Железобетонный каркас

Лекция 7.

Железобетонный   каркас

Рамные железобетонные каркасы являются основной несущей конструкцией одноэтажных производственных зданий и состоит из фундаментов, колонн, несущих конструкций покрытий (балок, ферм) и связей. Железобетонный каркас может быть монолитным и сборным. Преимущественное распространение получил сборный железобетонный каркас из унифицированных элементов заводского изготовления. Такой каркас наиболее полно удовлетворяет требованиям индустриализации.

Для создания пространственной жесткости плоские поперечные рамы каркаса в продольном направлении связывают фундаментными, обвязочными и подкрановыми балками и панелями покрытия. В плоскостях стен каркасы можно усилить стойками фахферка, иногда называемого стеновым каркасом.

Выбор рационального типа, формы и надлежащих размеров фундаментов существенно влияет на стоимость здания в целом.

Фундаменты железобетонных колонн

Бетонные и железобетонные фундаменты следует выполнять монолитными и сборно-монолитными.

Рекомендуемые материалы

В фундаментах предусматривают уширенные отверстия – стаканы, имеющие форму усеченной пирамиды, для установки в них колонн. Дно стакана фундамента располагают на 50 мм  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.

Размеры фундаментов определяют по расчету в зависимости от нагрузки и грунтовых условий. Возможны несколько вариантов конструктивных решений фундаментов и опирающихся на них колонн:

1. Фундаменты назначают разной высоты с учетом отметок их заложения, а колонны – одной высоты.

2. Фундаменты принимают одной высоты, а колонны – разной в зависимости от изменения отметок заложения фундаментов.

3. Фундаменты в местах перепадов отметок их заложения возводят с применением специальных вставок и подколонников, колонны же устраивают равной высоты, назначаемой по наименьшей отметке заложения фундаментов.

Фундаменты производственных зданий при соответствующем технико-экономическом обосновании устраивают свайными. Для производственных зданий рекомендуется применять следующие виды свай: забивные (без поперечного армирования), составные, пирамидальные, ромбовидные, булавовидные, свай-колонны, буронабивные и др. Такое решение конструкций фундаментов дает возможность вести строительство без отрывки котлованов, что сокращает сроки строительства, исключает осадки грунта и пола здания, обеспечивает возможность монтажа оборудования сразу же после окончания устройства фундамента.

Фундаментные балки предназначены для опирания наружных и внутренних стеновых конструкций на отдельно стоящие фундаменты каркаса.

Для опирания фундаментных балок применяют бетонные столбики, устанавливаемые на цементном растворе на горизонтальные уступы башмаков или на фундаментные плиты. Установка стен на фундаментные балки кроме экономических, создает эксплуатационные преимущества – упрощается устройство под ними возможных подземных коммуникаций. Для защиты фундаментных балок от деформаций, вызванных увеличением объема при замерзании грунтов, и для исключения возможности промерзания пола вдоль стен, их засыпают с боков и снизу шлаком. Между фундаментной балкой и стеной по поверхности балки укладывают гидроизоляцию, состоящую из двух слоев рулонного материала на мастике. Вдоль фундаментных балок на поверхности грунта устраивают тротуар или отмостку. Для стока воды тротуарам или отмосткам придают уклон 0,03 – 0,05 от стены здания.

Колонны

В одноэтажных промышленных зданиях применяют обычно унифицированные сплошные железобетонные одноветвевые колонны прямоугольного сечения и сквозные двухветвевые.

Прямоугольные унифицированные колонны могут иметь размеры сечения 40х400, 400х600, 400х800, 500х500, 500х800 мм.

Двухветвевые – 500х1000, 500х1400, 600х1900 мм и др.

Железобетонные колонны одноэтажных зданий могут быть бесконсольными – для зданий без мостовых кранов и с консолями – для опирания подкрановых балок. При необходимости иметь большую жесткость здания вместо прямоугольных одноветвевых колонн применяют двухветвевые. Высоту колонн подбирают в зависимости от высоты (Н) и глубины их заделки (а) в стакан фундамента. Заделка колонн ниже нулевой отметки в зданиях без мостовых кранов равна, а в зданиях с мостовыми кранами – 1,0 м для одноветвевых колонн прямоугольного сечения; 1,05 и 1,35 м соответственно для двухветвевых колонн.

Для одноэтажных производственных зданий применяют также центрифугированные колонны. По сравнению с прямоугольными железобетонными центрифугированные колонны кольцевого сечения при равной жесткости обычно имеют в два раза меньшую площадь поперечного сечения.

При необходимости усиления основного каркаса применяют колонны вспомогательного каркаса. Он предназначен для восприятия значительных ветровых нагрузок и массы стенового заполнения при значительной его высоте и протяженности.

Для зданий высотой 10,8 и 12,6 м фахферковые колонны приняты из железобетона прямоугольного сечения 400х600 мм; выше 12,6 м – из железобетона с металлическим оголовком.

Для укладки подкрановых балок на колоннах устраивают подкрановые консоли. Верхнюю надкрановую часть колонны, поддерживающую несущие элементы покрытия (балки или фермы), называют подколонником.

Для крепления несущих элементов покрытия к колонне в верхнем ее торце закрепляют стальной закладочный лист. В местах крепления к колонне подкрановых балок и стеновых панелей располагают стальные закладные детали. Колонны с элементами каркаса сопрягают сваркой стальных закладных деталей с последующим их обетонированием. Так же крепят наружные стеновые панели.

Связи между колоннами

Вертикальные связи, расположенные по линии колонн здания, создают жесткость и геометрическую неизменяемость колонн каркаса в продольном направлении. Их устраивают для каждого продольного ряда в середине температурного блока. Температурным блоком называют участок по длине здания между температурными швами или между температурным швом и ближайшей к нему наружной стеной здания.

В зданиях малой высоты (при высоте колонн до 7-8 м) связи между колоннами можно не устраивать. В зданиях большей высоты предусматривают крестовые или портальные связи. Крестовые связи применяют при шаге 6 м, портальные – 12 м. Их выполняют из прокатных уголков и соединяют с колоннами путем сварки косынок крестов с закладными деталями.

В цехах значительной высоты и особенно с тяжелым режимом работы кранов повышаются требования, предъявляемые к жесткости и надежности вертикальных связей между колоннами.

Подкрановые балки предназначены для опирания крановых рельсов, по которым перемещаются электрические мостовые краны. Эти балки являются также продольными элементами каркаса здания и повышают его пространственную жесткость.

Применяют предварительно напряженные железобетонные подкрановые балки пролетом 6 и 12 м и высотой 800-1000 мм при шаге колонн 6м и 1400-2000 мм при шаге 12 м. Используют также и стальные подкрановые балки.

Плоские несущие конструкции покрытий

К ним относят балки, фермы, арки и подстропильные конструкции. Несущие конструкции покрытия изготавливают из сборного железобетона, стали, дерева. Тип несущих конструкций покрытия назначают в зависимости от конкретных условий – величины перекрываемых пролетов, действующих нагрузок, вида производства, наличия строительной базы.

Железобетонные балки покрытий

В качестве несущий конструкций в ряде случаев используют железобетонные предварительно напряженные балки пролетом до 12 м для односкатных и малоуклонных покрытий.

Двускатные решетчатые пролетом 12-18 м.

Односкатные балки предназначены для зданий с наружным водоотводом, двускатные можно применять в зданиях как с наружным, так и с внутренним водоотводом. Уширенную опорную часть балки прикрепляют к колонне шарнирно посредством анкерных болтов, выпущенных ихз колонн и проходящих через опорный лист, приваренный к балке.

Железобетонные фермы и арки покрытий

Очертание фермы покрытия зависит от вида кровли, расположение и формы фонаря и общей компоновки покрытия. Для зданий пролетом 18 м и более применяют железобетонные предварительно напряженные фермы из бетона марки 400, 500 и 600. Фермы предпочтительнее балок при наличии различных санитарно-технических и технологических сетей, удобно располагаемых в межфермерном пространстве, и при значительных нагрузках от подвесного транспорта и покрытий.

В зависимости от очертания верхнего пояса различают фермы сегментчатые, арочные, с параллельными поясами и треугольные. Для пролетов 18  и 24 м применяют раскосные фермы сегментного очертания, а также типовые безраскосные фермы при скатной и малоуклонной кровлях.

В некоторых случаях для покрытия большепролетных производственных зданий применяют сборные железобетонные арочные конструкции.

Подстропильные конструкции предназначены для опирания стропильных балок или ферм, когда шаг колонн превышает шаг основных несущих конструкций покрытия. Подстропильные балки и фермы применяют пролетом 12 м. При укрупненном шаге колонн возможно использование подстропильных конструкций с большим пролетом. Для опирания стропильных балок в середине пролета на нижней полке подстропильной фермы имеются банкетки.

Стальной  каркас

Стальные каркасы применяют в цехах при крупных пролетах и значительных крановых нагрузках при строительстве предприятий металлургии, машиностроения и др.

Колонны, балки, стропильные, подстропильные конструкции выполняют с применением широкополочных двутавров и тавров.

По своей конструктивной схеме стальной каркас в целом подобен железобетонному и представляет собой основную несущую конструкцию промышленного здания, поддерживающую покрытие, стены и подкрановые балки, а в некоторых случаях – технологическое оборудование и рабочие площадки.

Основными элементами несущего стального каркаса, воспринимающими почти все действующие на здание нагрузки, являются плоские поперечные рамы, образованные колоннами и стропильными фермами (ригелями).

На поперечные рамы, расставленные согласно принятому шагу колонн, опирают продольные элементы каркаса – подкрановые балки, ригели стенового каркаса, прогоны покрытия и, в некоторых случаях, фонари.

Пространственная жесткость каркаса достигается устройством связей в продольном и поперечном направлениях, а также (при необходимости) жестким закреплением ригеля рамы в колоннах.

В многопролетных зданиях при потребности расположения средних колонн через 12 м, промежуточные стропильные фермы опираются на подстропильные фермы.

Фундаменты и базы стальных колонн

Под стальные колонны устраивают отдельно стоящие ступенчатые железобетонные фундаменты, которые заглубляют в грунт. Отметка верха фундамента в зависимости от типа колонн может быть принята 0,70 м  или 1,0 м.

Надежное закрепление анкерных болтов в фундаменте достигается посредством сцепления их с бетоном при заделке на определенную глубину. По аналогии с железобетонным каркасом для восприятия нагрузки от наружных стен между отдельными фундаментами укладывают сборные железобетонные фундаментные балки. Для защиты от коррозии нижней опорной части стальных колонн поверхности их, соприкасающиеся с грунтом, необходимо тщательно обетонировать.

Нижняя часть колонны имеет башмак (базу), который служит для передачи и распределения давления от стержня стальной колонны на площадь фундамента, а также обеспечивает закрепление нижнего конца колонны в фундаменте.

Применяют два основных типа баз – шарнирные и жесткие.

Шарнирные базы используют для центрально-сжатых, значительно нагруженных колонн с передачей усилий на толстую опорную плиту. Нагрузка передается через траверсу равномерно.

Жесткие базы, как правило, устраивают во внецентрально-сжатых колоннах, и размеры траверс приходится увеличивать в направлении действия изгибающего момента. Траверсы выполняют из листов толщиной 10-12 мм или швеллеров.

Колонны

Стальная колонна состоит из следующих элементов:

1) стержня, являющегося основной несущей частью колонны;

2) оголовка, выполняющего функцию опоры для расположенных выше конструкций и предназначенного для распределения нагрузки по сечению стержня;

3) базы (башмака), посредством которой стержень колонны надежно присоединяется к фундаменту и сосредоточенная нагрузка от нее распределяется по поверхности фундамента.

По характеру передачи нагрузки различают центрально- и внецентрально-сжатые колонны. В каркасах промышленных зданий широко применяют внецентрально-сжатые колонны, входящие в систему поперечных рам.

В поперечных конструкциях цеха можно применить следующие колонны с различной конструктивной системой стержня: постоянного сечения с консолью – для цехов с мостовыми кранами, как правило, малой грузоподъемности; переменного сечения (ступенчатые); сплошные и решетчатые (сквозные), которые наиболее широко применяют для самых тяжелых крановых нагрузок.

В стержнях пристенных колонн этого типа различают внутреннюю подкрановую ветвь, воспринимающую давление от крана, и наружную шатровую.

Колонны раздельного типа применяют в цехах с тяжелой нагрузкой высотой до 18 м. С помощью горизонтальных планок крановую стойку соединяют с шатровой колонной.

Подкрановые балки

Стальные подкрановые балки обычно применяют разрезные, сплошные или решетчатые.

Высота подкрановой балки составляет 1/6 – 1/12 пролета. Для кранов малой грузоподъемности изготовляют сплошные балки, обычно из прокатного двутавра с усиленным верхним поясом для восприятия горизонтальных усилий торможения крана; применяют также балки составного сечения на сварке для кранов большой грузоподъемности. При длине 18 м и более рациональны решетчатые подкрановые балки в виде ферм.

Ещё посмотрите лекцию "6 Травмы лор органов. Инородные тела. Оказание неотложной помощи" по этой теме.

Для крановых путей применяют железнодорожные рельсы специального профиля. Выбор типа кранового рельса и его крепления к подкрановой балке зависит от грузоподъемности, режима работ и от типа ходовых колес крана. Крепление рельсов к  подкрановым балкам, как правило, выполняют подвижным, т.е. допускающим выправление пути. Крановые рельсы профиля КР крепят с помощью специальных лапок. При узком поясе стальной балки железнодорожные рельсы крепят через каждые 500-700 мм специальными крюками.

Стальные балки и фермы покрытия

Простейшим видом стальных несущих конструкций покрытия являются прокатные или составные балки пролетом 12 и 18 м. При больших пролетах рационально применять типовые стальные фермы. Их различают по характеру очертания поясов: полигональные, с параллельными поясами, а также треугольные.

В промышленных зданиях с рулонной кровлей используют фермы трапециидального очертания. Для малоуклонных покрытий применяют фермы с параллельными поясами. При необходимости создать крутые уклоны (более 20%) используют треугольные фермы. Наиболее часто применяют унифицированные пролеты стальных ферм покрытий зданий, равные 18, 24, 30, 36 м. Для упрощения изготовления проведена унификация геометрических схем и размеров (пролет и высота) ферм. Элементы фермы соединяют в узлах, как правило, на сварке с помощью фасонок (косынок) из листовой стали, располагаемых между парными уголками. Фермы к стальным колоннам крепят сбоку.

Применяют также металлические трубчатые фермы с узловыми соединениями без использования фасонок. Несущие конструкции компонуют в блоки (настил, прогоны, подстропильные и стропильные фермы) и используют профилированный настил.