Наглядный конспект по основным темам МДК 01.01 «Проектирование зданий и сооружений» - Железобетонные конструкции зданий (вопрос 59)

Тема 59. Сборный железобетонный каркас многоэтажных промышленных зданий, его элементы и узлы сопряжения

Содержание:

Общие сведения

Железобетонные каркасы многоэтажных промышленных зданий

Конструктивные схемы зданий.

Список литературы

Общие сведения

Многоэтажные промышленные здания служат для размещения различных производств – цехов лёгкого машиностроения, приборостроения, химической, электротехнической, радиотехнической, лёгкой промышленности и др., а также базисных складов, холодильников, гаражей и т.п. Их проектируют, как правило, каркасными с навесными панелями стен.

Высоту промышленных зданий обычно принимают по условиям технологического процесса в пределах 3…7 этажей (при общей высоте до 40м), а для некоторых видов производств с нетяжёлым оборудованием, устанавливаемым на перекрытиях, - до 12…14 этажей. Ширина промышленных зданий может быть равной 18…36м и более. Высоту этажей и сетку колонн каркаса назначают в соответствии с требованиями типизации элементов конструкций и унификации габаритных параметров. Высоту этажа принимают кратной модулю 1,2м, т.е. 3,6; 4,8; 6м, а для первого этажа – иногда 7,2м. Наиболее распространенная сетка колонн каркаса 6х6, 9х6, 12х6м. Такие ограниченные размеры сетки колонн обусловлены большими временными нагрузками на перекрытия, которые могут достигать 12 кН/м2, а в некоторых случаях 25 кН/м2 и более.

Железобетонные каркасы многоэтажных промышленных зданий

Многоэтажные промышленные здания по совокупности всех затрат экономичнее одноэтажных, вследствие компактного размещения технологического процесса, благодаря максимальному использованию стесненных участков земли при расположении производства в городской черте, за счет исключения излишних коммуникаций при технологических процессах, развивающихся по вертикали, и т. п.

В конструктивном отношении многоэтажные промышленные здания могут быть: с полным, каркасом и самонесущими (или ненесущими) наружными стенами; с неполным каркасом и несущими наружными стенами.

Как правило, в основе планировочного и конструктивного решения многоэтажных промышленных зданий лежит унифицированная типовая секция. В настоящее время основным потребностям различных отраслей промышленности удовлетворяют спроектированные на основе межотраслевой унификации многоэтажные промышленные здания из сборных железобетонных элементов с сеткой колонн 6X9 м при нагрузках на перекрытие до 15 кН/м2 и 6X6 м при нагрузках на перекрытие до 25 кН/м2, с высотой этажей 3,6... 7,2 м, числом этажей два - пять и числом пролетов от двух и более. Кроме того, применяются разбивочные сетки колонн 9X9м, а в последнее время разрабатывают типовые конструкции многоэтажных зданий с сетками колонн 12X12 м. Впервые они использованы при строительстве автомобильного завода в г. Тольятти. Верхние этажи этих многоэтажных зданий имеют увеличенный пролет, кратный двум и трем пролетам нижних этажей.

Каркасы многоэтажных промышленных зданий чаще всего проектируют из сборных унифицированных железобетонных элементов заводского изготовления. Кроме полносборных каркасы могут быть сборно-монолитными и из монолитного железобетона.

Различают системы каркасов рамные, рамно-связевые и связевые. Для зданий из сборных железобетонных элементов чаще других применяется рамно-связевая система.

В зависимости от типа перекрытий конструктивная схема здания может быть балочной и безбалочной

Многоэтажное промышленное здание а - стоечно-балочное; б - большепролетное; 1 - фундаменты; 2 - колонны; 3 - ригели; 4 - плиты перекрытия; 5-плиты покрытия; 6- безраскосные фермы

Балочная конструктивная схема. Каркас здания состоит из ряда многоярусных рам с жесткими узлами. В поперечном направлении жесткие узлы рам создаются стыками ригелей с колоннами. Ригели укладываются на консоли колонн в поперечном направлении. Ригели сваркой закрепляются с колоннами в местах консолей колонн, а также сваркой выпусков верхней арматуры ригелей со стержнями, пропущенными сквозь тело колонны (рис. 94). Такое крепление обеспечивает получение неразрезных ригелей над опорами. Зазоры между колоннами и торцами ригелей заполняются бетоном. По .ригелям укладывают крупноразмерные плиты. В продольном направлении устойчивость здания обеспечивается стальными связями, установленными в середине температурного отсека в каждом этаже по каждому продольному ряду колонн. Вертикальные связи крестового или портального типа крепятся сваркой к закладным деталям колонн.

Узел балочного каркаса 1 - колонна; 2 - плиты перекрытия; 3 - бетон; 4 - стальной оголовок; 5 -выпуски арматуры; 6 - стыковые стержни; 7 - ригели

Конструктивные схемы зданий.

Многоэтажные здания широко используются во многих отраслях промышленности, а также при строительстве жилых, общественных и административных объектов. В промышленном строительстве многоэтажные здания используют для предприятий приборостроения, химической, легкой и пищевой промышленности, складов, холодильников, гаражей и т.п. К таким зданиям относятся также лабораторные и административно-бытовые корпуса предприятий различных отраслей промышленности.

По конструктивной системе различают многоэтажные здания каркасные и панельные (бескаркасные). Каркасная система преимущественно применяется для промышленных, общественных и административных зданий, при этом каркас может быть полным (с навесными или самонесущими наружными стенами) или неполным (с несущими стенами). Бескаркасная система обычно применяется в жилищном строительстве.

Несущая система любого многоэтажного здания образуется вертикальными несущими конструкциями (колоннами, панелями), объединенными в единую пространственную систему горизонтальными несущими конструкциями (перекрытиями). В каркасных зданиях элементами несущей системы являются: железобетонный каркас, образованный колоннами, ригелями и фундаментами (т.е. плоскими рамами), вертикальные элементы жесткости в виде железобетонных диафрагм, столбов, металлических связей, и горизонтальные элементы (перекрытия и покрытия).

Пространственная жесткость каркасных зданий, т.е. прочность, устойчивость и жесткость каркаса при действии горизонтальных нагрузок, обеспечивается по одной из следующих конструктивных схем: рамной, связевой или рамно-связевой.

При рамной схеме все вертикальные и горизонтальные нагрузки, действующие на здание, воспринимаются рамами с жесткими узлами и передаются на фундаменты. Наряду с определенными достоинствами данной схеме присущи и серьезные недостатки, главным из которых является трудность реализации принципов унификации каркаса, стандартизации и типизации конструктивных элементов и узлов сопряжений.

В связевой схеме рамы каркаса рассчитываются на действие только вертикальных нагрузок, а все горизонтальные нагрузки передаются на систему вертикальных элементов жесткости, устанавливаемых в продольном и поперечном направлениях и связанных с примыкающими к ним колоннами; стыки ригелей с колоннами в такой схеме обычно выполняются шарнирными или с частичным защемлением. Поскольку каркас воспринимает только вертикальные нагрузки, то появляется возможность применять на всех этажах одни и те же ригели перекрытий и типовые узлы сопряжений их с колоннами, т.е. унифицировать каркас.

В рамно-связевой схеме горизонтальные нагрузки воспринимаются как вертикальными элементами жесткости, так и рамами каркаса совместно и пропорционально их изгибным жесткостям.

В промышленных многоэтажных зданиях пространственная жесткость обычно обеспечивается по смешанной схеме: в поперечном направлении - рамами с жесткими узлами, т.е. по рамной схеме, в продольном - вертикальными стальными связями по колоннам, т.е. по связевой схеме.

Этажность и высота этажа промышленных зданий зависит от вида и технологии производства и составляет при тяжелых нагрузках 3-7 этажей, а при небольших нагрузках (до 5 кПа) - до 12-14 этажей; высота этажа кратна 1,2 м; ширина здания составляет 18-48 м. Размер сетки колонн зависит как от интенсивности временной нагрузки на перекрытиях, так и от специфики производства и чаще всего принимается равным 6x6, 9x6 и 12x6 м в диапазоне временных нагрузок 30... 10 кПа.

Привязку колонн и стен к разбивочным осям выполняют согласно действующим нормативам. Так, при полном каркасе разбивочные оси совмещают с геометрическими осями средних колонн и с наружными гранями крайних рядов колонн. При неполном каркасе наружные разбивочные оси располагают по осям наружных стен, а внутренние - по геометрическим осям колонн. Могут быть и другие привязки осей в зависимости от типа перекрытий.

Перекрытия многоэтажных каркасных зданий бывают балочные и безбалочные в сборном, монолитном или сборно-монолитном исполнении. Сборные балочные перекрытия обычно состоят из пустотных или ребристых плит, опирающихся на ригели каркаса. Общий принцип проектирования сборных плит перекрытий состоит в максимальном удалении бетона из растянутой зоны, оставляются лишь узкие ребра для размещения арматуры и объединения сжатой и растянутой зон сечения. Если при проектировании не ставится условие образования плоского потолка, экономическим требованиям вполне отвечают ребристые плиты с полкой в сжатой зоне. Полка плиты представляет при этом однорядную многопролетную плиту, защемленную по контуру в продольные и поперечные ребра. Высота продольных ребер подбирается из условий прочности и жесткости и составляет (1/20...1/15)/, остальные размеры поперечного сечения во многом определяются конструктивными и технологическими требованиями при изготовлении.

При необходимости устройства гладкого потолка применяют безбалочные перекрытия, представляющие сплошную неразрезную в двух направлениях плиту, опирающуюся на колонны с капителями.

В составе сборного перекрытия плиты образуют после замоноличивания швов жесткий горизонтальный диск, способный активно влиять на пространственную жесткость здания. Плиты, укладываемые по осям средних рядов колонн, выполняют роль распорок, передающих продольные нагрузки на систему связей, а также обеспечивающих продольную устойчивость рам при монтаже каркаса. Применяют два типа опирания плит перекрытий: на консольные полки ригелей таврового сечения (рис. 1а) и по верху ригелей прямоугольного сечения (рис. 16). Первый вариант опирания, применяемый при равномерно распределенных нагрузках на перекрытиях, предпочтительнее, так как уменьшаются пролеты плит, строительная высота перекрытия и здания в целом. Второй вариант обычно применяют при больших сосредоточенных нагрузках на перекрытии или необходимости устройства в перекрытии отверстий для пропуска коммуникаций.

Ригели для пролетов L

боковым граням придается небольшой технологический уклон для облегчения распалубки. Сопряжение ригелей с колоннами в промышленных зданиях выполняется обычно жестким за счет ванной сварки выпусков арматуры ригеля и колонны с последующим омоноличиванием стыка. В зданиях другого назначения стык может быть шарнирным или с частичным защемлением ригеля на опорах.

Колонны многоэтажных производственных зданий обычно консольного типа высотой в один или два и более этажей, прямоугольного сечения размерами 300x300, 400x400 или 400x600 мм. Как правило, по этажам сечение колонн остается постоянным, меняется лишь армирование или класс бетона, чем достигается типизация колонн, ригелей и узлов сопряжений. Минимальный класс бетона для колонн - В15, а для сильно нагруженных - не ниже В25, рабочая арматура - классов A-III - A-IV, поперечная - классов Bp-I или А-1. Стык колонн располагается на высоте 600 мм от уровня пола (для удобства выполнения работ) и осуществляется путем ванной сварки выпусков продольной рабочей арматуры с последующим омоноличиванием бетоном на мелком щебне. Концы колонн усиливают поперечными сетками и заканчивают стальной центрирующей прокладкой (для удобства рихтовки при монтаже) При весьма тяжелых нагрузках и значительных изгибающих моментах стык может выполняться с применением закладных сварных металлических обойм из листовой стали.

Прочность и устойчивость каркасов производственных зданий в продольном направлении решается в двух вариантах. По первому варианту продольная устойчивость обеспечивается вертикальными стальными связями портального типа, устанавливаемыми по продольным осям между колоннами. Связи устанавливаются в одном шаге посередине температурного блока на всех этажах здания, кроме верхнего. В зависимости от требуемой жесткости связи могут устанавливаться во всех рядах, либо через один - два ряда колонн (начиная с крайних рядов).

По второму варианту продольная устойчивость каркаса обеспечивается однопролетными рамами, образуемыми колоннами и продольными ригелями. Продольные ригели устанавливаются в уровне ригелей поперечных рам. Продольные рамы устраиваются в каждом ряду колонн в количестве, определяемом величиной горизонтальных сил, действующих вдоль здания. Участок перекрытия вблизи продольного ригеля выполняется монолитным.

Основные несущие конструкции многоэтажного каркасного здания – железобетонные рамы и связывающие их междуэтажные перекрытия. Каркас состоит из колонн, ригелей, расположенных в одном или в двух взаимно перпендикулярных направлениях, плит перекрытий и связей в виде ферм или сплошных стенок, выполняющих функции диафрагм жёсткости. Ригели могут опираться на колонны по консольной или бесконсольной схемам с размещением плит на полках ригелей или по их верху.

Список литературы:

-Неёлов В.А. Промышленные здания.

-Орловский Б.Я. Архитектура.