Выбор конструктивной схемы и материалов каркасов

производят на начальном этапе разработки архитектурно-строительной части проекта.

Основанием для выбора конструктивной схемы служат: объемно-планировочная структура здания, обеспечивающая рациональную организацию производственно-технологического процесса; нагрузки на здания; требования прочности, устойчивости и долговечности.

Для большинства одноэтажных промышленных зданий характерны два варианта каркасной конструктивной схемы - с поперечными и продольными рамами (рис. XI-2, и, б).

Конструктивная схема с поперечными рамами является наиболее распространенной. По такой схеме поперечная рама каркаса, образуемая жестко заделанными в фундаменте колоннами и поперечными ригелями, обеспечивает жесткость и устойчивость. В продольном направлении жесткость и устойчивость здания обеспечиваются совместной работой колонн, вертикальных связей между ними и диском покрытия.

Конструктивная схема с продольными рамами состоит из колонн и продольных элементов (подстропильные конструкции, подкрановые балки, вертикальные связи и др.), которые вместе обеспечивают устойчивость и жесткость здания в продольном направлении. В поперечном направлении жесткость и устойчивость здания обеспечиваются совместной работой колонн и элементов покрытия, например панелями покрытия "на пролет".

Сопряжения элементов каркаса друг с другом различают шарнирные, жесткие и комбинированные.

Шарнирные сопряжения упрощают форму горизонтальных элементов (ригели, подстропильные конструкции и др.) и стык их с колоннами. При таком сопряжении поперечные нагрузки вызывают изгибающие моменты только в тех элементах, к которым они приложены (рис. XI-2, в, г). Это обстоятельство очень важно при использовании унифицированных и типовых конструкций.

Жесткие сопряжения применяют в тех случаях, когда нельзя обеспечить достаточную общую жесткость рамы или когда их применение дает заметное снижение расходов материала на раму.

Железобетон, в котором совместная работа бетона и стальной арматуры обеспечивает ему хорошие физико-механические свойства, обладает высокой несущей способностью на сжатие и изгиб, долговечностью, огнестойкостью, стойкостью против атмосферных воздействий, сопротивляемостью против динамических нагрузок, малыми эксплуатационными расходами. В силу почти повсеместного наличия крупных и мелких заполнителей, в больших количествах идущих на приготовление бетона, железобетон доступен к применению практически во всех районах строительства. На изготовление железобетона расходуется в 2-3 раза меньше металла, чем на стальные конструкции.

В числе основных недостатков железобетона главным является большая собственная масса - качество во многих случаях нежелательное. Так, например, большая масса несущих конструкций покрытия (фермы, балки, плиты) влечет за собой необходимость устройства колонн с большими размерами сечений, а колонны, в свою очередь, - устройства массивных фундаментов. В целях снижения массы железобетона используют высокопрочные бетоны и стали, тонкостенные и пустотелые конструкции, а также конструкции с бетоном на пористых заполнителях.

По способу выполнения железобетонные конструкции каркасов могут быть сборные, монолитные и сборно-монолитные.

Сборные железобетонные конструкции каркасов получили самое широкое применение вследствие наилучшего соответствия требованиям индустриализации и сокращения сроков строительства. Строительство из сборного железобетона можно производить круглый год без существенного удорожания в зимний период.

Для массового строительства одноэтажных промышленных зданий разработаны типовые унифицированные конструкции элементов каркасов, позволяющие использовать их в определенных условиях по параметрам здания (высота, пролет, шаг колонн), наличию или отсутствию подвесных и опорных кранов соответствующей грузоподъемности, географическим условиям (скоростной напор ветра, расчетные температуры наружного воздуха, вес снегового покрова), наличию агрессивности воздушной среды и условий микроклимата помещений (отапливаемые и неотапливаемые здания).

Монолитные железобетонные конструкции до настоящего времени, главным образом, использовались в тех случаях, когда требовалось обеспечить наибольшую жесткость каркаса в условиях высоких динамических нагрузок и сейсмики или когда параметры возводимого каркаса отличались нестандартностью. К монолитным железобетонным конструкциям обращались и в тех случаях, когда в данном месте строительства полностью отсутствовала возможность использования сборных конструкций. В условиях преимущественного развития индустриального строительства долгое время преобладала тенденция сокращения доли монолитного строения. Однако отечественный и особенно зарубежный опыт показывают, что использование монолитного железобетона имеет ряд заметных преимуществ перед сборным. Он обеспечивает создание более жестких конструктивных систем, кроме того, такие конструкции обходятся значительно дешевле, так как их изготовление производится на месте строительства и они не требуют создания дорогостоящих заводов по производству сборных конструкций. К числу недостатков монолитных железобетонных конструкций следует отнести заметные дополнительные расходы на их возведение в зимних условиях (обогрев бетона при его твердении) и несколько большие сроки строительства.

Сборно-монолитные конструкции представляют собой рациональное сочетание основных сборных элементов каркаса с монолитным железобетоном, при котором обеспечивается их работа как единое целое. В одноэтажных промышленных зданиях сборно-монолитные конструкции находят оправданное применение при реконструкции и возведении пристроек к существующим производственным объектам, а также при строительствах, осуществляемых в сейсмических районах.

Монолитные участки в таких конструкциях могут выполнять различные функции: замоноличивание стыков (узлов) сборных элементов; добе-тонирование и замоноличивание до полного поперечного сечения конструкций, ослабленных по каким-либо причинам (пазовые стыки и т.п.); полное устройство отдельных элементов каркаса, например балок при наличии сборных железобетонных колонн.

Металлические материалы нашли применение в каркасах зданий в виде стальных и алюминиевых сплавов.

Стали представляют собой сплавы различного химического состава. В строительных конструкциях применяют углеродистые и легированные стали, первые из которых в зависимости от содержания углерода подразделяют на низко-, средне-, высокоуглеродистые, а последние - на низко- и высоколегированные в зависимости от количества элементов -марганца, хрома, никеля и др.

Использование сталей в каркасах зданий, как впрочем и в других конструктивных элементах, требует специальных знаний их свойств, зависящих от способа выплавки (мартеновские, кислородно-конверторные, электросталеплавильные), от способа разлива в изложницы (кипящие, полуспокойные и спокойные), состоянию поставки (металлопрокат -после горячей прокатки, в термически обработанном состоянии, с очищенной от окалины поверхностью) и др.

Для строительных металлоконструкций применяют сталь только группы В.

В зависимости от этих факторов стали маркируют. Выбор марок стали для конструкций каркаса является одним из ответственных моментов проектирования. Назначение марок для стальных конструкций производят в зависимости от степени ответственности конструкций зданий и сооружений, особенностей климатического района строительства и условий эксплуатации (отапливаемые, неотапливаемые и др.).

По степени ответственности стальные конструкции зданий и сооружений разделены на четыре группы. К первой группе отнесены сварные конструкции, работающие в особо тяжелых условиях или подвергающиеся непосредственному воздействию динамических, вибрационных или подвижных нагрузок (подкрановые балки, балки рабочих площадок и др.). Ко второй группе относятся сварные конструкции либо их элементы, работающие при статической нагрузке (фермы, ригели рам, балки покрытий и перекрытий и др.), а к третьей - работающие в таких же условиях колонны, стойки, опоры под оборудование и др. В четвертую группу входят вспомогательные конструкции зданий и сооружений (связи, элементы фахверка, лестницы и др.).

Такой дифференцированный подход к выбору марок стали позволяет более рационально обеспечить надежность здания в разнообразных условиях эксплуатации.

Профили классифицируют также по способам изготовления. Основная масса профилей изготавливается методом горячей прокатки. Гофрированные и гнутые профили изготавливают методом непрерывного холодного профилирования из листовой рулонной заготовки. Сварные профили, среди которых наиболее распространены двутавровые, изготавливают из трех полос универсальной или листовой стали на специальных поточных линиях. Наиболее дешевым способом изготовления профилей является горячая прокатка.

Стальные конструкции обладают многими достоинствами. По сравнению с железобетонными они характеризуются значительно меньшей массой при равной несущей способности, высокой технологичностью, инду-стриальностью и сравнительной легкостью усиления. Вследствие высоких прочностных и других физико-механических свойств сталей из них можно создавать надежные и разнообразные по форме и параметрам конструкции, позволяющие особенно эффективно использовать их в высоких (более 18 м) и большепролетных зданиях, а также в неотапливаемых зданиях и в зданиях с кранами грузоподъемностью более 50 т, в том числе и с расположением их в два яруса.

Алюминиевые сплавы в строительных конструкциях промышленных

зданий стали применять относительно недавно (около 50 лет назад). По прочности они близки к стали и в сравнении с нею обладают почти в 3 раза меньшей массой и более высокой устойчивостью против коррозии.

И отличие от стальных конструкций в алюминиевых сплавах понижение температуры ведет к повышению механических свойств. Большим достоинством является возможность получения из них разнообразных прессованных профилей, изготавливаемых методом выдавливания мощными прессами через матрицы (экструзия).

Алюминиевые сплавы целесообразно использовать: в конструкциях покрытий крупных высотных и большепролетных сооружений; в сборно-разборных конструкциях, предназначенных для многократного использования в разных местах и при транспортировании на далекие расстояния; в климатических районах с холодным и суровым климатом, а также в районах с повышенной сейсмичностью. Особенно эффективны алюминиевые сплавы в стеновых и кровельных конструкциях, в конструкциях подвижного состава (краны различного назначения), больших ворот, оконных и фонарных заполнений.

Недостатками алюминиевых сплавов, ограничивающими область их применения, являются: меньший (почти в 3 раза, чем у стали) модуль продольной упругости; высокий коэффициент температурного расширения; ухудшение механических свойств в условиях повышенных температур и относительная сложность выполнения соединений.

Деревянные конструкции обладают рядом достоинств в силу хороших физико-механических свойств древесины, которая имеет небольшую массу, незначительные коэффициенты температурного расширения и теплопроводности, высокую стойкость в различных химических средах. Она легко поддается обработке и соединению, обладает высокими эстетическими и художественными качествами. Учитывая большие местные запасы древесины, во многих регионах России конструкции из дерева оказываются намного дешевле железобетонных и стальных конструкций.

Наибольшее применение древесина в каркасах одноэтажных зданий получила в форме клееных конструкций (рамы, балки, арки и металлоде-ревянные формы). К достоинствам клееных деревянных конструкций относят: возможность использования маломерных и низкосортных пиломатериалов и создание из них разнообразных по форме сечения и длине элементов конструкций; повышенную огнестойкость по сравнению с обычной древесиной; меньшую подверженность растрескиванию и короблению; возможность создания элементов с повышенной несущей способностью и др. Вместе с тем изготовление клееных конструкций требует специализированных условий (теплые помещения, тщательный контроль качества на всех стадиях изготовления, совершенное оборудование и др.)-

свай-стоек, навесов и т.п.

Существенными недостатками деревянных конструкций являются: подверженность загниванию, возгораемость, потери свойств под воздействием нагрузок, температур и влажности.

Среди других материалов, которые могут быть использованы в конструкциях каркасов, можно выделить каменные конструкции из природных и искусственных камней и блоков.

Область применения каменных конструкций в качестве несущих элементов до последнего времени была ограничена вследствие большой трудоемкости и сравнительно невысокой несущей способности. Однако в настоящее время, когда значительно возросла потребность в развитии мелких производств, применение каменных конструкций в каркасах зданий следует считать рациональным (несущие стены, опоры и др.). Каменные конструкции из кирпича, мелких и крупных блоков из местных строительных материалов природного происхождения обладают в большинстве своем хорошей долговечностью и огнестойкостью, из них можно компоновать стены с надежной теплоизоляцией и совершенными архитектурными формами.

К недостаткам каменных конструкций следует отнести невысокую прочность, вследствие чего их можно применять только в мелкопролетных зданиях без мостовых кранов.

При выборе материала каркасов нередко определяющим фактором выступает способ возведения здания. Технология возведения зданий зависит от многих обстоятельств: уровня местной материально-технической базы, условий строительной площадки (в стесненных условиях сложившейся застройки или на свободных территориях).

Поэтому окончательное назначение материала для несущих конструкций должно производиться на основе глубокого комплексного анализа всех сторон, обеспечивающих прочность, надежность, долговечность, эксплуатационность, эстетичность и простоту возведения.

Поиск по сайту: