Строительное производство

Строительное производство

Основы строительного производства

Строительное производство RSS Feed
 
 
 
 

Современные несущие конструкции

Sovremennye-nesushchie-konstrukciiПосле железобетона второе место по объему применения в промышленном строительстве РФ занимает сталь. Стальные несущие конструкции используют, как правило, в одноэтажных производственных зданиях при пролетах более 24 м и высоте более 16 м. В массовом строительстве распространены типовые стальные стропильные и подстропильные фермы, запроектированные из прокатных уголковых профилей.

Особое место среди несущих конструкций занимают металлические несущие конструкции, разработанные применительно к легким ограждающим конструкциям. В соответствии с правилами легкие конструкции можно применять для одноэтажных отапливаемых производственных зданий в следующих случаях:

— при пролетах несущих стропильных конструкций 30 м и более;
— при необходимости устройства подвесных кран-балок (монорельсов) грузоподъемностью более 5 т или других подвесных устройств, создающих нагрузки, превышающие предусмотренные для типовых железобетонных конструкций;
— при конвейерном транспорте;
— при необходимости размещения коммуникаций в межферменном пространстве в тех случаях, когда высота типовых железобетонных ферм не позволяет это сделать;
— при строительстве в районах с сейсмичностью 8 баллов и пролетах несущих конструкций 24 м и более или сейсмичностью 9 баллов и пролетах 18 м и более;
— при строительстве в труднодоступных районах или районах, не имеющих базы стройиндустрии, когда применение сборного железобетона может вызвать замедление строительства и его удорожание;
— при больших динамических нагрузках в зданиях (на пример, в копровых цехах);
— при высоте здания от пола до низа стропильных конструкций более 14,4 м и мостовых кранах грузоподъемностью более 30 т;
— при мостовых кранах общего назначения грузоподъемностью 50 т и более независимо от высоты колонн, а также при кранах меньшей грузоподъемности, но весьма тяжелом режиме их работы;
— при возведении зданий из конструкций комплектной поставки с пролетами между колоннами 24 м и более и из конструкций, изготовляемых на специализированных предприятиях с импортным оборудованием (рамных, коробчатого сечения и структурных), с пролетами 18 м и более.

Таким образом, применение легких конструкций развивается в двух направлениях. Первое направление соответствует сложившейся в последнее время области использования стальных несущих конструкций, т. е. в зданиях с пролетами 30 м и более, высотой более 14,4 м и т. д. Здесь легкими конструкциями, и прежде всего легкими покрытиями, заменяют сборные железобетонные плиты, укладываемые по стальным фермам. Второе направление соответствует традиционной области применения конструкций из сборного железобетона (в зданиях с пролетами 18 и 24 м, высотой менее 14,4 м). Однако в данном случае использование стальных конструкций требует специального обоснования, что связано главным образом с дефицитом стали.

Поскольку сочетание стальных стропильных конструкций с плитами из железобетона следует считать нерациональным, в дальнейшем изложении основное внимание будет уделено легким несущим конструкциям.

За рубежом легкие ограждающие конструкции зданий, как правило, применяют в сочетании со стальным каркасом и в редких случаях — с каркасом из сборного железобетона. Для массового строительства в качестве несущих конструкций покрытия используют в основном плоскостные рамные системы, состоящие из защемленных в фундаментах стоек и шарнирно соединенных с ними стропильных ферм или балок, а также из жестких рам, шарнирно или жестко соединенных с фундаментами.

Плоскостные конструкции отличаются многообразием конструктивных форм, они могут быть решетчатыми и сплошными, рамными и балочными, применяемыми для плоских и скатных кровель. В США, Англии, Франции и Японии организовано массовое производство стандартных решетчатых сварных стальных прогонов. В Японии, США, Германии в конструкциях покрытий довольно широко применяют трубчатые и холодногнутые открытые и замкнутые профили. В отдельных случаях в большепролетных покрытиях используют предварительно напряженные стальные стропильные фермы. В плоскостных конструкциях наряду с углеродистыми начали применять стали повышенной и высокой прочности.

Помимо плоскостных распространены также пространственные конструкции покрытий в виде структурных, складчатых, купольных, висячих систем и систем на растянутых поверхностях, которые, как правило, являются сборно-разборными и используются для временных сооружений больших размеров. Эффективность пространственных систем резко повышается по мере увеличения пролета сооружения.

В нашей стране для зданий с легкими ограждающими конструкциями разработаны как плоскостные, так и пространственные несущие конструкции покрытий.

Применяют следующие типовые несущие конструкции покрытий:
— фермы из прокатных уголков или широкополочных тавров и фермы из труб;
— рамные конструкции коробчатого сечения (типа «Плауэн»);
— структурные конструкции из прокатных уголков профилей (типа «ЦНИИОК»);
— пространственные решетчатые конструкции из труб (типа «Берлин»);
— стержневые решетчатые конструкции из труб (типа «Кисловодск»).

Типовые конструкции покрытий с фермами из прокатных парных уголков и широкополочных тавров предназначены для применения в отапливаемых одноэтажных однопролетных и многопролетных зданиях с пролетами 18, 24, 30 и 36 м как для легких зданий, так и для зданий с железобетонными плитами покрытий.

В состав несущих конструкций легких покрытий кроме стропильных ферм входят прогоны, подстропильные фермы, опорные стойки, горизонтальные и вертикальные связи. В покрытиях можно устраивать светоаэрационные фонари шириной 6 м при пролете стропильных ферм 18 м и шириной 12 м при пролетах 24 — 36 м.

Здания с покрытиями из ферм могут быть бескрановыми или оборудованными подвесными кранами и мостовыми опорными кранами легкого, среднего и тяжелого режимов работы. Устройство подвесных кранов допускается только при шаге стропильных ферм 6 м. При шаге колонн 12 м и шаге ферм 6 м по колоннам устанавливают подстропильные фермы. Опирание стропильных ферм на колонны или на подстропильные фермы принято шарнирным.

Ферму пролетом 18 м изготовляют на заводе целиком, без монтажных узлов. Фермы пролетами 24, 30 и 36 м выполняют в виде двух отправочных марок. Монтажные узлы запроектированы сварными или на высокопрочных болтах.

Пояса стропильных ферм состоят либо из двух спаренных прокатных уголков, либо из широкополочных тавров, выполняемых для большей части сортамента ферм из низколегированной стали класса С 4633 с расчетным сопротивлением 290 МПа. Для раскосов и стоек ферм использованы прокатные уголки из углеродистой стали класса С 3823, марки Ст. 3. Элементы крепления путей подвесного транспорта выполняют из двух швеллеров № 12.

Прогоны, к которым прикрепляют элементы ограждения, как правило, расположены с шагом 3 м и опираются в узлах стропильных ферм. Только у перепадов высот зданий в отдельных определяемых расчетом случаях прогоны можно устанавливать с шагом 1,5 м, и в этом случае в стропильных фермах предусматривают дополнительные шпренгели.
В конструкцию покрытия в случаях, определяемых требованиями устройства подвесного транспорта или технико-экономическими расчетами, могут быть включены подстропильные фермы.

Пояса и раскосы подстропильных ферм выполняют из прокатных парных или одиночных уголков из низколегированной стали класса С 4633 с расчетным сопротивлением 290 МПа. Стойки и подкосы изготовляют из углеродистой стали Класса С 3823, марки Ст. 3.

Для случаев, когда в здании шаг средних колонн должен быть 18 или 24 м при шаге стропильных ферм 6 или 12 м, разработана соответствующая типовая серия подстропильных ферм с параллельными поясами пролетом 18 и 24 м. Фермы полностью изготовляют на заводе, они не имеют монтажных стыков. Пояса и раскосы таких ферм выполняют из низколегированной стали с расчетным сопротивлением 290 МПа. Сечения этих элементов состоят из спаренных уголков.

На основе решения стропильных ферм из уголковых профилей разработаны соответствующие типовые покрытия из блоков . Такие покрытия могут применяться в тех же случаях, что и составляющие блок типовые фермы.

Конструкции блоков разработаны с учетом сборки их на конвейере до полной строительной готовности, включая монтаж всех коммуникаций в межферменном пространстве.
Стропильные фермы в блоке смещены с осей колонн на 3 м. Блок опирается на колонны шарнирно через подстропильные фермы, смещенные с осей колонн на 200 мм. Пояса и часть раскосов в подстропильных фермах выполнены из низколегированной стали с расчетным сопротивлением 29 МПа, остальная часть раскосов и стойки — из углеродистой стали марки Ст. 3.

Стропильные фермы из круглых стальных труб обладают повышенной коррозионной стойкостью и долговечностью, поэтому область применения их в условиях агрессивных сред значительно шире. Возможность Осуществления фигурной резки концов трубчатых -элементов на высокопроизводительных автоматизированных установках, а также выполнения узловых соединений ферм из труб, концы которых обработаны с требуемой степенью точности, без применения фасонок позволяет не только снизить трудоемкость изготовления этих конструкций, но и уменьшить общее число элементов почти в два раза.

В состав несущих конструкций покрытия кроме стропильных ферм из труб входят прогоны, при необходимости подстропильные фермы, опорные стойки, система располагаемых в пределах покрытия горизонтальных и вертикальных связей.

Описываемые покрытия можно применять в одно-пролетных и многопролетных зданиях при любых сочетаниях пролетов шириной 18, 24 и 30 м. Шаг стропильных ферм, так же как и шаг колонн, по средним и крайним рядам равен 6 и 12 м. Высота здания или отдельного пролета до низа стропильных конструкций не должна превышать 18 м.
Пояса стропильных ферм выполняют постоянного сечения по всей длине, что позволяет избежать стыков труб в узлах. Опорные стойки соединяют с элементами поясов ферм сваркой. Для этого торцы стоек предварительно сплющивают и соответствующим образом обрезают.

Так же как в покрытиях с уголковыми фермами, в покрытиях с фермами из круглых труб устанавливают прогоны с шагом 3 м. Для крепления прогонов к верхнему поясу в узлах ферм приваривают специальные столики, которые могут быть из круглых труб или из гнутых профилей. Плоские фасонки в опорном узле, а также в узлах нижнего пояса ферм для присоединения элементов продольных связей прикреплены к элементам поясов с помощью сварки.

При необходимости в системе каркаса из круглых труб могут быть использованы подстропильные фермы пролетом 12 м треугольного очертания из стали марки Ст. 3 или из низколегированной стали с расчетным сопротивлением 290 МПа.

Кроме круглых труб для ферм покрытия используют также трубы прямоугольного сечения. Покрытия с такими фермами предназначены преимущественно для конвейерной сборки и блочного монтажа. Их применяют в одно- и многопролетных одноэтажных зданиях с пролетами 18, 24 и 30 м, высотой до низа стропильных ферм не более 18 м и шагом колонн по средним и крайним рядам 12 м. Шаг стоек фахверка равен 6 и 12 м.

При блочном исполнении покрытие состоит из подстропильных ферм, шарнирно опирающихся узлами верхнего пояса на установленные по колоннам опорные стойки, стропильных ферм, которые также шарнирно опираются с шагом 4 м на верхние пояса подстропильных ферм, и профилированного стального настила. Таким образом, при применении блоков с фермами из треугольных труб покрытие решается по беспрогонной схеме. Настил, прикрепленный в каждой волне гофра к верхнему поясу стропильных ферм самонарезающим винтом, образует жесткий диск. Таким образом создается неизменяемость конструкции покрытия в горизонтальной плоскости. В вертикальной плоскости неизменяемость конструкции обеспечивается вертикальными связями.

Покрытия с рамными конструкциями коробчатого сечения типа «Плауэн» решены по прогонной схеме. Каждая рама, устанавливаемая с шагом 6 м, работает на один пролет, поэтому такое покрытие целесообразнее использовать в однопролетных зданиях.

В нашей стране покрытия типа «Плауэн» разработаны для зданий пролетом 18 и 24 м и высотой до низа стропильных конструкций 6,98 и 8,18 м. Они могут быть использованы в бесфонарных зданиях или в зданиях с зенитными фонарями. Ригель рамы имеет уклон 3%.

Элементы рамы изготовляют из низколегированной стали с расчетным сопротивлением 290 МПа и из углеродистой стали марки Ст. 3 с расчетным сопротивлением 210 МПа.
Типовые структурные конструкции покрытий из прокатных уголковых профилей типа «ЦНИИСК» (серии 1.460-4) разработаны для одно- или многопролетных одноэтажных зданий с пролетами 18 и 24 м при шаге колонн по крайним и средним рядам 12 м. Опирание стоек торцового и продольного фахверка на конструкции покрытия предусматривается в уровне верхнего пояса структур с шагом 6 м. Покрытие каждого пролета выполняют двускатным с уклоном кровли 1,5%. В зданиях не допускаются перепад высот и устройство светоаэрационных П-образных фонарей. Высота зданий до низа стропильных конструкций может быть 5,2— 11,2 м.

Покрытия со структурными конструкциями из прокатных профилей можно устраивать в бескрановых зданиях и в зданиях с мостовыми кранами легкого и среднего режимов работы грузоподъемностью 10 и 20 т, а также в зданиях с подвесными двухопорными кранами (пролет крана 15 м) грузоподъемностью 2 т (один кран в пролете, два крана на колее) и 3,2 т (один кран в пролете, один на колее) при пролете здания 18 м.

Предельные размеры температурных отсеков составляют 72X72 м. В месте поперечного температурного шва конструкции покрытия опираются на одиночные колонны через фторопластовые прокладки толщиной 5 мм, обеспечивающие подвижность опорных частей. Продольные температурные швы (параллельно торцовым фермам блоков) выполняют на парных колоннах.

Верхние продольные пояса структуры рассчитаны на совместное действие сжимающих усилий, возникающих в них как в элементах стержневой системы, и изгибающего момента в вертикальной плоскости, возникающего в них от непосредственного воздействия передаваемой от профилированного настила нагрузки.
Раскосы выполняют из одиночных и парных уголков и крепят на болтах нормальной точности в верхних узлах конструкции к фасонкам, приваренным к продольным поясам, а в нижних — непосредственно к полкам продольных поясных уголков. Соединение поперечных поясов с продольными также осуществляется на болтах нормальной точности. Между гайкой и соединяемыми элементами прокладывают пружинную шайбу. При наличии подвесного транспорта необходимо ставить дополнительные контргайки или после затягивания основных гаек забивать резьбу.

Пространственные решетчатые конструкции из труб типа «Берлин» переработаны в РФ для применения в одноэтажных производственных зданиях без перепада высот, без светоаэрационных фонарей или только с зенитными фонарями. Здания могут быть одно- или многопролетными с пролетами 18 или 24 м. Размер температурного отсека не должен превышать 72X72 м. Продольные температурные швы выполняют на спаренных колоннах, а поперечные — на одиночных колоннах с. помощью шарнирно-подвижных опор.
Пространственные решетчатые конструкции типа «Берлин» собирают из блоков 12X18 или 12X24 м и высотой 1,8 м, включающих продольные наклонно расположенные решетчатые фермы и поперечные подстропильные фермы, расположенные также наклонно в плоскости опорных раскосов продольных ферм. Блоки по углам своими верхними узлами опираются на четыре шарнирно-неподвижные опоры. Возникающие при этом горизонтальные усилия учтены при подборе сечений элементов блока.

Основные элементы конструкции — двух- и трехметровые стержни из бесшовных горячекатаных труб, соединенные между собой специальными узловыми деталями. Для опирания на структуру профилированного настила к ее верхним узлам с шагом 3 м крепят прогоны из швеллеров. Прогоны работают на неразрезной схеме на пролет 3 м.
Устойчивость верхних поясов блока из плоскости обеспечивается стержнями решетки наклонных смежных ферм, устойчивость поясов крайних ферм — прогонами покрытия, устойчивость прогонов в плоскости покрытия—стальным профилированным настилом. К блокам, расположенным по периметру здания, крепят стойки фахверка с шагом 6 м.
Блоки 12X18 м запроектированы под нагрузку 2,2 и 2,8 кН/м2, блоки 12X24 м — под нагрузку 2,2 кН/м2. Принятый в расчете собственный вес элементов блока создает нагрузку 0,2 кН/м2. Таким образом, полезная нагрузка на блоки составляет 2 и 2,6 кН/м2. Во всех блоках к любому узлу нижнего пояса допускается подвеска сосредоточенного груза до 10 кН. На узлы верхних поясов, расположенных по контуру секций, допускается передача горизонтальных нагрузок до 2 кН от каркаса перегородок в каждом узле только по одной из сторон блока.

Стержневая решетчатая конструкция из труб типа «Кисловодск» разработана для одно- и многопролетных отапливаемых одноэтажных зданий без перепада высот и без светоаэрационных П-образных фонарей или с зенитными фонарями. Высота до низа стропильных конструкций может быть 4,8—>8,4 м.
К покрытию допускается крепить подвесные краны грузоподъемностью 2 т.

Покрытие собирают из секций размером в плане 30X30 или 36X36 м для шага колонн соответственно 18X18 или 24X24 м. Высота обеих секций составляет 2,12 м. Отличительная черта покрытия — наличие консольных участков пролетом 6 м, что вызывает нерегулярную сетку колонн в здании: основные размеры сеток колонн 18X18 и 24X24 м сочетаются с промежуточными ячейками 12X12 м. По периметру здания располагаются только стойки фахверка с шагом 6 м, отстоящие от крайнего ряда основных колонн на расстоянии 6 м.

Элементы стержневой решетчатой конструкции состоят из стержней одинаковой номинальной длины. Стержень представляет собой электросварную трубу с вваренными в торцы шайбами. В отверстия шайб пропущены высокопрочные болты с навернутыми на них гайками увеличенной высоты.

Стальной профилированный настил крепят к прогонам из швеллеров, устанавливаемым по верхним узлам пространственной решетчатой стержневой системы. Опирание ячейки на колонны осуществляется с помощью капителей в виде пирамид, основанием которых служат элементы нижнего пояса конструкции.

Секции обоих размеров рассчитаны на нагрузку 2,6; 3 и 4 кН/м2. Расчетная нагрузка дана с учетом собственного веса элементов структуры, поэтому при определении фактической нагрузки на покрытие необходимо учитывать нагрузку от собственного веса элементов структуры.