Общая характеристика каркасов производственных зданий

Лекции

по курсу «Металлические конструкции»

для студентов, обучающихся по специальности 270102 –
«Промышленное и гражданское строительство»

Часть II

Иркутск 2010

Содержание

1 Металлические конструкции одноэтажных производственных зданий. 4

1.1 Общая характеристика каркасов производственных зданий. 4

1.2 Основные требования, предъявляемые к каркасам производственных зданий. 5

1.3 Область применения стальных и смешанных каркасов промышленных зданий. 6

1.4 Компоновка конструктивной схемы каркаса. 7

1.4.1 Размещение колонн в плане. 7

1.4.2 Компоновка поперечных рам. 8

1.4.2.1 Размеры по вертикали. 8

1.4.2.2 Размеры по горизонтали. 9

1.4.3 Особенности компоновки многопролетных рам. 10

1.4.4 Продольная компоновка каркаса. 10

1.4.4.1 Связи. 10

1.4.4.2 Фахверк. 14

1.4.5 Особые решения конструктивных схем каркасов. 15

1.4.6 Особенности расчета поперечных рам. 16

1.5 Конструкции покрытия. 17

1.5.1 Покрытия с прогоном. 17

1.5.2 Беспрогонное покрытие. 19

1.5.3 Стропильные и подстропильные фермы. 19

1.5.4 Фонари. 21

1.6 Колонны каркаса. 22

1.6.1 Типы колонн. 22

1.6.2 Расчет и конструирование стержня колонны. 24

1.6.2.1 Сплошная колонна. 24

1.6.2.2 Сквозная колонна. 33

1.7 Подкрановые конструкции. 37

1.7.1 Нагрузки на подкрановые конструкции. 38

1.7.2 Сплошные подкрановые балки. 39

1.7.3 Расчет подкрановых балок. 41

1.7.4 Крановые рельсы и их крепление к подкрановым балкам. 41

1.7.5 Крановые упоры. 41

2 Большепролетные покрытия с плоскими несущими конструкциями. 42

2.1 Область применения, основные особенности. 42

2.2 Балочные конструкции. 43

2.3 Рамные конструкции. 44

2.4 Арочные конструкции. 45

2.5 Компоновка каркасов большепролетных покрытий. 48

3 Пространственные конструкции покрытий зданий. 49

3.1 Структурные конструкции. 50

3.2 Оболочки. 52

3.2.1 Односетчатые оболочки. 52

3.2.2 Двухсетчатые оболочки. 53

3.3 Купольные покрытия. 53

3.4 Висячие покрытия. 56

4 Стальные каркасы многоэтажных зданий. 61

5 Листовые конструкции. 63

5.1 Вертикальные цилиндрические резервуары низкого давления. 65

6 Высотные сооружения. 68

6.1 Башни. 68

6.2 Мачты.. 69

6.3 Опоры Л.Э.П. 69

7 Регулирование напряжения при усилении конструкций. 70

7.1 Классификация усиления. 71

7.2 Искусственное регулирование напряжений при усилении МК.. 72

1 Металлические конструкции одноэтажных
производственных зданий

Общая характеристика каркасов производственных зданий

Современные производства размещаются в многоэтажных и одноэтажных зданиях, схемы и конструкции которых достаточно многообразны.

По числу пролетов одноэтажное здание подразделяются на однопролетные и многопролетные (с пролетами одинаковой и разной высоты).

В настоящее время строятся преимущественно здания многопролетные (с числом пролетов два и более). По виду внутрицехового транспорта здания подразделяются на бескрановые, с мостовыми кранами, с подвесными кранами, с подвесными конвейерами.

Наиболее широкое распространение получили одноэтажные производственные здания, оборудованные мостовыми электрическими кранами. Перемещаясь по подкрановым балкам на требуемой высоте, такие краны могут обслуживать практически всю площадь цеха, что весьма удобно для организации самых разнообразных производственных процессов.

Современные производственные здания имеют большие пролеты и высоту, часто оборудуются мощными кранами, вследствие чего в несущих конструкциях здания возникают большие усилия.

Комплекс несущих конструкций, воспринимающих нагрузку от веса ограждающих конструкций здания (кровля, стеновые панели, переплеты остекления и т.п.), атмосферные нагрузки (снег, ветер), нагрузки от кранов, а в некоторых случаях и от другого технологического оборудования, называется каркасом здания.

Наряду с полностью стальными или железобетонными каркасами применяются смешанныекаркасы производственных зданий, в которых отдельные конструкции (чаще всего конструкции покрытия и подкрановые балки) выполняются из стали, а колонны – из сборного ж/б. Основу каркаса составляют поперечные рамы, состоящие из колонн, жестко защемленных в фундаменте и ригелей (стропильных ферм), жестко или шарнирно соединенных с колоннами. Расстояние между осями колонн в поперечном направлении здания называется пролетом. Расстояние между рамами называется шагом рам.

Рисунок 1.1 – Конструктивная схема стального каркаса двух пролетного производственного здания. 1 – колонны, 2 – стропильные фермы, 3 – подкрановые балки, 4 – светоаэрационные фонари, 5-связи по колоннам

В продольном направлении на рамы опираются подкрановые балки, элементы покрытия и фонари.

Жесткость и устойчивость каркаса и его отдельных элементов обеспечивается системой связей: вертикальными связями по колоннам, воспринимающими продольные усилия от действия ветра на торец здания и сил продольного торможения кранов; горизонтальными и вертикальными связями по шатру здания, обеспечивающими устойчивость конструкции покрытия.

Каркасы производственных зданий в большинстве случаев проектируют так, что несущая способность (включая жесткость) поперек здания обеспечивается поперечными рамами, а вдоль – продольными элементами каркаса, кровельными и стеновыми панелями.

Кроме перечисленных элементов в составе каркаса обязательно имеются конструкции торцевого фахверка (а иногда и продольного, площадок, лестниц и других элементов здания).

Производственные здания бывают однопролетными и многопролетными, оборудованными мостовыми кранами в одном или двух ярусах.

1.2 Основные требования, предъявляемые
к каркасам производственных зданий.

Конструкция здания должна полностью удовлетворять назначению сооружения и в то же время быть наиболее экономичной.

Поэтому при проектировании производственных зданий в первую очередь необходимо учитывать эксплуатационные требования и экономические факторы.

Большое влияние на работу каркаса оказывают воздействия кранов. Являясь динамическими, многократно повторяющимися и большими по величине, крановые воздействия часто приводят к раннему износу и повреждению конструкций каркаса, особенно подкрановых балок.

Поэтому при проектировании каркаса здания особенное внимание должно уделяться учету эксплуатационного режима работы мостовых кранов, который зависит от назначения здания и эксплуатационного процесса в нем.

По правилам «Госгортехнадзора» различают пять режимов работы кранов:

- с ручным приводом (Р);

- с машинным приводом:

- легкий (Л);

- средний (С);

- тяжелый (Т);

- весьма тяжелый (ВТ).

Краны с ручным приводом (Р) имеют небольшую грузоподъемность и в современных производственных зданиях применяются очень редко (для ремонтных и вспомогательных работ.)

Краны легкого режима работ (Л) имеют большие перерывы в работе и редко поднимают грузы предельной величины. Это крюковые краны, предназначенные для монтажа оборудования и выполнения ремонтных работ.

Краны среднего режима работы (С) характеризуются более интенсивной работой. Это крюковые краны в основном механических и сборочных цехов со среднесерийным производством, а также краны ремонтно-механических предприятий.

Краны тяжелого режима работы (Т) работают еще более интенсивно, поднимая грузы, близкие к предельным. Сюда относятся крюковые краны цехов с крупносерийной продукцией, а также литейные, ковочные и завалочные.

Краны весьма тяжелого режима работы (ВТ) характеризуются интенсивной круглосуточной работой с грузами предельной величины. К этой группе кранов относятся также специальные краны с повышенными динамическими воздействиями. К кранам весьма тяжелого режима работы относятся преимущественно мостовые краны металлургических цехов, грейферные, магнитные с жесткой и гибкой траверсой, магнитно-грейферные, магнитные краны шихтовых, скрапных и копровых отделений, литейные и т.п.

Несущие конструкции каркасов зданий с кранами «особого» режима работы подвергаются весьма интенсивным силовым воздействиям динамического характера, поэтому при конструировании и расчете элементов каркаса таких зданий необходимо учитывать специальные требования (особые коэффициенты условий работы, меньшие предельные гибкости, прогибы и деформации и.т.п.), приведенные в нормах проектирования стальных конструкций.

На работу строительных конструкций зданий большое влияние оказывает внутрицеховая среда, степень агрессивного воздействия которой определяется скоростью коррозионного поражения поверхности металла в мм /год:

– слабая (до 0,1мм/год);

– средняя (до 0,5мм/год);

– сильная (свыше 0,5мм/год).

При проектировании МК зданий со средней и сильной степенью агрессивного воздействия среды следует применять гладкие, открытые элементы, легкодоступные для очистки и окраски.

При проектировании зданий, эксплуатируемых в условиях низких температур (при
t = - 40 ¸ - 60 °C) вследствие возможности хрупкого разрушения стали необходимо учитывать специальные требования, приведенные в «Нормах проектирования стальных конструкций». Конструкции рассчитывают только по упругой стадии работы, предусматривают дополнительные связи по покрытию, уменьшают размеры температурных блоков, предусматривают мероприятия, уменьшающие концентрацию напряжений.

К экономическим факторам относятся прежде всего затраты, связанные с возведением сооружения, изготовления, перевозки и монтажа конструкций. Необходимо учитывать эффект, получаемый от сокращения времени строительства и более раннего начала выпуска продукции, а также расходы, связанные с поддержанием сооружения в состоянии, обеспечивающем условия его нормальной эксплуатации в течение всего срока службы. Эти факторы очень сложны, часто противоречат один другому. При проектировании конструкции здания все это должно учитываться; Необходимо найти оптимальное технико-экономическое решение, наилучшим образом удовлетворяющее всем условиям.

1.3 Область применения стальных и смешанных
каркасов промышленных зданий.

Область применения стальных каркасов с учетом дефицита стали регламентируется «'Техническими правилами по экономичному расходованию основных строительных материалов». По этим правилам в одноэтажных промышленных зданиях допускается применение стального каркаса в следующих случаях:

1) При высоте здания от пола до низа стропильной фермы равной или большей 18м.

2) При кранах Q 500 кН, а при кранах весьма тяжелого режима работы (Вт) – при любой грузоподъемности.

3) При строительстве в труднодоступных районах (горы, пустыни, тайга и.т.п.) и в районах, где нет базы по изготовлению железобетонных конструкций.

Смешанные каркасы, то есть состоящие из ж/б колонн и стальных стропильных и подстропильных допускается применять в следующих случаях:

1) при пролете не менее 30 м.

2) при подвесном транспорте Q 50кН, а также при конвейерном транспорте.

3) при тяжелых условиях эксплуатации (динамические нагрузки или нагрев конструкций до t>100 °C).

4) при расчетной сейсмичности 9 баллов, и пролете не менее 18 м; при расчетной сейсмичности 8 баллов и пролете не менее 24 м.

5) при пролете не менее 24 м в неотапливаемых зданиях с легкой кровлей.

6) при пролете менее 24 м в зданиях с подвесным транспортом с Q 20 кН.

7) в многопролетных неотапливаемых зданиях с рулонной кровлей при пролете 18 м.

В ж/б каркасах часть элементов (фонари, связи, ригели фахверка) допускается выполнять из стали, а подкрановые балки почти во всех случаях проектируются стальными за исключением балок пролетами 6 и 12 м под краном легкого и среднего режимов работы Q 300кН.

Поиск по сайту: