Железобетонные подкрановые балки

 

●Железобетонные подкрановые балки рекомендуется применять при кранах среднего (Q≤30 т) и легкого режимов работы. Основными их достоинствами по сравнению со стальными являются пониженный (до 50%) расход металла, повышенная огнестойкость, отсутствие эксплуатационных расходов, а большая масса способствует лучшей работе на динамическую нагрузку. При кранах среднего (Q>30 т) и тяжелого режимов работы целесообразно применять стальные балки.

Железобетонные подкрановые балки проектируют разрезными (в целях упрощения монтажа), с параллельными поясами: пролет их равен шагу поперечных рам — 6 или 12 м. Высоту сечения принимают (1/8...1/10) l. Наиболее целесообразно тавровое сечение балки при пролете 6 м. При пролете 12 м применяют двутавровое сечение, что диктуется условиями размещения значительного количества напрягаемой арматуры в нижней зоне сечения. Развитая верхняя полка повышает жесткость балки в горизонтальном направлении, улучшает условия монтажа и эксплуатации крановых путей и крана. Обычно толщину верхней полки принимают h'_f = (1/7... 1/8) h, ширину b'_f = (1/10...1/20) l =500...650 мм (рис. 11.14, а). Балки выполняют предварительно напряженными с натяжением на упоры. Бетон балок — классов В25...В40.

Крепление балок к колоннам осуществляется с помощью болтовых соединений с последующей обваркой шайб и гаек. Передача тормозных усилий от крана на колонну осуществляется с помощью ребер жесткости, привариваемых к закладным деталям подкрановой балки и колонны. Крепление подкрановых путей к верхнему поясу осуществляется с помощью стальных накладок — «лапок» и болтов.

Расчет подкрановых балок выполняют на вертикальную нагрузку от собственной массы балки и кранового пути, а также от вертикального давления колес кранов и горизонтальную нагрузку от поперечного торможения тележки крана. Расчет балок производят по прочности и выносливости (первая группа предельных состояний), трещиностойкости и деформациям (вторая группа). При расчете прочности балку разбивают несколькими сечениями по длине, в каждом из которых находят М и Q от собственной массы балки и пути, а также нагрузки от двух максимально сближенных кранов. Усилия в каждом сечении от крановой нагрузки находят, загружая соответствующие линии влияния (М или Q).

 

 

Рис. 11.14. Конструкция подкрановой балки:

1 — напрягаемая арматура; 2 — расчетное сечение

 

 

Расчетное сечение на вертикальные нагрузки — двутавровое или тавровое. При расчете на горизонтальную нагрузку в расчет вводят только верхнюю полку, при этом в целях упрощения сила считается приложенной в центре тяжести сечения верхней полки (рис. 11.14, б). Подобранные по прочности сечения балки и продольной арматуры проверяют расчетом на выносливость.

При многократно повторных нагружениях крановой нагрузкой бетон и стальная арматура разрушаются при напряжениях, меньших, чем при статическом нагружении (см. гл. 1). Расчетные значения предела выносливости арматуры и бетона определяют путем умножения R_s и R_b на коэффициенты γ_s3 и γ_b1, определяемые по нормам [1] в зависимости от коэффициента асимметрии цикла p_s = σ_s,min/σ_s,max и p_b = σ_b,min/σ_b,max, где σ_s,min, σ_b,min и σ_s,max, σ_s,min — наименьшие и наибольшие напряжения в арматуре и бетоне в пределах цикла изменения нагрузки. Расчет на выносливость производится на действие пониженной нормативной нагрузки от одного крана [2], собственного веса балки и подкранового пути и усилия предварительного обжатия. Выносливость балки считают обеспеченной, если краевые напряжения в бетоне и арматуре, определяемые как для упругого материала по приведенному сечению, не превышают расчетных значений пределов выносливости:

а' — коэффициент приведения арматуры к бетону, учитывающий неупругие деформации, проявляющиеся в бетоне сжатой зоны [1]; Р определяют с учетом всех потерь; у и у₁ — расстояния от центра тяжести сечения до растянутой арматуры и краевых волокон сжатого бетона; A_red и I_red — площадь и момент инерции приведенного сечения.

Если условия (11.17) не выполняются, нужно изменить сечение бетона или арматуры.

 

Железобетонные колонны

 

●Сборные типовые железобетонные колонны, входящие в состав поперечных рам, применяют при H≤18 м, В≤12 м и Q≤50 т. При большей высоте здания, шаге колонн и грузоподъемности кранов обычно используют стальные колонны, а железобетонные — при специальном обосновании.

●Колонны бывают прямоугольного, двутаврового и кольцевого сечений, а также двухветвевые (рис. 11.15, а...г). Двутавровые экономичнее прямоугольных по расходу материала (до 20 % бетона), но более трудоемки в изготовлении. Поэтому типовые колонны делают сплошного прямоугольного сечения. По мере совершенствования технологии изготовления применение колонн двутаврового сечения может оказаться целесообразным и дать экономию по стоимости до 35...45 %.

В последние годы находят применение железобетонные колонны кольцевого сечения, изготовляемые методом центрифугирования. Процесс изготовления механизирован и автоматизирован, что позволило снизить расход бетона до 50 %, стали до 30 % и стоимость конструкций до 20...30 % по сравнению с типовыми колоннами.

 

 

Рис. 11.15. Конструкции колонн одноэтажных промышленных зданий с мостовыми кранами (а...в); центрифугированных колонн (г); к определению размеров сечений колонн (д); армирование двухветвевой колонны (е); к расчету двухветвевой колонны (ж): 1 — обе ветви сжаты; 2 — левая ветвь растянута

 

Сплошные колонны с консолями используют в зданиях, оборудованных мостовыми кранами, грузоподъемностью ≤30 т, при высоте от пола до головки кранового рельса H₁≤14,4 м и В≤12 м. Двухветвевые колонны рациональны при Q>30 т, H>10,8 м и B≥12 м, а также в случаях, когда высота сечения нижней части колонны превышает 1 м. В бескрановых цехах обычно применяют колонны постоянного сечения по высоте.

Высота (м) сечения крайних колонн в надкрановой части назначается из условия размещения кранового оборудования: при нулевой привязке

h_t≤0,75 — B₁ — 0,07,                                    (11.19)

при привязке «250»

h_t≤1,0 — B₁ — 0,07,

где В₁ — расстояние от оси кранового рельса до края моста крана [24] (рис. 11.15, д); 0,07 — горизонтальный зазор, необходимый по условиям эксплуатации крана, а также учитывающий возможные фактические отклонения сечения колонны от проектных значений.

Высота сечения верхней части средних колонн назначается с учетом условий опирания двух ригелей на торец колонны; если h_t<60 см, по верху колонны устраивают симметричные двусторонние консоли. Высоту сечения подкрановой части определяют условиями прочности и пространственной жесткости здания и на основании опыта проектирования: h_b = (1/9...1/12) H.

Ширину колонны b из условия изготовления принимают постоянной по всей высоте: для колонн крайнего и среднего ряда с шагом 6 м — не менее 40 см, а с шагом 12 м — не менее 50 см. Кроме того, ширина b должна удовлетворять требованиям жесткости и быть не менее 1/25H.

Размеры сечений колонн округляются до величин, кратных 10 см, причем значение h_t — в меньшую сторону, a b и h_b — в большую. Сквозные колонны имеют в нижней части две ветви высотой сечения h_br=20; 25; 30 см, соединенные распорками (рис. 11.15, е). Высоту сечения распорок, кроме верхней, обычно принимают равной 40 см. Расстояние между распорками — 2...3 м, а от уровня пола до низа второй распорки — не менее 1,8 м. Верх первой распорки не должен выступать за уровень пола (для обеспечения прохода). Расстояние между осями ветвей также должно обеспечивать свободный проход людей.

Размеры консолей и их армирование определяются расчетом и условиями опирания подкрановых балок. В колоннах предусматривается устройство закладных деталей для установки стропильных конструкций, стеновых панелей и подкрановых балок.

Для колонн в настоящее время используют бетон классов В15...В30. Применение бетона более высоких классов позволяет получить существенную экономию. Так, применение бетона класса В50 в колоннах двутаврового сечения дает экономию бетона до 25 % по сравне­нию с колоннами из бетона класса В20.

На колонны одноэтажных промышленных зданий распространяются все требования по конструированию внецентренно сжатых элементов (см. гл. 5). В частности, продольная рабочая арматура выполняется из стали класса A-III d≥l6 мм, поперечная — класса A-I. Расстояние между осями продольных рабочих стержней не должно быть более 400 мм. В противном случае устанавливают дополнительные конструктивные стержни d≥12 мм.

Колонны рассчитывают на внецентренное сжатие на усилия, найденные при расчете поперечной рамы. Подбор арматуры сплошных колонн производят по формулам для внецентренно сжатых элементов с учетом продольного изгиба (см. гл. 5) для каждого расчетного сечения при невыгодных комбинациях загружения (М_mаx, N; M_min, N; M, N_max). При близких по величине моментах разных знаков целесообразно подбирать симметричную арматуру.

Расчетную длину l ₀ сборных железобетонных колонн принимают согласно [1]. Например, для однопролетных зданий без мостовых кранов l ₀=1,5Я, многопролетных — l ₀=1,2H.

Двухветвевые колонны в нижней части представляют собой многоэтажную раму. В целях упрощения расчета принимают, что продольная сила распределяется между ветвями по закону рычага, а изгибающие моменты в ветвях определяют из условия, что нулевые точки моментов расположены в середине высоты панелей (рис. 11.15, ж). В соответствии с этим продольные силы в ветвях колонны

где М, N — расчетные усилия по оси двухветвевой колонны; η — коэффициент [см. формулу (5.7)]. При определении η следует учитывать влияние гибкости ветвей в плоскости изгиба двухветвевой колонны как для составного стержня.

Изгибающий момент в ветви

Изгибающий момент в распорке равен сумме моментов в узле

Поперечная сила в распорке

Если одна из ветвей в каком-либо сечении окажется растянутой (N_br<0), то моменты в сжатой ветви и распорке определяют из условия передачи всей поперечной силы в этом сечении на сжатую ветвь.

Помимо расчета колонн в плоскости поперечной рамы производят проверку их прочности из плоскости ра­мы на действие продольной силы N_max со случайным эксцентриситетом. Колонны также должны быть проверены на усилия, возникающие при изготовлении, транспортировании и монтаже. Фундаменты под колонны одноэтажных производственных зданий проектируют как внецентренно нагруженные в соответствии с указаниями гл. 10.

 

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ:

1. Какова доля одноэтажных промышленных зданий в общем объеме промышленных зданий? Назовите разновидности одноэтажных промышленных зданий.

2. Из каких элементов состоят каркас здания, поперечная и продольная рамы?

3. Что включает в себя компоновка конструктивной схемы? Какие сетки колонн и высоты зданий принимаются для одноэтажных промышленных зданий?

4. По каким схемам может быть скомпоновано покрытие одноэтажного здания?

5. С какой целью и как разбивается одноэтажное промышленное здание на температурные блоки?

6. Как обеспечивается пространственная жесткость каркаса в продольном и поперечном направлениях? Расскажите о системе связей.

7. На какие нагрузки рассчитывается каркас одноэтажного промышленного здания и как они определяются?

8. Порядок расчета поперечной рамы. Что учитывает коэффициент пространственной работы?

9. Плиты покрытия одноэтажных производственных зданий. Их конструкции и прин­ципы расчета.

10. Рекомендуемые пролеты балок, ферм и арок в покрытиях одноэтажных промышленных зданий.

11. Стропильные балки покрытий. Основные принципы их конструирования и расчета.

12. Каковы основные типы ферм покрытий, применяемые в одноэтажных промышленных зданиях? Их достоинства и недостатки.

13. Конструирование и основные принципы расчета стропильных ферм покрытий.

14. Конструкции и расчет арок покрытий одноэтажных промышленных зданий.

15 Подстропильные фермы и балки.

16. Особенности конструирования и расчета подкрановых балок. Расчет на выносливость.

17. Типы колонн одноэтажных промышленных зданий. Когда применяются сплошные и когда двухветвевые колонны?

18. Особенности расчета двухветвевых колонн.