Железобетонные колонны – не просто элемент декорирования, это очень важная часть практически любого здания. Их задача – брать на себя большую часть нагрузки от любых горизонтальных элементов конструкции (пример: перекрытия, лестничные клетки , балконы).
С их помощью осуществляется монтаж навесных перекрытий, лестничных клеток, длинных прогонов горизонтальных элементов здания и т.д. И вообще, можно смело говорить о том, что любое строительство многоэтажных, одноэтажных и промышленных зданий без колонн не возможно.
Монтаж опорных колонн своими руками производится после заливки специальных стаканов или монолитных фундаментов с пазами под опорные элементы. Бетонирование специальных стаканов позволяет произвести надежное крепление колонны, гарантирующее ее устойчивость и отсутствие малейших кренов.
2 Виды железобетонных колонн
Как мы уже говорили ранее, колонны могут применяться в разных формах строительства (пример: монтаж многоэтажных или одноэтажных зданий) и выполнять разные функции (пример: усиление всего здания или навесного перекрытия). Поэтому и классификации готовых изделий будут разными, беря в расчет те или иных параметров.
2.1 Внешний вид
По внешнему виду опорные элементы делятся на консольные и бесконсольные.
Монтаж и усиление конструкций при помощи мостовых кранов с применением консольных колонн. Их можно подразделить на:
- опорные элементы с прямоугольным сечением – применяют для монтажа зданий высотой до 9,6 метров;
- двухветвевые — имеют большую опорную площадь. Согласно ГОСТ с их применением производится монтаж зданий высотой от 9,6 метров.
Стандарты ГОСТ прописывают конкретные размеры обоих типов опорных конструкций:
- опорные элементы с прямоугольным сечением: 400/400, 400/600, 400/800, 500/500, 500/600, 500/800 (мм);
- двухветвевые: 400/1000, 500/1000, 500/1300, 500/1400, 500/1550, 600/1400, 600/1900, 600/2400 (мм).
Усиление и монтаж зданий, производимый без использования мостовых кранов предусматривает применение бесконсольных колонн.
2.2 Поперечное сечение
По типу поперечного сечения колонны бывают:
- прямоугольные;
- квадратные;
- круглые.
При выборе поперечного сечения в расчет берутся нагрузочные характеристики и назначение. На пример, в виде декоративных опор для навесных перекрытий чаще используют изделия с круглым сечением.
2.3 Технология производства
Стандарты ГОСТ допускают несколько способов производства конструкций, осуществляющих усиление зданий:
- Монолитное бетонирование. Данная технология позволяет производить заливку колонн своими руками прямо на строительной площадке. Для этого предварительно устанавливается опалубка, на пример съемная пластиковая, и укладывается арматура.
- Сборные конструкции. Такие изделия производятся на заводе и транспортируются на строительную площадку. Здесь рабочие своими руками, при помощи кранов и прочей техники, производят их крепление к опорным стаканам и перекрытиям.
2.4 Место положения
Как уже говорилось ранее, колонны могут выполнять разные функции, например, опора, усиление или декорация. По функциональной нагрузке и месту положения колонны бывают:
- среднего ряда;
- крайнего ряда;
- фасадные;
- декоративные.
Декоративные колонны имеют презентабельный внешний вид и практически не несут нагрузки. Однако, декоративные функции могут быть возложены на фасадные колонны, служащие опорами для балконов или лоджий.
Монтаж и усиление перекрытий производится при помощи колонн среднего и крайнего ряда. Разница лишь в том, крепление какого количества плит предусматривает опора. Например, крайние колонны имеют один выступ для крепления балок перекрытий своими руками, а средние – два.
2.5 Покупаем железобетонные колонны
Бетонирование колонн своими руками на строительной площадке обойдется дешевле. Но если вы не профессионал и строите не одноэтажное здание – рисковать жизнью всех домочадцев не стоит.
Что же касается промышленного строительства, усиление зданий или монтаж сборных конструкций предпочитают производить с помощью готовых опорных изделий.
При приобретении готовых колонн в расчет берется следующее:
- Рабочие чертежи или типовые технологические карты (ТТК), по которым будет производиться монтаж здания.
- Высота и этажность будущей постройки.
- Форма строения, исходя из этого – предпочитаемая форма опорных элементов.
- Ширина поперечного сечения.
- Расстояние от склада до строительной площадки, на которой будет осуществляться монтаж (для определения способа и стоимости транспортировки).
Каркас одноэтажного промышленного здания состоит из фундаментов, колонн (стоек), несущих конструкций покрытия, подкрановых балок (при наличии кранового оборудования) и связей (рис. 208).
Рис. 208. Схемы каркаса одноэтажных промышленных зданий:
а - с поперечным перепадом высот; б - бескрановые пролеты; в - пролеты без фонарей с крановым оборудованием; 1 - фундаменты; 2 - фундаментные балки; 3 - пристенная колонна; 4 - колонна внутреннего ряда; 5 - консоли колонн; 6 - подкрановые балки; 7 - обвязочные балки; 8 - односкатная балка; 9 - двухскатная балка или ферма; 10 - рама фонаря; 11 - плиты покрытия
Для устройства самонесущих стен каркас дополняют фундаментными балками, иногда обвязочными балками и дополнительными стойками.
Основным материалом каркаса промышленных зданий является железобетон.
В некоторых случаях при соответствующем технико-экономическом обосновании применяют стальной каркас, а иногда и смешанный, в котором колонны и несущие конструкции покрытий выполнены из разнородных материалов.
Железобетонные каркасы
Наиболее распространены сборные железобетонные каркасы, элементы которых принимают по действующим каталогам унифицированных сборных железобетонных изделий для одноэтажных производственных зданий.
Колонны сборного железобетонного каркаса воспринимают вертикальные нагрузки от покрытия, веса подкрановых балок, крановые нагрузки, горизонтальные нагрузки от торможения кранов и ветра. Сочетание нагрузок вызывает в колоннах внецентренное сжатие.
Рис. 209. Основные типы железобетонных колонн в эксплуатируемых зданиях:
а - Г- и Т-образные монолитные колонны; б - сборные крановые колонны (двутаврового сечения и двухветвевые); в - то же, крайние и средние для бескранового пролета; г - крановые колонны прямоугольного сечения; 1 - закладные стальные пластины; 2 - анкерные болты; 3 - консоль; 4 - крановая консоль; 5 - оголовок; б- ствол; 7 - ветвь
Сборные железобетонные колонны эксплуатируемых в настоящее время одноэтажных промышленных зданий могут быть одноветвевыми прямоугольного или двутаврового сечения и двухветвевыми.
В зависимости от места расположения колонн по отношению к наружным стенам различают колонны пристенные и средние.
Колонны для крановых пролетов состоят из двух частей: надкра- новой (надколонник), служащей для опирания несущих конструкций покрытия, и подкрановой - для передачи нагрузок на фундамент от покрытия, подкрановых балок, устанавливаемых на консольные площадки или выступы колонн.
Для установки и крепления несущих конструкций покрытия, подкрановых балок и стен в колоннах предусмотрены стальные закладные части в виде пластин / и заанкеренных болтов 2 (рис. 209). Сечение колонн зависит от высоты здания, размера пролета, а при наличии кранового оборудования - в значительной степени от грузоподъемности мостовых кранов. Типовые колонны могут быть сечением 40x40, 50 х 50 и 50 х 60 см. Двухветвевые колонны применяют в зданиях высотой более 10,8 м, оборудованных мостовыми кранами грузоподъемностью 10-50 Т. Нижняя (подкрановая) часть такой колонны, образуемая двумя ветвями, соединенными монолитно железобетонными распорками, позволяет использовать просветы между ветвями для пропуска санитарно-технических, энергетических и технологических коммуникаций. Ширина подкрановой части двухветвевых колонн принимается с таким расчетом, чтобы оси подкрановых балок совпадали с центрами тяжести сечения подкрановых ветвей.
Несущие конструкции покрытия, используемые иногда для устройства подвесного подъемно-транспортного оборудования, представляют собой сборные железобетонные балки или фермы с обычным или предварительно напряженным армированием. Тип несущих конструкций покрытия зависит от величины пролета, нагрузки на единицу длины несущей конструкции, типа кровли и грузоподъемности подвесного подъемно-транспортного оборудования. Пролеты в 6, 9 и 12 м при рулонных кровлях часто перекрывают балками с параллельными поясами или двускатными балками с уклонами верхнего пояса 1: 12 (рис. 210). Устойчивость балок обеспечивается креплением их уширенной опорной части к стальным закладным деталям оголовков колонн. По верхней грани верхнего пояса балки через 1,5 м расположены стальные закладные детали 3, к которым приваривают закладные опорные детали сборных железобетонных плит покрытия (рис. 211, а).
Пролеты в 18, 24 и 30 ж чаще перекрывают фермами, вес которых при таких пролетах меньше, чем вес балок. Однако балки проще в изготовлении, при транспортировании и монтаже. В зданиях с указанными пролетами могут встретиться цельные или составные (из отдельных блоков) двускатные, полигональные, треугольные и сегментные фермы, а также фермы с параллельными поясами (см. рис. 210, б). Треугольные фермы в современном строительстве применяются для перекрытия неотапливаемых зданий с кровлями из асбестоцементных
Рис. 210. Сборные железобетонные балки и фермы покрытий:
а - балки двутаврового сечения; б- стропильные фермы; 1 - сегментная ферма; 2 - с параллельными поясами (для покрытий с нулевым уклоном); 3 - арочная (составная)
волнистых листов, а фермы с параллельными поясами - для плоских покрытий. В старых зданиях, где чаще всего применяли скатные крыши с крутыми уклонами, треугольные фермы являлись основным видом как в отапливаемых, так и в неотапливаемых производственных зданиях.
Наиболее экономичными являются цельные фермы с предварительно напряженной арматурой, изготовляемые из бетонов марок 300, 400 и 500.
При шаге колонн 12 ж и расположении несущих конструкций покрытия через 6 ж балки или фермы покрытий опирают на подстропильные конструкции (рис. 211, б), представляющие собой в современном строительстве предварительно напряженные железобетонные балки или фермы. Сопряжение таких конструкций с колоннами и основными несущими конструкциями покрытий осуществляют сваркой закладных деталей.
Рис. 211. Подстропильные конструкции:
а - схема расположения подстропильных конструкций; б - подстропильные конструкции; 1 - подстропильные балки; 2 - пролетные балки (или фермы); 3-закладные пластины; 4 - плиты покрытия; 5 - подстропильная ферма
Подкрановые балки
Подкрановые балки (рис. 212) служат для укладки по ним рельсовых путей под мостовые краны и являются продольными элементами каркаса, обеспечивающими его пространственную жесткость.
Для обеспечения нормальной эксплуатации мостовых кранов балки должны быть жесткими, прочными на действие динамических и тормозных усилий.
До внедрения в строительство сборного железобетона подкрановые балки выполняли из монолитного железобетона или из стали.
Сборные железобетонные подкрановые балки подразделяют по конструкции (на сплошные и составные), по форме сечения (на тавровые и двутавровые), по расположению вдоль кранового пути (на средние и крайние, примыкающие к торцовым стенам и деформационным швам).
В зависимости от грузоподъемности мостовых кранов и шага колонн применяют подкрановые балки из бетона М 200 с обычным армированием (для шага колонн 6 м) или из бетона марок 300 , 400 и 500 с предварительным напряжением и армированные высокопрочной струнной арматурой (для шага колонн более 6 ж и при тяжелых кранах).
Для установки и крепления балок к колоннам каркаса на концах их предусматривают стальные закладные детали, а для крепления рельса к балке в ее верхней полке закладывают коротыши газовых труб 0 = 1", образующих гнезда для крепежных болтов. Крайние балки имеют дополнительные закладные детали для крепления к крайним, смещенным по условиям привязки (рис. 212) колоннам. Высота подкрановых балок зависит от пролета здания, шага колонн и грузоподъемности кранов. В соответствии с этим в зданиях, оборудованных мостовыми кранами, нашли применение подкрановые балки таврового сечения длиной 6 ж и высотой 800 и 1000 мм, а также двутаврового сечения длиной 6 ж и высотой 600, 800 и 1000 мм и длиной 12 ж и высотой 1200 и 1400 мм. Ширина полок таких балок 350-650 мм.
Рис. 212. Опирание и крепление подкрановых балок и рельса:
а и б - опирание железобетонных подкрановых балок; в - крепление кранового рельса; 1 - подкрановая балка; 2 - закладные детали балки; 3 - то же, колонны; 4 - стальная накладка; 5 - стальные пластины для соединения балок; 6 - анкерные болты; 7 - рельс; 8 - болт; 9 - лапка; 10 - упругая прокладка; 11 - бетон М200 для замоноличивания стыка; 12 - отверстия для крепления рельса
Составные подкрановые балки собирают из двух элементов длиной по 6 ж, соединенных между собой сваркой закладных стальных пластин. Зазор в 10 мм между двумя элементами швеллерного сечения заполняют цементным раствором.
Подкрановые балки устанавливают на консоли колонн, имеющие закладные опорные листы с анкерными болтами. Крепление балок к колоннам осуществляется сваркой закладных деталей в двух уровнях: внизу - на опорный лист, вверху -к закладной детали колонны в уровне полки балки. По длине балки сваривают с помощью стальных накладок, привариваемых к закладным деталям балок (рис. 212, а). Зазоры между торцами и плоскостью балок, а также между плоскостью колонны замоноличивают бетоном не ниже М 200.
Рельсы крановых путей укладывают на резиновые прокладки и крепят к балкам.
Для ограничения хода мостовых кранов на крайние торцовые подкрановые балки ставят упоры, прикрепляемые к балкам болтами (см. рис. 212).
Обвязочные балки
Обвязочные балки (рис. 213) применяют для опирания на них наружных стен в местах перепада высот зданий. В некоторых случаях их используют в качестве перемычек в наружных стенах.
Размеры поперечного сечения обвязочных балок зависят от шага колонн и толщины укладываемых на них стен. Сборные железобетонные обвязочные балки под стены толщиной менее 25 см делают прямоугольного сечения (рис. 213, б), а более 25 см -с четвертью («носиком»).
Балки опирают на специальные консоли колонн и крепят их к колоннам приваркой монтажных петель к закладным деталям колонн с помощью стальных планок.
Связи
Колонны, защемленные в фундаменты, и несущие конструкции покрытий, надежно соединенные с колоннами в узлах, образуют в направлении поперечных осей здания плоские рамы. Для обеспечения продольной пространственной жесткости каркаса, состоящего из плоских рам, применяют систему связей (рис. 214). Связи подразделяют на вертикальные и горизонтальные.
Вертикальные связи устраивают в каждом продольном ряду колонн, в середине температурного блока, ограниченного торцом здания и температурным швом или температурными швами (рис. 214, а). Простейшим видом связи при шаге колонн в 6 или 12 м являются крестовые связи из прокатных профилей стали. Крепление связей к железобетонным колоннам (рис. 214, б) осуществляют сваркой элементов связей с дополнительными закладными частями колонн.
Рис. 214 Вертикальные связи:
а - схема вертикальных связей по колоннам сборного железобетонного каркаса; б - крепление крестовой связи к колоннам; 1 - вертикальные крестовые связи; 2 - диафрагма; 3 - распорка; 4 - несущие конструкции покрытия; 5 - закладные детали; 6 - ось деформационного шва; 7 - накладки из обрезков швеллера (уголка); 8 - колонна
Для восприятия ветровых нагрузок на торец здания и усилий торможения мостовых кранов вертикальные связи устанавливают также между несущими конструкциями покрытий у торцовых стен и температурного шва, а оголовки всех остальных колонн продольного ряда связывают железобетонными распорками, имеющими сечение 150 X150 мм. Эти вертикальные связи в виде диафрагмы представляют собой железобетонные фермы с параллельными поясами и стоечной решеткой, образуемые элементами, имеющими сечение 150x150 мм.
Горизонтальные связи устраивают у торцовых стен для образования пространственного блока из двух несущих конструкций покрытия. Такой пространственный блок воспринимает ветровую нагрузку, действующую на торцовую стену. Крестовые связи из прокатной стали располагают в плоскости нижнего (иногда и верхнего) пояса. Связи по нижнему поясу ригеля рамы образуют так называемую ветровую ферму, опорные давления которой передаются распоркам вертикальных связей и далее - на все колонны и фундаменты температурного блока. Если ограждающими конструкциями покрытия являются сборные железобетонные плиты, соединенные с верхними поясами ферм или балок сваркой закладных деталей, то эти плиты обеспечивают устойчивость сжатого пояса несущих конструкций покрытия и без связей по верхнему поясу. При малой ширине верхнего сжатого пояса ригеля в покрытиях с фонарями может оказаться недостаточной горизонтальная устойчивость верхнего пояса ригеля против изгиба в своей плоскости в пределах ширины фонаря. Горизонтальные связи по верхнему поясу в этом случае устраивают в пределах фонаря в крайних пролетах температурного блока и соединяют их по коньку стальньийи тяжами или железобетонными распорками, работающими соответственно на растяжение или сжатие.
При эксплуатации, ремонте и реконструкции зданий следует помнить, что нарушение связей может повлечь за собой потерю пространственной жесткости конструкций или каркаса в целом.
Стальной каркас
В современном строительстве стальной каркас допускается только тогда, когда обоснованно доказана его необходимость и технико-экономическая нецелесообразность применения в данном случае сборного железобетонного каркаса. Конструктивная схема стального каркаса не отличается от конструктивной схемы железобетонного.
Колонны выполняют из листовой, профилированной стали (швеллер, двутавр, уголок) или комбинацией тех и других, связанных между собой стальными накладками. Колонна состоит из трех конструктивных частей: оголовка, ствола и базы (башмака), передающего нагрузку от стержня колонны на фундамент.
По конструкции различают колонны сплошные и сквозные (решетчатые). Сплошная колонна состоит из одного или нескольких вертикальных элементов, сваренных между собой по всей высоте колонны.
Сквозная колонна состоит из нескольких отдельных ветвей, соединенных между собой планками (рис. 215).
Для передачи нагрузки от мостовых кранов на колонны постоянного по высоте сечения устраивают консоли, на которые опирают подкрановые балки. При колоннах переменного сечения подкрановые балки опирают на опорные площадки колонн, совмещая ось подкрановой балки с геометрической осью центра тяжести сечения подкрановой ветви колонны.
Рис. 215. Конструкция сквозной стальной колонны: а, б - колонны крайнего и среднего рядов крановых пролетов; в - узел крепления решетки колонны; г - база колонны; 1 - шатровая ветвь; 2 - крановая ветвь; 3 - решетка; 4 - база (башмак); 5 - стальная подкрановая балка; 6 - тормозное устройство; 7 - фундамент; 8 - стропильная ферма
По условиям укладки фундаментных балок верхнюю часть стального башмака рекомендуется располагать на 500-600 мм ниже уровня пола, а соприкасающиеся с грунтом части колонн и башмаки обе- тонировать во избежание коррозии.
Стальные подкрановые балки могут быть сплошными и решетчатыми (рис. 216). Сплошные балки имеют двутавровое сечение и выполняются из крупных прокатных двутавров или сварными из листовой стали. Балки такого типа имеют значительную высоту (1/5-1/12 часть их пролета), и в целях увеличения жесткости стенка их усиливается ребрами жесткости. Решетчатые подкрановые балки называют подкрановыми фермами. Верхний пояс их делают из прокатного двутавра.
В зданиях с небольшими пролетами (6-12 м) в качестве несущих элементов покрытия могут служить стальные прокатные балки, прутновые прогоны (рис. 217, е), а при больших пролетах - стальные стропильные фермы различного геометрического очертания (рис. 217, а).
Рис. 216. Стальные подкрановые балки:
а - сечения балок; б - крановый путь; в, г - то же, для
кранов грузоподъемностью более 50 Т; 1 - сварной шов; 2 - железнодорожный рельс (типа III-A); 3 - крюки с гайками и пружинными шайбами; 4 - рельс КР; 5 - прижим; 6 - болт; 7 - прокат; 8 - коротыши уголков; 9 - рельс в виде приваренного к балке стального бруска
Рис. 217. Стальные стропильные фермы:
а-унифицированные двух- и односкатные стропильные фермы; б - способы опи- рания ферм; в - облегченная (прутковая) ферма; 1 - монтажный стык; 2 - пояса ферм (верхний и нижний); 3 - раскос решетки; 4 - раскос шпренгеля (для шпрен- гельного варианта ферм); 5 - фасонка; 6 - опорная стойка ферм; 7 - колонна; 8 - опорный столик
В типовых зданиях со стальным каркасом применяют унифицированные стальные фермы с размерами панелей, кратными модулю ЗОМ.
Крепление ферм к колоннам каркаса производят анкерными болтами к боковой поверхности колонн или на оголовок колонны. Установка ферм на оголовок колонны позволяет получить большую высоту помещения.
В большепролетных зданиях (более 30 м) в качестве стального каркаса могут служить стальные арки и рамы.
Пространственная жесткость каркаса в целом и устойчивость несущих стальных конструкций покрытия обеспечивается системой горизонтальных и вертикальных связей.
Горизонтальные связи конструкций покрытия (рис. 218) устраивают в плоскостях поясов ферм в виде решетки, связывающей пояса соседних ферм. Вертикальные связи размещают в плоскостях опорных стоек ферм и посредине пролета, чем достигается правильное расположение ферм в вертикальной плоскости. Связи по нижнему поясу у торцовых стен образуют опоры для стоек стенового каркаса.
Рис. 219. Деревянные балки покрытий:
а - гвоздевая дощатая балка с перекрестной стенкой; 6 - клееная двутаврового (или прямоугольного) сечения; 1 - стенка балки из двух слоев досок по 19 мм; 2 - верхний пояс из досок толщиной 40-50 мм; 3 - нижний пояс (40-50 мм);
4 - ребра жесткости; 5 - гвозди; 6 - болты; 7 - накладка
Связи по верхнему поясу ферм, совмещаемые в плане со связями по нижнему поясу, служат для обеспечения необходимой боковой устойчивости верхнего сжатого пояса ферм. Связи выполняют из прокатных профилей стали и крепят к несущим конструкциям покрытия.
Кроме рассмотренных каркасов, выполненных из железобетона или стали, в строительной практике встречаются одноэтажные промышленные здания с деревянным каркасом и здания, у которых несущий остов выполнен из разнородных материалов. Несущий остов может быть с железобетонными колоннами и стальным ригелем (фермами, балками). Каменные колонны бывают с покрытием по деревянным несущим конструкциям (фермам) или балкам (рис. 219).
В современном индустриальном строительстве применяют в основном сборные железобетонные каркасы, конструктивные элементы которых типизированы.
Фундаменты
Фундаменты устраивают под отдельные опоры (колонны каркасных зданий, столбы), а также под стены бесподвальных легких зданий. Это наиболее дешевый и наименее трудоемкий вид фундаментов – он в 1,5-4 раза дешевле ленточных.
Под колонны одноэтажных промышленных зданий применяют, в основном, монолитные фундаменты, состоящие из подколенника и одно-, двух- или трехступенчатой плитной части (рис. 9.18).
Высота фундаментов принимается 1,5 м и в пределах 1,8-4,2 м с интервалом 0,6 м. Размеры уступов в плане и по высоте - 0,3 или 0,45 м. Все размеры в плане унифицированы и кратны модулю 0,3 м. Размеры конкретного фундамента выбирают в зависимости от нагрузки, передаваемой колонной (колоннами), характеристик грунта и решений части здания ниже нулевой отметки.
Фундамент под спаренные колонны в местах температурных швов и примыканий пролетов устраивают общим (рис. 9.20), кроме случаев, когда необходим осадочный шов.
Обрез фундаментов располагается чаще всего под железобетонные колонны на отметке минус 0,150, а под стальные - минус 0,300 и ниже.
Для установки железобетонных колонн в теле под- колонника фундамента предусматривают углубление - стакан. Зазор между гранями колонны и стенкой стакана принят по верху 75 мм, а по низу - 50 мм (рис. 9.18 г). При стальных колоннах в подколонник закладываются анкерные болты для крепления колонн к фундаменту.
Рис. 9.18. Монолитные столбчатые фундаменты под сборные железобетонные колонны промышленных зданий: а - одноступенчатый; б - двухступенчатый; в - трехступенчатый; г - подколонник; д - вид сверху
Сборные столбчатые фундаменты , в зависимости от размеров, могут быть цельными из одного блока, из блока и плиты или из нескольких различных блоков и плит (рис. 9.26). Цельные фундаменты сравнительно невелики по размерам и массе. Применение ребристых и пустотных элементов позволяет уменьшать материалоемкость сборных столбчатых фундаментов.
Плиты (блоки) укладывают на подготовку толщиной порядка 100 мм - щебеночную пли песчаную при сухих грунтах и бетонную - при влажных. Элементы друг на друга укладывают на растворе и соединяют сваркой закладных деталей, выпусков, анкеров и т.п.
Рис. 9.26. Сборные столбчатые фундаменты под колонны: а-в - одноблочные подколонники; г - подколонник на плите; д - трехплитный; е - подколонник на плитах в два ряда; ж - подколонник на дырчатых плитах в два ряда; з - подколонник на двух ребристых плитах; и - ребристый подколонник на трех плитах; к - высокий (пенькового типа) подколонник на блоке и трех плитах; л - подколонник с заглублением в две плиты; м - ребристый; н - пустотный подколонник на плите; о - из трех пустотных элементов с высоким подколонником
Для опирания наружных и внутренних самонесущих стен применяют фундаментные балки (рис. 9.19), которые передают нагрузку от веса стен на фундаменты. При опирании фундаментных балок на уступах фундаментов рекомендуется устройство приливов (бетонных столбиков), ширину которых принимают не менее максимальной ширины балки, а верх на отметке минус 0,360 или 0,660 - соответственно, при высоте балок 300 и 600 мм.
При замерзании пучинистых грунтов в фундаментных балках могут возникать деформации. Во избежание этого и для предохранения пола от промерзания вдоль стен с боков и снизу балок засыпают шлак (рис. 9.20 в).
Рис. 9.20. Расположение фундаментных балок:
а - вид сбоку; б - план; в - сечение; 1 - фундаментная балка; 2 - прилив или бетонный столбик; 3 - колонна рядовая; 4 - колонна у температурного шва; 5 - колонна примыкающего пролета; 6 - стена; 7 - засыпка шлаком; 8 - отмостка
Рис. 9.19. Фундаментные балки: а - сечения балок для зданий с шагом колонн 6 м; б - то же, 12 м; в - опирание балок на фундамент
Колонны каркаса . Конструкция сборных железобетонных колонн зависит от объемно-планировочного решения промышленного здания и наличия в нем того или иного вида подъемно-транспортного оборудования определенной грузоподъемности. В связи с этим сборные железобетонные колонны подразделяют на две группы. Колонны, относящиеся к первой группе, предназначены для зданий без мостовых кранов, в бескрановых цехах и в цехах, оснащенных подвесным подъемно-транспортным оборудованием. Колонны, относящиеся ко второй группе, применяют в цехах, оборудованных мостовыми кранами.
По конструктивному решению колонны разделяют на одноветвевые и двухветвевые , по местоположению в здании – на крайние, средние и располагаемые у торцевых стен.
Типовые колонны запроектированы под нагрузки: от покрытия и подвесного подъемно-транспортного оборудования в виде монорельсов или подвесных кранов грузоподъемностью до 5 т и от покрытия и мостовых кранов грузоподъемностью до 50 т. Разработаны решения сборных железобетонных двухветвевых колонн под краны грузоподъемностью 75/20, 100/20 и 125/20 т для пролетов 24, 30 и 36 м при шаге колонн 6 и 12 м. Градация колонн по высоте установлена кратной модулю 600 мм.
Для зданий без мостовых кранов, имеющих высоту от пола до низа несущих конструкций покрытия до 9,6 м, применяют колонны сечением 400х400, 500х500 и 600x500 мм (рис. 24.1, а). Средние колонны сечением 400х400 мм в месте опирания несущих конструкций покрытия имеют со стороны двух боковых граней консоли. Выбор сечения колонны зависит от размеров пролета и их числа, величины шага колонн, наличия подстропильных конструкций, подвесного транспорта и конструктивного решения покрытия.
Рис. 24.1. Сборные железобетонные колонны: а – одноветвевые для бескрановых зданий; б – одноветвевые для крановых зданий; в – двухветвевые для крановых зданий; г – расположение закладных стальных деталей в колонне: 1 – стальной лист с анкерами для крепления сборных железобетонных балок или ферм; 2 – то же, для крепления подкрановых балок; 3 – стальной лист для крепления подкрановых балок к колоннам поверху, 4 – закладные детали для крепления вертикальных связей; 5 – закладная деталь для крепления стеновых панелей. 6 – отверстие для строповки; 7 – опорный столик
В тех случаях, когда бескрановое здание должно иметь высоту более 9,6 м, можно использовать колонны для зданий с мостовыми кранами. Такое решение позволяет расширить область применения типовых колонн без увеличения числа их типоразмеров. Для зданий, оборудованных мостовыми кранами грузоподъемностью до 20 т, применяют одноветвевые колонны прямоугольного сечения (рис. 24.1, б).
Колонна для здания, оборудуемого мостовыми кранами, состоит из надкрановой и подкрановой частей. Надкрановая часть служит для опирания несущей конструкции покрытия и называется надколонником. Подкрановая часть воспринимает нагрузки от надколонника, а также от подкрановых балок, которые опирают на консоли колонн, и передает их на фундамент. Крайние колонны имеют одностороннюю консоль, средние – двухсторонние консоли.
Сечения крайних и средних колонн при шаге 6 м – 400x600 и 400х800 мм, а при шаге 12 м – 500х800 мм. При кранах грузоподъемностью до 30 т и высоте здания более 10,8 м применяют двухветвевые колонны, которые по расходу материала экономичнее одноветвевых. Они бывают ступенчатые и ступенчато-консольные (рис. 24.1, в): первые предназначены для крайних рядов, вторые – для средних.
Высота типовых двухветвевых колонн 10,8-18 м. Колонны высотой 16,2 и 18 м применяют в тех случаях, когда это целесообразно по эксплуатационным условиям и обосновано экономическими соображениями. Просветы между ветвями используют для пропуска санитарно-технических и технологических коммуникаций. В отдельных случаях можно применять железобетонные колонны при кранах грузоподъемностью свыше 50 т. В таких двухветвевых колоннах устраивают проходы для рабочих, которые располагают на уровне подкрановых путей.
Величина заглубления колонн ниже нулевой отметки зависит от вида и высоты колонн, грузоподъемности кранового оборудования и наличия помещений или приямков, располагаемых ниже уровня пола. Величина заглубления колонн в зданиях с подвесным транспортом и без него – 0,9 м; колонн прямоугольного сечения, применяемых в зданиях с мостовыми кранами, – 1 м; двухветвевых колонн высотой 10,8 м – 1,05 м и таких же колонн высотой 12,6-18 м – 1,35 м; двухветвевых колонн при кранах грузоподъемностью более 50 т – 1,6 м, а при наличии технических подполий, каналов или подвалов – 3,6-5,6 м. Такие размеры обусловлены унификацией размеров сборных железобетонных конструкций. С элементами каркаса колонны соединяют болтами и сваркой свальных закладных деталей (рис. 24.1, г).
На боковых поверхностях одноветвевых и двухветвевых колонн в местах их заделки в фундамент для восприятия сдвигающих усилий предусматривают устройство шпонок в виде треугольных канавок глубиной 25 мм с шагом 200 мм.
Марки колонн для определенного типа здания подбирают по каталогу сборных железобетонных изделий в зависимости от грузоподъемности кранов, режима их работы, шага колонн, пролета и высоты здания, нагрузки от покрытия и давления ветра.
К современным прогрессивным конструктивным решениям колонн можно отнести цилиндрические колонны из центрифугированного железобетона, которые применяют в настоящее время в экспериментальном порядке как для зданий без опорных кранов, так и с опорными кранами грузоподъемностью до 30 т и в промышленных сооружениях различного назначения. Такое решение позволяет уменьшить расход бетона на 30-50% и стали на 20-30% (рис. 24.2).
Рис. 24.2. Типы цилиндрических колонн
Фундаменты под колонны. Объем бетона, идущего в фундаменты под колонны в промышленном здании, составляет 20-35% общего объема расходуемого бетона, а стоимость их возведения составляет 5-20% полной стоимости здания. Это говорит о том, что правильный выбор конструкции фундамента имеет существенное значение и в значительной мере влияет на стоимость всего здания.
Фундаменты устраивают монолитными и сборными. Сборные железобетонные фундаменты могут быть из одного блока, из блока и плиты или из нескольких блоков и плит. Блоки и плиты укладывают на подготовку толщиной 100 мм – щебеночную при сухих грунтах и бетонную (марки 50) при влажных грунтах.
На один фундаментный блок можно опирать от одной до четырех колонн (в местах устройства температурных швов). Площадь подошвы и другие размеры фундамента устанавливают по расчету в зависимости от передаваемой на него нагрузки и несущей способности основания.
Фундаменты в виде отдельных блоков (рис. 24.3) имеют квадратное или прямоугольное очертание в плане. Их применяют под сборные железобетонные колонны сечением 400x400 и 500x500 мм. Одноблочные фундаменты массой до 12 т изготовляют на заводах сборных железобетонных конструкций, а массой до 22 т – на полигонах или их выполняют монолитными непосредственно на строительной площадке. Одноблочные фундаменты – башмаки устраивают ступенчатыми с размерами стаканов соответственно размерам поперечных сечений колонн.
Рис. 24.3. Сборные фундаменты под колонны: а – из одного блока; б – из блока и плиты: 1 – фундаментная плита; 2 – стакан, 3 – подъемные петли; 4 – риски; 5 – сварные швы; 6 – выравнивающий слой раствора; 7 – закладные детали и анкеры; 8 – газовые трубки
Когда на фундаменты передают большие нагрузки, что вызывает значительные их размеры, и масса блока превышает грузоподъемность кранов, а применение монолитной конструкции экономически нецелесообразно, возникает необходимость применения сборных фундаментов. Сборные фундаменты могут быть из двух элементов – блока и плиты (рис. 24.3, б) или нескольких блоков и плит (рис. 24.4, а). Последние применяют в том случае, если масса блоков в двухблочном фундаменте оказывается больше грузоподъемности наличных транспортных и монтажных средств. Сборные элементы фундаментов укладывают на растворе и скрепляют между собой сваркой закладных стальных деталей.
Рис. 24.4. Сборные железобетонные фундаменты и опирание на них колонн каркаса: а – из нескольких блоков и плит; б – то же, из блоков с пустотами; в – жесткая заделка колонны в стакан: 1 – колонна; 2– башмак со стаканом (подколонник); 3 – промежуточный блок; 4 – плиты; 5 – цокольная панель; 6 – столбик; 7 – фундаментная балка; 8 – монтажный бетон: 9 – цементный раствор; 10 – соединение закладных стальных деталей с помощью сварки
На сборные фундаменты расходуется большое количество бетона и стали. Для устранения этого недостатка элементы многоблочного фундамента можно выполнять с вертикальными пустотами, получая фундамент как бы в виде балочной клетки (рис. 24.4 б). Блоки и плиты, образующие фундамент, представляют собой пакеты железобетонных элементов, соединенных конструктивными диафрагмами.
Число, размеры и расположение пустот в плане выбирают так, чтобы при укладке элементов фундамента друг на друга образовались колодцы, проходящие через весь фундамент. Вертикальные пустоты могут быть различной формы: круглые, квадратные, прямоугольные, овальные. В случае передачи на фундамент эксцентричной нагрузки часть вертикальных колодцев в пределах контура подколонника может быть заармирована и замоноличена.
Отметка верхнего обреза фундамента независимо от грунтовых условий должна быть на 150 мм ниже отметки чистого пола (рис. 24.4, а). Такое решение дает возможность осуществлять монтаж конструкций наземной части здания после того, как произведена обратная засыпка котлованов, устроена подготовка под полы и проложены все коммуникации, что особенно важно в условиях просадочных макропористых грунтов, когда попадание воды в котлованы должно быть совершенно исключено.
Для заложения фундаментов на требуемую по геологическим условиям глубину применяют в зависимости от экономической целесообразности один из следующих способов: устраивают дополнительную подушку под подошвой фундамента, увеличивают верхнюю ступень фундамента, колонны устанавливают одной высоты (по наименьшей отметке заложения фундаментов), а в местах изменения отметок заложения фундаментов применяют вставки – подколонники.
Соединение колонн каркаса с фундаментами, как правило, выполняют в виде жесткого сопряжения. При таком соединении колонны устанавливают в специально устроенные в фундаментах стаканы (рис. 24.4, в). При этом зазоры в стаканах между колоннами и башмаками заполняют бетоном.
Фундаментные балки . Наружные и внутренние самонесущие стены здания устанавливают на фундаментные балки, посредством которых нагрузку передают на фундаменты колонн каркаса. Фундаментные балки укладывают на специально заготовленные бетонные столбики, устанавливаемые на обрезы фундаментов (рис. 24.5, а).
Рис. 24.5. Опирание фундаментных балок на фундаменты: а – под продольную стену; б – под торцевую стену: 1 – фундаментная балка; 2 – бетонный столбик; 3 – колонна; 4 – самонесущая продольная стена; 5 – торцевая стена; 6 – фахверковая колонна; 7 – фундамент под основную колонну; 8 – фундамент под колонну фахверка; 9 – шлаковая засыпка; 10 – жирная глина; 11 – песчаная подсыпка; 12 – отмостка; 13 – гидроизоляция
Основные фундаментные балки изготовляют высотой 450 мм (для шага колонн 6 м) и 600 мм (для шага колонн 12 м) и шириной 260, 300, 400 и 520 мм. Эти размеры соответствуют наиболее распространенной в промышленных зданиях толщине наружных стен. На рис. 24.5, б показано расположение фундаментных балок под торцевую стену. Сечение фундаментных балок может быть тавровым, трапециевидным и прямоугольным. Балки таврового сечения получили наибольшее распространение как более экономичные по расходу стали и бетона.
При замерзании под действием увеличивающихся в объеме пучинистых грунтов в фундаментных балках могут возникнуть деформации. Во избежание этого и для предохранения пола от промерзания вдоль стен балку с боков и снизу засыпают шлаком. Верхнюю грань фундаментной балки размещают на 30-50 мм ниже уровня пола помещения, который в свою очередь располагают примерно на 150 мм выше отметки спланированной вокруг здания поверхности земли.
Поверх фундаментных балок укладывают гидроизоляцию из цементно-песчаного раствора или из двух слоев рулонного материала на мастике. На поверхности земли вдоль фундаментных балок устраивают отмостку или тротуар. После установки сборных фундаментных балок на место зазоры между ними и колоннами заполняют бетоном.
Обвязочные балки служат для опирания наружных стен в местах перепада высот зданий, а при расположении этих балок над оконными проемами они выполняют роль перемычек. Изготовляют обвязочные балки разрезными. Их размеры и форму поперечного сечения принимают в зависимости от толщины устанавливаемых на них стен и величины передаваемой нагрузки.
Обвязочные балки применяют тогда, когда стены здания делают из кирпича или мелких блоков. Размеры обвязочных балок унифицированы; под кирпичные стены ширина 250 и 380 мм с «носиком», под стены из мелких блоков толщиной 190 мм обвязочные балки принимают шириной 200 мм. Обвязочные балки изготовляют высотой 600 мм и длиной 6 м (рис. 24.6) и крепят к колоннам каркаса с помощью монтажных деталей, привариваемых к закладным деталям в балках и колоннах. В типовых железобетонных колоннах для этих целей используют закладные детали, предусмотренные для крепления стеновых панелей.
Рис. 24.6. Крепление обвязочных балок к железобетонной колонне: 1 – стальная опорная консоль; 2 – закладные детали в колонне; 3 – закладная деталь в обвязочной балке; 4 – бетон на мелким гравии
Железобетонные подкрановые балки служат опорами для рельсов, по которым передвигаются мостовые краны. Кроме того, они обеспечивают продольную пространственную жесткость каркаса здания.
Железобетонные подкрановые балки имеют ограниченное применение и могут быть разрезными и неразрезными. Первые по сравнению со вторыми получили большее распространение, так как они проще в монтаже. При устройстве неразрезных балок расход арматуры меньше, однако выше трудоемкость их изготовления.
В зависимости от положения балок вдоль кранового пути различают балки средние и крайние, располагаемые у поперечных температурных швов и у торцов зданий. Последние имеют те же размеры, что и средние, однако закладные детали в них, предназначенные для крепления к колоннам, располагают на расстоянии 500 мм от торца балок.
Железобетонные подкрановые балки могут быть таврово-трапециевидного или двутаврового сечения (рис. 24.7), их применяют под краны легкого и среднего режима работы при шаге колонн 6 и 12 м и грузоподъемности мостовых кранов до 30 т.
Рис. 24.7. Железобетонные подкрановые балки: а – тавровые под краны грузоподъемностью 10–30 т при шаге колонн 6 м; б – двутавровые поп, краны грузоподъемностью 10–30 т при шаге колонн 12 м; 1 – отверстия для крепления троллейных проводов, 2 – отверстия для крепления кранового пути
После установки и выверки подкрановых балок производят их крепление (рис. 24.8) к колоннам: внизу – на болтах и сварке, вверху – приваркой вертикально поставленного листа к закладным деталям в колонне и балке. При изготовлении железобетонных подкрановых балок в их тело закладывают газовые трубки, необходимые для пропуска болтов крепления кранового пути и подвесок для троллейных проводов.
Рис. 24.8. Крепление подкрановых балок к колоннам каркаса: 1 – колонна; 2 – подкрановая балка; 3 – закладная стальная деталь колонны; 4 – опорный стальной лист консоли колонны; 5 – стальная прокладка с отверстиями для болтов; 6 – нижняя закладная стальная деталь подкрановой балки; 7 – анкерные болты; 8 – верхняя закладная стальная деталь подкрановой балки; 9 – крепежный вертикально поставленный стальной лист; 10 – сварка
Крановый путь монтируют в определенной последовательности. По верху подкрановой балки укладывают тонкую упругую подкладку из прорезиненной ткани толщиной 8–10 мм с двухсторонней резиновой обкладкой. Перед ее укладкой поверхности подкрановой балки, рельса и упругой подкладки тщательно очищаются от грязи и жира. По упругой подкладке устанавливают и отрихтовывают крановый рельс и затем закрепляют его лапками-прижимами.
Для кранов грузоподъемностью 10-30 т применяют рельсы Р-43, КР-70 и КР-89 специального профиля. При кранах грузоподъемностью 5-10 т применяют и железнодорожные рельсы широкой колеи Р-38. В пределах температурного блока рельсы сваривают в одну плеть.
В горцах здания на подкрановых балках устанавливают упоры для мостовых кранов.
Несущие конструкции покрытий промышленных зданий подразделяют на стропильные, подстропильные и несущие элементы ограждающей части покрытия .
В промышленных зданиях обычно применяют следующие типы стропильных несущих конструкций: плоскостные – балки, фермы, арки и рамы ; пространственные – оболочки, складки, купола, своды и висячие системы .
Подстропильные конструкции выполняют в виде балок и ферм , а несущие конструкции ограждающей части покрытия – в виде крупноразмерных плит . Соответственно унифицированным размерам объемно-планировочных элементов промышленных зданий величину поперечных пролетов и продольного шага несущих конструкций назначают кратной укрупненному модулю 6 м, в отдельных случаях допускают применение модуля 3 м.
Железобетонные балки применяют для устройства покрытий в промышленных зданиях при пролетах 6, 9, 12 и 18 м. Необходимость балочных покрытий при пролетах 6, 9 и 12 м (таких размеров пролеты можно перекрыть и плитами) возникает в случае подвески к несущим конструкциям монорельсов или кранов.
Железобетонные балки могут быть односкатными, двухскатными и с параллельными поясами (рис. 24.9). Односкатные балки применяют в зданиях с шагом колонн 6 м и наружным отводом воды. Двухскатные балки устанавливают как в зданиях с наружным, так и с внутренним отводом воды. Балки пролетами 6, 9 и 12 м устанавливают только с шагом 6 м, а балки пролетом 18 м – с шагом 6 и 12 м. При наличии подвесного транспорта независимо от пролета балки ставят с шагом 6 м.
Рис. 24.9. Железобетонные балки: а – односкатные; б – двускатные; в – с параллельными поясами
В целях уменьшения массы балок и для пропуска коммуникаций в их стенах можно устраивать отверстия различного очертания. Односкатные балки опирают на типовые железобетонные колонны разной высоты, которая кратна модулю 600 мм. В связи с этим уклон односкатных балок пролетом 6 м будет 1:10, пролетом 9 м – 1:15, а пролетом 12 м – 1:20. Уклон верхнего пояса двускатных балок делают 1:12.
Балки покрытия соединяют с колоннами анкерными болтами, выпущенными из колонн и проходящими через опорный лист, приваренный к балке (рис. 24.10, а, б). В продольных температурных швах одну из балок устанавливают на катковую опору; балку, располагаемую рядом, устанавливают на стальной столик, устроенный над колонной (рис. 24. 10, в).
Рис. 24.10. Установка железобетонных балок: а – на крайние колонны; б – на средние колонны, в – в температурном шве на одну колонну: 1 – анкерный болт; 2 – опорный стальной лист балки; 3 – опорный стальной лист колонны; 4 – колонна; 5 – железобетонная балка; 6 – полутонка; 7 – каток; 8 –температурный шов
Железобетонные фермы применяют обычно для перекрытия пролетов 18, 24 и 30 м, их устанавливают с шагом 6 или 12 м. Фермы пролетом 18 м легче железобетонных балок того же пролета, но более трудоемки в изготовлении.
Применение 18-метровых ферм целесообразно в том случае, когда в пределах покрытия необходимо разместить коммуникационные трубопроводы и вентиляционные каналы или использовать межферменное пространство для устройства технических этажей. При пролетах 24 и 30 м применение ферм по сравнению с балочными конструкциями более выгодно, так как масса (вес) большепролетных ферм на 30-40% меньше массы (веса) балок.
В современной практике промышленного строительства наибольшее распространение получили фермы сегментного очертания и с параллельными поясами (рис. 24.11), причем обе включены в номенклатуру типовых сборных железобетонных конструкций заводского изготовления. Железобетонные фермы могут быть цельными и составными» последние собирают из двух полуферм (отправочных марок), или из блоков, либо из литейных элементов.
Рис. 24.11. Унифицированные сборные железобетонные фермы: а – сегментные; б – с параллельными поясами (элементы ферм, показанные пунктиром, устанавливаются при наличии подвесного потолка)
Включенные в номенклатуру сборных железобетонных конструкций сегментные фермы пролетами 18, 24, 30 м собирают из заранее изготовленных линейных элементов верхнего и нижнего пояса и решетки. Линейные элементы имеют длину, равную панели фермы, а для нижнего пояса иногда принимают длину, равную пролету фермы.
Соединение линейных элементов между собой осуществляют сваркой концов арматуры с постановкой сальных накладок и последующим бетонированием быстротвердеющим бетоном. Арматура в нижнем поясе подвергается предварительному натяжению, после чего каналы в узлах заполняют цементным раствором, а лотки нижнего пояса – бетоном. Железобетонные фермы позволяют оборудовать пролеты зданий подвесным транспортом грузоподъемностью до 5 т (при шаге ферм 6 м). По верхнему поясу сегментных ферм возможна установка конструкций световых и аэрационных фонарей.
Для зданий, где необходимо использовать межферменное пространство для вспомогательных помещений или коммуникаций, применяют безраскосные фермы со стойками через 3 м (рис. 24.12). При плоском покрытии стойки ферм пропускают за пределы верхнего пояса; они служат опорами для плит покрытия (рис. 24. 12, б). На опоры ферм устанавливают отдельные стойки, которые крепят приваркой стальных накладок к закладным деталям, расположенным в фермах и стойках.
Рис. 24.12. Сборные железобетонные фермы: а – безраскосная для зданий со скатным покрытием; б – безраскосная для зданий с плоским покрытием; в – общий вид покрытия с подстропильными конструкциями; г – арочная из двух полуферм: 1 – дополнительная стойка; 2 – плита покрытия; 3 – стропильная ферма; 4 – подстропильная ферма
Безраскосные фермы позволяют уменьшить число типов стропильных ферм, кроме того, они, по сравнению с фермами, имеющими раскосную решетку, менее трудоемки в изготовлении.
На рис. 24.12, в приведен пример решения покрытия с применением 24-метровых сегментных безраскосных ферм, опирающихся на 18-метровые железобетонные сегментные безраскосные подстропильные фермы. В отдельных случаях для перекрытия больших пролетов применяют составные фермы. На рис. 24.12, г показана железобетонная ферма пролетом 45 м, разработанная для устройства покрытия над главным корпусом ГРЭС. Ферма запроектирована составной из двух полуферм, трех элементов затяжек, нижнего пояса и двух подвесок.
Фермы к колоннам каркаса крепят выпущенными из колонны анкерными болтами, причем для увеличения жесткости соединений опорные листы ферм приваривают к закладным деталям колонн.
Железобетонные арки целесообразно применять при больших пролетах (40 м и более). Арки подразделяют на трехшарнирные с шарнирами на опорах и в середине пролета, двухшарнирные с шарнирами на опорах и бесшарнирные. Очертание разбивочной оси арок должно максимально совпадать с линией давления, с тем, чтобы арки главным образом работали на сжатие. Опорами арок могут быть колонны здания или специальные фундаменты. При больших пролетах арки, как правило, опирают непосредственно на фундаменты.
В трехшарнирных арках средний ключевой шарнир осложняет конструктивное решение самой арки и устройство ограждающих конструкций покрытия с кровлей. По этим причинам железобетонные трехшарнирные арки практического применения в настоящее время не имеют.
Самые распространенные – двухшарнирные арки, наиболее простые в изготовлении и монтаже. При температурных воздействиях они имеют возможность изгибаться, свободно поворачиваясь в шарнирах без существенного увеличения напряжений в сечениях арки. В двухшарнирных арках распор воспринимает затяжка и передает его на опоры.
Бесшарнирные арки имеют наиболее легкое конструктивное решение, но для их опирания необходимо устройство мощных фундаментов, к тому же они чувствительны к неравномерным осадкам грунтов основания. Бесшарнирные арки при их опирании непосредственно на фундаменты выполняют, как правило, без затяжек.
В практике строительства применяют преимущественно арки из сборных элементов. Монолитные арки не получили распространения из-за большой трудоемкости их возведения. Сборные элементы, в свою очередь, собирают из блоков. Сечение арки может быть прямоугольным, тавровым, коробчатым и другой формы.
Пример двухшарнирной арки, опирающейся на свайные фундаменты, представлен на рис. 24.13, а. Пример бесшарнирной арки пролетом около 60 м, высотой (в средней части) 40 м, опирающейся непосредственно на фундаменты, показан на рис. 24.13 б. В этом примере арка запроектирована открытой, к ней при помощи стальных стержней подвешено легкое пространственного типа покрытие.
Рис. 24.13. Железобетонные арки: а – двухшарнирная; б – бесшарнирная, опертая на фундаменты; в – бесшарнирная, опертая на колонны: 1 – звено арки; 2 – опорная бортовая балка; 3 – подвеска; 4 – затяжка; 5 – плита покрытия; 6 – колония каркаса, 7 – подвешенное покрытие пространственною типа
Железобетонная арка из предварительно напряженных элементов пролетом 96 м, опирающаяся на колонны с шагом 12 м, приведена на рис. 24.13, в. Длина отдельных сборных звеньев с двутавровым поперечным сечением не превышает 17 м при массе до 25 т. Звенья соединяют между собой сваркой закладных стальных деталей. Подвески, поддерживающие железобетонную затяжку лоткового сечения, выполнены из металлических уголков. Арка воспринимает нагрузку от подвесного транспорта – четырех подвесных кранов грузоподъемностью по 5 т.
Железобетонные рамы устраивают однопролетными и многопролетными, монолитными и сборными (рис. 24.14). Рамы представляют собой стержневую конструкцию, геометрическую неизменяемость которой обеспечивают жесткие соединения элементов рамы в узлах. Очертание ригелей в раме может быть прямолинейным, ломаным или криволинейным. Жесткое соединение элементов рамы в узлах позволяет увеличить размер перекрываемого пролета.
Рис. 24.14. Железобетонные рамы: а, в – однопролетные монолитные; б – многопролетная сборная
Конструктивное решение однопролетной двухшарнирной рамы из предварительно напряженного железобетона со стойками переменного сечения и ригелем коробчатого сечения показано на рис. 24.14, а, однопролетной железобетонной рамы со стойками, жестко заделанными в фундаменты, и с консолями для опирания подкрановых балок под мостовой кран – на рис. 24.14, в. В этих примерах стойки рам выступают из плоскости стен в наружную сторону, что придает зданиям своеобразное архитектурное решение.
Сборная многопролетная рама, монтируемая из крайних Г-образных стоек, средних Т-образных стоек и скатных вкладышей – ригелей, представлена на рис. 24.14, б. Стыки в раме расположены в местах, где изгибающие. моменты возникают только при ветровых и несимметричных нагрузках от снега.
При проектировании колонн необходимо соблюдать конструктивные требования: размеры сечений колонн должны обеспечивать такую гибкость, которая бы не превышала в любом направлении соотношение .
Для здания с мостовыми кранами размеры поперечного сечения надкрановой части крайних колонн назначают из условия размещения кранового оборудования. Высота сечения составляет 380 и 600 мм для сплошных колонн. Для подкрановой части сплошных колонн высота сечения увеличивается соответственно до 600…900мм.
Ширину сечения колонны bс принимают из технологии изготовления постоянной по всей высоте колонны: для колонн крайнего и среднего рядов с шагом в продольном направлении В=6м - не менее 400мм; при В=12м - не менее 500 мм. Кроме того, исходя из требований жесткости bс(1/25)Н, Н - высота до низа стропильной конструкции.
Во всех колоннах предусматривают закладные детали для установки стропильных конструкций, стеновых панелей и подкрановых балок.
Для изготовления колонн применяют сварные каркасы при рабочей продольной арматуре из стали класса А-III диаметром 16мм, а поперечные стержни - из стали классов А-I или Вр-I. При применении высокопрочных бетонов классов В45…В60 целесообразно колонны армировать с использованием ненапрягаемой арматуры классов А-IV и А-V, что позволяет уменьшить расход металла на 20…40% и бетона до 20%.
Кроме того, из опыта проектирования установлено, что в гибких колоннах допускается применять напрягаемую арматуру классов А-IV и А-V, что позволяет повысить жесткость, трещиностойкость колонн, улучшить условия транспортирования длинных колонн, а так же уменьшить поперечное армирование, механизировать арматурные работы. В таких колоннах по сравнению с колоннами из обычного железобетона расход стали снижается до 40% и стоимость до 10%.
На колонны одноэтажных промышленных зданий распространяются все требования по конструированию сжатых элементов. Толщину защитного слоя бетона для рабочей продольной арматуры принимают не менее 20мм и не менее диаметра стержня; для поперечной арматуры- не менее 15мм и не менее диаметра поперечного стержня.
Продольные стержни в арматурных изделиях на концах должны иметь защитный слой бетона не менее 10 мм при длине колонны до 18м и не менее 15мм - при длине более 18м. для поперечных стержней арматурных изделий торцы должны иметь защитный слой не менее 5 мм.
Продольную рабочую арматуру располагают по граням перпендикулярно плоскости изгиба колонны и концентрируют в углах сечения. При расстоянии между осями рабочих стержней в направлении плоскости изгиба свыше 500мм надлежит ставить конструктивную арматуру диаметром не менее 12мм, чтобы между продольными стержнями было не более 400 мм.
Стыки продольных стержней внахлестку (без сварки) предусматривают в местах изменения сечения колонны с обеспечением длинны анкеровки. При этом в ступенчатой колонне продольную арматуру надкрановой части заводят за грань распорки также с обеспечением длинны анкеровки.
Диаметр поперечной арматуры назначают в зависимости от типа арматурного каркаса и наибольшего диаметра продольной рабочей арматуры и должен быть не менее 0,25d (d - наибольший диаметр рабочей продольной арматуры), а в вязанных каркасах, кроме того, не менее 5мм.
Виды колонн одноэтажных промышленных зданий. Назначение закладных деталей.
Для устройства каркасов одноэтажных промышленных зданий применяют железобетонные и стальные колонны.
Железобетонные колонны одноэтажных промышленных зданий (рис. 26) бывают с консолями и без них (если отсутствуют мостовые краны). По расположению в плане их подразделяют на колонны средних и крайних рядов.
Учитывая зависимость отпоперечного сечения колонны бывают прямоугольные, таврового профиля и двухветвевые. Размеры поперечного сечения зависят от действующих нагрузок. Применяют следующие унифицированные размеры сечений колонн: 400х400,
Рис. 25. Фундаменты одноэтажных промышленных зданий а) типы фундаментных балок; б), в) детали фундаментов крайнего ряда колонн; 1-песок; 2 - щебеночная подготовка; 3 - Асфальтовое или бетонное покрытие (отмостка); 4-гидроизоляция; 5-колонна; 6-шлак или крупнозернистый песок; 7-железобетонные столбики; 8-фундаментная балка.
Рис. 26. Основные типы железобетонных колонн одноэтажных промышленных зданий. а) прямоугольного сечения для здания без мостовых кранов при шаге 6м; б) то же, при шаге 12 м; в) двухветвевые для зданий без мостовых кранов; г) прямоугольного сечения для кранов с мостовыми кранами; д) то же, двутаврового сечения; е) двухветвевые для зданий с мостовыми кранами; ж) общий вид колонны; 1 -закладная деталь для крепления несущей конструкции покрытия; 2 ,3 -то же, подкрановой балки; 4 -то же, стеновых панелей.
Рис. 27. Основные типы стальных колонн
а) постоянного сечения, б), г) переменного сечения, д) раздельная
600х600, 400х800, 500х500, 500х600, 500х800 мм - для прямоугольных; 400х600 и 800х800 мм - для тавровых и 400х1000, 500х1000, 500х1300, 500х1400, 500х500, 600х1400, 600х1900 и 600х2400 мм - для двухветвевых. Колонны бывают из нескольких частей, которые собирают на строительной площадке.
Колонны с консолями состоят из надкрановой и подкрановой ветвей. Сечение- подкрановых ветвей чаще всего квадратное или прямоугольное: 400х400 или 500х500мм. Для изготовления колонн применяют бетон классов В15, В40 и арматуру различных классов.
Длину колонн принимают с учетом высоты цеха и глубины их заделки в фундамент, которая должна быть: для колонн прямоугольного сечения без мостовых кранов - 750 мм, для колонн прямоугольного и двутаврового сечения с мостовыми кранами - 850мм; для двухветвевых колонн-900- 1200 мм.
В колоннах предусматриваются закладные детали (рис.2б,ж):
1 - для крепления несущих конструкций покрытия (стальной лист, приваренный к специальной арматуре); 2 - для крепления подкрановых балок от опрокидывания под действием тормозных сил; 3 - для крепления подкрановых балок от смещения (стальной лист с четырьмя болтами М16); 4 - для крепления стеновых панелей (63х5, приваренных к арматуре каркаса до бетонирования колонн).
Кроме базовых колонн для устройства фахверков используют фахверковые колонны. Их устанавливают вдоль здания при шаге крайних колонн 12 м и размере панелей стен 6 м, а также в торцах зданий.
Стальные колонны одноэтажных зданий могут иметь постоянное по высоте сечение и переменное. В свою очередь, колонны с переменным сечением бывают с подкрановой частью сплошного и сквозного сечения (рис.27). Сквозные колонны подразделяют на колонны с ветвями, соединенными связями, и колонны раздельные, которые состоят из независимо работающих шатровой и подкрановой ветвей. 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 бывают использованы также двутавры, швеллеры и втолки.
Раздельные колонны устраивают в зданиях с тяжелыми мостовыми кранами (125т 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
Виды колонн одноэтажных промышленных зданий. Назначение закладных деталей. - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Виды колонн одноэтажных промышленных зданий. Назначение закладных деталей." 2017, 2018.