Несущие конструкции покрытия

Несущие конструкции покрытия, являющиеся важнейшим конструктивным элементом здания, принимают в зависимости от величины пролета, характера и значений действующих нагрузок, вида грузоподъемного оборудования, характера производства и других факторов.

По характеру работы они бывают плоскостные и пространственные. По материалу конструкции покрытия делят на железобетонные, металлические, деревянные и комбинированные. В связи с характером работы эти конструкции должны быть прочными, устойчивыми, долговечными, архитектурно-художественными и экономичными. Поэтому при выборе несущих конструкций покрытия производят тщательный технико-экономический анализ нескольких вариантов. Так, железобетонные конструкции огнестойкие, долговечные и часто более экономичные по сравнению со стальными. Стальные же имеют относительно небольшую массу, простые в изготовлении и монтаже, имеют высокую степень сборности. Деревянные конструкции отличаются легкостью, относительно небольшой стоимостью и при соответствующей защите – приемлемой огнестойкостью и долговечностью. Довольно эффективны комбинированные конструкции, которые состоят из нескольких видов материалов. При этом важно, чтобы каждый материал работал в тех условиях, которые для него наиболее благоприятные. Ниже рассматриваются основные виды несущих конструкций покрытий.

Железобетонные балки (рис.13.11) применяют при пролетах до 18 м. Они могут быть одно- и двухскатными. Для их изготовления используют предварительно напряженное армирование. На верхнем поясе балок предусматривают закладные детали для крепления панелей покрытия или прогонов. Балки крепят к колоннам сваркой закладных деталей (рис.13.11, д).

Более эффективны по сравнению с балками железобетонные фермы, которые используют в зданиях пролетом 18, 24, 30 и 36 м (рис.13.12). Они могут быть сегментные, арочные с параллельными поясами, треугольные и др. Между нижним и верхним поясами ферм размещают систему стоек и раскосов. Решетку ферм предусматривают таким образом, чтобы плиты перекрытий шириной 1,5 и 3,0 м опирались на фермы в узлах стоек и раскосов.

Широкое применение получили сегментные безраскосные железобетонные фермы пролетом 18 и 24 м. Для уменьшения уклона покрытия для многопролетных зданий предусматривают устройство на верхнем поясе таких ферм специальных стоек (столбиков), на которые опирают панели покрытия.

Межферменное пространство рекомендуется использовать для пропуска коммуникаций и устройства технических и межферменных этажей.

Крепят фермы к колоннам болтами и сваркой закладных элементов.

При шаге стропильных ферм и балок 6 м и шаге колонн средних рядов 12 м используют подстропильные железобетонные фермы и балки.

Рис.13.11 – Железобетонные балки покрытия:

а, г - односкатные и плоские двухтаврового сечения; б - то же, для многоскатных покрытий; в - решетчатая для многоскатных покрытий; д - узел опирания балки на колону;

1 - анкерный болт; 2 - шайба; 3 - опорная плита

Достаточно эффективными несущими конструкциями покрытий являются стальные стропильные подстропильные фермы (рис.13.13). Стропильные фермы применяют для пролетов 18, 24, 30, 36 м и более при шаге 6, 12 м.

Пояса и решетку ферм конструируют из уголков или труб и соединяют сваркой с помощью фасонок из листовой стали. Сечения полок поясов, стоек и раскосов принимают по расчету.

Рис.13.12 – Железобетонные фермы покрытия:

а - сегментная; б - арочная безраскосная; в - с параллельными поясами; г - трапецеидальная; д - фрагмент разреза покрытия здания с применением подстропильных ферм

Для многоэтажных промышленных зданий применяют балочные и безбалочные перекрытия. Балки перекрытий (ригели) изготовляют из бетона марок 200-400 координационными пролетами 6 и 9 м унифицированной высотой сечения 0,8 м. Балки могут иметь прямоугольное и тавровое сечение (рис.13.14). Ригели прямоугольного сечения делают при больших нагрузках. Соединение с колонной осуществляют путем опирания ригеля на консоль колонны.

Рис.13.13 – Стальные стропильные фермы:

а - основные типы ферм; б - узел опирания на колонну фермы с параллельными поясами при "нулевой" привязке; в - то же, полигональной при привязке 250 и 500 мм; г - то же, треугольной при "нулевой" привязке; 1 - надопорная стойка; 2 - колонна; 3 - ригель фахверка

Для многоэтажных зданий со сборным безбалочным каркасом с сеткой колонн 6х6 м применяют плоские плиты перекрытий сплошного сечения (надколонные и пролетные) толщиной 150 или 180 мм. Надколонные плиты устанавливают выступами в гнезда капители, предусмотренные по ее периметру, с образованием после замоноличивания железобетонных шпонок.

Рис.13.14. –Конструкции перекрытий многоэтажных промышленных зданий:

а - балочное перекрытие; б - безбалочное перекрытие; в - опирание ригеля прямоугольного сечения; г – то же, таврового сечения; 1 - колонна; 2 - ригель; 3 - панель перекрытия; 4 - капитель; 5 - надколонные плиты; 6 - пролетная плита; 7 - бетон; 8 - полка для опирания плиты перекрытия; 9 - стыковая накладка; 10 - стальной оголовник; 11 - выпуски арматуры

Для устройства помещений, имеющих значительные размеры, используют большепролетные и пространственные конструкции покрытий. Покрытия в большепролетных зданиях бывают плоскостные, пространственные и висящие.

Большепролетными плоскостными покрытиями являются железобетонные и стальные фермы (рис.13.15). Железобетонные фермы пролетом до 96 м изготовляют из бетона М500 с предварительно напряженным нижним поясом. Используют также сборные и монолитные рамы и арки, имеющие различные пролеты.

Рис.13.15 – Большепролетные плоскостные покрытия:

а - с железобетонными фермами пролетом 96 м;

б - с металлическими рамами пролетом 80 м

Пространственные покрытия выполняют из плоскостных элементов, монолитно связанных между собой и работающих как цельная конструкция, или в виде оболочек (рис.13.16). Оболочки, которые могут перекрыть большие пролеты, имеют незначительную толщину 30-100 мм, так как бетон в этом случае работает в основном на сжатие.

Оболочки могут быть цилиндрические, купольные, параболоидные и др. Хорошие показатели имеет покрытие из длинных цилиндрических оболочек, применяемых при сетке колонн 12х24 м и более.

Устраивают также висячие покрытия, которые работают на растяжение (рис.13.17). Висячие конструкции делятся на вантовые и собственно висящие.

Несущими элементами в вантовых покрытиях являются тросы и вантовые прямолинейные элементы. В качестве настилов используют алюминиево-пластмассовые панели, коробчатые настилы из стеклопластиков и сотовые панели. Вантовые покрытия могут быть пролетом 100 м и более.

Рис.13.16 – Примеры покрытий в виде оболочек:

а - шедовое с диафрагмами в виде железобетонных арок; б – то же, в виде стальных ферм криволинейного очертания

Рис.13.17 – Висящие покрытия:

а - однопоясное пролетом 12+78+12 м; б - двопоясное пролетом 9+50+9 м

В собственно висячих покрытиях несущими конструкциями являются мембраны и гибкие нити, криволинейно очерченные под действием приложенной к ним нагрузки.

В промышленном строительстве широко используют и пневматические конструкции. Принцип возведения их основан на том, что во внутреннее замкнутое пространство мягких оболочек нагнетают атмосферный воздух, который растягивает оболочку, придавая ей заданную форму, устойчивость и несущую способность. Материал оболочек этих зданий должен быть воздухонепроницаемым, эластичным, прочным, легким, долговечным и надежным в эксплуатации.

Контрольные вопросы

1. Определение каркаса здания и основные элементы каркасов одноэтажных и многоэтажных промышленных зданий.

2. Особенности конструктивных решений фундаментов промышленных зданий.

3. Фундаментные балки.

4. Конструктивные решения колонн промышленных зданий.

5. Подкрановые балки, их виды и конструктивные решения.

6. В каких случаях применяют обвязочные балки?

7. Железобетонные несущие конструкции покрытий.

8. Металлические несущие конструкции покрытий.

9. Большепролетные и пространственные покрытия.