Лекция 4

Лекция 4

3.3 Типы колонн. Подкрановые и обвязочные балки

3.3.1 Вертикальные несущие элементы железобетонного каркаса называют колоннами. Их изготовляют из тяжелого бето­на класса В15-В40. По расположе­нию в здании колонны подразделя­ют на крайние и средние.

1) Колонны постоянного сечения (рисунок 3.14, а) предназначены для бескрановых зданий, а также для зданий с подвесными кранами, имеющих высоту этажа до 9,6 м, пролеты до 24 м, шаг 6 м. Колонны среднего ряда (сечение 400х400 мм) имеют уширенный оголовок для опирания конструкций покрытия.

В одноэтажных подкрановых зданиях применяют также колонны кольцевого сечения.

2) Колонны, имеющие консоли (рисунок 3.14, в, г), применяют в зданиях высотой этажа до 10,8 м, с пролетами 18 и 24 м, при шаге 6-12 м, обо­рудованных мостовыми кранами грузоподъемностью до 20 т. В таких колоннах различают нижнюю (под­крановую) и верхнюю (надкрановую) части. Поперечное сечение ко­лонн прямоугольное или двутавровое.

Последнее решение экономично по расходу бетона и массе, однако усложняется технология изготовле­ния конструкции.

3) Двухветвевые колонны (рисунок 3.14, д, е) применяют в. зданиях с высотой этажа 10,8-18 м, пролетом 18-30 м и шагом 6-12 м. В таких зда­ниях устанавливают мостовые краны грузоподъемностью до 50 т.

4) Сваи-колонны (рисунок 3.14, б) целые или составные используют при возведении складских и других легких производственных зданий. Целые сваи-колонны длиной до 6 м и сечением 300х300 мм погружают в грунт на глубину не менее 2 м. Точность забивки свай контролируют геодезическими инструментами.

Составные сваи-колонны имеют в уровне пола цилиндрическую насадку. Такая насадка облегчает заделку конца колонны в полость трубчатой сваи.

Нижние концы колонн (на глу­бину 0,85-1,2 м) заделываются в стакан фундамента. Высота колонн (среднего ряда при опирании под­стропильных конструкций) уменьшается на 700 мм. Для сопряжения с другими конструктивными элементами предусмотрены закладные детали.

Тип колонн для определенного вида здания выбирают по каталогам индустриальных изделий в зависимости от грузоподъемности крана, величины пролета, шага колонн, высоты здания, нагрузки от покрытия и т. д. (таблица 3.1-3.3).

3.3.2 Железобетонные подкрановые балки предназначены для зданий с мостовыми кранами грузоподъемностью 10, 20 и 30 т. Их изготовляют из бетонов класса В22,5-В40 укладывают на консоли или выступы колонн. Подкрановые балки с уложенными по ним рельсами образуют пути для движения мостовых кранов и выполняя роль продольных связей, повышают пространственную жесткость каркаса.

1) Балки таврового сечения (рисунок 3.15; 3.16 а) с утолщенной стенкой на опоре имеют высоту 800 или 1000 мм и применяются при шаге колонн 6 м

2) Балка двутаврового сечения (рисунок 3.15; 3.16, б) высотой 1400 мм используются при шаге колонн 12 м. Стальные трубки в верхней полке балок предназначены для пропуска болтов крепления кранового пути, отверстия в стенке - для навески токоподводящих проводов.

Опоры подкрановых балок (рисунок 3.15 д; 3.16, в) в торцах здания и у деформационных швов на 500 мм смешены внутрь пролета.

Сварная плеть рельса (рисунок 3.15, г; 3.16, д) (по длине температурного отсека здания) укладывается на прорезиненную прокладку и закрепляется к подкрановой балке болтовыми при­жимами. Концевые упоры устанав­ливают на границе подкрановых путей.

Рисунок 3 13 - Железобетонные сборные колонны одноэтажных промышленных зданий

1 - колонны для зданий без кранов, 2 - сплошные колонны под крановую нагрузку, 3 - колонны двутаврового сечения под крановую нагрузку, 4 - двухветвевые колонны под крановую нагрузку.

Рисунок 3.14 - Типы железобетонных колонн (общий вид)

а - для крайних рядов бескрановых зданий; б - для среднего ряда бескрановых зданий; в - для крайнего ряда крановых зданий; г - для среднего ряда крановых зданий; д - двухветвевые для крайнего ряда крановых зданий; е - двухветвевые для среднего ряда крановых зданий; ж - сваи-колонны (целые); и - сваи-колонны (составные);

1 - закладные детали; 2 - стальной оголовок; 3 - анкерные болты; 4 - закладная деталь на поверхности консоли; 5 - закладная деталь на обрезе колонны; 6 - колонна; 7 - цилиндрическая свая диаметром 700 мм; 8 - бетон марки 200; 9 - уплотненный грунт.

Рисунок 3.15 - Железобетонные подкрановые балки:

а - при шаге колонн 6м; б - то же, 12м; в - крепление балок к колоннам; г - крепление кранового рельса к балке; д - устройство упора для мостового крана;

1- опорный стальной лист (160x12x500 мм); 2- анкерный болт; 3- стальная пластинка (100x12 мм); 4, 5 - закладные элементы колонны; 6- стальная лапка; 7- болт; 8- упругие прокладки толщиной 8 мм; 9- крановый рельс; 10- дере­вянный брус 200x280x360 мм; 11- швеллер № 45 длиной 1228 мм; 12- стальная пластина 12x300x970 мм

Рисунок 3.16 - Железобетонные подкрановые балки (общий вид)

а - таврового сечения для шага 6м; б - двутаврового сечения для шага 12м; в - концевой упор на балке; г - опирание на колонну; д - крепление кранового рельса;

1 - стальной опорный лист; 2 - закладные детали; 3 - отверстия диаметром 20 мм для крепления рельсов; 4 - отверстия диаметром 25 мм; 5 - подкрановая балка; 6 - упругая подкладка; 7 - крановый рельс; 8 - прижимные «лапки»; 9 - стальной упор; 10 - тормозной брус; 11- болт; 12 - стальная накладка; 13 - гайка со шплинтом; 14 – шайба

3.3.3 Обвязочные балки (рисунок 3.17) предназначены для опирания кирпичных или мелкоблочных стен в местах перепада высот, а также используются в качестве перемычек для восприятия нагрузки от вышележаших ярусов кладки.

Балки изготовляют из бетона класса В15 и укладывают на металли­ческие опорные столики (рисунок 3.17), приваренные к закладным деталям колонны.

3.4 Стропильные и подстропильные балки и фермы

В покрытиях зданий (рисунок 3.18; 3.19) не­сущими элементами служат балки и фермы, укладываемые поперек или вдоль здания.

По характеру укладки балки и фермы бывают: стропильные, если они перекрывают пролет, поддерживают опертые на них конструкции покрытия, и подстропильные, если перекрывают 12-18-метровые шаги колонн продольного ряда и служат опорой для стропильных конструк­ций.

3.4.1 Стропильные балки изготовляют из тяжелых бетонов класса В30-В45 и пере­крывают пролеты 6, 9, 12 и 18 м (при шаге колонн 6 м). Название балок зависит от очертания верхне­го пояса.

1) Односкатные балки (рисунок 3.18; 3.19) применяют в однопролетных зданиях и в пристройках. Балки имеют тавровое сечение с утолщением на опорах и с толщиной стенки 100 мм. Для 12-метровых пролетов используют балки двутаврового сечения с предварительно напряженной арматурой.

2) Двускатные балки предназначены для зданий со скатной кровлей или с «ломанным покрытием». Для пролетов 6 и 9 метров применяют балки таврового сечения с утолщением на опоре и толщиной стенки 100 мм.

Для 12-18-метровых пролетов предназначаются балки (рисунок 3.18; 3.19) двутаврового сечения с вертикаль­ной стенкой толщиной 80 мм и с предварительно напряженной арма­турой.

3)Решетчатые балки (рисунок 3.18, д; 3.19, а) имеют прямоугольное сечение с отверстиями для пропуска труб, электрокабеля и др.

4)Балки с параллельными поясами (рисунок 3.18, е; 3.19, б) используют для зданий с плоской кровлей. Они имеют дву­тавровое сечение с утолщением в опорных узлах и толщиной верти­кальной стенки 80 мм.

На верхней полке стропильных балок имеются закладные детали для крепления покрытия. На ниж­ней полке и стенке балки закладные элементы служат для крепления путей подвесного транспорта.

3.4.2 Стропильные фермы изготовляют из бетона классов В30-В45. Ими перекрывают пролеты 18 и 24 м. Фермы различают по виду решетки и очертанию верхнего пояса.

1) Раскосные сегментные фермы (рисунок 3.20, а, б; 3.21, а) предназначены для скатных фонарных и бесфонарных покрытий. Сечения верхнего и ниж­него пояса прямоугольные.

2) Безраскосные арочные фермы (рисунок 3.20, в, г; 3.21, б, в) используют при устройстве скатных покрытий, а с вытупающими из верхнего пояса «рожками» - для плоских покрытий.

3) Фермы с параллельными поясами (рисунок 3.20, д; 3.22, г) предназначены для плоских бесфонарных покрытий и продолжают выпускаться до износа опалубочных форм.

Подстропильные фермы (рисунок 3.20, е, ж; 3.22) укладывают вдоль продольного ряда колонн (при шаге 12 м). Стойки на. концах фермы служат опорами для укладки крайних плит покрытия.

Для зданий с плоской кровлей применяют подстропильные балки, показанные на рисунке 3.23.

Рисунок 3.17 - Обвязочные балки и крепление их к колоннам:

1 - стальной опорный столик; 2 - стальная планка; 3 – сварка

3.5 Обеспечение пространственной жесткости каркаса. Вертикальные связи

Несущей основой промышленных зданий является каркас, состоящий из поперечных и продольных рам. Элементы каркаса, соединяющие между собой поперечные рамы, на­зывают связями. Они воспринимают нагрузки от торможения кранов и ветра, обеспечивая пространствен­ную жесткость каркаса.

По характеру расположения связи бывают горизонтальные, установленные в плоскости верхнего и нижнего пояса ферм, и вертикальные, установленные между колоннами или фермами в вертикальной плоско­сти.

Конструктивное решение связей зависит от высоты здания, величины пролета, шага колонн, наличия кра­нов и их грузоподъемности.

Роль горизонтальных связей выполняют плиты покрытия (рисунок 3.1). После сварки опорных закладных деталей и заделки швов покрытие приобретает качества «сплошного диска», повышающего пространст­венную жесткость здания.

Устойчивость стропильных балок и ферм (в торцах фонарных проемов) обеспечивается горизонтальными крестовыми связями, установленными в уровне верхнего пояса. В последующих пролетах (под фонарями) устанавливают стальные распорки

Ветровые фермы (рисунок 3.23 а, в) в виде системы горизонтальных связей устанавливают в торцовых стенах зданий значительной высоты. Такие фермы располагаются на уровне подкрановых балок или нижнего пояса ферм.

Рисунок 3.18 - Железобетонные стропильные балки (общий вид)

а - односкатная таврового сечения; б - односкатная двутаврового; в - двускатная (пролетом 6-9 м); г - двускатная (пролетом 12-18 м); д - решетчатая (пролетом 12-18 м); е - с параллельными поясами;

1 - опорный стальной лист; 2 - закладные детали

Рисунок 3.19 - Железобетонные стропильные балки:

а — решетчатые для скатных кровель; 6 — сплошные для плоской и скатной кровли

Горизонтальные крестовые связи в уровне нижнего пояса балок и ферм имеют здания с мостовыми кранами грузоподъемностью более 30т.

Вертикальные связи между колоннами продольных рядов (рисунок 3.23, в) устанавливают в середине температурного блока. При шаге колонн 6 м ставят крестовые связи, при шаге 12 м - портальные. Связи приваривают к закладным деталям колонн. Они воспринимают все горизонтальные нагрузки с покрытия и продольных рам каркаса и передают их на фундамент.

Вертикальные связи между опорами ферм или балок (рисунок 3.23, в) ставят а крайних ячейках температурного блока здания с плоским покрытием (без подстропильных конструкций).

Горизонтальные и вертикальные связи являются ответственными элементами каркаса, обеспечивающими неизменяемость и жесткость здания.

3.6 Детали узлов железобетонного каркаса

Места сопряжений разнотипных элементов сборного каркаса называют узлами. Узлы железобетонных каркасов должны удовлетворять требованиям прочности, жесткости и долговечности; неизменяемости со­прягаемых элементов при действии монтажных и эксплуатационных на­грузок; несложности при монтаже и заделке.

Узлы сборного железобетонного каркаса классифицируют:

По характеру статической работы:

-  жесткие (рамные), воспринимающие изгибающие моменты, продольные и поперечные силы;

-  шарнирные, воспринимающие только продольные силы и препятствующие смещению элементов при действии поперечных сил.

По условиям восприятия нагрузки:

-  расчетные, воспринимающие нагрузки;

-  нерасчетные, не воспринимающие нагрузок.

По способу заделки:

-  монолитные, заделанные бетоном;

-  сборные, соединяемые с помощью болтов и сварки;

-  сборно-монолитные, сочетающие сварку закладных деталей или выпусков арматуры с последующим замоноличиванием стыка.

Для сборных железобетонных каркасов характерны следующие узлы.

Сопряжение колонны с фундаментом (рисунок 3.25, а). Глубина заделки колонн прямоугольного сечения 0,9-1 м, двухветвевого 1,05-1,35 м, Стык замоноличивают бетоном класса В20 или В25. Бороздки на гранях колонны способствуют лучшему сцеплению бетона в полости стыка.

Опирание подкрановой балки на выступы или консоли колонны (рисунок 3.25, б), к опорам балки (до ее установки) приваривают стальной лист с вырезами для анкерных болтов. На опорах колонны балку за­крепляют к анкерным болтам и при­варивают закладные детали. Верх­нюю полку подкрановой балки за­крепляют стальными планками, приваренными к закладным деталям.

Сопряжение стропильных ферм и балок с колонной (рисунок 3.25, в). К опорам стропильных конструкций приваривают стальные листы. После установки и выверки опорные листы стропильных конструкций привари­вают к закладным деталям на ого­ловке колонны.

Опирание подстропильных кон­струкций на оголовке колонны (рисунок 3.25, г). Закладные детали сты­куемых элементов сваривают пото­лочным швом.

Крепление подвесных кранов (рисунок 3.25, д) к конструкциям покрытия. Несущие балки кранов закреп­ляют болтами к стальным обоймам на строительных конструкциях. Перекидные балки (рисунок 3.25) нагрузку от подвесных кранов перераспреде­ляют между узлами стропильных ферм.

Сопряжение стропильных и подстропильных элементов (рисунок 3.25, е, ж) аналогично креплению ферм и балок на оголовке колонны.

Рисунок 3.20 - Железобетонные фермы (общий вид)

а, б - стропильные сегментные раскосные; в - стропильная арочная безраскосная; г - стропильная безраскосная с рожками для устройства плоских покрытий; д - стропильная с параллельными поясами; е - подстропильная для скатных покрытий; ж - подстропильная для плоских покрытий

Рисунок 3.21 - Железобетонные фермы:

а - сегментная раскосная; б — безраскосная для малоуклонных кровель пролетом 18м; в—варианты безраскосных ферм пролетом 24м; г - с параллельными поясами; д — полигональные сборные;

1 — стальная стойка; 2 — закладные детали для плит шириной 1,5 м; 3— то же, 3 м

Рисунок 3.22 - Подстропильные конструкции;

а — подстропильная балка; б— подстропильная ферма для малоуклонных

кровель; в — то же, для скатных кровель; г — то же, при длинномерных

настилах

Рисунок 3.23 - Железобетонная подстропильная ферма в установленном положении

Рисунок 3.24 - Связи в покрытиях при железобетонных стропильных конструкциях

а - при шаге 6м в бескрановых зданиях без стропильных конструкций; б – то же, с подстропильными конструкциями; в - при шаге 12м в зданиях с мостовыми кранами;1 - вертикальная связь по фермам; 2 - распорка; 3 - горизонтальная распорка по подстропильным фермам; 4 – горизонтальная ферма в торцах; 5 - связь по колоннам

Рисунок 3.25 – Узлы железобетонного каркаса одноэтажных промышленных зданий

а – сопряжение колонны с фундаментом; б – опирание балки на колонну; в – сопряжение балок и ферм с колонной; г – опирание подстропильных конструкций на оголовке колонны; д – крепление подвестных кранов к несущим балкам покрытия; е – опирание стропильных и подстропильных балок на оголовке колонны; ж – сопряжение стропильных, подстропильных ферм;

1 – фундамент; 2 – колонна; 3 – монолитный бетон; 4 – бороздки;

5 – закладная деталь; 6 – крепежная планка; 7 – болты М-20; 8 – опорный лист толщиной 12 мм; 9 – подстропильные балки; 10 – сварной потолочный шов; 11 – стропильная балка; 12 – стальная обойма; 13 – несущая балка подвесного крана; 14 – стропильная ферма

Рисунок 3.26 - Способы крепления подвесных путей к стропильным конструкциям:

а - к железобетонной балке; б - к стальной ферме; в - схема подвески кранов с помощью гибких подвесок и перекидных балок; 1 - балка подвесного пути;

2-стропильные конструкции; 3- лапки; 4- ребро толщиной 10мм; 5-несущая балка подвесного крана; б-гибкие подвески из уголков; 7-перекидные балки из швеллеров