки, массы покрытия и др.) все рамы получают одинаковые горизонтальные перемещения, поэтому каждую плоскую поперечную раму следует рассматривать с учетом одинакового смещения.
При крановой нагрузке в основном загружается одна плоская рама, остальные, препятствуя смещению загруженной рамы (благодаря жесткому покрытию и связям), вовлекают в пространственную работу каркас здания. Для расчета следует выбрать вторую раму блока (считая от торца или деформационного шва), так как она оказывается в наиболее невыгодных условиях. Пространственную работу каркаса учитывают введением в каноническое уравнение коэффициента
Обеспечение пространственной жесткости здания. Жесткость здания в продольном направлении и восприятие продольных горизонтальных нагрузок (давление ветра на торец здания, продольное тормозное усилие крана) обеспечиваются продольными рамами здания (рис. 10.4). Они включают колонны поперечных рам, плиты покрытия, подкрановые балки и вертикальные связи. Последние устанавливают по элементам покрытия и по колоннам. По элементам покрытия связи размещают в крайних пролетах температурного блока (см. ниже) вдоль продольных осей на уровне опорных частей несущих констр\кций покрытия, а в остальных пролетах устанавливают распорки. При скатной кровле и высоте опорной части ригеля до 900 мм эти связи допускается не ставить. Вертикальные связи по колоннам устанавливают в середине температурного блока. В бес- крановых зданиях при высоте от уровня пола до низа несущих конструкций до 7,2 м включительно вертикальные связи по колоннам не ставят.
Деформационные швы. Температурные и усадочные деформации вызывают необходимость разделения железобетонных конструкций температурными (температурно-упадочными) швами на отдельные температурные блоки. Расстояние между этими швами зависит от жесткости конструкций, характера связи их с фундаментами, этажности здания. Наименьшая длина блоков принимается для конструкций, наиболее прочно связанных с основанием (например, для аэродромных и дорожных покрытий), для покрытий и перекрытий зданий длина температурного блока зависит от гибкости колонн и податливости соединений и др. Так. длина блока для монолитных и сборно-монолитных каркасных конструкций отапливаемых зданий равна 50 м, а для сборных каркасных конструкций зданий — 60 м; для железобетонных конструкций одноэтажных зданий эти длины увеличиваются на 20%.
Температурно-усадочные швы осуществляются, как правило, разрезкой всех конструктивных элементов, исключая фундаменты, а именно постановкой спаренных колонн с расстоянием в свету 12...20 мм.
Другой тип деформационных швов — осадочные — разделяют части сооружения, имеющие различную высоту или же опирающиеся на грунты с различными деформационными свойствами. Осадочные швы в отличие от температурно-усадочных разрезают все сооружение вместе с фундаментом. Цель устройства осадочных швов — обеспечить независимую осадку отдельных блоков.