Конструктивное решение многоэтажных промышленных зданий

В многоэтажных промышленных зданиях применяются две конструктивные схемы: полный каркас, а для 4-5-этажных зданий при ширине корпуса не более 18 м применяется полукаркасная схема с несущими стенами и внутренним каркасом.

Здания с верхним крановым этажом характерны для производств химической промышленности. Верхний этаж имеет укрупненную сетку колонн 12 х 6; 18 х 6 и 24 х 6 м и краны грузоподъемностью 5 и 10 т.

Каркасы многоэтажных зданий выполняют преимущественно из железобетона и значительно реже из стали. Железобетонные каркасы более долговечны, огнестойки, в них меньше расходуется металла.

Стальные каркасы допускается применять в многоэтажных зданиях под оборудование с полезной нагрузкой на перекрытия, превышающей 3000, 1500 и 1000 кг/м2 (30, 15 и 10 кПа) при сетке колонн соответственно 6 х 6; 6 х 9 и 6 х 12 м, а также при особых производственных и технологических требованиях к зданиям: больших динамических и статических нагрузках, сжатых сроках возведения, в труднодоступных районах строительства, при требующемся минимальном сечении колонн, наличии агрессивной среды и пр.

В укрупненных пролетах (18 м и более) верхнего этажа допускается применять стальные стропильные конструкции.

7.1. Железобетонные каркасы

 

По способу возведения железобетонные каркасы подразделяются на сборные и монолитные.

Монолитные железобетонные каркасы, рамные в обоих направлениях, придают зданию большую жесткость и устойчивость. При этом можно строить здания самых разнообразных объемно-планировочных форм.

Основными схемами монолитных каркасов многоэтажных зданий являются следующие: с поперечными рамами и продольными второстепенными балками; с продольными главными и поперечными второстепеными балками; с балками, расположенными по колоннам в обоих направлениях и опертыми по контуру плитами; с безбалочными перекрытиям (рис. 57).

Каркасы, выполненные по первой схеме, имеют наибольшую поперечную жесткость, однако из-за высоких ригелей рам значительно уменьшается полезная высота помещений, а часто расположенные второстепенные балки затеняют потолок и являются причиной застоя загрязненного воздуха и газов.

 

Рис.57. Схемы монолитных железобетонных каркасов многоэтажных зданий:

а) с поперечными главными рамами; б) то же, с продольными; в) с плитами, опртыми по контуру; г) с безбалочными перекрытиями

 

Схема с безбалочными перекрьггиями наименее жестка, но она позволяет получить наименьшую высоту этажей при заданной высоте помещений и создать лучшие условия естественного освещения и воздухообмена. Разница в высотах этажей зданий, возведенных по первой и последней схемам, может достигать 0,5 м.

Балочные каркасы придают зданиям значительную пространственную жесткость. В поперечном направлении прочность и устойчивость каркаса обеспечивают рамы, образуемые из колонн и ригелей, жестко соединяемых между собой. В продольном направлении прочность и устойчивость балочного каркаса достигают установкой связей или однопролетных продольных рам.

В первом случае вертикальные связи портального типа ставят в каждом ряду колонн - в середине каждого температурного блока (в одном шаге колонн). Во втором случае однопролетные продольные рамы, образуемые двумя соседними колоннами и продольным ригелем, размещают по каждому внутреннему ряду колонн в каждом температурном блоке здания.

Балочный каркас многоэтажного здания (рис.58) состоит из фундаментов, фундаментных балок, колонн, ригелей, плит перекрытия и стальных связей (при связевой схеме в продольном направлении).

 

Рис.58. Основные элементы многоэтажного здания со сборным железобетонным каркасом:

1 - фундамент; 2- колонна; 3- ригель междуэтажного перекрытия; 4- вертикальные связи между колоннами; 5- плита междуэтажного перекрытия; 6- подкрановая балка; 7- балка покрытия; 8- плита покрытия; 9- пароизоляция; 10- утеплитель; 11- выравнивающий слой; 12- кровельный ковер; 13- воронка внутреннего водостока; 14- стеновая панель; 15- оконная панель; 16- отмостка; 17- фундаментная балка

В целях эффективного использования стандартной инвентарной опалубки для возведения монолитных конструкций размеры фундаментов, колонн, балок и плит унифицированы.

Фундаменты могут иметь размеры подошвы от 1,5 х 1,5 до 6,6 х 7,2 м (через 0,3 м), высоту 1,5 и от 1,8 до 4,2 м (через 0,6 м). Размеры подколонников в плане приняты от 0,9 х 0,9 до 1,2 х 2,7 м (кратно 0,3 м). Высота ступеней 0,3; 0,45 и 0,6 м.

Сечения колонн в интервале от 0,3 х О,3 до 0,6 х 1,2 м изменяются по ширине через 100 мм и по высоте через 100 и 200 мм. Для балок рекомендуется: ширина 150, 200, 300, 400, 500 мм и далее кратна 100 мм; высота от 300 до 800 мм (кратная 100 мм), 1000, 1200 мм и далее кратна 300 мм. Отношение высоты сечения балки к его ширине выбирают в пределах от 2 до 3.

Толщину плит до 100 мм принимают кратной 10 мм, 100 до 200 мм - кратной 20 мм, от 200 до 300 мм - кратной 50 мм, а при толщине более 300 мм - кратной 100 мм.

Для сборных каркасов многоэтажных зданий фундаменты под колонны имеют ту же конструкцию, что и в одноэтажных зданиях. Колонны устанавливают в стаканы фундаментов, верх которых располагают на отметке -0,15 м (заглубление колонн в стаканах принято 600 мм).

Цокольные стеновые панели опирают на фундаментные балки, укладываемые на бетонные столбики фундаментов.

Для сокращения числа монтажных единиц и повышения надежности каркаса здания за основной тип приняты колонны высотой в два этажа. В номенклатуру изделии входят также колонны на один и три этажа. Сечения колонн 400 х 400 и 400 х 600 мм (рис.59).

Рис.59. Железобетонные колонны многоэтажных промышленных зданий

 

Для пролетов 6 и 9 м ригели междуэтажных перекрытий приняты таврового и прямоугольного сечений (рис.60). Тавровые ригели имеют ширину 650 мм для опирания плит и высоту 800 мм. Прямоугольные ригели, применяемые при больших нагрузках от крупноразмерного оборудования, имеют сечение 300 х 800 мм и служат для опирания плит перкрытия поверху.

Для пролетов 12 м ригели применяют прямоугольного сечения (с полками) высотой 800 мм ишириной 650 мм при использовании ребристых плит и 550 мм - при

многопустотных плитах.

 

Рис.60. Основные типы железобетонных ригелей многоэтажных зданий

 

Опирать ригели на колонны можно консольно и бесконсольно (рис.61, в).

В первом случае ригели укладывают на железобетонные консоли и соединяют с колоннами сваркой закладных элементов и выпусков арматуры с последующим замоноличиванием стыком мелкозернистым бетоном.

 

 

Рис.61. Детали крепления ригелей с колоннами:

а, б) опирание ригелей при сетке колонн 6 х 6 м; в) бесконсольное опирание ригелей на колонны; е) опирание ригелей при сетке колонн 12 х 12 м

 

При бесконсольном сопряжении ригелей с колоннами значительно улучшается интерьер, сокращаются расход стали и трудовые затраты,

Во втором случае ригель соединен с колонной посредством сварки выпусков арматуры, бетонных шпонок и омоноличивания бетоном. Бетон стыка армируют.

Междуэтажные плиты перекрытий применяют двух типов: ребристые и многопустотные. Выста ребристых плит 400 мм, а путотных - 220 мм (рис.62).

 

 

Рис.62. Плиты перекрытий многоэтажных промышленных зданий

 

Основные плиты имеют ширину от 1 до 3 м, а доборные - 590 и 740 мм. Плиты, опираемые на полки ригелей, имеют длину от 5050 до 5650 мм, а укладываемые сверху ригелей- 5950 мм. К ригелям плиты крепят сваркой закладных элементов, а швы замоноличивают бетоном.

Конструкции верхних крановых и бескрановых этажей с пролетами 12, 18 и 24 м не отличаются от одноэтажных зданий (сопряженных балок или ферм покрытия с колоннами принято шарнирное).

7.2. Стальные каркасы

В многоэтажных зданиях стальные каркасы допускается применять при больших нагрузках на перекрытия, неунифицированных объемно-планировочных параметрах, а также при возведении зданий в труднодоступных районах. Сетки осей колонн в таких зданиях применяют те же, что и в железобетонном каркасе.

Основными элементами стального каркаса многоэтажных зданий являются колонны и ригели, связанные в поперечном и продольном направлениях внеизменяемую пространственную систему.

Стальные каркасы могут иметь связевую, рамную или комбинированную конструкцию. Наиболее рациональной следует считать рамную систему, при которой пространственная жесткость каркаса обеспечивается жесткостью колонн, ригелей и узлов их сопряжения. При рамной схеме каркаса можно также унифицировать узлы и их элементы, применять однотипные колонны, ригели, базы и анкеры.

Стальные колонны имеют, как правило, сплошное двутавровое сечение - из прокатного профиля или составленного из листов. Реже изготовляют колонны круглого сечения (из труб) или составные из четырех уголков. Для больших нагрузок иногда применяют колонны сквозного сечения. Типы сечений колонн показаны на рис. 63, а.

Рис.63. Элементы стального каркаса многоэтажного здания:

а) виды сечений колонн; б) стыки колонн; в) башмаки колонн; г) крепление балок к колонне двутаврового сечения; д) то же, крестового сечения; е) перкрытия из крупнопанельных железобетонных плит; ж, и) перекрытия по стальным настилам; 1- торцы колонн (фрезерованные); 2- опорная стальная плита; 3- ребро жесткости; 4- уголки; 5- электрозаклепки

 

Длину монтажных единиц колонн принимают равной 8 - 15 м т. е. на высоту двух-трех этажей. Стыкуют колонны на фрезерованных торцах и при монтаже соединяют между собой болтами. В верхних, а иногда и в средних этажах (при малой величине нормальных сил) стыки колонн обваривают по контуру или перекрывают накладками на сварке (рис.63, б).

Усилия от колонн на фундаменты передаются через опорную стальную плиту (башмак). Передача осуществляется через фрезерованные поверхности торцов колонн и верха плит. С плитами колонны соединяют сваркой (рис.63, в).

Колонны, снабженные башмаками, устанавливают на подливку из цементно-песчаного раствора толщиной не менее 50 мм и крепят к железобетонным фундаментам анкерными болтами.

Ригели перекрытий в большинстве случаев выполняют из прокатных или составных профилей двутаврового сечения. С колоннами ригели соединяют сваркой с помощью накладок (рис.63, г, д). По ригелям укладывают сборные железобетонные крупноразмерные плиты, а при необходимости - звукоизоляционный слой (рис. 63, е).

В последнее время междуэтажные перекрытия выполняют по стальным профилированным настилам ребристым или волнистым), по которым укладывают арматуру и производят бетонирование монолитной плиты. Стальные настилы выполняют одновременно функции арматуры и несъемной опалубки монолитного перекрытия (рис.63, ж, и).