К несущим конструкциям одноэтажных зданий относятся колонны, стены (несущие), балки и фермы покрытий, подкрановые балки и т. п.
В строительстве одноэтажных производственных зданий применяют сборные железобетонные колонны квадратного или прямоугольного сечений и двухветвевые (рис. 7-7).
Колонны квадратного сечения 40X40 см применяются в зданиях без кранов, при шаге колонн 6—12 м, пролетах 12—24 м и при высоте здания до 9,6 м. Колонны крайних рядов таких зданий выполняют без консолей, а средних рядов — с двумя консолями, обеспечивающими необходимую площадь опирания ферм или кровельных балок.
В зданиях высотой до 10,8 м, оборудованных мостовыми кранами грузоподъемностью до 20 Т, применяют колонны прямоугольного сечения 40x60 см. По высоте такие колонны состоят из двух частей: надкрановой, называемой надколонником и предназначенной для опирания несущих конструкций покрытия, и подкрановой, предназначенной для передачи нагрузки на фундамент от надколонника и подкрановых балок, опирающихся на консоли колонны.
В зданиях высотой 10,8—18,0 м при кранах грузоподъемностью 10—50 Т и при пролетах здания 18, 24, 30 м целесообразно применять двухветвевые колонны (по экономическим соображениям), состоящие из двух стоек сечением не менее 20X40 см каждая, соединенных горизонтальными элементами, — «планками».
Конструкции колонн унифицированы и имеют высоту, кратную модулю 600 мм. Для крепления стеновых панелей, подкрановых балок и других элементов каркаса в колонны при изготовлении устанавливаются металлические закладные части, снабженные анкерами. Сечение и количество анкеров закладных частей определяются расчетом. Для предотвращения разрушения металла от коррозии закладные части покрываются окрасочной изоляцией или оцинковываются.
Для удобства выверки колонн при монтаже на их поверхности устраиваются вертикальные риски.
Колонны прямоугольного сечения обычно выполняются из бетона марок 200, 300 и 400, двухветвевые — из бетона марок 300 и 400.
Стальные колонны применяются в одноэтажных промышленных зданиях относительно редко при наличии технико-экономического обоснования (см. § 6-3).
Стальные колонны обладают рядом преимуществ: они удобны в монтаже, имеют малый вес и рациональную форму сечения, обладают высокой несущей способностью и легко подаются усилению в случае увеличения нагрузки, к ним легко крепить коммуникации.
Рис. 7-7. Сборные железобетонные колонны одноэтажных промышленных зданий.
а — для бескрановых зданий; б — крановые прямоугольного сечения; в — крановые двухветвевые; г — расположение стальных закладных деталей в колонне; д — схема установки вертикальных связей между колоннами; е — узлы крепления связей к колонне; 1 — стальной лист с анкерами; 2 — упор подкрановой балки; 3 — трубка для подъема колонны; 4 — опорный лист подкрановой балки; 5 — элементы для крепления наружных стен; 6—риска оси крана; 7 —риска разбивочной оси: 8 — связи; 9 — закладная деталь для крепления связи; 10 — косынка.
Рис. 7-8. Стальные колонны одноэтажных промышленных здании.
а — крайняя колонна; б — средняя колонна; 1— ребра жесткости; 2 - башмак колонны; 3 — подкрановая балка; 4 — решетка из уголков; 5 — горизонтальная диафрагма.
К недостаткам стальных колонн следует отнести: большие эксплуатационные расходы на окраску, дефицитность стали и невозможность применения в цехах с агрессивной средой.
Стальные колонны, как правило, выполняют сварными из прокатных профилей или из листовой стали (рис. 7-8).
В зданиях, оборудованных мостовыми кранами, крайние колонны выполняются сплошностенчатыми, с ребрами жесткости из листовой стали, средние — двухветвевыми из уголков, швеллеров или двутавров с треугольной решеткой из уголков или с накладками из листовой стали.
Надкрановые части двухветвевых колонн выполняются сплошного сечения. Подкрановые балки опираются на уступы, образующиеся в колоннах за счет меньшего сечения надколонника по сравнению с подкрановой частью колонны. Для опирания на фундамент в нижней части колонны выполняется башмак из листовой или профильной стали с отверстиями или прорезями для анкерных болтов.
Сборные железобетонные колонны устанавливаются в фундаменты стаканного типа с последующим заполнением зазоров бетоном (жесткое сопряжение). На верхний обрез фундамента с помощью специальных бетонных столбиков устанавливаются фундаментные балки, предназначенные для передачи фундаментам нагрузки от наружных и внутренних стен зданий (рис. 7-2). Фундаментные балки могут иметь прямоугольное, трапецеидальное и тавровое сечение. Сборные железобетонные фундаментные балки для шага колонн 6 м изготовляются с обычным армированием, а для шага колонн 12 м — с предварительно напряженной арматурой. После установки балок на место зазоры между фундаментными балками и колоннами заполняют бетоном. Поверх балок укладывают гидроизоляцию из рулонных материалов, вдоль фундаментных балок выполняется отмостка.
При высоких самонесущих стенах, а также для опирания наружных стен в местах перепада высот здания применяются так называемые обвязочные балки. Размеры и форма поперечного сечения этих балок определяются толщиной опираемых на них стен и шагом колонн здания.
Рис. 7-9. Сборные железобетонные подкрановые балки и детали их крепления. а — таврового сечения с обычной арматурой; б — таврово-трапецеидального сечения с предварительно напряженной арматурой; в — двутаврового сечения с предварительно напряженной пучковой арматурой; г — крепление подкрановых балок к колонне; 1 — колонна; 2 — подкрановая балка; 3 — стальные накладки для крепления балок между собой; 4 — стальные накладки для крепления балок к колонне; 5 — опорный стальной лист консоли колонны; 6 — закладная стальная деталь колонны; 7 — верхняя закладная стальная деталь подкрановой балки; 8 — нижняя закладная стальная деталь подкрановой балки; 9 — сварка; 10 — монтажный бетон.
Обвязочные балки опираются на выпущенные из колонн консоли и дополнительно крепятся к колоннам с помощью болтов или приваркой соединительными планками к соответствующим закладным частям колонн.
Покрановые балки предназначены для укладки подкрановых путей, по которым передвигаются мостовые краны. Покрановые балки воспринимают динамическую вертикальную нагрузку от веса кранов и груза, возникающую при движении крана, и горизонтальную нагрузку — продольную и поперечную, возникающую при торможении моста крана и тележки.
Кроме того, подкрановые балки, являясь элементами каркаса, увеличивают продольную жесткость здания.
Сборные железобетонные подкрановые балки применяются в практике строительства для мостовых электрических кранов грузоподъемностью до 30 Т преимущественно среднего и легкого режимов работы, а также для монтажных кранов грузоподъемностью 75, 100 и 125 Т при шаге колонн 6 и 12 м, (рис. 7-9). Сборные подкрановые балки выполняются, как правило, разрезными, т. е. однопролетными с обычным армированием или с предварительно напряженной арматурой.
Балки с предварительно напряженной арматурой обладают рядом преимуществ:экономичностью, необходимой трещиностойкостью, большой жесткостью, что особенно важно для конструкций, подвергающихся динамическим воздействиям.
Сборные подкрановые балки выполняются в большинстве случаев таврового или двутаврового сечения; развитая в ширину верхняя часть балки (полка) увеличивает горизонтальную жесткость балки и упрощает устройство съёмного кранового пути. При назначении высоты балок следует учитывать, что максимальный прогиб балок не должен превышать 1/600 пролета.
Предварительно напряженные балки изготовляются из бетона марок 300, 400 и 500 и армируются стержнями из низколегированной стали периодического профиля или высокопрочной проволокой в виде струн, пучков или прядей.
Для крепления кранового пути, упоров и подвесок троллей при изготовлении подкрановых балок в их тело закладываются газовые трубки или плоские закладные детали с анкерами.
Рис. 7-10. Стальная подкрановая балка.
а — балка; б - крепление балки к колонне; в — кропление кранового рельса к балке; 1 — ребра жесткости; 2— тормозная ферма; 3 — ходовой настил.
Опорные части балок снабжают закладными деталями, с помощью которых балки прикрепляют к колоннам (рис. 7-9).
Техническими правилами по экономному расходованию металла, леса и цемента в строительстве (ТП-101-65) допускается применение стальных подкрановых балок для мостовых электрических кранов различной грузоподъемности и режима работы.
Стальные подкрановые балки выполняют сварными двутаврового сечения из листовой стали с вертикальными, а иногда и горизонтальными ребрами жесткости (рис. 7-10).
Для восприятия горизонтальных усилий от торможения тележки крана верхний пояс стальных подкрановых балок делают более развитым либо создают специальную горизонтальную тормозную конструкцию.
Эта конструкция называется тормозной площадкой или фермой, если она решетчатой конструкции, и, кроме своего основного назначения - увеличения горизонтальной жесткости верхнего пояса подкрановой балки, используется в качестве аварийного выхода с крана. С этой целью на элементы решетки и пояса горизонтальной тормозной фермы укладывается настил из рифленой стали или из листовой просечно-вытяжной стали.
Соединение разрезных однопролетных подкрановых балок между собой осуществляется с помощью болтов и прокладок, располагаемых в средней трети высоты балок, благодаря чему обеспечивается свобода поворота балки на опоре при наличии нагрузки в пролете. Крепление нижнего пояса балок к колоннам осуществляется с помощью подкладок и болтов. Рельсы прикрепляются к подкрановым балкам с помощью специальных планок на болтах.
Ригелями поперечных рам, образующих каркас одноэтажных промышленных зданий, служат основные несущие конструкции покрытий — односкатные и двускатные балки, фермы различного очертания. Пространственные конструкции в виде оболочек, складок, сводов и куполов применяются для уникальных и экспериментальных зданий и массового распространения не получили.
Тип несущих конструкций покрытий в каждом отдельном случае назначают в зависимости от пролета, величины действующих нагрузок, системы коммуникаций, размещаемых под покрытием, характера кровли и других факторов.
Рис. 7-11. Железобетонная предварительно напряженная сборная двускатная балка для покрытий.
При пролетах 6, 9, 12 и 18 м наиболее эффективной конструкцией являются цельные сборные железобетонные балки заводского изготовления с параллельными поясами для плоских и односкатных кровель и двускатные с ломаным верхним поясом |(рис. 7-11).
Поперечное сечение балок для пролетов 6—9 м принимают тавровое, для больших пролетов — двутавровое. Балки для пролетов 12 м. и более обычно изготовляют с предварительно напряженной арматурой в виде струн, пучков или отдельных стержней. Для изготовления балок пролетом б, 9 м с обычным армированием применяют бетон марок 200 и 300, для балок с предварительно напряженной арматурой — марок 300, 400 и 500.
Балки опираются на колонны своей уширенной опорной частью и закрепляются анкерными болтами, выпущенными из колонн и проходящими через опорый лист, приваренный к балке.
Опорный лист балки приваривается к соответствующей закладной детали колонны.
Крепление кровельных плит к балкам также производится с помощью сварки стальных закладных деталей, расположенных в верхнем поясе балки и в опорных частях плит. Специальные закладные детали предусматриваются, кроме того, для крепления к кровельным балкам элементов подвесного транспорта и коммуникаций.
В массовом промышленном строительстве одноэтажных зданий с пролетами 24 м и более в качестве основных несущих конструкций покрытия применяют фермы.
Для перекрытия пролетов 18—24 м в массовом промышленном строительстве применяются сборные железобетонные фермы.
Фермами называют несущие конструкции, состоящие из отдельных стержней, соединенных между собой по концам и образующих каркас, обладающий геометрической неизменяемостью.
Стержни, расположенные по верхнему контуру этого каркаса, называют верхним поясом, а по нижнему контуру — нижним поясом фермы. Вертикальные стержни (стойки) и наклонные стержни (раскосы), расположенные между поясами, образуют решетку фермы. Места соединений стержней между собой называются узлами фермы.
Участок пояса между двумя узлами называются панелью. По своему очертанию фермы бывают сегментные, арочные, треугольные, с параллельными поясами (рис. 7-12).
Фермы выполняются цельными, а при больших пролетах для удобства транспортировки изготовляются из двух полуферм, собираемых перед установкой в проектное положение в один элемент.
Наибольшее распространение получили железобетонные сегментные фермы с ломаным или криволинейным верхним поясом.
Рис. 7-12. Железобетонные сборные фермы покрытий.
а, б — сегментные; в — полигональная; г и д — с параллельными поясами; е — треугольная; 1 — полуфермы; 2 — монтажные стыки.
В таких фермах решетка обычно работает с небольшими усилиями и имеет наименьшие размеры сечения, а панели нижнего пояса, в которых растягивающие усилия почти постоянны, легко могут быть обжаты высокопрочной арматурой.
Криволинейность верхнего пояса уменьшает изгибающие моменты в нем от внеузлового загружения, что позволяет увеличить размеры панелей пояса и сделать более редкой решетку ферм.
Предварительно напряженные фермы изготовляют из бетона марок 300, 400 и 500. Стык полуферм осуществляется приваркой стальных накладок к закладным деталям каждой из них с последующей зачеканкой пространства стыка цементным раствором. Опорные узлы ферм, как и кровельных балок, снабжаются закладными деталями для крепления ферм к колоннам. Специальные закладные детали устанавливаются в фермах для крепления связей и распорок, обеспечивающих наряду с кровельными плитами пространственную жесткость покрытия.
Фермы с параллельными поясами устраиваются в промышленных зданиях с плоскими кровлями.
Для кровель с большими уклонами, например для кровли из асбестоцементных листов усиленного профиля, применяют треугольные фермы.
Помимо ферм с треугольной решеткой, в практике строительства применяются (хотя и значительно реже) безраскосные фермы арочного очертания или с прямолинейными поясами. В таких фермах пояса соединяются только стойками.
Стальные фермы в промышленном строительстве применяют при пролетах 30 м и более, а также в зданиях, где по условиям технологического процесса применение железобетона нецелесообразно, например в так называемых «горячих цехах».
Стальные стропильные фермы обычно выполняются из спаренных уголков, соединяемых на сварке с помощью «косынок» из листовой стали. Устойчивость ферм в покрытии должна обеспечиваться системой горизонтальных и вертикальных связей, шаг которых обычно принимают равным длине двух панелей ферм.
При необходимости перекрыть особенно большие пролеты иногда выполняют фермы из алюминиевых профилей. Такие фермы обладают значительно меньшим весом.
Деревянные фермы, в том числе и фермы с металлическими затяжками, применяют только в районах, где лес является местным строительным материалом.
При изменении температуры конструкций, например вследствие сезонных колебаний температуры воздуха, в элементах каркаса могут возникать значительные деформации и соответственно дополнительные усилия. Для уменьшения последних каркас одноэтажного промышленного здания разрезается на отсеки температурными швами.
Длина температурного отсека определяется расчетом и зависит от материала каркаса и температурного режима при эксплуатации здания. Нормами установлены наибольшие расстояния между температурными швами, допускаемые без расчета. Например, для промышленных отапливаемых зданий с каркасом из сборных железобетонных элементов длина температурного отсека не должна превышать 60 м, а для таких же зданий со стальным каркасом — 230 м. Температурные швы решаются с применением парных колонн, опирающихся на общий фундамент. На колонны устанавливают парные фермы или балки. При наличии перепада высот между частями здания температурный шов совмещается с осадочным швом. В этом случае парные колонны устанавливаются на раздельные фундаменты, допускающие независимую осадку смежных отсеков здания.
Поперечная устойчивость каркаса одноэтажных промышленных зданий обеспечивается заделкой колонн в фундаменты и жестким диском покрытия. Устойчивость каркаса в продольном направлении обеспечивается заделкой колонн в фундаменты, системой вертикальных связей по колоннам, жестким диском покрытия и системой связей и распорок по покрытию.
Вертикальные связи обычно из стальных уголков (рис. 7-7,д) устанавливаются в середине температурного отсека и крепятся к колоннам в местах примыкания подкрановых балок, распорок и других горизонтальных элементов каркаса. Сечение вертикальных связей определяется расчетом на усилия, возникающие в связях от ветра, действующего на торцовые стены здания, и от тормозных сил мостовых кранов.
