Каркас одноэтажного промышленного здания

В своем большинстве промышленные здания представлены в виде одноэтажных строений, что продиктовано выполнением требований в соответствии с технологией, необходимостью перенесения непосредственно на поверхность грунта нагрузок от крупногабаритного и тяжеловесного оборудования. Кроме того, одноэтажные здания отличаются быстрым, простым и экономичным способом возведения.

В зависимости от разработанных конструктивных планов промышленные здания чаще всего сооружаются по одно- и многопролетным схемам каркасов. При этом материалом для изготовления конструкций каркасов является сталь и железобетон. Железобетонные конструкции каркасов подразделяются на монолитные конструкции и выполненные из отдельных сборных железобетонных типовых элементов.

Система покрытий промышленных зданий обычно выполняется в виде купола или вантовой конструкции и может быть как плоской, так и пространственной. Каркас здания с плоской системой покрытия ограничен поперечными рамами, сформированными из закрепленных в фундаменте колонн, на которые шарнирно опираются строительные балки и фермы. В продольных направлениях эти рамы связываются при помощи подстропильных ферм, балок-распорок или стальных связей. Также они могут быть связаны жестким диском покрытия, образованным из плит, соединенных со стропильными фермами или балками посредством сварки и капитального замоноличивания швов.

Плоские конструкции способны перекрывать пролеты до 36 м. Так как пролет представляет собой внутренний объем помещения, ограниченный торцевыми стенами и колоннами из двух рядов, то, так как наибольшее применение в строительстве нашли унифицированные 6-ти метровые стеновые и оконные панели, чаще всего в крайних рядах колонн за основу принимается 6-ти метровый шаг. В средних рядах колонн больше распространен 12-ти метровый шаг, который обеспечивает маневренное и эффективное использование производственных площадей. Для зданий с крановыми нагрузками пролеты принимаются равными 12, 18, 24, 30 и 36 метрам, а для бескрановых цехов – 12-48 метров и более.

Железобетонные сборные колонны могут быть сплошные с прямоугольным сечением или двухветвевые. Сплошные колонны используются в цехах ниже 10,8 м, не имеющих кранов или же с кранами грузоподъемностью до 30-104 Н. Когда высота здания превышает 10,8 м или же при большей грузоподъемности кранов используются сквозные колонны. Двухветвевые колонны отличаются наличием в нижней подкрановой части двух ветвей, соединенных по высоте через промежутки в 1,5 - 3 м при помощи распорок, при этом верхняя надкрановая часть колонн имеет сплошное прямоугольное сечение.

В зависимости от расположения в здании, колонны подразделяются на крайние и средние. Крайние колонны с внешней стороны ограничены стеновыми ограждениями. Такие колонны могут являться основными, то есть воспринимающими нагрузку от кранов, стен и конструкций покрытия, или фахверковыми, которые используются лишь для креплений стен. Фахверковые стальные колонны устанавливаются у продольных стен между основными колоннами и в торцах здания. Для восприятия нагрузки горизонтальных сил в ряду выделяются связевые колонны, которые соединяются при помощи стальных вертикальных связей.

Колонны имеют прямоугольное сечение и изготовляются на основе армирующих сварных каркасов, после чего формуются из бетона марки 200. Для двухветвевых колонн применяется бетон марок 300 или 400. В колоннах также присутствуют закладные элементы, которые имеются в местах опоры подкрановых балок и стропильных конструкций. Эти закладные элементы в виде стальных листов с анкерными болтами для жесткой фиксации положения привариваются к рабочей арматуре или закрепляются в бетоне при помощи анкерного соединения. При этом в крайних колоннах закладные элементы присутствуют на уровнях швов стеновых панелей, а в связевых колоннах – в местах непосредственного примыкания продольных связей. Соединение колонны с фундаментом происходит посредством заведения ее в стакан, имеющий при прямоугольном сечении глубину около 0,85 м, а при двухветвевом сечении – около 1,20 м. Монолитность соединения создается при помощи заливки бетоном той же марки, который использовался для формовки колонны.

Устойчивость и прочность зданий в поперечных направлениях обеспечивается жестким диском покрытия и повышенной жесткостью колонн, заделанных в фундамент, а в продольных направлениях устойчивости способствуют стальные связи, которые устанавливаются в рядах между опорными элементами стропильных конструкций и колоннами. Схематично эти межколонные стальные связи могут быть крестовыми или портальными, и располагаются в бескрановых цехах высотой помещений ниже 10,8 метров на уровне подземной высоты колонны, а в цехах с опорными кранами с любой высотой помещений – на уровне высоты отдельной подкрановой части колонны.

Вдоль колонн для установки мостовых кранов и их перемещения монтируются подкрановые балки из железобетона или же стали. Железобетонные подкрановые балки обычно применяются в цехах, в которых присутствуют опорные краны с грузоподъемностью до 30-104 Н, при этом шаг основных колонн составляет 6 и 12 метров. Балки формуют на основе арматуры из бетона марок 300 – 500. Подкрановая балка крепится к консолям колонны анкерными болтами, пропущенных сквозь опорный лист, и к шейке колонны посредством сваривания вертикальных листов и закладных пластин. Торцовые подкрановые балки имеют стальные торцовые упоры.

При покрытии промышленных зданий обычно в качестве несущих конструкций в строительстве применяют следующие железобетонные и стальные конструкции:

• сборные плиты типа КЖС, имеющие размеры 1,5х12 м, 3х12 м, 3х24 м и предназначенные для опоры на продольных балках;
• стропильные балки для пролетов расстоянием до 18 м;
• фермы для пролетов расстоянием до 24 м;
• фермы для пролетов расстоянием больше 24 м;
• арки для пролетов расстоянием больше 36 м;
• монолитные и сборные купола и своды-оболочки;
• пространственные конструкции из сборных плит в виде цилиндрических и сферических оболочек;
• пространственные конструкции из покрытий типа «Структура» со стальными элементами для объемного перекрытия ячеек 12х18 м, 12х24 м, 18х24 м, 24х24 м и 30х30 м.

Все несущие конструкции, используемые для покрытия большинства промышленных зданий, могут быть стропильными или подстропильными. Стропильные конструкции перекрывают полностью пролет и служат для непосредственного поддерживания настила кровли подобно стропилам. Подстропильные конструкции являются дополнительными промежуточными опорными элементами для равномерно расположенных с шестиметровым шаговым расстоянием стропильных конструкций и перекрывают 12-ти и 18-ти метровые шаги колонн. В зависимости от заложенной степени восприятия внешних усилий и уровня распределения внутренних, эти конструкции могут быть представлены железобетонными балками и фермами.

Отличие балок и ферм состоит в том, что балка является одноэлементной конструкцией, непосредственно на которую опираются плиты по всему пролету, а ферма является составной стержневой конструкцией и нагрузка на нее может быть передана лишь в узловых соединениях. При этом собственная масса балки превышает массу фермы в два раза. Перед установкой стропильных балок и ферм к опорным узлам сваркой крепятся опорные листы, которые потом привариваются уже к оголовкам колонн, а монтажное крепление выполняется посредством применения анкерных болтов. Подстропильные конструкции привариваются непосредственно к самим оголовкам колонн. Последующее соединение стропильных и подстропильных конструкций делается по аналогии крепления к колоннам.

(Каркас одноэтажного промышленного здания)

Наиболее экономичными конструкциями покрытия для зданий, имеющих пролеты более 36 метров являются двух- и трехшарнирые, а также бесшарнирные железобетонные арки. Они преимущественным образом собраны из сборных элементов, подвесок и напрягаемой затяжки.

Своды, а также оболочки и купола выпускаются в виде тонкой железобетонной плиты, монолитной или собранной из изготовленных заводским путем элементов, изогнутой по расчетной кривой, усиленной бортовыми элементами по свободным краям и опирающейся на кольца или диафрагмы.

Применение стропильных и подстропильных стальных ферм используется в перекрытии пролетов расстояниями 24, 30, 36, 42 и больше метров и с шагом колонн 12 и 18 м. При этом опора стропильных ферм происходит на колоннах, иногда на кирпичных столбах или же подстропильных фермах. В последнем случае подстропильные фермы являются одновременно и продольными вертикальными связующими элементами между опорными колоннами, поэтому их предпочитают проектировать обычно с параллельными поясами. Кроме ферм с параллельными поясами, руководствуясь очертаниями верхнего пояса, могут быть фермы с трапециевидными поясами, сегментными поясами и треугольными поясами.

Все более широкое применение в строительстве в последнее время получили легкие стальные каркасные конструкции. Главной особенностью этих конструкций является то, что они применяются в зданиях, имеющих легкую ограждающую конструкционную особенность стен и кровлю из синтетических материалов. Изготовленные из тонкостенных прокатных или трубчатых профилей, соединенных посредством точечной сварки или склеивания, такие конструкции очень выгодны и экономичны, так как расход металла для их изготовления в сравнении с обычными металлическими конструкциями снижается почти вдвое.

Заводское изготовление легких несущих конструкций представлено ассортиментом тонкостенных прогонов, ферм из прямоугольных и круглых труб, колонн постоянного сечения, покрытий типа «Структура» и П-образных рам. Покрытие «Структура» является пространственной стержневой системой, которая обычно используется в качестве базовой несущей конструкции покрытия и в целом представляет собою взаимно пересекающиеся фермы, вертикально или под наклоном. Такая решетка из одинаковых элементов ферм обычно имеет треугольную форму. «Структура» используется для покрытия пролетов до 50, а в особо уникальных случаях - до 100 метров. Такое покрытие является не только привлекательным внешне, но и экономически выгодным, что обусловило его широкое и повсеместное применение в строительстве.