Архитектура зданий и сооружений

 

Министерство Образования и Науки Украины

Донбасская национальная академия строительства и архитектуры

Кафедра «Архитектура промышленных и гражданских зданий»

Конспект лекций

по дисциплине Архитектура зданий и сооружений

Составили: к.т.н., доц. Шамрина Г.В.

ст. преп. Сахновская С.А.

Макеевка 2008

Лекция 1. Основы проектирования промышленных предприятий

.1 Классификация промышленных зданий.

.1.1 Основные группы промышленных зданий

Промышленное строительство - это область строительства, занимающаяся созданием основных фондов промышленности, включая выполнение комплекса строительно-монтажных работ, связанных с возведением новых, а также расширением, модернизацией и реконструкцией существующих промышленных предприятий.

Промышленное предприятие - совокупность орудий и средств производства, зданий, сооружений и других материальных фондов, используемых для производства какой-либо продукции.

Производственные здания принадлежат к основным фондам соответствующей промышленности, и их классификация построена на основе отраслевой классификации производства.

Классификация отраслей производства в промышленности устанавливается по различным признакам, например, по однородности экономического назначения продукции (производственного или потребительского), виду обрабатываемого сырья, характеру технологического процесса и т.п. Всего насчитывается более 15 крупных отраслей (электроэнергетика, черная металлургия, цветная металлургия, машиностроение, металлообработка и др.)

Отраслевая классификация положена в основу создания сети проектных, научно-исследовательских и производственных организаций в строительстве, таких, например, крупных проектных организаций по проектированию металлургических заводов, как Гипромез, заводов тяжелого машиностроения - Гипротяжмаш, гидротехнических сооружений - Гидропроект, зданий высших учебных заведений - Гипровуз.

Промышленные здания независимо от отрасли промышленности разделяют в соответствии со своим функциональным назначением на следующие основные группы:

производственные, в которых размещают основные технологические процессы предприятия (мартеновские, прокатные, сборочные, ткацкие, кондитерские и др.);

подсобно-производственные, предназначенные для размещения вспомогательных процессов производства (ремонтные, инструментальные, тарные цехи и т.п.);

энергетические, в которых размещают установки, снабжающие предприятие электроэнергией, сжатым воздухом, паром и газом (ТЭЦ, компрессорные, газогенераторные и воздуходувные станции и др.);

транспортные, предназначенные для размещения и обслуживания средств транспорта, находящегося в распоряжении предприятия (гаражи, электровозные депо и др.);

складские, необходимые для хранения сырья, заготовок, полуфабрикатов, готовой продукции, горючесмазочных материалов и пр.;

санитарно-технические, предназначенные для обслуживания сетей водоснабжения и канализации, для защиты окружающей среды от загрязнения (насосные и очистные станции, водонапорные башни, брызгальные бассейны и т.п.);

административные и бытовые здания, предназначенные для размещения административно-конторских помещений, бытовых помещений и устройств (душевых, гардеробных и пр.), пунктов питания и медицинских пунктов.

К специальным сооружениям промышленных предприятий относят резервуары, газгольдеры, градирни, силосы, дымовые трубы, эстакады, мачты и др. Перечисленные группы зданий и сооружений не обязательно строятся на каждом промышленном предприятии, состав их зависит от назначения и мощности предприятий.

Объемно-планировочные и конструктивные решения промышленных зданий зависят от их назначения, характера размещения в них технологических процессов и отличаются значительным разнообразием.

1.1.2Классификация по определенным признакам

Классификация зданий по определенным признакам способствует более качественному проектированию, так как в пределах определенного класса зданий более целенаправленно решаются задачи по выполнению необходимых требований.

Наиболее широкая группа классификации промышленных зданий базируется на их различных объемно-планировочных и конструктивных решениях, на различных характеристиках технологических процессов и т.д.

Итак, здания классифицируются :

1) по архитектурно-конструктивным признакам.

В этой группе классификации промышленные здания подразделяют на одноэтажные, двухэтажные, многоэтажные и здания смешанной этажности.

Одноэтажные здания.

В одноэтажных зданиях, как правило, размещают производства металлургической и машиностроительной промышленности (сталелитейные, прокатные, кузнечные, термические, механосборочные цехи и др.), характеризующиеся тяжелым и громоздким технологическим оборудованием, крупногабаритными изделиями и большими динамическими нагрузками.

В настоящее время в одноэтажных зданиях размещается около 75% промышленных производств. Однако в перспективе будет возрастать удельный вес многоэтажных зданий, позволяющих уменьшить площадь застройки предприятий.

В свою очередь, одноэтажные промздания подразделяются по следующим признакам:

а) по количеству пролетов одноэтажные здания могут быть одно- и многопролетными (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Основные типы одноэтажных промышленных зданий.

а - однопролетное без фонарей; б - то же, с мостовым краном; в - двухпролетное без фонарей; г - трехпролетное с повышенным средним пролетом; д - трехпролетное с фонарем; е, ж - многопролетные с фонарями.

Однопролетные здания целесообразны для небольших производственных, энергетических или складских зданий. Они применяются также для размещения производств, требующих значительной величины пролетов (от 36 м и более) и значительной высоты (более 18 м).

Многопролетные - наиболее распространенный тип одноэтажных промышленных зданий.

б) в зависимости от ширины пролетов здания принято считать

мелкопролетными, если ширина пролетов не превышает 12 м,

крупнопролетными - при ширине пролетов более 12 м и

большепролетными - с шириной пролетов 36, 48, 60 м и более.

В большепролетных зданиях целесообразно размещать производства с быстро изменяющейся технологией или связанные с выпуском, содержанием и хранением крупногабаритной продукции (авиастроение, ангары, гаражи и т.п., рис. 3.2).

Рис. 3.2. Примеры большепролетных одноэтажных зданий:

а - пролетом 60 м; б - пролетом 96 м; в - пролетом 78 м; 1 - железобетонная ферма; 2 - железобетонные плиты; 3 - своды-оболочки; 4 - затяжка; 5 - крановые пути; 6 -остекление; 7 - плоские железобетонные плиты; 8 - стальные ванты.

в) по расположению внутренних опор одноэтажные промышленные здания разделяют на:

- ячейковые;

пролетные;

зальные.

В зданиях ячейкового типа преобладает квадратная сетка опор с относительно небольшим продольным и поперечным шагом.

В зданиях пролетного типа, наиболее распространенных в практике строительства, ширина пролетов преобладает над шагом опор.

Здания зального типа характерны для производств, требующих значительной площади без внутренних промежуточных опор. В таких зданиях расстояние между опорами может достигать 100 м и более (большепролетные здания).

Многоэтажные здания.

В многоэтажных зданиях размещают производства с вертикально направленным технологическим процессом, и материалы могут перемещаться за счет собственного веса (мельницы, агломерационные фабрики, хлебозаводы, химические заводы и др.). Многоэтажные здания сооружают также для предприятий легкой, пищевой, радиотехнической, приборостроительной промышленности, для складов (рис. 3.3).

Рис.3.3. Основные виды многоэтажных промышленных зданий.

а - двухэтажное с укрупненной сеткой колонн 2-го этажа; б - с сеткой колонн (6+3+6) м; в, г - с сеткой колонн (6+6+6)х6 м; д - с сеткой колонн (12+12)х6 м; е - многоэтажное с укрупненной сеткой колонн верхнего этажа.

Применение многоэтажных промышленных зданий ограничивается производствами с относительно легким технологическим оборудованием, размещаемым на междуэтажных перекрытиях. Нагрузки на междуэтажные перекрытия в многоэтажных зданиях могут достигать 30-45 кН/м2 (3000-4500 кг/м2).

Здания смешанной этажности строят для производств с горизонтальным и вертикальным технологическим процессами (многие химические производства).

2) по наличию подъемно-транспортного оборудовании:

- бескрановые;

крановые (с мостовыми кранами или подвесным транспортом).

3) по материалу основных несущих конструкции:

- с железобетонным каркасом (сборным, монолитным, сборно-монолитным);

стальным каркасом;

кирпичными несущими стенами и покрытием по железобетонным, металлическим и деревянным конструкциям.

4) по конструктивным схемам покрытий:

- каркасные плоскостные (с покрытием по балкам, фермам, аркам, рамам),рис. 3.4, А;

каркасные пространственные (с покрытиями - оболочками одинарной и двоякой кривизны, складками), висячие покрытия различных типов, перекрестные, пневматические (рис.3.4, Б).

Рис. 3.4. Конструктивные схемы покрытий каркасных промзданий:

А - плоскостные: а - по балкам; б - по фермам; в - по рамам; г -по аркам;

Б - пространственные: д - оболочки одинарной кривизны; е - оболочки двоякой кривизны; ж - оболочки двоякой кривизны в виде гиперболического параболоида; и - складки; к - висячее вантовое; л - перекрестное; м - пневматическое воздухоопорное; н - пневматическое воздухонесущее.

Кроме перечисленных классификационных признаков можно выделить еще несколько, определяемых условиями технологического процесса и требуемыми характеристиками среды производственных помещений.

5) по системам отопления:

- неотапливаемые;

отапливаемые.

6) по системам вентиляции:

- с естественной вентиляцией и аэрацией через специальные проемы в ограждающих конструкциях;

искусственной приточно-вытяжной вентиляцией, кондиционированием воздуха.

7) по системам освещения:

- с естественным освещением;

искусственным освещением;

совмещенным освещением.

8) по профилю покрытии:

- с фонарными надстройками;

без фонарных надстроек.

9) по капитальности - промышленные здания подразделяют на 4 класса.

В основу классификации положено деление зданий на классы в зависимости от их назначения и значимости. Такая классификация необходима для выбора экономически целесообразных решений при проектировании. К І классу относят здания, к которым предъявляют наиболее высокие требования, а к IV - здания с минимально необходимыми прочностью и долговечностью.

Для каждого класса установлены требуемые эксплуатационные качества, а также долговечность и огнестойкость основных конструкций зданий.

Долговечность конструкций - это срок службы без потери требуемых качеств при заданном режиме эксплуатации и в данных климатических условиях. Установлены три степени долговечности ограждающих конструкций:

І степень - срок службы не менее 100 лет;

ІІ степень - не менее 50 лет;

ІІІ степень - не менее 20 лет.

По огнестойкости здания и сооружения подразделяют на 5 степеней. Степень огнестойкости зданий определяется пределом огнестойкости строительных конструкций. Требуемая степень огнестойкости зданий устанавливается на стадии проектирования по пределам огнестойкости основных конструктивных элементов здания: несущих (колонны, внутренние стены и др.), наружных стен, междуэтажных перекрытий, покрытия и лестничных клеток.

.2 Требования к промышленным зданиям

Требования к промышленным зданиям подразделяют на:

- технологические (или функциональные);

технические;

архитектурно-художественные;

экологические;

экономические.

1.2.1 Функциональные требования

Функциональные требования заключаются в том, чтобы промышленное здание наиболее полно удовлетворяло своему назначению, т.е. заданным параметрам размещаемого в нем технологического процесса.

Технологический процесс является основным фактором, определяющим решение здания, т.е. его размеры, форму, конструкции, санитарно-техническое оборудование и внешний облик.

Производство, т.е. технологический процесс, ставит ряд вполне определенных требований к той материально организованной среде, т.е. к промышленному зданию, которое создается строителями. Эти требования вытекают из двух основных положений:

-обеспечение таких параметров среды, при которых технологический процесс протекает в наиболее благоприятных условиях и при которых обеспечивается высокое качество продукции;

-обеспечение таких параметров среды, которые являются оптимальными для деятельности человека с санитарно-гигиенической точки зрения, т.е. при условии сохранения здоровья человека, высокой производительности труда и снижения утомляемости.

К технологическим (функциональным) следует отнести требования:

а) к пространству, размеры которого должны быть достаточными, чтобы разместить технологическое и подъемно-транспортное оборудование и обеспечить перемещение материалов и изделий, а также технологического оборудования при его монтаже или демонтаже;

б) к рабочему пространству для людей, занятых на производстве, и к пространству для передвижения людей в помещении (проходы). При этом общее пространство здания (согласно СН 245-71) должно составить не менее 15 м3 на одного работающего, а площадь - не менее 4,5 м2/чел;

в) к воздушной среде для обеспечения здоровых условий труда человека, требуемого качества продукции или сохранности технологического оборудования, на которое может влиять температура воздуха, его влажность, степень загрязнения вредными веществами;

г) к световому режиму для обеспечения требуемой освещенности пространства цеха, рабочих мест и необходимого спектрального состава света (СН245-71);

д) к акустическому режиму для обеспечения требуемого уровня шума и изоляции от посторонних звуков, превышающих допустимых уровень, мешающих технологическому процессу и утомляющих рабочих (СНиП ІІ-12-77).

1.2.2 Технические требования

К техническим требованиям относятся:

а) требования к прочности, устойчивости (жесткости) строительных конструкций, долговечности материалов и основных конструкций здания, зависящей от ряда факторов, таких как ползучесть, морозостойкость, влагостойкость, коррозиестойкость и биостойкость;

б) требования по взрывной, взрыво-пожарной и пожарной опасности, поскольку технологические процессы могут представлять опасности побочного рода. По этим признакам производства классифицируют на шесть категорий: А. Б, В, Г, Д, Е (СНиП 2.09.02-85. Производственные здания).

Производства категории А наиболее взрывоопасные, так как к ним отнесены технологические процессы, в которых участвуют горючие газы и горючие жидкости с низкими пределами взрываемости и температурами вспышки паров. При смешении они образуют взрывоопасные смеси, способные взрываться и гореть при взаимодействии с водой и кислородом воздуха.

Для взрывоопасных производств (категорий А. Б, Е) наружные ограждающие конструкции целесообразно делать «легкосбрасываемыми» взрывной волной, образующейся при взрыве.

К легкосбрасываемым относятся окна с обычным стеклом, двери, распашные ворота, фонарные переплеты, легкие ограждения с применением асбестоцементных, алюминиевых и стальных листов с легкими утеплителями и т.п.

в) требования к санитарно-техническому и инженерному оборудованию здания, которые в зависимости от технологического процесса предусматривают отопление, ту или иную систему вентиляции или кондиционирования воздуха, водоснабжение устройство лифтов для работающих и т.п.

1.2.3 Архитектурно-художественные требования

а) градостроительные, если производственные предприятия или промышленные здания предлагается возводить в системе городской застройки;

б) к архитектуре комплекса, предполагающие, что само промышленное предприятие должно представлять собой выразительный в архитектурно-художественном отношении ансамбль;

в) к архитектуре здания, предполагающие выразительное, привлекательное по внешнему облику решение каждого здания или сооружения, входящего в состав промышленного комплекса;

г) к интерьеру, который, как и внешний вид здания, должен быть привлекательным, создавать по всем показателям среду, соответствующую условиям высокопроизводительного труда.

1.2.4 Экологические требования

Экологические требования в промышленном строительстве применяются на трех этапах:

а) при разработке схем размещения и развития промышленных отраслей и производств по территории страны;

б) разработке генеральных планов городов и проектов планировки промышленных зон и промрайонов;

в) при разработке проектов конкретных предприятий.

1.2.5 Экономические требования

К экономическим требованиям относятся:

а) экономичность объемно-планировочных решений;

б) экономичность конструктивных решений;

в) экономичность архитектурно-художественных решений.

Экономичность указанных решений для промышленных зданий устанавливается по показателю экономической эффективности капитальных вложений, который, как известно, выражается через приведенные затраты.

1.3 Внутрицеховое подъемно-транспортное оборудование

Для перемещения внутри зданий сырья, полуфабрикатов и готовой продукции их оборудуют подъемно-транспортными средствами, необходимыми также для монтажа и демонтажа технологических установок.

Внутрицеховой транспорт подразделяют на две группы: периодического и непрерывного действия.

К первой группе относят: напольный безрельсовый и рельсовый транспорт (автокары, автопогрузчики и т.п.), подвесной транспорт (тали, кошки, подвесные краны), сюда также входят мостовые и другие виды кранов.

Ко второй - конвейеры всех видов, пневматический и гидравлический транспорт.

Вид транспорта влияет на конструкции и объемно-планировочное решение промышленного здания.

Выбор того или иного вида внутрицехового транспорта зависит от технологического процесса, характера грузов, необходимости модернизации процесса производства.

Следует учитывать, что при проектировании промышленных зданий целесообразно применять принципы независимой от строительных конструкций передачи крановых нагрузок на основание - применением в основном напольного подъемно-транспортного оборудования многофункционального назначения, используемого для монтажа строительных конструкций и оборудования, а также для технологического обслуживания производства.

В качестве напольных грузоподъемных транспортных средств применяют козловые, полукозловые, пневмоколесные, портальные, гусеничные краны серийного производства, внутрицеховые краны башенного типа, мостовые краны на самостоятельных эстакадах.

Выбор кранов, их характеристик и зон перемещения решается при проектировании технологической части.

Отказ от традиционной схемы передачи крановых нагрузок на каркасы зданий существенно снижает их материалоемкость. Важно и то, что при модернизации или полной замены технологии основного производства одновременно можно заменить и крановое оборудование без какой-либо реконструкции каркасов зданий.

В данном курсе рассматривается только подъемно-транспортное оборудование, которое влияет на объемно-планировочное решение здания и решение его конструкций, т.е. талей, подвесных, мостовых и специальных кранов.

Тали выполняют с ручным приводом или электроприводом, стационарными или передвижными, с открытыми и закрытыми кабинами и без них.

Тали электрические или тельферы выполняют грузоподъемностью 0,125-10 т с высотой подъема груза до 18 м.

Тали состоят из 3-х основных узлов: механизмов подъема, тележки с механизмом передвижения и обоймы с крюком.

Кошка представляет собой таль, закрепленную на тележке, которая может передвигаться по нижней полке двутавровой балки (монорельсу) при помощи ручной цепной передачи. Грузоподъемность кошек - 0,5 до 10 т.

Кошки и тали обслуживают лишь узкую полосу рабочего пространства вдоль монорельса, в этом их недостаток.

Подвесные краны (кран-балки ) применяют при пролетах зданий до 30 м и при небольшой массе поднимаемого груза (до 10 т). Они состоят из основной двутавровой стальной балки, снабженной на концах катками, которые движутся по нижней полке стальных балок (рельсов), подвешенных к несущим элементам покрытия (рис. 3.5, а).

Мостовые краны в одноэтажных промзданиях - наиболее распространенное средство транспорта. Они просты в управлении и обладают несложной системой электропитания. Однако при применении мостовых кранов увеличивается высота здания и усложняется его конструктивное решение, поэтому их применение допускается лишь при соответствующем обосновании.

Мостовой кран состоит из несущего моста, перекрывающего пролет помещения, механизмов передвижения и передвигающейся вдоль моста тележки с механизмом подъема (рис. 3.5, б).

По конструкциям их делят на краны общего назначения и специального. К кранам общего назначения относят электрические опорные мостовые краны, которые состоят из сварного моста с механизмом передвижения и тележки с механизмом подъема и передвижения.

Грузоподъемность мостовых кранов достигает 630 т, а пролеты - 50 м.

Мостовые двухбалочные краны могут быть малой грузоподъемности - до 5 т, средней - до 50 т, большой - 250 т и более.

Чаще используют краны грузоподъемностью 5-32 т. В тех цехах, где требуется перемещать грузы разной массы и с разной скоростью, предусматривают краны с двумя механизмами подъема. Грузоподъемность кранов обозначают двумя цифрами, например 50/10 т.

Мостовые краны в зависимости от интенсивности их работы разделяют на краны весьма тяжелого непрерывного, весьма тяжелого, тяжелого (коэффициент использования 0,4-0,8), среднего (около 0,25), легкого (около 0,15) режимов работы.

При использовании кранов с тяжелым режимов работы для их работы без перерыва в работе вдоль крановых путей устраивают проходы размером (400х1800 мм).

Грузоподъемность, габариты и основные параметры мостовых и подвесных кранов даются в ГОСТах.

В промышленных зданиях устанавливают также специальные мостовые краны: литейные, краны-штабеллеры, консольные (консольно-поворотные, консольно-катучие), козловые краны (рис. 3.5, в) и др.

Вид кранов выбирают в зависимости от характера и массы грузов, интенсивности технологического процесса, ширины пролетов и с учетом будущей модернизации производства.

Рис. 3.5. Здания с подвесным, мостовым и козловым кранами:

а - пример размещения в пролетах длиной 18 м двух однопролетных и одного двухпролетного подвесных кранов; б -то же . в здании пролетом 24 м мостового крана; в - расположение козлового крана в одноэтажном здании; 1 - несущая балка; 2 - механизм передвижения; 3 - подвесной путь; 4 - электроталь; 5 - кабина крановщика; 6 - механизм передвижения вдоль кранового пути; 7 - несущий мост; 8 - тележка с грузоподъемным механизмом; 9 - подкрановый путь; 10 - токопровод.

Лекция 2. Унификация промышленных зданий и их конструкций

2.1 Цель и этапы унификации в промышленном строительстве

Из предыдущих лекций курса «Архитектура промышленных и гражданских зданий» Вам уже известно, что унификация предусматривает приведение к единообразию и взаимосочетанию размеров объемно-планировочных компонентов зданий и их конструкций с целью уменьшения объемно-планировочных параметров и количества типоразмеров элементов (по форме и конструкции).

Несмотря на разнообразие протекающих в промзданиях технологических процессов, при их проектировании в большинстве случаев применяются унифицированные объемно-планировочные и конструктивные решения, основанные на Единой Модульной Системе (ЕМС).

Для удобства унификации объем промздания расчленяется на отдельные части или элементы: объемно-планировочный элемент (ОПЭ), температурный блок.

Унифицированные объемно-планировочные и конструктивные решения зданий не являются чем-то застывшим. Их совершенствуют с учетом прогрессивных норм и методов производства, развития строительных конструкций и технологии строительного производства, изменения норм проектирования, архитектурно-художественных и экономических требований.

Для унификации производят отбор таких зданий, объемно-планировочные схемы и конструктивные решения которых обеспечивают в наибольшей мере функциональные, технические, архитектурно-художественные и экономические требования.

2.1.1 Линейная унификация

Развитие унификации происходило поэтапно. На начальном этапе производился отбор и взаимоувязка линейных параметров зданий (пролет, шаг колонн, высота здания, крановая нагрузка). На этой стадии для многих отраслей промышленности были разработаны габаритные схемы зданий, имевшие строго ограниченную номенклатуру. Благодаря этому число типоразмеров конструкций сократилось до технически необходимого и экономически целесообразного минимума.

2.1.2 Объемно-пространственная унификация

В дальнейшем был осуществлен поиск путей перехода на пространственную и объемную унификацию зданий. Были разработаны унифицированные типовые секции (УТС).

Параметры УТС (размеры в плане, сетка колонн, высота, вид и грузоподъемность внутрицехового транспорта) приняты с учетом требований производства на основе габаритных схем и номенклатуры унифицированных конструкций. Из УТС компонуют здания с размерами, определяемыми технологическими требованиями, условиями специализации, кооперирования и блокировки производств. Номенклатура секций для каждой отрасли промышленности строго ограничена, что позволяет дополнительно сократить число типоразмеров конструкций. Чаще всего такая секция представляет собой температурный блок здания. Поэтому максимальная ее длина равна расстоянию между поперечными температурными швами, а максимальная длина - предельному расстоянию между продольными температурными швами.

Для ряда отраслей производства (заводы по производству сборного железобетона, здания ТЭЦ и др.), где использование крупноразмерных УТС не оправдано, были разработаны унифицированные типовые пролеты (УТП).

Для унифицированных типовых пролетов и секций разработаны следующие проектные материалы: чертежи типовых конструкций (ТК) и типовых деталей (ТД), предназначенных для заводов-изготовителей; чертежи типовых монтажных деталей (ТДМ) и их сопряжений, применяемые строителями-монтажниками; чертежи типовых архитектурно-строительных деталей (ТДА), предназначенные для проектировщиков и строителей.

Использование УТС и УТП позволяло значительно упростить процесс проектирования зданий, сократить число типоразмеров конструкций и деталей и самих видов зданий, осуществлять изготовление основных сборных элементов по единому каталогу.

Однако практика проектирования показала, что применение УТС и УТП в отдельных случаях значительно завышает площади и объемы производственных зданий.

.1.3 Межвидовая унификация

Дальнейшее совершенствование унификации промышленных зданий было направлено на переход к разработке зданий широкой универсальности (межвидовая унификация), увеличение степени независимости строительных решений зданий от технологического процесса.

В этом случае предоставляется возможность строительства зданий по единому каталогу типовых стандартных конструкций и изделий со значительно меньшим числом типоразмеров, чем предусмотрено каталогом для УТС и УТП.

При разработке унифицированных конструкций следует стремиться к возможно большей их взаимозаменяемости.

Примерами взаимозаменяемости конструкций могут служить: замена стальных ригелей железобетонными или деревянными, покрытий с прогонами - беспрогонными, стеновых блоков - крупноразмерными панелями и т.п. необходимым условием взаимозаменяемости является выработка единой системы допусков на изготовление и монтаж конструкций.

Высшей формой унификации является создание универсальных конструкций, пригодных для различных объектов и конструктивных схем (например, использование колонн одного типоразмера в зданиях с различными пролетами, применение одних и тех же панелей для стен и покрытий и т.п.).

2.2 Модульная система и параметры зданий

Как известно, унификация объемно-планировочных и конструктивных решений возможна только на базе единого подхода к правилам назначения основных параметров здания, расположения модульных разбивочных (координационных) осей и строгого соблюдения правил привязки к ним несущих и ограждающих конструкций.

Назначение основных параметров зданий (шаг, пролет и высота) производят в соответствии с действующей единой модульной системой в строительстве (ЕМС) и ГОСТами.

Исходя из функциональных, экономических и архитектурных требований, размеры пролетов Lo , шагов Bo и высот этажей Ho объемно-планировочных элементов зданий назначают кратными укрупненным модулям. Основные линейные размеры унифицированных объемно-планировочных элементов принимаются в зависимости от этажности здания и наличия в нем подъемно-транспортного оборудования для трех основных случаев:

§Для одноэтажных зданий без кранов и с подвесными кранами грузоподъемностью до 5 тонн;

§Для одноэтажных крановых зданий;

§Для многоэтажных промзданий.

Для первого случая высота колонн Ho обычно принимается от 3 до 18 м; пролет основных несущих конструкций Lo от 6 до 30 м; шаг Bo от 6 до 18 метров. Наиболее часто используется Lo=18 и 24 м и Bo=6 м.

Для второго случая принимается Ho от 6 до 18 м; Lo от 12 до 36 м и Bo также от 6 до 18 метров. Наиболее часто используется Lo=18 и 24м и Bo=6 м.

Для третьего случая высота этажа Ho принимается от 3,6 до 7,2 м; пролет Lo - от 6 до 12 м и шаг Bo=6м. Наиболее часто распространены сетки колонн 6х6 и 9х6м и высота этажа 4,8 и 6,0м. Кроме того, в многоэтажных зданиях выбор размеров пролета и шага колонн (сетки колонн) производят с учетом нормативной полезной нагрузки на 1 м2 перекрытия.

Укрупненные модули лежат в основе назначения номинальных размеров конструктивных элементов зданий (стеновые блоки и панели, плиты покрытий и перекрытий и др.).

.3 Привязка конструктивных элементов зданий к разбивочным осям

Использование унифицированных объемно-планировочных и конструктивных решений промышленных зданий требует соблюдения единых правил привязки конструктивных элементов к разбивочным осям. Под размером привязки понимают расстояние от разбивочной оси до грани или геометрической оси сечения конструктивного элемента.

Рассмотрим основные правила привязок для одноэтажного многопролетного промздания с различным расположением в пространстве смежных пролетов.

Одноэтажное промышленное здание может иметь разное число параллельных пролетов, отделенных друг от друга рядами колонн. Иногда по условиям технологического процесса требуется взаимно перпендикулярное расположение пролетов. В этом случае пролеты одного направления, составляющие большую часть от общего числа пролетов в здании, являются продольными, а перпендикулярные им пролеты - поперечными (рис. 4.1)

Рис. 4.1. Аксонометрическая схема одноэтажного промышленного здания с разновысокими параллельными и взаимно перпендикулярными пролетами.

Перепады высот в многопролетных зданиях менее 1,2 м обычно не устраивают, поскольку они значительно усложняют и удорожают решение здания. Перепады более 1,2 м, необходимые по технологическим условиям, обычно совмещают с температурными швами.

Основные размеры в плане измеряются между разбивочными осями, которые образуют геометрическую основу плана здания.

Оси, идущие вдоль пролетов здания и располагаемые параллельно нижней кромке чертежа, называются продольными; оси, пересекающие пролеты, называются поперечными.

Система пересекающихся осей здания в плане образует сетку модульных разбивочных осей, которая служит системой координат для плана здания (рис.4.2).

Рис.4.2. Схематический план сетки координационных осей и расположения колонн одноэтажного трехпролетного промышленного здания с одним поперечным пролетом.

В одноэтажных каркасных зданиях при привязке колонн крайних и средних рядов, наружных продольных и торцевых стен, колонн в местах устройства температурных швов, а также в местах перепада высот между пролетами и примыкания взаимно перпендикулярных направлений пролетов используют привязки «0», «250» и «500».

«Нулевая» привязка должна быть преимущественной, так как при ней исключается применение доборных ограждающих и несущих элементов в местах устройства температурных швов, высотных перепадов и примыкания пролетов различного направления. Ее используют при всех видах материалов каркаса в бескрановых зданиях и в зданиях с подвесными и опорными мостовыми кранами, если высота от пола до низа несущих конструкций не превышает 14,4 м, грузоподъемность кранов - 30 т, а шаг колонн - 6м.

При «нулевой» привязке внешние грани колонн крайних продольных рядов совмещают с разбивочными (координационными) осями (рис.4.3, а,б).

При привязке «250» и более (кратной 50) внешние грани колонн смещают наружу с разбивочной оси на 250 мм. Такая привязка допускается в зданиях с мостовыми кранами грузоподъемностью более 32 т, при высоте пролета более 14,4 м и шаге колонн 12 м. В таких зданиях использование привязки «250» и более вызвано увеличением размеров сечения колонн и подколонников, а в ряде случаев необходимостью устройства проходов для ремонта и обслуживания подкрановых путей мостовых кранов (рис. 4.3, в).

В торцах зданий геометрические оси сечения основных колонн средних и крайних рядов смещают с разбивочной оси внутрь на 500 мм. Такое правило привязки позволяет производить конструктивно оправданное размещение фахверковых колонн у торцевых стен и стропильных и подстропильных конструкций без доборных элементов (рис. 4.3, г).

Поперечный температурный шов. Поперечные температурные швы в зданиях с пролетами равной высоты устраивают на спаренных колоннах с использованием привязки колонн к одной или двум разбивочным осям. Привязки к двум разбивочным осям применяют в зданиях со сборным железобетонным каркасом и при расстоянии между поперечными температурными швами более 144 м. В обоих случаях привязка предусматривает смещение геометрических осей сечения колонн на 500 мм в обе стороны от разбивочных осей (рис. 4.3, д, е).

Рис. 4.3. Привязка элементов одноэтажных промзданий к продольным и поперечным разбивочным осям. а, б - нулевая привязка колонн и наружных стен к продольным разбивочным осям; в- то же, привязка «250»; г - привязка к поперечным разбивочным осям в торцах зданий; д, е - то же, в местах поперечных температурных швов.

Продольный деформационный шов. В зданиях с пролетами равной высоты осуществляют, предусматривая две разбивочные оси со вставкой между ними. Размер вставки зависит от способов привязок в примыкающих пролетах (рис.4.4)

Рис. 4.4. Привязка колонн и вставки между продольными осями в местах продольных температурных швов в зданиях с пролетами одинаковой высоты.

Если в здании с железобетонным или смешанным каркасом соседние параллельные пролеты имеют разную высоту, то по линии их сопряжения устанавливается два ряда колонн, поскольку конструкции типовых железобетонных колонн не допускают опирания покрытия на одну колонну на разных уровнях (рис. 4.5). Следует отметить, что для стальных колонн это требование не является безусловным.

Размер вставки в продольном температурном шве зависит от способов привязок в примыкающих пролетах и может составлять 500, 750 и 1000 мм.

Рис. 4.5. Привязка колонн и вставки между разбивочными осями в местах перепада высот параллельных пролетов.

промышленный строительство здание унификация

Привязку колонн к осям в месте сопряжения двух разновысоких пролетов осуществляют к двум продольным разбивочным осям со вставкой между ними. Привязка колонн к этим осям должна соответствовать правилам привязок «0» или «250». Размер вставки С (мм) должен быть кратным 50 мм (но не менее 300 мм) и равняться сумме следующих размеров:

С = «0» («250») х 1(2) + d + е + 50,

где d - толщина стены;

е - зазор между наружной гранью колонн повышенного пролета и внутренне плоскостью стены, мм (обычно 30 мм);

мм - зазор между наружной плоскостью стены и гранью колонн пониженного пролета.

Рис. 4.6. Привязка колонн и вставки между разбивочными осями при взаимном примыкании пролетов.

В местах примыкания взаимно перпендикулярных пролетов привязку колонн осуществляют также к двум разбивочным осям со вставкой между ними (рис. 4.6). Размер вставки С (мм) зависит от способа привязки в поперечном (более высоком) пролете («0» или «250») и может быть определен из выражения

С = 0(250) + е + d + 50.

Этот размер округляют до кратности 50 мм, но не менее 300 мм.

При наличии продольного температурного шва между пролетами, примыкающими к перпендикулярному пролету, этот шов продлевают до пролета, где он будет поперечным швом. При этом вставка между разбивочными осями в продольном и поперечном швах должна иметь одинаковую величину (500, 750 или 1000 мм), а каждую из парных колонн по линии поперечного шва смещают с ближайшей парной оси на 500 мм.

В многоэтажных зданиях с балочными перекрытиями размер привязки колонн крайних рядов к продольным разбивочным осям зависит от нормативных нагрузок на покрытия. Так, в зданиях с нагрузками на них 5-10 кН/м2 внешнюю грань колонн смещают с разбивочной оси наружу на 200 мм (рис. 4.7).

В зданиях с нагрузками на перекрытия 10-25 кН/м2 внешние грани колонн совмещают с разбивочной осью (рис.4.8).

В торцах многоэтажных зданий внешние грани колонн относят от крайних поперечных разбивочных осей на 200 мм или геометрические оси сечения крайних колонн смещают с разбивочных осей внутрь на 500 мм.

Поперечные температурные швы устраивают на двух рядах колонн со вставкой между ними 1000 мм или без нее. В первом случае геометрические оси сечения парных колонн совмещают с разбивочными осями, а во втором - температурный шов совмещают с одинарной разбивочной осью и каждую из парных колонн смещают с разбивочной оси на 500 мм.

Колонны средних продольных и поперечных рядов многоэтажных зданий различных конструктивных решений привязывают так, чтобы геометрические оси сечения колонн совпадали с разбивочными осями.

Рис. 4.7. Привязка колонн и наружных стен многоэтажных промзданий с нормативными нагрузками на перекрытия 5…10 кН/м2 к продольным и поперечным разбивочным осям и в местах температурных швов. 1 - торцовая стена; 2 - продольная стена.

Рис. 4.8. Привязка колонн и наружных стен многоэтажных промзданий с нормативными нагрузками на перекрытия 10…25 кН/м2 к продольным и поперечным разбивочным осям и в местах температурных швов. 1 - торцовая стена; 2 - продольная стена.

Лекция 3. Железобетонный каркас одноэтажных промышленных зданий

3.1 Железобетонный каркас ОПЗ

Железобетонные каркасы одноэтажных промышленных зданий проектируют как плоскостные стоечно-балочные системы, монтируемые из сборных железобетонных элементов заводского изготовления. Они должны обладать необходимой прочностью и пространственной устойчивостью.

Сборный вариант железобетонного каркаса одноэтажного здания состоит из поперечных рам, объединенных в пространственную систему продольными конструктивными элементами - фундаментными, подкрановыми и обвязочными балками, несущими конструкциями ограждающей части покрытия и специальными связями (между стойками и между несущими конструкциями покрытия) (рис. 5.1, 5.2, 5.3).

Рис. 5.1. Железобетонный каркас со стропильными фермами: 1 - фундамент; 2 - колонна; 3 - подстропильная ферма; 4 - стропильная ферма; 5 - температурный шов; 6 - плита покрытия; 7 - утеплитель по пароизоляции; 8 - стяжка; 9 - кровельный ковер; 10 - стеновая панель; 11- простеночная панель; 12 - окно; 13 - подкрановая балка; 14 - фундаментная балка; 15 - связи по колоннам.

Рис.5.2. Железобетонный каркас со стропильными балками:

- фундамент; 2 - колонна; 3 - подстропильная балка; 4 - стропильная балка; 5 - стойка фахверка.

В поперечном направлении прочность и устойчивость обеспечиваются системой одно- или многопролетных рам, стойки которых чаще всего жестко защемлены в фундамент, а вверху имеют шарнирную связь с несущими элементами покрытия - ригелями (рис. 5.1, 5.2). Шарнирное крепление вверху обусловлено тем, что обеспечить жесткую связь ригеля с колонной значительно сложнее, чем шарнирную, и, кроме того, возникают большие возможности типизации элементов каркаса.

В продольную раму каркаса включаются все колонны поперечных рам температурного блока, находящиеся на одной оси, с расположенными по ним подкрановыми балками или распорками и вертикальными связями, установленными между колоннами (рис. 5.1). На устойчивость каркаса в продольном направлении оказывают влияние высота здания, наличие мостовых кранов, а также высота несущего элемента покрытия (ригеля) на опоре. Для придания покрытию свойств жесткого диска, обеспечивающего равномерное распределение горизонтальных усилий, возникающих при ветре и торможении мостовых кранов, железобетонные настилы, укладываемые по ригелям рам температурного блока, привариваются к их верхнему поясу. Швы между настилами замоноличиваются.

Членение каркаса на конструктивные элементы производится с таким расчетом, чтобы общее их количество и количество монтажных стыков были возможно меньшими, сечение экономичным, а изготовление, транспортировка и монтаж технологичны и удобны. Поэтому традиционное решение каркаса включает: фундаменты под колонны; фундаментные балки; колонны; подкрановые балки; подстропильные и стропильные конструкции; обвязочные балки, связи (рис.5.1 и 5.2). В зависимости от характера производства, вида внутрицехового транспорта, сетки колонн, характера ограждающих конструкций некоторые из перечисленных элементов могут отсутствовать или появляться дополнительные.

В интересах сокращения количества монтажных единиц и снижения материалоемкости каркаса могут применяться длинномерные настилы покрытия. Для их укладки непосредственно по колоннам крайних и средних рядов (рис. 5.3) используют ригели, играющие роль подстропильных конструкций.

Рис. 5.3. Железобетонный каркас с плитами на «пролет»:

- фундамент; 2 - колонна; 3 - ригель; 4 - длинномерный настил; 5 - светоаэрационный фонарь; 6 - крановый рельс.

3.2 Конструктивные элементы железобетонного каркаса ОПЗ

Каркасная конструкция производственного здания обусловливает необходимость устройства самостоятельного фундамента под каждую колонну. Размер его определяется нагрузкой, приходящейся на колонну, предельно допустимым давлением на грунт под подошвой фундамента и глубиной промерзания грунта.

3.2.1 Фундаменты. Фундаментные балки

Фундаменты под сборные железобетонные колонны устраивают в основном в виде отдельных опор с отверстиями стаканного типа. Ленточные фундаменты по продольным рядам колонн или сплошную фундаментную плиту под все здание применяют в исключительных случаях, когда фундаменты в виде отдельных опор не обеспечивают необходимую прочность и устойчивость или когда это целесообразно по условиям обеспечения «гибкости» и универсальности размещаемого производства.

Конструкции фундаментов относятся к числу материалоемких элементов здания. На их устройство требуется до 20% общего расхода бетона, а стоимость их возведения составляет от 5 до 20% от стоимости здания.

Фундаменты под колонны в виде отдельных опор по способу возведения подразделяют на монолитные и сборные.

Монолитные фундаменты более предпочтительны, так как располагают лучшими возможностями получения нужных форм и размеров, диктуемых нагрузками и местными условиями строительства. В большинстве своем они экономичнее сборных вследствие меньшего расхода стали и затрат на транспортирование и монтаж.

Монолитный фундамент состоит из подколонника с отверстием (стаканом) для заделки колонн и ступенчатой плитной части (рис. 5.4). В целях ограничения типоразмеров опалубочных элементов, а также для более четкой градации арматурных изделий, все опалубочные размеры унифицированы.

Высота унифицированных фундаментов составляет 1,5 и от 1,8 до 4,8 м с градацией через 0,6 м,

Размеры подошвы в плане от 1,5х1,5 до 6,6х7,2 с модулем 0.3 м.

Размеры подколонника в плане - от 0,9х0,9 до 1,2х2,7 м (через 0,3 м).

Высоту ступеней принимают 0,3 и 0,45 м с совмещением уступов, обеспечивающих уклон 2:1.

Рис. 5.4 Монолитный фундамент под железобетонные колонны.

Сборные фундаменты под колонны применяют, когда их можно сделать из одного блока ограниченной массы (обычно не более 6 т). В случае необходимости сборные фундаменты могут быть установлены на опорные плиты (рис. 5.5). Размеры сборных фундаментов подчинены тем же модулям, что и монолитные.

Рис. 5.5 Сборный фундамент под железобетонные колонны.

Под спаренные колонны в местах деформационных швов устраивают монолитные фундаменты с двумя раздельными стаканами (рис. 5.6, а). Установлены следующие размеры стаканов: глубина 0,8, 0,9 и 1,25 м. Размеры по верху и дну соответственно на 150 и 100 мм больше размеров сечения колонн (рис. 5.6, б). После установки колонн стаканы заливают бетоном класса В20 или В25 на мелком гравии. На изготовление монолитных и сборных фундаментов используют бетоны классов В10 и В15. Под монолитные фундаменты делают подготовку толщиной 100 мм из бетона класса В7,5 или из щебня с проливкой цементным раствором. Это предотвращает вытекание цементного молока из бетонной смеси и перемешивание бетонной смеси с грунтом.

Рис. 5.6. Фундаменты под железобетонные колонны: а - в местах устройства деформационных швов; б - заделка колонны в фундаменты.

При наличии слабых грунтов под фундаменты устраивают свайные основания (рис. 5.7). В практике промышленного строительства наибольшее применение получили забивные и буронабивные сваи. Железобетонные забивные цельные сваи сплошного квадратного сечения рекомендуются к преимущественному применению. Их выполняют с размерами сечения 300х300; 350х350 и 400х400 мм. Головки свай после забивки (допускается разница в их уровне 1-2 см) заделывают в ростверк на глубину не менее 150 мм.

Рис. 5.7 Свайный фундамент под железобетонные колонны.

Буронабивные сваи изготавливают непосредственно в грунте. Для этого в пробуренную скважину устанавливают арматурный каркас и укладывают бетонную смесь. Сваи такого типа целесообразны в следующих случаях: при больших нагрузках на фундаменты; на территориях с просадочными и слабыми грунтами; в стесненных условиях строительной площадки, на которой невозможна забивка свай или когда недопустимы динамические воздействия на рядом расположенные объекты; при необходимости усиления фундаментов существующих зданий.

В целях унификации и сокращения числа типоразмеров колонн верх монолитных и сборных фундаментов располагают на 150 мм ниже отметки ±0.000. Это позволяет монтировать колонны при засыпанных котлованах, после устройства подготовки под полы и прокладки подземных коммуникаций.

Фундаментные балки из сборного железобетона разработаны под кирпичные, блочные, панельные самонесущие и панельные навесные варианты исполнения наружных стен.

В зависимости от веса наружных стен и шага колонн фундаментные балки имеют тавровое и трапециевидное сечение. Балки таврового сечения (рис. 5.8, а) применяют при кирпичных стенах толщиной 380 и 510 мм и панельных самонесущих стенах толщиной до 300 мм при шаге колонн 6 м. Балки трапециевидного сечения (рис. 5.8, б, в) применяют при шаге колонн 6 и 12 м. Их выполняют при кирпичных стенах толщиной 250 мм, панельных самонесущих стенах - 200 и 240 мм и панельных навесных - 160, 200, 240 и 300 мм.

Рис. 5.8. Фундаментные балки: а) таврового сечения при шаге колонн 6м; б) трапецевидного сечения при шаге колонн 6 м; в) то же, при шаге 12 м.

Фундаментные балки опирают на бетонные столбики (приливы), устраиваемые сечением 300х600 мм (рис. 5.9, а, б) в пределах подколонников. Отметка верха столбиков зависит от высоты фундаментных балок и может составлять -0,350; -0,450 и -0,650 мм. Длина фундаментных балок согласуется с шагом колонн, размерами подколонника и местом укладки. Так, при шаге колонн 6 м длина балок может быть 5950, 5050, 4750, 4400 и 4300 мм, а при шаге 12 м - 11950, 10750, 10400 и 10300 мм.

Верх фундаментных балок располагают на 30 мм ниже уровня чистого пола (отметка -0,030). На этом уровне устраивают гидроизоляцию из одного-двух слоев рулонного материала на мастике. Допускается выполнять гидроизоляцию из цементно-песчаного раствора (1:2) толщиной 300 мм.

Рис.5.9. Опирание фундаментных балок. 1 - набетонка толщиной 120 мм; 2 - слой раствора толщиной 20 мм; 3 - опорный столбик; 4 - фундаментная балка.

Для предохранения балок от деформаций при пучении грунтов снизу или с их боков делают подсыпку из шлака, крупнозернистого песка или кирпичного щебня (рис. 5.10). В отапливаемых зданиях в целях утепления пристенной рабочей зоны ширина подсыпки из утеплителя может составлять - 1..2 м.

По периметру здания устраивают отмостку из асфальта или бетона шириной 0,9-1,5 м с уклоном от стены не менее 1:12.

Рис.5.10. Детали фундамента наружного ряда колонн:

- набетонка толщиной 120 мм; 2 - слой раствора толщиной 20 мм; 3 - опорный столбик; 4 - фундаментная балка; 5 - песок; 6 - щебеночная подготовка (13-15см); 7 - асфльт (1,5-2см); 8 - гидроизоляция; 9 - стеновая панель; 10 -колонна; 11 - подстилающий слой; 12 - шлак.

3.2.2 Колонны

Номенклатура колонн достаточно многообразна. Она определяется местом колонны в составе здания, ее высотой, нагрузкой от покрытия и стен, от опирающегося на каркас кранового оборудования и других технологических устройств. Под влиянием этих факторов сформировались и находят преимущественное применение унифицированные типы колонн прямоугольного сечения, двухветвевые и круглые.

Колонны в системе каркаса воспринимают вертикальные и горизонтальные нагрузки постоянного и временного характера. В силу этого конструкции колонн должны отвечать повышенным требованиям прочности, жесткости и устойчивости.

Для массового индустриального строительства разработаны типовые конструкции сборных железобетонных колонн для зданий без опорных мостовых кранов и для зданий с опорными мостовыми кранами.

Для зданий высотой от 3 до 14,4 м без опорных мостовых кранов или с подвесными кранами грузоподъемностью до 5 т применяют колонны постоянного сечения (рис.5.11). Средние колонны при высоте сечения меньше 500 мм вверху снабжают симметричными двухсторонними консолями, чтобы обеспечить опирание конструкций покрытия. Длину колонн выбирают с учетом высоты здания (от пола до низа несущих конструкций покрытия) и глубины заделки колонны в фундаменты. Размеры сечения колонн зависят от нагрузки и длины колонн, их шага и расположения (в крайних и средних рядах). Сечения колонны могут иметь квадратное (300х300; 400х400 и 500х500 мм) и прямоугольное (400х300; 500х400; 600х500 мм). Колонны постоянного сечения заделывают в железобетонные фундаменты на глубину 750, 850 мм. Для зданий с опорными мостовыми кранами грузоподъемностью до 32 т легкого, среднего и тяжелого режимов работы разработаны колонны прямоугольного сечения (рис. 5.12, а), а для зданий с опорными кранами общего назначения от 32 до 50 т легкого, среднего и тяжелого режимов работы - колонны двухветвевые (рис. 5.12, б).

Колонны прямоугольного сечения могут быть использованы в зданиях высотой от 8,4 до 14,4 м. Размеры сечения колонн в подкрановой части составляют от 400х600 до 400х900 мм (через 100мм). Колонны двухветвевого сечения применяют в зданиях высотой более 14,4 (до 18) м. Размеры сечения колонн в подкрановой части составляют 500х1400 и 500х1900 мм.

Рис. 5.12. Сборные железобетонные колонны для зданий:

а) для зданий с опорными мостовыми кранами грузоподъемностью до 32 т и высоте здания 8,4…14,4 м; б) то же, с кранами до 50 т и высоте от 14,4…18 м.

Сборные колонны изготавливают из тяжелого бетона классов В15-В40.

Для соединения с колонной других конструктивных элементов (стропильных и подстропильных конструкций, подкрановых балок, элементов стен и др.) в ней предусматривают закладные детали. В колоннах, располагаемых в местах установки вертикальных связей, предусматривают закладные детали для крепления связей, а у колонн, располагаемых у торцевых стен, - дополнительные закладные детали для крепления приколонных стоек фахверка. В верхней части колонны имеют оголовки: при опирании на них железобетонных конструкций с соединением на монтажной сварке - горизонтальные пластины, при стальных несущих конструкциях - анкерные болты (рис. 5.13).

Рис. 5.13. Основные закладные элементы колонн: 1 - закладная деталь для крепления стальной фермы (анкеры); 2, 3 - то же, для крепления подкрановой балки; 4 - то же, стеновых панелей, 5 - то же, вертикальных связей.

При использовании в покрытиях железобетонных подстропильных конструкций длина колонны средних рядов принимается на 600 мм меньше, чем в покрытиях только со стропильными конструкциями.

Размеры сечения надкрановой части колонн прямоугольного и двухветвевого вида унифицированы и составляют по высоте (в направлении пролета) 380 и 600 мм. При высоте сечения 380 м возможна «нулевая» привязка колонн к крайней продольной разбивочной оси, поскольку ось подкранового пути имеет также унифицированную привязку к ней, равную 750 мм. При высоте сечения 600 мм необходимо применять привязку «250» или «500», так как в этом случае ось подкранового пути отстоит от разбивочной оси на 1000 мм и более. Двухветвевые железобетонные колонны по сравнению с колоннами прямоугольного сечения более трудоемки при изготовлении, транспортировке и монтаже. Вследствие этого применение ограничивают, вместо них рациональнее применять стальные колонны.

В целях снижения массы колонн и более экономного расхода материалов разработаны типовые колонны кольцевого сечения, изготавливаемые методом центрифугирования (рис. 5.14). Такие колонны могут быть использованы в зданиях с неагрессивной средой без мостовых кранов или с грузоподъемностью до 32 т. Диаметры сечения колонн в зависимости от нагрузки и длины колонны, сетки колонн и грузоподъемности кранов составляют от 300 до 1000 мм (через 100 мм) при толщине стенок от 50 до 120 мм. На изготовление таких колонн требуется почти в 2 раза меньше бетона и на 20-30% стали.

Рис. 5.14. Сборные железобетонные колонны кольцевого сечения.

.2.3 Железобетонные подкрановые балки

Подкрановые балки с уложенными по ним рельсам образуют пути движения мостовых кранов. Они придают зданию также дополнительную пространственную жесткость. Железобетонные подкрановые балки могут иметь тавровое или двутавровое сечение (рис. 5.15). Первые предусматривают при шаге колонн 6 м, вторые - при шаге 12 м. Железобетонные подкрановые балки устанавливают под краны грузоподъемностью до 32 т.

Развитая по ширине полка балки служит для усиления сжатой зоны. Она воспринимает поперечные горизонтальные крановые нагрузки, а также упрощает крепление крановых рельсов. Высота балок 800, 1000 и 1400 мм, ширина полок 550, 600 и 650 мм.

Для изготовления подкрановых балок применяют бетон класса В22,5-В40, сварные каркасы, а для нижнего пояса - преднапряженные стержни, пакеты струн или пряди из высокопрочной проволоки. В балках предусмотрены закладные элементы для крепления к колоннам (стальные пластины), для крепления рельсов и троллей (трубки).

К колоннам балки крепят сваркой закладных элементов и анкерными болтами (рис. 5.16, а). Гайки анкерных болтов после выверки балок заваривают. Рельсы с подкрановыми балками соединяют парными стальными лапками, располагаемыми через 750 мм (рис. 5.16, б). Для уменьшения динамических воздействий на балки и снижения шума движущихся кранов под рельсы укладывают упругие прокладки из прорезиненной ткани толщиной 8-10 мм.

Во избежание ударов мостовых кранов о колонны торцового фахверка здания на концах подкрановых путей устраивают стальные упоры с амортизаторами - буферами из деревянного бруса.

Применение железобетонных подкрановых балок следует ограничивать. Это связано с их большой массой, сравнительно небольшим сроком службы, поскольку они испытывают динамические нагрузки, и сложностью рихтовки подкрановых путей.

3.2.4 Обвязочные балки

Обвязочные балки служат для опирания кирпичных и мелкоблочных стен в местах перепада высот смежных пролетов, а также для повышения прочности и устойчивости высоких самонесущих стен. В последнем случае расстояние между балками по высоте определяют расчетом в зависимости от высоты, толщины и материала стены, наличия в стене проемов и их размеров. Стены второго и последующих ярусов - навесные (нагрузки от них передаются на колонны, тогда как первый ярус стены, опирающийся на фундаментную балку, является самонесущим). Обвязочные балки обычно располагают над оконными проемами, и они выполняют функции перемычек. Такие балки имеют прямоугольное сечение со стороной 585мм, ширина их 200, 250 и 380мм, длина 5950мм. Изготавливают обвязочные балки из бетона В15 и армируют сварными каркасами с рабочей арматурой из стали класса А-ІІІ. Балки укладывают на стальные опорные столики-консоли со скрытым ребром жесткости и крепят к колоннам стальными планками (рис. 5.17).

.2.5 Связи по колоннам, фермам

Для повышения устойчивости одноэтажных зданий в продольном направлении предусматривают систему вертикальных и горизонтальных связей между колоннами каркаса и в покрытии.

Вертикальные связи при железобетонных колоннах каркаса в зданиях без мостовых кранов и с подвесным транспортом устанавливают только при высоте помещений более 9,6м. Их располагают в середине температурных блоков в каждом продольном ряду колонн. При шаге колонн 6м по верху всех колонн дополнительно устанавливают продольные распорки. В зданиях, оборудованных мостовыми кранами, связи устанавливают в подкрановой части. Связи по колоннам делают крестовыми и портальными (рис. 5.18). Форма связей зависит от шага колонн, высоты от пола до головки подкранового рельса и вида напольного транспорта. Крестовые связи чаще всего применяют при шаге колонн 6м, высоте до головки подкранового рельса до 10 м и малогабаритном напольном транспорте, а портальные - при шаге 12м и более в более высоких зданиях с использованием крупногабаритного транспорта (автомобили, штабеллеры и т.п.).

Рис. 5.18. Связи между железобетонными колоннами: 1 - связи крестового типа; 2- то же, портального.

Связи в покрытиях выбирают с учетом вида каркаса, типа покрытия, высоты здания, вида внутрицехового подъемно-транспортного оборудования, его грузоподъемности и режима работы.

Вертикальные связи между опорами железобетонных стропильных конструкций ставят только в покрытиях с плоской кровлей. В зданиях без подстропильных конструкций такие связи размещают в каждом ряду колонн, а с подстропильными конструкциями - только в крайних рядах колонн при шаге 6м.

Между опорами ферм или балок вертикальные связи устанавливают не чаще чем через один шаг колонн. В местах отсутствия вертикальных связей ставят распорки, располагаемые поверху колонн (рис. 5.19).

Рис. 5.19. Связи в покрытиях при шаге 6м в бескрановых зданиях без подстропильных конструкций: 1 - вертикальная связь по фермам; 2 - распорка.

По средним рядам колонн крайние подстропильные фермы в каждом температурном блоке связывают с верхними поясами стропильных ферм горизонтальными распорками (рис. 5.20).

Рис. 5.20. Связи в покрытиях при шаге 6м в бескрановых зданиях с подстропильными конструкциями: 1 - горизонтальная распорка по подстропильным фермам

В покрытиях при шаге колонн крайних и средних рядов 12м предусматривают горизонтальные связевые фермы, размещая их в уровне нижнего пояса стропильных ферм по торцам температурных блоков в каждом пролете (рис.5.21).

Рис. 5.21. Связи в покрытии при шаге 12 м в зданиях с мостовыми кранами: 1 - вертикальная связь по ферме; 2 - распорка; 3 - связь по колоннам; 4 - горизонтальная ферма в торцах.

В зданиях с мостовыми кранами тяжелого режима или при технологическом оборудовании, вызывающем колебания каркаса. В середине каждого пролета ставят распорки (тяжи) и вертикальные связи по нижнему поясу стропильных конструкций. Роль горизонтальных связей в верхних поясах ферм или балок выполняют крупноразмерные панели покрытия.

Вертикальные и горизонтальные связи покрытия изготавливают из уголков, швеллеров и труб и крепят к железобетонным конструкциям болтами и сваркой.

В пролетах с фонарями в торцах фонарных проемов устанавливают горизонтальные крестовые связи. В пределах длины фонарного проема по коньку ферм устанавливают распорки.

Лекция 4. Покрытия одноэтажных промышленных зданий из сборного железобетона

4.1 Несущие конструкции покрытия

Рассмотрим покрытия, выполненные из плоскостных конструкций, к ним относятся стропильные и подстропильные балки и фермы.

При одинаковом шаге колонн по крайним и средним рядам цеха, несущие конструкции покрытия состоят только из стропильных элементов.

В случае, когда шаг колонн по крайнему ряду отличается от шага колонн по среднему ряду (например, часто шаг колонн по наружному ряду назначается 6 м, а по среднему - 12 м) несущие конструкции покрытия состоят из стропильных и подстропильных элементов.

Выбор оптимального варианта несущих конструкций покрытия, т.е. с использованием подстропильных конструкций или без них зависит от ряда факторов:

необходимости применения укрупненной сетки колонн по технологическим причинам;

размеров ограждающих конструкций покрытия;

способов передачи нагрузок на элементы каркаса.

4.1.1 Стропильные и подстропильные балки

Стропильные конструкции чаще всего выполняют в виде балок и ферм, реже в виде арок и рам.

Стропильные балки из сборного железобетона применяют при устройстве односкатных, многоскатных и плоских покрытий зданий пролетами от 6 до 24 м (рис. 6.1).

Рис.6.1 Железобетонные балки покрытий:

а - стропильные, пролетом 6 и 9 м, для покрытий с плоской кровлей; б - стропильные, пролетом 12 м, для покрытий с плоской и скатной кровлей; в - стропильные, пролетом 18 и 24 м, для скатных кровель; г - стропильные, решетчатого типа пролетом 12 и 18 м; д - подстропильная балка длиной 12 м для скатной и плоской кровель; е - крепление к колоннам стропильных балок пролетом 6, 9 и 12 м при плоской кровле; ж - то же, при скатной кровле; з - опирание стропильных балок на подстропильную; 1 - колонна; 2 - стропильная балка; 3 - стальная пластина в колонне; 4 - то же, в стропильной балке; 5 - монтажная сварка.

Балки пролетом 6 и 9 м предназначены для покрытий зданий с плоской кровлей, с подвесным подъемно-транспортным оборудованием и без него. Для покрытия зданий пролетом 6 м балки имеют тавровое, а для пролетов 9 м - двутавровое сечение (рис. 6.1, а).

Для покрытий зданий пролетом 12 м со скатной или плоской кровлей применяют балки с параллельными поясами (рис. 6.1, б) они используются при шаге колонн 6 м и допускают устройство фонарей шириной 6 м. опорная часть балок позволяет устанавливать их горизонтально или с уклоном (1:20).

Для устройства покрытий пролетом 18 м наиболее рациональны предварительно напряженные двускатные балки двутаврового сечения и решетчатого типа (рис. 6.1, в, г).

Балки двутаврового сечения можно применять для зданий пролетом 24 м с шагом 6 и 12 м с использованием подвесного транспорта грузоподъемностью до 50 т и устройством фонарей шириной 6 м. по технико-экономическим показателям такие балки являются одними из самых эффективных конструкций.

Решетчатые балки устанавливаются с шагом только 6 м, к ним можно крепить пути подвесного транспорта грузоподъемностью до 5 т.

В балках предусмотрены закладные детали (рис. 6.1, е, ж, поз. 4) для опирания на колонны или стены, а также для крепления плит покрытия, стеновых конструкций, путей подвесного транспорта и фонарей.

В целях унификации конструктивных и объемно-планировочных параметров зданий, балки пролетом 9÷24 м имеют высоту на опорах 900 мм, а балки пролетом 6 м - 600 мм.

Стропильные балки крепят к колоннам монтажной сваркой закладных деталей (рис. 6.1, е, ж). Болтовые соединения с последующей обваркой закладных и накладных деталей приводит к большому расходу стали и значительным трудовым затратам.

При несовпадении в зданиях шага колонн по наружным и средним рядам применяются подстропильные балки (рис. 6.1, д).

Высота колонн или стен, на которые опираются подстропильные балки на 600 мм короче высоты цеха, т.к. опорная часть подстропильных балок составляет 600 мм (рис. 6.1, з). Соблюдение данного условия необходимо для сохранения нижних поясов стропильных балок в горизонтальной плоскости. Крепление подстропильных балок к колоннам и стропильных балок к подстропильным производят монтажной сваркой соответствующих закладных и накладных деталей (рис. 6.1, з).

4.1.2 Стропильные и подстропильные фермы

Фермы, по сравнению с балками, обладают лучшими технико-экономическими показателями:

меньшей массой;

возможностью использования межферменного пространства.

Фермы из сборного железобетона эффективны для перекрытия пролетов 18 и 24 м.

Эффективность сборных железобетонных ферм пролетами более 24 м практикой не подтверждается. При таких пролетах эффективнее стальные фермы.

В зависимости от очертания стропильные фермы подразделяют на:

сегментные;

безраскосные;

с параллельными поясами;

полигональные;

треугольные (рис. 6.2, а, д).

Рис.6.2. Железобетонные фермы: а - сегментные; б - безраскосные; в - с параллельными поясами; г - полигональные; д - треугольные; е - подстропильные для малоуклонных кровель; ж - подстропильные для скатных кровель (в монтированном положении в покрытии).

Сегментные раскосные фермы предназначены для покрытий зданий с неагрессивной средой, а также со слабо- и среднеагрессивными газовыми средами. Их можно установить с шагом 6 и 12 м на железобетонные колонны или подстропильные фермы. К ним можно подвешивать краны грузоподъемностью от 1 до 5 т. Очертание верхнего пояса позволяет использовать для покрытия плиты шириной 3 м.

Безраскосные фермы (рис. 6.2, б) можно применять при шаге 6 и 12 м для покрытий со скатной и малоуклонной кровлей. К ним предусмотрена подвеска кранов грузоподъемностью 1-5 т.

Фермы для малоуклонных кровель (3,3%) имеют дополнительные стойки над верхним поясом, которые служат опорами для плит размерами 3х6 и 3х12 м (рис. 6.2, б).

Фермы с параллельными поясами и полигональные (рис. 6.2, в, г) используют реже, так как они имеют большую высоту на опоре, что приводит к увеличению высоты стен и неполезного объема здания, а также возникает необходимость в дополнительных связях в покрытии.

Для устройства покрытий в неотапливаемых зданиях применяют треугольные формы под кровлю из асбестоцементных или металлических профилированных листов.

В местах крепления к колоннам или подстропильным фермам, опирания плит покрытия, стоек фонарей и путей подвесного транспорта в фермах предусмотрены закладные детали.

Подстропильные фермы разработаны для вариантов малоуклонных и скатных кровель (рис. 6.2, е, ж).

На рис. 6.3 приведен пример фрагмента одноэтажного промышленного здания для пролета L = 18 м при шаге колонн внешнего ряда 6 м и шаге колонн среднего ряда 12 м. Плиты покрытия, подкрановые балки условно не показаны.

Рис. 6.3. Каркас ОПЗ с применением подстропильной фермы: 1 - колонна внешнего ряда (шаг 6 м); 2 - колонна среднего ряда (шаг 12 м); 3 - стропильная ферма пролетом 18 м; 4 - подстропильная ферма для шага колонн 12 м; 5 - стеновое ограждение (фрагмент).

4.2 Ограждающие конструкции покрытия

Ограждающая часть покрытия повержена разнообразным атмосферным (солнечная радиация, дождь, снег, ветер, низкие температуры) и эксплуатационным (высокие или низкие температуры, влажность, агрессивные среды и т.п.) воздействиям. Вследствие этого ограждающие конструкции должны обладать высокой стойкостью против этих воздействий и надежно защищать здание от преждевременного износа и разрушения. В зависимости от производственно-технического режима в здании покрытия устраивают утепленными или холодными.

Утепленные покрытия состоят из несущего слоя и теплоизоляции, защищенной паро- и гидроизоляцией (рис. 6.4, в-и). При необходимости в утепленные конструкции вводят другие конструктивные элементы, например воздушные прослойки или отверстия для вентиляции ограждения (рис. 6.4, е, ж, з).

Холодные покрытия состоят из несущих элементов и гидроизоляционного ковра или из элементов, объединяющих в себе несущие и гидроизоляционные функции (асбестоцементные листы) (рис. 6.4, а, б).

Рис. 6.4. Основные виды ограждающих конструкций покрытий: а, б - холодные; в, г, д - утепленные невентилируемые; е, з - утепленные вентилируемые; ж - частично вентилируемые; и - с диффузной прослойкой; 1 - защитный слой; 2 - кровельный ковер; 3 - выравнивающий слой; 4 - железобетонный настил; 5 - асбестоцементные или металлические листы; 6 - прогон; 7 - утеплитель; 8 - пароизоляция; 9 - металлический профилированный настил; 10 - легкобетонный настил; 11 - деревянная рейка; 12 - каналы или борозды; 13 - перфорированный рубероид.

Невентилируемые ограждения устраивают над помещениями с сухим и нормальным влажностным режимом (рис. 6.4, в-д).

Вентилируемые и частично вентилируемые ограждения устраивают над помещениями с влажным и мокрым режимом, а также в районах с продолжительным жарким периодом года (рис. 6.4, в-з). Для большинства климатических районов площадь сечения продухов достаточна 1/2500…1/3000 от площади ската покрытия.

Для предотвращения вздутия кровельного ковра в результате испарения влаги из утеплителя в покрытиях делают диффузные прослойки, которые выполняют из перфорированного рубероида, укладываемого насухо.

В зданиях под помещениями со взрывоопасными производствами предусматривают легкосбрасываемые конструкции покрытия, масса которых не превышает 120 кг/м2.

Ограждающая часть покрытия может быть решена по прогонной и беспрогонной схемам.

Беспрогонная схема покрытия позволяет применять крупноразмерные плиты покрытия, на их устройство расходуется меньше металла, они менее трудоемки.

Для устройства беспрогонных покрытий используют крупноразмерные панели, которые спирают непосредственно на несущие конструкции покрытия. Длину панелей принимают равной шагу стропильных конструкций покрытия (6 и 12 м), а в ряде случаев - величине пролета здания (18 и 24 м). Ширину панелей увязывают с размерами несущей конструкции покрытия и с учетом нагрузки, действующей на покрытие. Обычно ширину панелей принимают 3 м, а доборных - 1,5 м.

Чаще всего в беспрогонных покрытиях применяют железобетонные панели, изготавливаемые из бетонов классов В22,5 - В40. Такие панели используют в качестве настила утепленных и холодных покрытий (рис. 6.5, а, б).

Существенным недостатком покрытий с использованием таких плит является необходимость трудоемкого устройства пароизоляция, утеплителя и водоизоляционного ковра в построечных условиях.

В целях совмещения в одной плите несущих и ограждающих функций разработаны плиты из легких бетонов, а также комбинированные плиты, в которых несущие продольные ребра выполнены из тяжелого бетона, а полка плиты - из легких бетонов (рис. 6.5, в-д).

Сократить затраты труда на устройство покрытий в построечных условиях позволяют комплексные плиты, поступающие на стройплощадку с наклеенными в заводских условиях слоями пароизоляции, утеплителя и водоизоляционного ковра (рис. 6.5, е). Устройство покрытия в этом случае сводится к заделке стыков.

Рис.6.5 Железобетонные плиты для покрытий без прогонов: а - размером 3х6 м и 1,5х6 м; б - размером 3х12 и 1,5х12 м; в - плоская из ячеистого бетона; г - ребристая из легких бетонов; д - ребристая комбинированная из тяжелого и легкого бетона; е - комплексная панель покрытия.

Функции несущих и ограждающих элементов с уменьшенными трудозатратами на монтаже совмещены в конструкциях покрытия с плитами «на пролет». Плиты такого типа укладывают вдоль пролета (рис. 6.6, а, б), опирая на подстропильные балки или фермы.

Рис. 6.6. Конструкции покрытия с плитами «пролет»: а - общий вид фрагмента здания с плитами типа КЖС; б - то же с плоскими плитами коробчатого сечения; 1 - основные колонны каркаса (крайние и средние); 2 - фахверковая колонна; 3 - подстропильная балка; 4 - плита КЖС размером 3х18 м с проемом 2,5х6 м для светоаэрационного фонаря; 5 - светоаэрационный фонарь шириной 6 м и покрытием из ребристых железобетонных плит; 6 - несущая балка подвесного крана.

Плиты типа КЖС размером 3х18 м (рис. 6.6, а) имеют профиль, очерченный по квадратной параболе. С продольной стороны плита усилена ребрами - диафрагмами переменной высоты. Плиты выпускают сплошными, с проемами в полке для пропуска вентиляционных шахт и воздуховодов, а также с центральным проемом размером 6х2,5 м под светоаэрационные фонари. Плиты допускают подвеску крановых путей.

Коробчатые плиты имеют двухпустотное сечение 2000х900 мм с консольными свесами верхней полки по 500 мм (рис. 6.6, б). Такое сечение позволяют использовать плиты в качестве воздуховодов. В нижней полке предусматривают отверстия размерами 700х700 мм с шагом 1500 мм.

Настилы имеют длину 18 м, они обеспечивают возможность крепления к ним подвесного кранового оборудования грузоподъемностью до 1 т.

Лекция №5. Стальной каркас одноэтажных промышленных зданий

.1 Стальные колонны

Стальные колонны одноэтажных зданий могут иметь постоянное по высоте сечение и переменное. В свою очередь, колонны с переменным сечением могут быть с подкрановой частью сплошного и сквозного сечения (рис. 3.1).

Сквозные колонны подразделяют на колонны с ветвями, соединенными связями, и колонны раздельные, которые состоят из независимо работающих шатровой и подкрановой ветвей (рис. 3.1, д). Колонны постоянного сечения используют при применении кранов грузоподъемностью до 20 т и высоте здания до 9,6 м.

В случаях, когда колонны в основном работают на центральное сжатие, применяют колонны сплошного сечения. Для изготовления сплошных колонн применяют широкополочный прокатный или сварной двутавр, а для сквозных колонн могут быть использованы также двутавры, швеллеры и уголки.

Раздельные колонны устраивают в зданиях с тяжелыми мостовыми кранами (125 т и более). В нижней части колонн для сопряжения с фундаментами предусматривают стальные базы (башмаки). Базы к фундаментам крепят анкерными болтами, закладываемыми в фундамент при их изготовлении. Нижнюю опорную часть колонны вместе с базой покрывают слоем бетона.

Рис. 3.1. Основные типы стальных колонн:

а - постоянного сечения, б-г - переменного сечения, д - раздельная

Рис. 3.2. Базы стальных колонн и способы опирания их на фундаменты:

а - база из стальной плиты;

б - то же, с дополнительными ребрами;

в - то же, с траверсами;

г - с траверсами из швеллеров;

д - раздельные базы ветвей колонны;

е - фундамент под стальную колонну;

ж - опирание стальной колонны на фундамент; 1 - колонна; 2 - фундаментная балка; 3 - бетонный прилив; 4 - обетонка.

.2 Стропильные и подстропильные стальные фермы

Эффективными несущими конструкциями покрытия являются стальные стропильные и подстропильные фермы (рис. 3.3). Стропильные фермы применяют для пролетов 18, 24, 30, 36 м и более при шаге 6, 12, 18 м и более.

Пояса и решетку ферм конструируют из уголков или труб и соединяют между собой сваркой с помощью фасонок из листовой стали. Сечения полок поясов, стоек и раскосов принимают по расчету.

Высоту на опоре ферм с параллельными поясами принимают 2550…3750 мм, полигональных - 2200 мм, треугольных - 450 мм.

Сопряжение ферм с колоннами в основном делают шарнирное с помощью надопорной стойки двутаврового сечения. Стойки крепят к стальным и железобетонным колоннам анкерными болтами, а пояса ферм к стойкам - черными болтами.

Рис. 3.3. Стальные стропильные фермы:

а - основные типы ферм;

б - узел опирания на колонну фермы с параллельными поясами при «нулевой» привязке;

в - то же, полигональной при привязке 250 и 500 мм;

г - то же, треугольной при «нулевой» привязке;

- надопорная стойка;

- колонна;

- ригель фахверка.

Подстропильные фермы с параллельными поясами применяются при шаге колонн 12 м для опирания промежуточных стропильных ферм. Высота подстропильных ферм по обушкам поясов составляет 3,27 м при пролете - 18м и 3,75 м - при больших пролетах. Подразделяют подстропильные фермы на рядовые и связевые.

Связевые фермы располагаются в концевых шагах температурного отсека, а в зданиях, возводимых в сейсмических районах - в местах расположения поперечных горизонтальных ферм.

5.3 Конструкции стального фахверка и связей между колоннами

Стальные колонны торцевого фахверка выполняются из сварных двутавров высотой 0,5 м с шириной полок от 0,4 до 0,55 м.

Колонны торцевого фахверка воспринимают ветровую нагрузку и массу стеновых панелей. Оголовки фахверковых колонн располагаются на одном уровне с оголовками основных колонн - на 150 мм ниже пояса стропильной фермы. В пределах высоты стропильной фермы фахверковые колонны наращиваются сварными двутаврами высотой сечения 0.25 . Эти надставки не доходят на 0,1 - 0,3 м до подкровельного настила и в пределах высоты парапета продолжаются насадками из прокатных уголков. Полка уголка - насадки заводится в вертикальный шов между парапетными панелями. Т.о., клоны торцевого фахверка продолжаются на всю высоту торцевых стен и не пересекаются с конструкциями покрытия.

Жесткость и устойчивость зданий достигаются установкой системы вертикальных и горизонтальных связей. Так, для снижения и перераспределения возникающих усилий в элементах каркаса от температурных и других воздействий здание разбивают на температурные блоки и в середине каждого блока устраивают вертикальные связи между колоннами: при шаге колонн 6м - крестовые; при шаге колонн 12 м - портальные (рис. 3.4). Связи выполняют из уголков или швеллеров и приваривают к закладным деталям колонн.

Рис. 3.4. Вертикальные связи между колоннами и устройство температурного шва:

1 - крестовая связь, 2 - портальная связь.

Лекция 6. Стены промышленных зданий

.1 Требования к стенам и их классификация

Главное требование к стенам промышленных зданий является - обеспечение в помещениях температурно-влажностного режима в соответствии с условиями технологического процесса и с учетом обеспечения комфортных условий труда. Также стены должны отвечать требованиям прочности, устойчивости, долговечности, огнестойкости и надежности.

Конструкции стен должны быть индустриальны, удобны при транспортировке и монтаже, ремонтопригодны и иметь небольшую массу. От вида стен во многом зависят художественно-эстетические качества здания. Кроме того, конструкции стен влияют на теплоизоляционные свойства и энергопотребление здания. В связи с этим к стенам промышленных зданий предъявляют высокие теплотехнические и экономические требования.

Наружные стены промышленных зданий классифицируют по ряду признаков.

По характеру статической работы они бывают несущие, самонесущие и ненесущие (навесные).

Несущие стены возводят в бескаркасных зданиях и в зданиях с неполным каркасом. Выполняя одновременно несущую и ограждающую функцию, такие стены воспринимают массу покрытия, ветровые усилия, нагрузки от подъемно-транспортного оборудования. Несущие стены опирают на фундаменты по типу гражданских зданий.

Самонесущие стены несут собственную массу в пределах всей высоты здания и передают ее на фундаментные балки.

Ненесущие (навесные) стены выполняют в основном ограждающие функции. Их масса полностью передается на колонны каркаса и фахверка, за исключением нижнего подоконного яруса, опирающегося на фундаменты балки. В промышленных зданиях навесная конструкция стен наиболее распространена.

По конструктивному исполнению стены могут быть монолитными и сборными - из кирпича, мелкоразмерных и крупноразмерных блоков, панелей и листов.

По теплотехническим качествам стеновые конструкции могут быть утепленные и холодные.

Утепленные конструкции стен применяют в отапливаемых зданиях с нормальным температурным режимом или с повышенной влажностью. Холодные конструкции стен назначают в неотапливаемых зданиях и при избыточном выделении тепла.

Стены промышленных зданий, в отличии от гражданских, как правило имеют большую протяженность и высоту при сравнительно небольшой толщине. Поэтому для обеспечения их устойчивости принимают специальные меры, среди которых наиболее распространенной является использование фахверка.

.2 Фахверк

Конструкции фахверка могут состоять только из колонн и элементов, обеспечивающих их устойчивость, и из колонн и ригелей с элементами обеспечения устойчивости (рис. 7.1 а, б).

Первая конструктивная схема используется в основном при панельных конструкциях стен зданий, имеющих незначительную высоту. Вторая конструктивная схема характерна для высоких и протяженных самонесущих стен из кирпича и мелких блоков, ослабленных проемами, а также для стен из легких навесных панелей горизонтальной и вертикальной разрезки и из листовых материалов.

Рис.7.1 Фахверк при железобетонных каркасах: а - торцевой фахверк; б - продольный фахверк; в - сборные железобетонные колонны фахверка; 1 - колонны основного каркаса; 2 - колонны торцевого фахверка; 3 - колонны продольного фахверка; 4 - стропильная конструкция; 5 - плиты покрытия; 6 - ригели фахверка; 7 - надворотный ригель; 8 - шарнирное соединение (пластинчатый шарнир); 9 - стальная пластина толщиной 20 мм;10 - бетон В12,5; 11 - стальная насадка.

В одноэтажных зданиях для устройства торцевых и продольных фахверков применяют сборные железобетонные или стальные колонны.

Сборные железобетонные колонны выполняют сплошными и ступенчатыми, квадратного или прямоугольного сечения (рис. 7.1 в). Сплошные колонны имеют сечение от 300х300 до 600х400 мм (через 100 мм), а ступенчатые: до низа стропильных конструкций от 400х300 до 600х400; в пределах высоты стропильных конструкций - 300х300 и 300х400 мм.

Верхнюю часть колонн фахверка крепят к стропильным конструкциям гибкими шарнирами (пластинчатый шарнир (рис. 7.1), поз. 8), что обеспечивает передачу только горизонтальных (ветровых) усилий от колонн фахверка на основной каркас.

Стальные колонны фахверка в зависимости от высоты здания могут быть выполнены из обычных, широкополочных или сварных двутавров; из двух швеллеров или двух уголков, образующих замкнутое прямоугольное сечение; сквозное сечение по типу основных колонн каркаса.

Ригели фахверка разделяют на несущие и ветровые (рис. 7.1, поз. 6). Несущие ригели воспринимают нагрузки от стен и ветра, а ветровые - только от ветра. Ригели выполняют: ветровые - из одиночных прокатных швеллеров и двутавров или гнутых швеллеров; несущие - составными из двутавров, усиленных швеллерами, а также в виде ферм.

.3 Стены из бетонных и железобетонных панелей

В современном промышленном строительстве конструкции стен из крупных панелей решают по двум схемам: навесной и самонесущей. Навесные панели получили наибольшее распространение, так как обладают лучшей устойчивостью, более надежны при динамических нагрузках и больших перепадах температур. Они допускают более широкое использование облегченных материалов.

Для самонесущих и навесных крупнопанельных стен характерны горизонтальная и вертикальная разрезки (рис. 7.2). При горизонтальной разрезке упрощается крепление панелей к колоннам и достигается большая герметичность швов за счет самоуплотняемости.

Рис.7.2 Варианты разрезки стен на панели: а - горизонтальная разрезка с навесными панелями и ленточными проемами и проемами, расположенными через шаг колонн; б - то же, с самонесущими панелями и проемами шириной 3 и 1,5 м.

Вертикальную разрезку выполняют при навесных панелях из легких многослойных панелей и листов.

Согласно унификации высоту основных панелей стен принимают кратной 300 мм и она составляет 1,2 и 1,8 м, подкарнизных и парапетных - 0,9 м и 1,5 м. Цокольную панель в основном принимают высотой 1,2 м. В верхней части одноэтажных зданий горизонтальный шов основных стеновых панелей в целях удобства монтажа устраивают на 600 мм ниже верха колонны (рис. 7.3).

Рис. 7.3 Схема раскладки панелей по условиям унификации в продольных стенах одноэтажных зданий: 1-3 - при железобетонных балках и фермах покрытия; 4-5 - при стальных фермах покрытия.

В торцевых стенах одноэтажных зданий допускается использование специальных панелей с наклонным верхом, а также длиной 3 м (рис. 7.4).

Рис. 7.4 Схема раскладки панелей в торцевых стенах одноэтажных зданий.

Длину стеновых панелей принимают в зависимости от шага колонн и способов организации проемов (см. рис. 7.2). Номинальная длина панелей может быть 12; 6; 3; 1,2 м.

Конструкция бетонных и железобетонных панелей назначается в зависимости от условий эксплуатации зданий.

Для отапливаемых зданий используются одно- и трехслойные панели.

Однослойные панели из мелких бетонов рассчитаны на применение в отапливаемых зданиях с температурой внутреннего воздуха 16°-18°С и относительной влажностью до 60%. Их изготавливают из ячеистых бетонов, керамзитобетона, аглоперлитобетона, шлакопемзобетона и других легких бетонов плотностью 600…1200 кг/м3. В зависимости от климатического района строительства толщина панелей может составлять 160…350 мм (рис. 7.5 а, б), что определяется на основании теплотехнического расчета. Панели длиной 12 м выполняются предварительно напряженными.

Трехслойные панели (рис. 7.5 в), состоящие из наружных и внутренних слоев тяжелого и легкого бетона и эффективного утеплителя, могут применяться в отапливаемых зданиях с повышенной влажностью (до 75% и выше). Бетонные слои соединяют между собой гибкими связями. В качестве утеплителя используют плитный пенополистирол, пенополиуретан или жесткие минераловатные плиты.

Рис. 7.5 Панели из легких бетонов и железобетона: а - однослойные длиной 6 м (общий вид и сечение); б - то же, длиной 12 м; в - трехслойная длиной 6 м ; г - то же, глухая вертикальная; д - железобетонные панели неотапливаемых зданий длиной 6 и 12 м; 1 - закладные детали; 2 - монтажные петли; 3 - паз для растворной шпонки; 4 - внутренняя железобетонная плита; 5 - эффективный утеплитель; 6 - наружная железобетонная плита; 7 - гибкие связи; 8 - антисептированный брус; 9 - усиливающие ребра.

При вертикальной разрезке стен используют вертикальные глухие панели с наружными декоративными ребрами (рис. 7.5 г).

Для неотапливаемых зданий разработаны панели из тяжелого железобетона длиной 6 и 12 м (рис. 7.5 д). Панели длиной 6 м выпускают гладкими, а длиной 12 м - усиленные ребрами, в них толщина плиты - 30 мм, а толщина панели с ребрами - 300 мм.

Крепление стеновых панелей к элементам каркаса осуществляют в зависимости от статической схемы передачи нагрузок.

При навесных стенах в одноэтажных зданиях каждую панель опирают на столики, приваренные к закладным деталям колонн (рис. 7.6 а). Фиксация панели в заданном положении осуществляется креплением ее верхней части к колоннам. Крепление может быть гибким и жестким. Основным вариантом крепления является гибкий (рис. 7.6 б). В зданиях с повышенными требованиями к интерьеру применяют крепления скрытого типа, состоящего из скобы и крюка (рис. 7.6 в).

Рис. 7.6 Детали конструкций стен из бетонных и железобетонных панелей: а - консольные столики для опирания панелей; б - варианты гибкого крепления панелей к колоннам; в - скрытое крепление посредством скобы и крюка; г - крепление угловых панелей; д - крепление стеновой панели к покрытию по продольной оси (нулевая привязка); е - крепление фронтонной панели торцевой стены; 1 - колонна; 2 - закладная деталь; 3 - консольный столик из уголков; 4 - диафрагма; 5 - гибкая связь; 6 - сварка при монтаже; 7 - закладной элемент панели; 8 - синтетическая прокладка; 9 - сцеп из уголков; 10 - герметизирующая мастика; 11 - крюк из металлической пластины; 12 - стержень диаметром 14 и длиной 100 мм; 13 - скоба из металлической пластины; 14 - доборная угловая панель; 15 - посредник 70х6 мм; 16 - стойка торцевого фахверка; 17 - верхний пояс фермы; 18 - стержневой сцеп; 19 - стальная надставка фахверковой колонны; 20 - гибкий (пластинчатый) шарнир.

В торцевых стенах здания панели крепят к фахверковым колоннам. В углах зданий, где основные колонны каркаса сдвинуты с поперечной координационной оси на 500 мм, применяют удлиненные панели или панели с доборными вкладышами (рис. 7.6 г).

В парапетной части панели крепят к опорной части несущих конструкций покрытия и плитам покрытия (рис. 7.6 д, е), а в торцевых стенах фронтонные панели - к стальным надставкам фахверковых колонн.

Толщина горизонтальных швов между панелями принимается 15 мм, вертикальных - 20 и 30 мм соответственно для панелей длиной 6 и 12 м. Материал заполнения швов должен быть упругим и эластичным, а также плотным, водонепроницаемым, атмосферостойким и с требуемыми теплотехническими качествами.

Для надежной герметизации швов применяют упругие синтетические профильные прокладки из пароизола, пенополиуретана, гернита, а также различные герметизирующие мастики.

.4 Стены из облегченных конструкций

В стенах одноэтажных отапливаемых зданий, предназначенных для размещения производств с неагрессивной и слабоагрессивной средой при относительной влажности воздуха помещений не более 60%, эффективно ограждение из металлических трехслойных панелей. Их располагают вертикально, прикрепляя к горизонтальным ригелям (рис. 7.7 а), которые, в свою очередь, на болтах соединены с фахверковыми и основными колоннами.

Рис. 7.7 Стены из металлических панелей: а - фрагмент фасада; б - сечения ригелей (рядового - 1; опорного надоконного - 2; опорного подоконного - 3; стыкового - 4 и цокольного - 5); в - угловая и рядовая панели; г - соединение панелей (в шпунт симметрично по толщине панели; с кромками в виде выступов-кулачков; с соединением в шпунт несимметрично по толщине панели); д - детали стены; 1 - панель; 2 - болт М8; 3 - ригель; 4 - листовая сталь; 5 - несгораемый утеплитель; 6 - накладки для навески из полосы 40х4; 7 - колонна; 8 - мастика из пенополиуретана; 9 - оконные переплеты; 10 - легкобетонная панель.

Ригели, в зависимости от их местоположения, бывают рядовые, опорные стыковые и цокольные (рис. 7.7 б). Шаг ригелей обычно принимают от 1,8 до 3,6 м. Массу стеновых панелей воспринимают опорные и стыковые ригели. Трехслойные бескаркасные панели типа «сэндвич» изготавливают из двух облицовочных металлических листов и утеплителя из пенополиуретана, вспученного между ними в процессе изготовления, что обеспечивает его сцепление с обшивками без дополнительных средств.

Панели по очертанию поперечного сечения разделяют на три типа: первый тип выполняют с разными продольными кромками - паз, гребень, которые образуют соединение в шпунт; второй тип выполняют с одинаковыми кромками в виде «кулачков»; третий - с разными продольными кромками и соединением в шпунт - не симметрично по толщине панели (рис. 7.7 в). Длина панелей от 2380 до 11380 мм (через 600 мм). Ширина панелей 1016 мм, толщина от 50 до 100 мм. Панели крепят к ригелям с увеличенной шайбой, а панели второго типа - в вертикальном шве специальным комплектом крепежных деталей. Панели третьего типа (рис. 7.7 г) дополнительно крепят к ригелю потайным креплением за внутреннюю обшивку самонарезающими винтами. Горизонтальные швы между панелями заполняют полосами из эластичного пенополиуретана, мастиками, а также устраивают сливы и нащельники из фасонной листовой стали. Цоколь стен с трехслойными металлическими панелями выполняют из кирпича или легкобетонных панелей толщиной не менее 240 мм.Существенным недостатком стен из таких панелей является их недостаточная огнестойкость, в связи с чем в зданиях необходимо предусматривать дополнительные противопожарные меры (вертикальные и горизонтальные преграды и т.п.).

Стены для отапливаемых зданий с применением профилированных оцинкованных стальных и алюминиевых листов могут быть выполнены и непосредственно в построечных условиях по методу полистовой сборки. Монтаж стен такой конструкции выполняют после установки цокольной панели и после устройства цоколя из кирпича, высота которого должна быть кратна модулю 300 мм (рис. 7.8). Профилированные листы внутренней обшивки с укрепленными на них теплоизоляционными плитами (клеем или шпильками) прикрепляют к ригелям фахверка анкерами. Наружная обшивка из стальных оцинкованных или алюминиевых профилированных листов крепится к ригелям фахверка самонарезающими болтами. Ширина профилированных листов 750 и 1000 мм; длина до 12 м.

Рис.7.8 Стены из металлических профилированных листов при полистовой сборке: а - детали вертикального разреза; б - фрагмент горизонтального разреза; 1 - наружные листы; 2 - полосовая сталь толщиной 2 мм; 3 - стальная клямера; 4 - оцинкованная кровельная сталь; 5 - деревянный брус; 6 - внутренние листы; 7 - утеплитель; 8 - опорный прогон из швеллеров 160х80х5 мм; 9 - ферма (балка) покрытия; 10 - Промежуточный ригель; 11 - стальной анкер ø = 10 мм; 12 - колонна; 13 - стальной опорный столик; 14 - просмоленная пакля; 15 - оконный переплет; 16 - легкобетонная панель; 17 - слив; 18 - уголок 65х40х5; 19 - самонарезающие болты.

Лекция 7. Кровли, полы промышленных зданий

.1 Кровли производственных зданий

Как ранее отмечалось, кровли промышленных зданий работают в тяжелых эксплуатационных условиях. Помимо воздействий внешней и внутренней среды на прочность и водонепроницаемость кровли оказывают влияние неравномерная осадка здания, температурные деформации, усадка железобетонных настилов, вибрация и прочие.

Материал и конструкцию кровли назначают в основном в зависимости от уклона покрытия и вида воздействий. По виду материалов кровли подразделяют на рулонные, мастичные, асбестоцементные и металлические.

Рулонные кровли являются одними из распространенных в отечественной и зарубежной практике строительства. Их выполняют из рубероида, толя, гидроизола и полимерных пленок.

Кровли из рубероида, толя и гидроизола устраивают четырех слойными при уклонах до 2,5% и трехслойными - при уклонах от 2,5 до 10%. Двухслойные кровли рекомендуются при уклонах от 15 до 25% и только на теплостойких мастиках. Для наклейки рубероида, толя и гидроизола используют горячие и холодные мастики с различной теплостойкостью. Горячие мастики дегтевого, битумного и битумно-резинового состава в водоизоляционном ковре наносят слоями не меньше 2 мм, а холодные битумные и битумно-латексно-кукерсольные - не меньше 1 мм. Для повышения срока службы рулонных кровель их делают малоуклонными (1,5-2,5%) и покрывают защитным слоем гравия, втопленного в горячую мастику.

Изменением № 2 ДБН В.2.6-14-97 «Конструкции зданий и сооружений. Покрытия зданий и сооружений» Госстрой Украины законодательно запретил при проектировании и устройстве кровельных ковров использование традиционных рубероидов на картонной основе с покровной массой из оксидированного битума (типа РКП, РКБ и др.) и предписал использование современных рулонных кровельных наплавляемых битумно-полимерных материалов на негниющих основах с покровной массой из модифицированного битума.

Рулонные кровли относятся к числу трудоемких конструкций. В целях механизации работ по их устройству применяют наплавляемые рубероиды, наклеиваемые методом разогрева утолщенного покровного слоя или пластификации их растворителем. Другим средством снижения трудоемкости кровельных работ и расхода материалов является сокращение количества слоев рулонного ковра. Этим требованиям лучше соответствуют полимерные и битумно-полимерные рулонные кровельные материалы из отечественных это бутилкор, битулизол, гидробутил и армогидробутил. Эти материалы позволяют устраивать надежные кровли из одного слоя.

За рубежом вместо наклейки пленок к основанию используют метод свободной укладки. Так в САШ этим методом выполняют до 50% всех однослойных кровель. Из листов, выпускаемых шириной 15 м и толщиной 1,1 и 1,5 мм предварительно склеивают карты площадью до 900 м2. После их укладки они пригружаются слоем гравия толщиной 40-50 мм или крепят с помощью винтов со специальными шайбами.

Мастичные кровли обладают высотными водоизоляционными свойствами, устойчивы против атмосферных и механических воздействий. Их выполняют из горячих битумных или резинобитумных мастик либо на водных битумных эмульсиях. Эксплуатационные качества мастичных кровель значительно повышаются при армировании их стеклохолстами, стеклосетками, рубленным стекловолокном и при устройстве защитного слоя из мелкого гравия.

Количество слоев мастики и армирующих прокладок от двух до четырех в зависимости от уклона кровли.

Мастичные кровли выполняют с применением жидких составов на основе полимеров (силикол, тиокол и т.п.). такие кровли устраивают по массивному бетонному основанию; на него насухо укладывают армирующую ткань и наносят жидкий состав полимера. Для защиты от стирания полимерный слой после вулканизации окрашивают.

В таблице 8.1 приведены физико-технические свойства некоторых материалов, рекомендуемых для водоизоляционного ковра.

Физико-технические свойства битумно-полимерных наплавляемых рулонных материалов с основой из синтетических волокон (для пароизоляции и водоизоляционного ковра)

Таблица 8.1

Материал, ТУИзготовительМасса 1 м2 битуминозно-го вяжущего, гМасса 1 м2 основы, гТеплостой-кость, °СГибкость при темпе-ратуре, °СЭластофен, холст из искусственных волокон, усиленный продольными нитями«Сопрема», Франция3500-95-20Фидиа «Индекс» (Италия)3000-4000320-350100-10МИДА-Пл РУЕ РУ 200 5вЛитовско-российское предприятие «МИДА»Толщина 5 мм-100-18Монофлекс АРУ«Ланкедор» (Бельгия)4408180135-25Супра «Лемминкяй-нен» (Финлян-дия)3700287100-25Дербигум - SP, стеклохолст + полотно из полиэфирных волокон«Импербел» (Бельгия)415055±10% 160±10%140-25Изопласт (ТУ 5774-005-05766480-95)Российско-Ирландское СП «Изофлекс»3000-5500250120±2-15Битулин HPI 170Ондулин-строительные материалы1700172120-6Scntumplast brarmato s/sus/peФирма «Ита-лиана мем-брана»2000-2500-120-16Рулонный материал МВ 870 и МВ 874Фирма «Uno Tech» ШвецияТолщина 4,0-4,5 мм180-25095-20

7.2 Способы отвода дождевых и талых вод с покрытия

В зависимости от температурного режима помещений, профиля и конструкции покрытия, протяженности скатов и количества выпадающих осадков в районе строительства отвод дождевых и талых вод с покрытий промышленных зданий может быть наружным и внутренним.

Наружный водоотвод подразделяют на неорганизованный, когда сброс воды происходит по свесам карниза, и организованный, при котором вода с кровли отводится по желобам и водосточным трубам. Наружный водоотвод предусматривают редко из-за его недостатков. Так при неорганизованном отводе воды увлажняются стены, что снижает их теплотехнические качества и долговечность, а также образуются наледи на карнизах, вызывающие разрушение кровли. В покрытиях с наружным организованным водоотводом указанные недостатки проявляются в меньшей мере, однако замерзание воды в желобах и водосточных трубах при резком похолодании может вывести из строя систему водоотвода.

В отапливаемых зданиях водоотвод с покрытия, как правило, устраивают внутренний, а в неотапливаемых - наружный неорганизованный. Внутренний водоотвод является наиболее надежным способом удаления воды с кровли.

Покрытия многопролетных неотапливаемых зданий с внутренним отводом воды можно предусматривать при наличии производственных тепловыделений, поддерживающих положительную температуру в помещениях.

7.2.1 Наружный водоотвод с покрытий

Для наружного водоотвода с покрытий на продольных стенах предусматривают карнизы. Во избежание чрезмерного увлажнения стен стекающей водой вынос карниза на наружную плоскость стены должен быть по возможности большим (не менее 0,5 м при высоте стен 6 м). Стояк воды при неорганизованном водоотводе происходит по всей длине карниза. В отапливаемых зданиях целесообразно устраивать обогреваемые карнизы, в которых свес образуется за счет напуска плит покрытия. Снизу свес ограждается карнизной плитой Z-образного профиля. При таком решении обогрев карниза осуществляется за счет теплого воздуха помещения.

Для наружного организованного отвода воды расстояние между водосточными трубами принимают не более 24 м, площадь сечения трубы назначается из расчета 1,5 см2 на 1 м2 площади кровли.

По периметру карниза в зданиях высотой более 10 м на кровлях с уклоном от 5 до 35% следует предусматривать решетчатое ограждение высотой не менее 600 мм из несгораемых материалов.

7.2.2 Внутренний водоотвод с покрытий

Система внутреннего водоотвода состоит из водоприемных воронок, водосточных труб, стояков, подпольных или подвесных трубопроводов и выпусков (рис. 8.1).

Рис. 8.1 Основные схемы внутренних водостоков: а-в - для однопролетных зданий; г-ж - для многопролетных зданий; 1 - подпольный трубопровод; 2 - стояк; 3 - водоприемная воронка; 4 - подвесной трубопровод; 5 - выпуск; 6 - коллектор ливневой или общесплавной канализации.

Схему внутреннего водоотвода выбирают в зависимости от размеров и назначения здания, числа и величины пролетов, конструкции кровельного покрытия и других факторов.

Для однопролетных зданий лучшей считается схема с одной воронкой на стояке (рис. 8.1 а), обеспечивающая хорошую пропускную способность и надежность работы при пониженной температуре. При наличии ливневой или общесплавной канализации с одной стороны здания применяют схему с продольными трубопроводами (рис. 8.1 в). При сильно развитых фундаментах под технологическое оборудование можно использовать схему с подвесными трубопроводами (рис. 8.1 б, г, ж).

Площадь водосбора, приходящуюся на одну воронку, определяют с учетом климатических условий, типа кровли и схемы внутреннего водоотвода, особенно важно учитывать интенсивность дождя q. Максимальная площадь водосбора на одну воронку не должна превышать величин, указанных в таблице 8.2.

Таблица 8.2 Максимально допускаемая площадь водосбора, м2, на одну водоприемную воронку

Тип кровлиИнтенсивность дождя q20, л/с на 1 га> 120120-100<100площадь водосбора, м2Скатная 6008001200Плоская 90012001800Плоская, заполняется водой75010001500

Водоприемные воронки на скатных покрытиях размещают в ендовах на расстоянии не более 24 м друг от друга, а на плоских покрытиях - 48 м.

Расстояние от оси воронок до продольной и поперечной разбивочных осей составляет 500 мм.

Минимальные уклоны отводных трубопроводов принимают:

для подвесных - 0,005;

для подпольных - 0,003-0,005.

Наибольшая длина выпусков от стояков до оси смотровых колодцев допускается 15-20 м в зависимости от диаметра труб.

Стояки обычно размещают открыто, рядом с колоннами и крепят к ним хомутами. Подвесные трубопроводы крепят к несущим конструкциям покрытия. По периметру покрытий с внутренним водоотводом над кровлей устраивают парапеты из несгораемых материалов высотой не менее 0,6 м.

Полы относятся к одним из наиболее трудоемких в устройстве элементов здания. Доля работ по их выполнению составляет около 17,5%, при этом около 70% всех трудозатрат приходится на ручные работы.

Требования к полам.

При выборе вида и конструкции пола исходят из характера производственных воздействий на него и обеспечения долговечности и эксплуатационной надежности пола.

Воздействия на полы производственных зданий подразделяют на 4 группы:

1 группа - механические (удары при производственных процессах, ремонтах, монтаже и демонтаже оборудования; ходьба работающих и движение безрельсовых транспортных средств; нагрузки от оборудования, продукции, перемещение различных предметов и т.п.);

2 группа - химические (воздействие воды, масел, кислот, щелочей, веществ животного происхождения, органических растворителей и др.);

3 группа - тепловые (воздействие горячих предметов, жидкостей, воздуха и т.п.);

4 группа - вибрационные (воздействие звуковых волн и вибраций).

Полы промышленных зданий должны удовлетворять следующим требованиям:

-обладать высокой механической прочностью, ровной и гладкой поверхностью;

-не скользить;

мало истираться и не пылить при перемещении тележек и ходьбе;

иметь хорошую эластичность, устраняющую повреждение предметов при падении на пол;

быть бесшумными при езде транспортных средств и ходьбе людей;

обладать малым коэффициентом теплоусвоения, что предотвращает ощущение холода у стоящих на полу людей;

иметь высокую стойкость к агрессивной среде (кислоты, щелочи), стойкость против возгорания и водонепроницаемость;

не проводить электрический ток;

обладать достаточным сопротивлением вибрационным воздействиям;

экономичность, индустриальность, долго сохранять хороший вид.

Все эти требования определяются конкретными производственными условиями и воздействиями и их трудно удовлетворить одновременно, т.к. зачастую они имеют взаимоисключающий характер. Поэтому в производственных зданиях могут одновременно устраиваться полы нескольких видов, либо при выборе конструкции пола учитываются лишь наиболее важные требования к нему. В максимальной степени пол должен удовлетворять тем требованиям, которые определяются спецификой конкретного производства.

В составе проектной документации приводятся планы полов, на которых указываются для каждого производственного участка или помещения типы и детали полов, а также применяемые для них материалы и изделия.

Конструктивные элементы полов.

В промышленных зданиях, так же как и в гражданских зданиях, полы устраиваются как по перекрытиям, так и по грунту. Полы по грунту применяются в одноэтажных зданиях, по перекрытиям - в многоэтажных. Конструкция пола состоит из следующих слоев (сверху вниз): покрытие, подстилающий слой), прослойка, стяжка, изоляционные слои (гидроизоляция, тепло- и звукоизоляция), основание под полы.

Покрытие. Покрытия подразделяются на:

сплошные (бетонные, асфальтобетонные, ксилолитовые, мастичные и др.);

из рулонных материалов (линолеумные и др.);

штучные (из бетонных, керамических пластмассовых, чугунных и др. плиток, из брусчатки, деревянных торцовых шашек, кирпича и др.).

Толщину покрытия пола назначают с учетом характера воздействия и величины нагрузок на пол, применяемых материалов и свойств грунта основания.

Подстилающий слой выполняют из бетона, асфальтобетона, гравия, щебня, песка и других материалов. Бетонный подстилающий слой рекомендуется применять при воздействии на конструкцию пола агрессивных сред.

Толщину подстилающего слоя определяют по расчету в зависимости от действующей на него нагрузки и принимают:

из бетонов классов В22,5 и выше - не менее 100 мм;

песчаного - 60 мм;

гравийного, щебеночного и шлакового - 80 мм.

В бетонных подстилающих слоях полов, при эксплуатации которых возможны перепады температур, предусматривают деформационные швы, располагаемые во взаимно перпендикулярных направлениях через 8…12м.

В полах по перекрытиям в качестве подстилающего слоя часто используют звукоизоляционные материалы.

Прослойка. В качестве прослоек используют цементно-песчаный раствор толщиной 10-15 мм, жидкое стекло с уплотняющей добавкой (10-12 мм), связующие на основе битумных мастик (2-3 мм), синтетических смол (3-4 мм), мелкозернистого бетона класса не ниже В30 (30-35 мм). В полах из металлических плит устраивают песчаные прослойки (60-220), а из крупных бетонных плит (35-40мм).

Назначение типа прослойки производят в соответствии с характером воздействий на пол жидкостей и температур.

Прослойки могут выполнять теплоизолирующие функции. В этом случае для их устройства используют различные теплоизоляционные материалы с толщиной слоя от 60 до 150 мм.

Стяжка. Ее устраивают для выравнивания поверхности нижележащих элементов пола (или перекрытия), укрытия различных трубопроводов, а также с целью обеспечения нормируемого теплоусвоения пола, придания покрытию заданного уклона.

Для выравнивания нижележащего слоя и укрытия трубопроводов стяжки выполняют из бетона класса не ниже В12,5 или цементно-песчаного раствора с прочностью на сжатие не ниже 15 МПа; для создания уклона на перекрытии - из бетона В7,5 или цементно-песчаного раствора с прочностью на сжатие не ниже 10 МПа; под наливные полимерные покрытия - из бетона класса не ниже В15 или цементно-песчаного раствора с прочностью на сжатие не ниже 20 МПа.

Легкий бетон в стяжках используют лишь в случаях необходимого обеспечения нормируемого теплоусвоения покрытия пола.

Допускается устраивать сборные стяжки из железобетонных и твердых древесноволокнистых плит толщиной соответственно 40-50 и 4-5 мм.

Изоляционные слои.

Гидроизоляцию от проникания сточных вод и других жидкостей устраивают при средней и большой интенсивности воздействия на пол: воды и нейтральных растворов - в полах на перекрытии, на просадочных и набухающих грунтах основания; органических растворителей, минеральных масел и эмульсий из них - только в полах на перекрытии; кислот, щелочей и их растворов, а также веществ животного происхождения - в полах на грунте и на перекрытии. Гидроизоляцию предусматривают также, когда бетонный подстилающий слой расположен в зоне опасного капиллярного поднятия грунтовых вод или ниже уровня отмостки здания.

В первом случае применяют оклеечную гидроизоляцию, укладывая ее под покрытием пола, во втором - наливную асфальтовую или оклеечную под подстилающим слоем.

Оклеечную гидроизоляцию устраивают в основном из изола, гидроизола, полиизобутилена, поливинилхлоридной пленки и полиэтилена. При устройстве гидроизоляции из материалов на основе битума ее выполняют в 2 слоя, из полимерных материалов - в 1 слой. При большой интенсивности воздействия жидкостей на пол, а также под сточными лотками, каналами, трапами число слоев гидроизоляции из указанных материалов увеличивают соответственно на два и один слой.

Тепло- и звукоизоляцию в полах устраивают из легких, но плотных материалов (т.е. из материалов с малой объемной массой) - из минераловатных и стекловолокнистых матов и плит, древесноволокнистых плит, легких бетонов и других материалов.

Основания под полы. В многоэтажных зданиях основанием под полы служат плиты междуэтажных перекрытий, а в одноэтажных - грунты основания. Пол устраивают только на грунтах, исключающих возможность деформации конструкции от просадки грунта.

В качестве оснований под полы не допускаются торф, чернозем и другие растительные грунты. При использовании под основание пола естественных грунтов с нарушенной структурой или насыпных грунтов их предварительно уплотняют. При пучинистых грунтах в основании пола, когда возможно их промерзание, полы утепляют, для чего в конструкцию вводят теплоизолирующий слой либо производят замену пучинистого грунта непучинистым.

Виды полов

Полы со сплошными покрытиями наиболее распространены в промышленных зданиях. Во многих случаях такие полы дешевле и лучше поддаются механизации устройства по сравнению с конструкциями полов из штучных материалов.

Бетонные полы устраивают из бетонов классов В15-В40 толщиной 20…50 мм. Бетонные полы устраивают из двух или трех слоев бетона (рис.8.2)

Такие полы обладают высокой прочностью против механических воздействий, их устраивают в цехах с повышенной влажностью, при попадании на пол минеральных масел и органических растворителей. Недостатки бетонных полов: нестойкость к воздействию кислот и щелочей, пыльность и непривлекательный внешний вид.

Для улучшения эстетических и гигиенических качеств применяется мозаичное покрытие, для чего в бетон добавляют пигменты или крошку мозаичного состава, содержащие мрамор, базальт, гранит и др. Поверхность пола шлифуется.

Прочностные качества бетонных полов можно повысить путем устройства покрывочного слоя из смеси цемента и металлических добавок. Для этого смесь из цемента и металлического порошка втирают в незатвердевшую поверхность бетона. В результате образуется металлоцементный пол с бронированной поверхностью, высокопрочный и стойкий к износу (рис. 8.3).

Покрытие пола в цехах с высоким температурным воздействием выполняется из жаростойких бетонов.

Жаростойкие бетонные покрытия выполняют на основе глиноземистых цементов, жидкого стекла и различных видов портландцементов. Учитывая высокую стоимость глиноземистых цементов (в 3-4 раза дороже портландцемента), их применяют при воздействии температур выше 1000оС. Жаростойкие бетонные покрытия на основе жидкого стекла обеспечивают высокую стойкость к воздействиям температур до 700…800оС, а покрытия на основе портландцемента с тонкомолотыми добавками - до 1000оС.

Покрытия из жаростойкого бетона устраивают в два слоя общей толщиной не менее 120 мм (рис. 8.4).

Полы с покрытиями из бетонов на основе жидкого стекла (силикатные полы), кроме жаростойкости, обладают хорошей стойкостью против воздействий серной, соляной, азотной, уксусной и других кислот. Силикатные покрытия устраивают толщиной 30…50 мм (рис.8.5).

Асфальтобетонные покрытия выполняют из смеси битума с минеральным порошком, песком, щебнем или гравием (рис. 8.6). Асфальтобетонные покрытия полов толщиной 25-50 мм применяют в мокрых зонах здания без воздействия органических растворителей, горячей воды, с умеренным движением. Такие покрытия не допускают движение транспорта на гусеничном ходу, а также значительные удары. Для асфальтобетонных покрытий устраиваются гравийные, щебеночные и бетонные подстилающие слои.

В производственных помещениях с высокими требованиями к чистоте (медицинская, электронная, авиационная и другие отрасли промышленности) устраиваются полимерцементнобетонные и полимерные наливные полы.

Полимерцементнобетонные полы выполняют из смеси цемента, песка, щебня, пигментов и полимерных добавок. Включение в обычный бетон полимеров значительно повышает его прочность при растяжении и ударах (в 2-3 раза), увеличивает износостойкость и понижает пылеотделение при эксплуатации.

Полимерцементнобетонные покрытия укладывают слоем толщиной 20 мм по бетонному подстилающему слою, плитам перекрытия или стяжке из мелкозернистого бетона класса В15 (рис. 8.7).

Наливные полы с полимерными покрытиями относятся к числу наиболее «чистых». Они беспыльны, могут иметь разнообразный по цвету и рисунку вид, удобны в устройстве и эксплуатации. Конструкция таких полов включает бетонный подстилающий слой (перекрытие), стяжку и покрытие из наливного или мастичного состава (рис. 8.8). В качестве полимерных связующих для наливных покрытий используют эпоксидные, полиэфирные, полиуретановые, акриловые смолы, смешанные с пигментами и другими возможными добавками.

Полы с покрытиями из штучных, рулонных и листовых материалов наиболее эффективны, когда их изготавливают из крупноразмерных комплексных элементов высокой заводской готовности.

Полы из крупноразмерных комплексных бетонных плит с размером основных элементов 3х3 и доборных размерами 1,5х1,5 и 1х1 м выполняют с покрытиями из жаростойкого, мозаичного бетона, поливинилацетатно-цементнобетонными, а также из стальных штампованных перфорированных плит.

Комплексные бетонные плиты имеют толщину 120, 140 и 160 мм - в зависимости от нагрузки, действующей на них. Плиты по контуру имеют пазы и гребни, что обеспечивает ровность пола без заделки стыков. Их укладывают по песчаному основанию толщиной 60 мм при полах на грунте и 20 мм - при полах на перекрытии (рис. 8.9). Такие конструкции полов по сравнению с монолитными и с покрытиями из мелкоразмерных элементов имеют значительно меньшую трудоемкость при устройстве в построечных условиях. Сборные полы эффективны при реконструкции промышленных зданий, их можно устраивать при любой температуре наружного воздуха.

Полы из мелкоразмерных блоков, плит и других элементов выполняют из бетонных блоков и плиток, керамики, шлакоситалла, металла, дерева, полимерных материалов, камней, кирпича и других материалов.

В практике строительства применяют бетонные блоки из бетона размером 300х300 и 400х400 при толщине 50, 80, 100 и 120 мм. Блоки укладывают по прослойке из песка толщиной 20…40 мм. Бетонные блоки, как и комплексные плиты, выполняют с разнообразными покрытиями (мозаичными, жаростойкими и т.п.).

Плиточные полы в промышленных зданиях устраивают в основном из керамики, шлакоситалла и литого шлака и на основе синтетических материалов. Плитки укладывают по прослойке из цементно-песчаного раствора, раствора на жидком стекле или на битумных мастиках и смолах (рис. 8.10).

Полы из керамических плиток обладают сравнительно высокой водостойкостью и прочностью, твердостью, хорошим сопротивлением истиранию и кислотостойкостью, однако не стойки против механических воздействий и трудоемки в изготовлении. Плитки имеют размеры 100х100 и 150х150 при толщине 10, 13 и 17 мм.

Шлакоситалловые плиты имеют размеры 300х300, 400х400, 500х500 и 600х600 мм при толщине 8…10 мм при глянцевой поверхности и 17…20 - при рифленой. Плиты стойки против воздействия кислот и щелочей, имеют высокую износостойкость и водонепроницаемость, легко очищаются от производственных загрязнений. К недостаткам таких плит относится хрупкость и скользкость при ходьбе, сложность в устройстве.

Каменные полы из природного камня, кирпича и плит каменного литья устраивают на участках зданий, подвергаемых интенсивным механическим и химическим воздействиям.

Брусчатые каменные полы (рис. 8.11) из гранита, базальта, диабаза и других прочных материалов укладывают по песчаному, цементно-песчаному, мастичному подстилающему слою или по слою из жидкого стекла. Размеры брусчатки обычно составляют 150х200 мм при высоте 120-160 мм. Толщина прослойки из песка должна быть 10-15 мм, из мастики - 2-3 мм, из раствора и жидкого стекла - 10-15 мм.

Кирпичные (клинкерные) полы применяют в тех же случаях, что и брусчатые. Они имеют с ними и аналогичную конструкцию. Укладывают кирпичи на ребро или плашмя.

Полы из торцовых шашек (рис. 8.12) применяют в помещениях, где они подвергаются ударам при падении предметов массой от 10 до 15 кг, а также в помещениях, где при падении на пол предметы (инструмент или детали) не должны повреждаться. Деревянные шашки изготовляют из антисептированной древесины прямоугольной или шестигранной формы высотой 60…80 мм и устанавливают так, чтобы волокна были расположены перпендикулярно плоскости пола. Шашки укладывают обычно по песчаной прослойке толщиной 10…15 мм или на мастике с толщиной слоя 20…30 мм. Швы между шашками заполняют битумной или дегтевой мастикой. Такие полы эластичны и бесшумны. Стоя на полу, человек не ощущает переохлаждения ног.

Металлические полы (рис. 8.13) из чугунных дырчатых и стальных штампованных перфорированных плит устраивают по прослойке из песка или бетона. Такие полы применяют только на участках, предусматривающих движение тележек на металлических шинах, перекатывание круглых металлических предметов и при воздействии высоких температур (до 1400оС). Чугунные дырчатые плиты имеют размеры 248х248 и 298х298 мм. При укладке на растворе снизу они имеют ребра жесткости и шипы треугольного сечения для сцепления с бетоном. Стальные штампованные плиты размером 300х300 мм изготовляют из горячекатаной стали толщиной 3 мм.

Полы из рулонных материалов чаще всего выполняют из линолеума (рис. 8.14). Их изготавливают безосновными и с упрочняющей или тепло- и звукоизолирующей основой. Такие полы применяют во влажных условиях эксплуатации. Вследствие эластичности, мягкости и незначительной толщины линолеум укладывают только по ровному и прочному основанию. Подстилающий слой делают, как правило, из бетона, а стяжку - из цементно-песчаного раствора.

К полам из листовых материалов относят полы из твердых и сверхтвердых древесно-волокнистых, древесно-стружечных, цементно-стружечных и винилпластовых листов. Толщина листов в зависимости от материала составляет от 3-4 мм до 19 мм. Полы из древесно-волокнистых и древесно-стружечных листов устраивают в основном во вспомогательных производствах, где отсутствуют высокие механические, температурные и агрессивные воздействия на них.

Лекция 8. Здания для строительства в районах с особыми условиями

.1 Здания, возводимые на просадочных грунтах

Промышленные здания и сооружения нередко приходится возводить на просадочных грунтах.

В отличие от обычных, просадочные грунты, находятся в напряженном состоянии от действия внешней нагрузки и собственной массы, при замачивании дают просадку.

К просадочным грунтам относятся лёссы, лёссовидные суглинки, супеси, покровные суглинки и некоторые другие.

Причинами повышения влажности просадочных грунтов могут быть: замачивание их сверху из внешних источников или снизу при подъеме уровня грунтовых вод, а также постепенное накопление влаги в грунте вследствие инфильтрации поверхностных вод и экранирования поверхности. При определении просадок грунтов и их неравномерности учитывают:

инженерно-геологический состав площадки строительства;

физико-механические характеристики грунтов основания и их неоднородность;

размеры, глубину заложения и взаимное расположение фундаментов;

нагрузки на фундаменты и прилегающие площадки;

конструктивные особенности сооружения (наличие подвалов, тоннелей и т.п.);

характер планировки территории (наличие выемок, срезок или насыпей);

возможные виды, размеры и места расположения источников замачивания грунтов.

Грунтовые условия площадок, сложенных просадочными грунтами, в зависимости от возможной просадки грунтов под воздействием собственной массы подразделяют на два типа: I-й тип просадочности; II-й тип просадочности.

I-й тип просадочности - грунтовые условия, в которых возможна в основном просадка грунтов от внешней нагрузки, а просадка грунтов от собственной массы отсутствует или не превышает 5 см.

II-й тип просадочности - грунтовые условия, в которых помимо просадки грунтов от внешней нагрузки возможна их просадка от собственной массы и ее размер превышает 5 см.

Просадочные грунты с их большими и неравномерными деформациями могут повредить или разрушить конструкции здания, если не будут предусмотрены специальные меры.

Строительные мероприятия - устройство искусственных оснований - достигается: уплотнением грунтов (трамбование тяжелыми трамбовками, устройство грунтовых свай, вытрамбование котлованов под фундаменты, предварительное замачивание грунтов; глубинное гидровиброуплотнение, использование вибрационных машин, катков); полной или частичной заменой в основании грунтов с неудовлетворительными характеристиками свайными подушками из песка, гравия, щебня и т.п. Строительные мероприятия предусматривают преобразование свойств грунтов основания, исключающие или снижающие до допустимых пределов просадки оснований или уменьшающие их влияние на эксплуатационную пригодность сооружения.

Более подробно строительные мероприятия рассматриваются в курсе «Основания и фундаменты».

Водозащитные мероприятия - предусматривают при разработке генеральных планов, планировке территории предприятия, устройстве оснований под полы, размещении трубопроводов.

Планировка застраиваемой территории проводится в данном случае с целью обеспечить быстрый и беспрепятственный сток атмосферных вод.

Чтобы предотвратить инфильтрацию в просадочный грунт поверхностных вод, следует до минимума сократить срезку верхнего слоя грунта. Для планировочных насыпей (включая основание под полы), засыпки пазух котлованов непригодны: песок, строительный мусор и другие дренирующие материалы. Вокруг зданий устраивают водонепроницаемую отмостку шириной 1-1,5 м с уклоном около 3 %, а по ее периметру - водоотводящий кювет (рис. 9.1 а).

В качестве основания под полы в цехах с мокрым технологическим процессом, возводимых на просадочных грунтах II типа, предусматривают водонепроницаемый экран толщиной не мене 1 м уплотнением грунта тяжелыми трамбовками или устройством грунтовой подушки.

Конструктивные мероприятия - предусматривают с целью обеспечить прочность, устойчивость и эксплуатационную надежность здания при возможных просадках от замачивания грунтов основания. Необходимо также создавать условия для быстрого восстановления проектного положения отдельных конструктивных элементов здания.

Рис. 9.1 Конструктивные элементы зданий, возводимых на просадочных грунтах: а - отмостка с кюветом; б - фундамент с консолями в пределах башмака; в - крепление подкрановых балок на консолях; г - крепление кранового рельса; 1 - жирный цементный раствор; 2 - литой асфальт (20-30мм); 3 - мощение булыжником с заливкой швов битумом; 4 - взрыхленный и утрамбованный глинистый грунт; 5 - щебеночная подготовка (100-120 мм), пропитанная горячим битумом; 6 - консоль для подъема колонны домкратом; 7 - подкрановая консоль; 8 - стальная шпала; 9 - скоба болта.

Основными конструктивными мероприятиями являются следующие:

применение конструктивной схемы, малочувствительной к неравномерным осадкам;

разрезка здания на блоки осадочными швами;

устройство стыков, равнопрочных с соединяемыми элементами на воздействие неравномерной просадки основания;

усиление отдельных конструкций дополнительным армированием;

устройство армированных поясов по капитальным стенам, непрерывных в пределах каждого осадочного блока;

увеличение площадей опирания в местах сопряжения конструктивных элементов;

приспособление конструкций к быстрому восстановлению их просадки.

Малочувствительные к неравномерным осадкам конструкции подразделяются на два вида - жесткие и податливые.

Жесткие конструкции - обладают большой прочностью, исключают взаимные применения отдельных элементов и оседают как одно пространственное целое. В зданиях и сооружениях с такими конструкциями необходимо ограничивать возможные просадки и их неравномерность.

В податливых конструкциях элементы связаны с собой шарнирно, поэтому их взаимное перемещение вследствие неравномерной просадки основания практически не отражается на устойчивости здания в целом. Для зданий с такими конструкциями учитывают возможность отклонения колонн и стен от вертикали при просадке основания. С этой целью в проектах предусматривают не только шарнирные связи ферм (балок) и других элементов с колоннами, но и мероприятия по быстрому восстановлению нормальных условий эксплуатации в зданиях.

Для уменьшения длины изгибаемых участков при неравномерной просадке здания, его разрезают осадочными швами, которые совмещают с температурными.

В необходимых случаях по капитальным стенам устраивают железобетонные пояса, размещая их на уровне оконных перемычек в одноэтажных зданиях и на уровне междуэтажных перекрытий в многоэтажных. Кроме того, во всех типах зданий предусматривают армирование пояса в пределах подошв фундаментов. Количество поясов и их сечение определяют расчетом; во всех случаях их должно быть не менее двух.

Под несущие стены зданий устраивают монолитные или сборно-монолитные ленточные фундаменты. В каркасных зданиях фундаменты аналогичны зданиям, возводимым на обычных грунтах. При нежестких (податливых) несущих конструкциях фундаменты под отдельно стоящие колонны устраивают с консолями или отдельными площадками, предназначенными для подъема домкратами просевших колонн (рис. 9.1 б).

Подкрановые балки в зданих на просадочных грунтах следует применять разрезные металлические. Их опирают и крепят, как правило, на консолях (рис. 9.1 в). Такое крепление позволяет производить рихтовку подкрановых путей наименее трудоемким способом - путем изменения положения крановых консолей.

Крепление рельсов к подкрановым балкам должно быть подвижным и иметь конструкцию, допускающую выравнивание пути в вертикальном направлении подъемом рельсов не менее чем на 100 мм и в поперечном - не менее 50 мм. Один из способов крепления рельсов показан на рисунке 15.1 г. Рельс укладывается на стальные шпалы и крепится к балке лапками; между шпалами и балкой можно предусматривать прокладки.

В зданиях и сооружениях податливой конструкции необходимо предусмотреть мероприятия, исключающие возможность выпадения отдельных участков кровельного покрытия при неравномерной просадке. Для чего ограждающие элементы покрытия укладывают внахлестку или применяют элементы многопролетного типа (асбестоцементные, стальные и алюминиевые волнистые листы, стальной ребристый профилированный настил и др.).

.2 Здания, возводимые на подрабатываемых территориях

Подрабатываемая территория - участок поверхности земли, под которым ведут или намечают вести подземные горные разработки угля или других ископаемых.

Подрабатываемым территориям вследствие выемки пластов ископаемых, свойственны оседания, прогибы, наклоны, горизонтальные смещения и другие деформации, вызывающие значительные повреждения и разрушения расположенных на них зданий и сооружений

Более подробно параметры деформации земной поверхности рассматриваются в курсе «Основания и фундаменты».

Прочность, устойчивость и надежность в эксплуатации зданий и сооружений, возводимых на подрабатываемых территориях, обеспечивают специальными мероприятиями.

Исходными данными для проектирования построек на подрабатываемых территориях являются максимальные величины прогнозируемых деформаций земной поверхности на участке строительства в направлении продольной и поперечной осей проектируемого здания.

При строительстве на подрабатываемых территориях предпочтение отдают зданиям небольшой площади, без выступов и пристроек. Здания большой протяженности разделяют на отсеки. Длину отсеков назначают в зависимости от интенсивности деформаций земной поверхности, принятой конструктивной схемы здания, типа конструкций и характеристик грунта.

Сохранность и надежность зданий и сооружений, располагаемых на подрабатываемых территориях, обеспечивают комплексом мероприятий. В данной теме рассмотрим конструктивные и строительные мероприятия.

Здания и сооружения, возводимые на подрабатываемых территориях, проектируют по податливым, жестким и комбинированным конструктивным схемам.

По жесткой конструктивной схеме проектируют бескаркасные здания с несущими стенами и небольших размеров в плане. В них предусматривают:

усиленные несущие конструкции, объединенные в пространственно-жесткие блоки;

фундаменты - плитные, ленточные с железобетонными поясами;

отдельно стоящие со связями - распорками и др.

По податливой схеме проектируют каркасные здания, имеющие большие размеры в плане, с незначительной собственной жесткостью. При прогнозируемых значительных деформациях земной поверхности предпочтительнее применять здания с металлическим каркасом.

Комбинированная схема может быть использована в каркасных и бескаркасных зданиях. Каркасные здания решают в виде рамных, рамно-связевых и связевых систем.

Фундаменты, работающие в сложных напряженных условиях, выполняют в зданиях с податливой схемой с горизонтальными швами скольжения между отдельными его элементами.

Шов скольжения представляет собой два слоя пергамина с прослойкой молотого графита, щипаной слюды или инертной пыли.

Шов скольжения, отделяющий надземную часть здания от подземной, располагают в горизонтальной плоскости над фундаментной подушкой, а в зданиях с подвалом - под перекрытием подвала или технического подполья. Над швом предусматривают защитный пояс.

Для защиты от перекосов и снижения влияния горизонтальных деформаций основания устраивают связи-распорки. Их можно располагать в одном или двух уровнях фундамента, параллельно друг другу (рис. 9.2 а).

Рис. 9.2 Конструктивные элементы зданий, возводимых на подрабатываемых территориях: а - схема устройства шва скольжения и связей-распорок; б - схема устройства сплошной фундаментной плиты со швом скольжения; в - крепление подкрановой балки к колонне; 1 - бетонная или железобетонная подушка; 2 - шов скольжения; 3 - связь-распорка; 4 - фундаментная плита; 5 - фундамент под оборудование; 6 - деформационный шов; 7 - анкер; 8 - величина возможного подъема подкрановой балки; 9 - то же горизонтального смещения.

При устройстве фундаментов в виде сплошной плиты, ее рекомендуется делать со швом скольжения. В местах примыкания плиты к фундаментам под технологическое оборудование оставляют зазоры, ширину которых определяют расчетом. Как правило, величина зазора не превышает 50 мм (рис. 9.2 б).

В зданиях с мостовыми кранами при отсутствии поперечных связей-распорок между фундаментами предусматривают возможную регулировку положения подкрановых путей (балок и рельсов) в горизонтальной плоскости, а при ожидаемом наклоне подкранового пути (более 6 мм/м - в продольном направлении и 4 мм/м - в поперечном направлении) и, кроме того, еще и по вертикали (рис. 9.2 в). Во всех случаях предпочтение следует отдавать подвесному и напольному подъемно-транспортному оборудованию.

При использовании мостовых кранов подкрановые балки следует выполнять разрезными, металлическими и реже разрезными железобетонными.

Несущие конструкции покрытия опирают шарнирно на колонны посредством катковых и скользящих опор, показанных на рисунке 9.3.

Рис. 9.3 Шарнирно-подвижные сопряжения несущих конструкций покрытия с колоннами: а - катковое; б - скользящее; 1 - колонна; 2 - направляющая пластинка; 3 - ферма; 4 - каток; 5 - ограничитель; 6 - опорный столик; 7 - шов скольжения.

Стены каркасных зданий рекомендуется монтировать из навесных облегченных панелей с податливым креплением к колоннам. Допускается также самонесущие кирпичные и блочные стены с усилением их по периметру железобетонными поясами, а в местах пересечения - и горизонтальными арматурными сетками.

Самонесущие стены крепят к колоннам деталями, не препятствующими относительным смещениям в плоскости стен.

Министерство Образования и Науки Украины Донбасская национальная академия строительства и архитектуры Кафедра «Архитектура промышленных и гражданских

Больше работ по теме: