Обеспечение пространственной жесткости железобетонного каркаса. Стальной каркас промышленных зданий (Лекция 6)

1. Лекция 6

Обеспечение пространственной жесткости железобетонного каркаса.
Стальной каркас промышленных зданий.

2. План лекции

1. Типы стальных колонн и их опирание на фундамент.
2. Колонны постоянного сечения.
3. Ступенчатые (двухветвевые) колонны.
4. Подкрановые балки.
5. Стропильные и подстропильные фермы покрытий.
6. Стропильные фермы с параллельными поясами

3. Стальной каркас одноэтажных промышленных зданий

Вертикальные несущие элементы стального каркаса называют
колоннами.
В колоннах различают следующие части:
− оголовок, воспринимающий на грузку от вышележащих
конструкций;
− стержень (ствол), имеющий надкрановую и подкрановую часть;
− башмак, передающий нагрузку; на фундамент.
Стальные колонны различают по следующим признакам:
− по местоположению - для крайних и средних рядов;
− по конструкции ствола - постоянного и переменного
(ступенчатого) сечения;
− по сечению стержня - сплошные и сквозные (из отдельных
ветвей, соединенных раскосами или планками).
Стальной каркас применяют для зданий:
с укрупненной сеткой колонн,
с большими высотами,
с кранами большой грузоподъемности или тяжелого режима
работы.

4.

Колонны постоянного сечения представляют собой прокатные сварные двутавры с консолями для опирания
подкрановых балок.
Их устанавливают в бескрановых или крановых зданиях высотой 8,4 и 9,6м (при грузоподъемности - до 20т).
Высоту колонн среднего ряда (при укладке подстропильных ферм) уменьшают на 700 мм.
В уровне подкрановых путей у колонн (с высотой стенки 900мм) устраивают лазы размером 400х1900мм.
Ступенчатые (двухветвевые) колонны предназначены для зданий с высотой этажа 10,8—18 м,
оборудованных кранами грузоподъемностью до 125т.
Надкрановая часть колонны (шейка) выполняется из сварного двутавра, подкрановая состоит из двух
ветвей, соединенных решеткой.
На уступ подкрановой ветви опирают подкрановые балки.
Подкрановую часть двухветвевых колонн, в зависимости от высоты сечения, выполняют из прокатных
швеллеров и двутавров (при сечении до 400 мм), а также из гнутых швеллеров и двутавров прокатных или сварных
(при сечениях 400-650 мм).
Раскосы и горизонтальные стержни связывают ветви подкрановой части колонны.
Ветви через четыре панели по высоте усиливают горизонтальными стальными листами (диафрагмами).
Башмаки стальных колонн крепят к анкерным болтам, заделанным в железобетонный фундамент.
Опирание осуществляют через слой цементно-песчаного раствора или бетона на мелком заполнителе.
Конструкция башмака зависит от сечения колонны и характера нагрузки (центральная, внецентренная).
Башмаки колонн сплошных и решетчатых (при небольшом расстоянии между ветвями) имеют общую базу:
− на одной плите
− на плите, усиленной ребрами
− на плите, усиленной поперечными траверсами

5. Типы стальных колонн а – одноветвевые без опорных кранов; б – одноветвевые с опорными кранами до 20 т; в – двухветвевые с

опорными кранами до 50 т;
г – двухветвевые с опорными кранами и проходом

6.

Основные типы внецентренно-сжатых колонн промышленных зданий:
а – сплошная постоянного сечения; б, в – сплошная и сквозная ступенчатые; г – сквозная раздельная;
1 – ферма; 2 – шатровая ветвь; 3 – то же, подкрановая; 4 – диафрагма жесткости

7. Стальные колонны постоянного сечения а – для крайних рядов; б – для средних рядов; 1 – железобетонный фундамент; 2 – анкерные

болты диаметром 20-56 мм;
3 – анкерная плита;
4 – ствол колонны;
5 – подкрановая консоль;
6 – оголовок;
7 – отверстия для болтов;
8 – траверса;
9 – опорная плита;
10 – надопорная стойка (при подстропильных
фермах)

8. Стальные двухветвевые колонны а – для крайних рядов; б – для средних рядов; 1 – база (башмак); 2 – подкрановая часть; 3 –

надкрановая ветвь;
4 – оголовок;
5 – ребра жесткости;
6 – подкрановая траверса;
7 – решетка из уголков;
8 – анкерный болт;
9 – анкерная плитка;
10 – траверса башмака

9.

Сквозная стальная колонна переменного
сечения со сплошным надколонником
1 – башмак;
2 – ветвь колонны;
3 – решетка колонны;
4 – надколонник;
5 – подкрановая балка;
6 – тормозная ферма;
7 – проход в колонне;
8 - оголовок

10. Типы опорных баз одноветвевых колонн: а – центрально-сжатых с фрезерованным торцом стержня; б, в – то же, с передачей усилия

через
сварные швы;
г, д – внецентренно сжатых;
1 – опорная плита;
2 – ребро жесткости;
3 – лист траверсы;
4 – анкерный болт;
5 – установочная проушина с винтами;
6 – шайба;
7 – бетонный фундамент;
8 – цементный раствор

11. Типы опорных баз решетчатых колонн а – легкой; б – средней; в – тяжелой; 1 – анкерные болты; 2 – опорная поверхность

фундамента; 3 – отверстие для
анкерных болтов; 4 – ребра жесткости; 5 –
траверса; 6 – листовые подкосы
В зависимости от высоты траверсы нижний
торец колонны располагают на отметке 0.6 или
0,9 м.
Заглубленную часть колонны для защиты от
коррозии бетонируют. Для опирания наружных
стен на обрезы фундаментов укладывают
фундаментные балки.

12.

Основным видом соединения стальных конструкций в каркасе является
сварка.
Соединения на заклепках применяются в случаях знакопеременных и
динамических нагрузок, а также в подкрановых балках зданий с кранами тяжелого
режима работы.
Болтовые соединения применяются там, где сварка является трудоемким
процессом.
В соединениях на болтах используют высокопрочные, повышенной и
нормальной точности болты
Стальные колонны одноэтажных зданий имеют постоянное и переменное
сечения по высоте.
Кроме того, колонны делят на сплошного, сквозного и смешанного типов
сечений.
В смешанном типе колонн надкрановая часть имеет сплошное сечение (в виде
одного профиля), а подкрановая – сквозное (в виде двух профилей, соединенных
решеткой).
В зданиях бескрановых и с кранами грузоподъемностью до 200 кН высотой до
8.4 м применяют стальные унифицированные колонны постоянного сечения из
сварных двутавров с высотой стенки 400 и 630 мм.

13.

В бескрановых зданиях высотой Н = 9.6-18 м используют колонны двухветвевые.
В зданиях высотой 10.8 – 18.0 м, оборудованных кранами грузоподъемностью до 500
кН используют унифицированные двухветвевые колонны ступенчатого
очертания,
состоящие из двух частей:
подкрановой (решетчатой) и надкрановой (из сварного двутавра) .
Для зданий, имеющих высоту более 18 м и
оборудованных кранами
грузоподъемностью 750 кН и более, стальные колонны проектируют индивидуально.
Двухветвевые колонны по типам сечения ветвей проектируют в трех вариантах:
1. При ширине сечения до 400 мм – наружная и подкрановая ветви из прокатных
швеллера и двутавра, соответственно;
2. При ширине сечения 400 – 600 мм – наружная ветвь из гнутого швеллера,
подкрановая – из прокатного двутавра;
3. При ширине сечения более 600 мм – наружная ветвь из гнутого швеллера,
подкрановая - из сварного двутавра.
Надкрановая часть колонны проектируется:
в крайних колоннах - из сварного двутавра с высотой стенки 400 мм
в средних колоннах - 710 мм

14. Стальные колонны постоянного сечения а – для бескрановых зданий высотой до 8.4 м; б - для бескрановых зданий высотой 9.6 -18 м;

в – для зданий с опорными мостовыми кранами грузоподъемностью до 200 кН;
г - средняя колонна постоянного сечения из сварных двутавров для зданий с
мостовыми опорными кранами

15. Стальные двухветвевые колонны: а – средняя колонна с проходом вдоль подкранового пути; б - типы колонн для зданий с мостовыми

опорными
кранами грузоподъемностью
100 – 500 кН
Для соединения ветвей сквозных
колонн применяют решетки
различного очертания:
треугольные, раскосные,
крестовые и полукрестовые.
Решетку устраивают
двухплоскостной, из прокатных
уголков.
Для восприятия действующих в
горизонтальной плоскости
моментов решетка усиливается
диафрагмами, расположенными
через четыре раскоса по высоте.

16. В зданиях с кранами тяжелого режима работы и при их двухъярусном расположении, а также при пролетах, со стороны которых

предусматривают
расширение цеха целесообразно
применять раздельные колонны,
позволяющие усиливать подкрановую
ветвь (например, при увеличении
грузоподъемности крана), не нарушая
конструкции покрытия
Раздельные колонны:
а – при расширении здания;
б – при низко расположенных
тяжелых кранах

17.

В нижней части стальных колонн предусматривают
стальные базы (башмаки) для увеличения площади
опирания колонны и сопряжения ее с фундаментом.
Конструкция базы определяется:
типом колонн (сплошные, сквозные или раздельные),
величиной и характером нагрузки (центрально
нагруженная, внецентренно нагруженная),
способом опирания колонн (шарнирное, жесткое).
Базы центрально сжатых колонн рекомендуется устраивать
из одной плиты или из плиты, усиленной ребрами
жесткости.
База центрально сжатой
колонны с траверсами
сжатой колонны
Для увеличения ширины
стержня колонны и усиления
плиты базы устанавливают
поперечные траверсы из
листов.
Траверсы воспринимают
нагрузку от стержня колонны и
передают ее на опорную плиту.
База центрально-сжатой колонны
из одной плиты

18. Базы внецентренно сжатых колонн при небольших изгибающих моментах делают такими же, как и базы центрально сжатых колонн При

малых расстояниях между ветвями и
необходимости увеличения плеча анкерных
болтов в сквозных колоннах допускается
применять общую базу на обе ветви.
В большинстве случаев для внецентренно
сжатых сквозных колонн устраивают
раздельные базы (под каждую ветвь отдельную
базу по типу баз центрально сжатых колонн).
Базы стальных колонн:
а – под центрально сжатую колонну сплошного сечения;
б - под внецентренно сжатую двухветвевую колонну
Стальные колонны опирают на железобетонные фундаменты через слой цементно-песчаной стяжки.
Базы колонн крепят к фундаментам анкерными болтами, закладываемыми в фундаменты при их изготовлении.
Для защиты от коррозии подпольную часть колонн вместе с базой покрывают слоем бетона.
Стены, как и в железобетонном каркасе, опирают на фундаментные балки, уложенные на уступы фундаментов.

19. Стальные стойки фахверка

Фахверк располагают в плоскости продольных и торцовых стен для восприятия массы стен,
ветровых нагрузок и передачи их на основной каркас здания.
Устраивают фахверк:
- при шаге колонн 12 м и длине панелей равной 6 м;
- при высоте пролетов свыше 30 м и в кирпичных зданиях с кранами тяжелого режима
работы.
Фахверк состоит из стоек (колонн) и ригелей.
Их количество и местоположение определяются
шагом колонн, высотой здания, конструкцией стен, характером и величиной нагрузок.
Изготавливают их из прокатных и составных профилей.
Унифицированные стальные стойки применяются в торцовых и продольных фахверках
одноэтажных промышленных зданий высотой до 18 м как с мостовыми кранами, так и без них.
Стойки устанавливают с шагом 6 м.
По конструктивному решению колонны фахверка делят на три типа:
постоянного сечения по высоте,
составные (основной ствол и шарнирно соединенный с ним оголовок),
ступенчатые (с изменением поперечного сечения в уровне низа конструкции покрытия).
Поперечное сечение колонн может быть двутавровым или коробчатым, выполненным из
прямоугольных труб или из горячекатаных или холодногнутых швеллеров.

20.

К конструкциям каркаса бескрановых зданий стойки фахверка крепятся в уровне
покрытия, а в зданиях с мостовыми кранами еще и к тормозным конструкциям
подкрановых балок и переходным площадкам.
К покрытию и связям - фахверковые колонны крепят с помощью
листовых шарниров (изогнутых стальных пластин). Такое крепление - обеспечивает
передачу ветровых воздействий на основной каркас и исключает вертикальное
воздействие покрытия на стойки фахверка.

21. Узлы крепления стоек фахверка к покрытию: а – к верхнему поясу фермы; б – к нижнему поясу фермы

22. Узел крепления стойки фахверка к фундаменту

В торцах зданий предусматривают приколонные стойки фахверка у
колонн основного каркаса. Крепления стоек к основным колоннам по
высоте осуществляют с шагом не более 4.8 м.
На фундамент стойки фахверка опираются шарнирно.

23.

24. Подкрановые балки

Здания промышленного строительства для перемещения внутри них сырья, полуфабрикатов
или готовой продукции оборудуют подъемно-транспортными средствами – мостовыми кранами.
Мостовой кран состоит из несущего моста, перекрывающего пролет здания, механизмов
передвижения и движущейся вдоль моста тележки с механизмами подъема.
По консолям колонн цеха укладываются специальные конструкции – подкрановые
пути для передвижения крана вдоль цеха.
Подкрановые балки (или подкрановые пути) относятся к нестандартным
металлоконструкциям и предназначены они для опоры рельсов, по которым перемещаются
мостовые краны.
Кроме того они принимают участие в обеспечении пространственной жесткости каркаса
здания.
Подкрановые балки - принимают вертикальные и горизонтальные продольные и
поперечные нагрузки, возникающие при подъеме и опускании грузов, а также при торможении
кранов.
Нагрузки от мостовых кранов имеют динамический характер, поэтому подкрановые
балки лучше проектировать металлическими, а не железобетонными, т.к. металлические выдерживают более серьезные нагрузки.
В цехах промышленных зданий подкрановые балки применяют для прокладки рельсов,
по которым движутся мостовые краны.

25. Стальные подкрановые балки

Стальные
подкрановые
балки
проектируют разрезными и неразрезными.
Разрезные имеют постоянное сечение и
стыкуются на опорах, неразрезные стыкуются в четвертях пролета и могут
иметь различные сечения.
Унифицированные типовые балки
разрезного типа применяют для зданий с
пролетами от 18 до 36 м с кранами
обычного и тяжелого режимов работы и
грузоподъемностью от 50 до 3200 кН при
шаге колонн 6, 12, 18 и 24 м.
Балки пролетом 6 и 12 м применяют
как в стальных, так и железобетонных
каркасах, а пролетом 18 и 24 м – только в
стальных.
По типу сечения могут быть
сплошными и сквозными (решетчатыми).
Сплошные балки применяют при шаге 6
м и небольшой грузоподъемности кранов.
Сквозные подкрановые балки в виде
шпренгельных систем применяют в
зданиях с шагом 12 м и более, а также с
кранами большой грузоподъемности (≥ 750
кН).

26.

Стальная подкрановая балка сплошного сечения представляет собой сварной или
прокатный двутавр, имеющий пояса одинаковой ширины или более широкий верхний
пояс.
Двутавры с одинаковыми по ширине поясами в плоскости верхнего пояса,
усиленные тормозными балками или фермами, применяют в основном в зданиях,
имеющих мостовые краны грузоподъемностью 500 кН и более и шаг колонн 12 м.
В зданиях с кранами грузоподъемностью до 500 кН и шаге колонн 6 м используют
балки с развитым верхним поясом, способным воспринимать тормозные усилия от работы
кранов.
Размеры сечений стальных подкрановых балок назначают на основе расчета.
Унифицированные балки имеют высоту на опоре 0,8 м при шаге колонн 6 м и
грузоподъемности крана до 200кН и 1,3 м – при грузоподъемности крана 300 кН и более. Для
шага колонн 12 м балки имеют высоту 1,6 м.
Для обеспечения устойчивости стенки балки усиливают поперечными
двусторонними ребрами жесткости через 1,5 м, а в балках пролетом 18 и 24 м еще и
горизонтальным продольным ребром.
Элементы сечения балок соединяют сваркой. При большой грузоподъемности
кранов или при тяжелом режиме их работы балки выполняют клепаными.
На колонны подкрановые балки опирают через выступающие торцовые ребра и
крепят с помощью анкерных болтов и планок. Между собой балки соединяют болтами
через торцовые ребра.

27. Общие сведения о фермах. Типы ферм и генеральные размеры

Фермой называется стержневая конструкция, концы стержней
которой соединены в узлах и составляют геометрически неизменяемую
систему.
Нагрузка к ферме, как правило, прикладывается в узлах.
В этом случае стержни ферм испытывают только осевые усилия
растяжения или сжатия.
Пролет – это расстояние между опорами фермы.
Верхний пояс - стержни, ограничивающие контур фермы сверху.
Нижний пояс - стержни, ограничивающие контур фермы снизу.
Высота - расстояние между центрами тяжести сечений поясов.
Стойки - вертикальные стержни внутри контура фермы
Раскосы - наклонные стержни внутри контура фермы.
Стойки и раскосы вместе образуют решетку.
Расстояние между соседними узлами пояса называется панелью.

28. L – пролет; h – высота; dв, dн – верхняя и нижняя панель.

Стропильные фермы можно
классифицировать по
нескольким признакам:
а) по конструктивному
оформлению;
б) по очертанию поясов;
в) по типу решетки;
г) по статической схеме;
д) по типу поперечных сечений
элементов.
Генеральные размеры фермы - это ее пролет и высота.
Пролеты ферм обычно принимаются кратными модулю 6 м, т. е. 24, 30, 36, 42 м и т. д.
Так же как для балок, для ферм существует оптимальная высота, при которой вес фермы
будет минимальным.
Но на практике высоту фермы в середине пролета принимают меньше оптимальной, чтобы
ферма легко перевозилась.

29. Стропильная и подстропильная фермы покрытий

Стропильная и подстропильная фермы покрытий
Применяются при возведении скатных крыш.
Это жесткие конструкции, их предназначение - в передаче усилий от кровли на стены
здания. Именно они принимают на себя ветровую и снеговую нагрузку.
Фермы покрытий в зависимости от назначения и несущей способности разделяют на:
стропильные и подстропильные.
В сравнении со сплошной цельнометаллической балкой, они имеют целый ряд преимуществ:
небольшой вес при значительной длине,
стойкость к высочайшим статистическим, динамическим нагрузкам, прогибам,
экономия расхода металла.
Стропильная металлическая ферма – жесткая решетчатая несущая конструкция для
обустройства каркаса скатной крыши.
Изготавливается из гнутосваренных профилей.
Конструкция состоит из верхнего и нижнего пояса, соединенных между собой решёткой из
раскосов и стоек.
Соединение элементов может быть болтовым или сварным.
Контуры-пояса могут располагаться параллельно друг другу, образовывать трапецию или
треугольник, иметь полигональное очертание

30. Контуры пояса ферм а –сегментное, б –полигональное, в – трапецеидальное, г- с параллельными поясами, д-з - треугольное

31. Подстропильные металлические фермы применяются, если шаг колонн превышает шаг стропильных конструкций, при их расположении на12

м друг
от друга.
Подстропильная ферма устанавливается на
колонну в продольном
направлении, а затем на
него фиксируют систему
стропил.
Структура элемента
также решетчатая, с
трапециевидным
контуром

32. Стропильная ферма с параллельными поясами

• , состоящая из поясов, опорных раскосов, стоек, креплений,
отличающаяся тем, что элементы фермы объединяются
между собой при помощи болтов, нижний и верхний пояса
фермы опираются на колонны каркаса с помощью фасонок,
элементы ферм выполнены из тонкостенных стальных
профилей.