Загальні відомості про сталевий каркас промислових будівель
Умови проектування сталевого каркасу
Перш ніж приступити до проектування промислової будівлі, слід переконатися, що намічену споруду доцільно виконати зі сталі. З метою економії металу Державний комітет Ради Міністрів СРСР з будівництва видав «Технічні правила щодо економного витрачання металу, лісу та цементу у будівництві» (ТП 101-54).
Ці правила допускають застосування металевих конструкцій для цехів з кранами вантажопідйомністю 15 т і більше за важкого режиму або 30 г і більше за середнього та легкого режимів роботи кранів; крім того, сталеві конструкції допускаються при висоті цеху від підлоги до низу несучих конструкцій покриття 12 м і більше, а також при кроці колон 12 м і більше. Металеві конструкції покриття залізобетонними колонами або цегляними стінами допускаються при прольотах понад 15 м.
В даний час у зв'язку з освоєнням попередньо напружених залізобетонних конструкцій стає можливим ще ширше впровадження збірного залізобетону у промислове будівництво.
Приступаючи до проектування промислової будівлі, необхідно вже на стадії складання проектного завдання отримати низку відомостей як технологічного, так і загальнобудівельного характеру, що стосуються передбачуваної експлуатації споруди.
Відомості технологічного характеру стосуються даних про розташування залізничних колій у цеху, про розташування кранових колій та вантажопідйомності кранів, про спеціальні габарити машин, про різні тимчасові навантаження та їх динамічні впливи, про підземне господарство, про спеціальні робочі та ремонтні майданчики, про проходи та сходи, про черговості будівництва та можливості розширення, про розташування побутових пристроїв тощо.
Відомості загальнобудівельногохарактеру стосуються розташування цеху на генеральному плані, призначення позначки рівня підлоги, даних про ґрунти та позначку рівня ґрунтових вод, а також про прийнятий розрахунковий опір ґрунту, даних про місцеві будівельні матеріали, дані про освітлення, вентиляцію та опалення та ряд інших спеціальних вимог.
Як уже вказувалося, будь-яке спорудження, що проектується, повинно задовольняти умовам експлуатації, повинно бути міцним, стійким і мати необхідну просторову жорсткість. У кожному промисловому будинку мають бути створені нормальні умови для праці працюючих (цех повинен бути світлим, теплим і добре провітрюваним), а також нормальні умови для експлуатації цеху (необхідна жорсткість підкранових шляхів, доступ для прочищення віконних поверхонь, хороші водостоки, надійна робота воріт, вікон та дверей, правильний вибір підлог і т. д.).
Далі від будь-якої споруди потрібно, щоб вона була запроектована з мінімальною вагою при мінімальній витраті праці на її здійснення. Для цього необхідно вибирати такі схеми споруди, щоб силовий потік зусиль, що впливає на каркас споруди, проходив у землю найбільш раціональним шляхом. Необхідно також, щоб матеріал використовувався якнайкраще, що, зокрема, веде до вимоги деякої концентрації його.
Для більшої індустріальності та зниження трудомісткості виготовлення та монтажу конструкцій потрібна найбільша повторюваність елементів та простота їх форми.
В результаті багаторічної практики проектування промислових будівель виділилися деякі схеми споруд, що найчастіше повторюються.
Всі промислові будівлі можна поділити на одноповерхові та багатоповерхові. Найбільшого поширення мають одноповерхові цехи, які буваютьоднопрогоновими та багатопрогоновими.
Вибір конструктивної схеми цехів, як однопрогонових, і багатопрогонових, значною мірою залежить від низки чинників.
Найважливішими з них є:
- величина кранових навантажень, а також режим роботи кранів та цеху в цілому;
- висота цеху;
- величина навантаження від покриття (тип покрівлі, величина снігового навантаження).
Відповідно до цього всі цехи можна розбити на три групи: легкі, середньої потужності та важкі.
p align="justify"> Особливе значення, переважно для металургійних заводів, має режим роботи цеху, який за наявності важких умов роботи пред'являє до спорудження ряд додаткових конструктивних вимог. До металургійних цехів з важким режимом роботи належать цехи з безперервною тризмінною роботою кранів важкого режиму роботи, в яких ремонт кранів та підкранових шляхів повинен проводитись без перерви виробничого процесу.
У цехах з важким режимом роботи у верхній частині колон повинні передбачатися проходи (шириною 400 мм) лише на рівні підкранових балок. Ці проходи обгороджуються поручнями з боку крана на всьому протязі підкранової колії (фігура Будівництво трубного цеху (п'ята п'ятирічка) та Гальмівна ферма).
Крім того, як уже зазначалося вище, в цехах з важким режимом роботи до сталевих конструкцій пред'являються більш жорсткі конструктивні вимоги. Особливо це стосується кріплень та з'єднань, які повинні мати підвищену надійність (див. таблицю Значення коефіцієнтів а для визначення бічних сил від кранових мостів).
Генеральні розміри цеху - проліт, висота до позначки головки підкранової рейки, а також повна висота цеху до низу ригеля рами призначаються залежно від габаритівобладнання та характеру технологічного процесу проектованого цеху.
Відповідно до НіТУ 133-55 * у будинках з мостовими кранами з відміткою підкранової рейки до 8 м висота від рівня підлоги до голівки рейки повинна бути кратною 1 м, при великих відмітках вона повинна бути кратною 2 м. При цьому висота від рівня підлоги до низу несучих конструкцій покриття, а також до опори підкранової балки має бути кратною 200 мм. Розмір кранового габариту над головкою рейки підкранового шляху Нк приймається по ГОСТ на крани.
Колони з проходами в цехах з важким режимом роботи
Повна висота цеху до низу ригеля Н складається з висоти від рівня підлоги до головки кранової рейки h1 і висоти h2, що включає крановий габарит Нк і додаткові 200 - 260 мм, якими враховується можливий прогин кроквяних ферм і зв'язків по нижнім поясам останніх, а також цих зв'язків з виступаючими донизу полицями куточків (фіг. 189).
Н а і більш стійкою технічною характеристикою, за якою можна судити про те, чи достатньо раціонально виконаний проект сталевого каркасу промислової будівлі, є витрата металу, віднесений до 1 м 2 будівлі (вага кг/м 2 ).
У таблиці наведено зразкові ваги конструкцій для різних груп цехів.
Дані про ваги сталевого каркасу
| Найменування цехів | Вантажопідйомність кранів в т | Висота до головки кранової рейки в м | Вага сталевих конструкцій у кг/м 3 |
| I - легкі | 0 - 5 | 6 - 10 | 35 - 50 |
| 10 - 20 | 8 - 16 | 50 - 80 | |
| II - середньої потужності | 30 - 50 | 10 - 16 | 75 - 120 |
| 75 - 100 | 16 - 20 | 90 - 170 | |
| III - важкі | 125 - 175 | 10 - 20 | 200 - 300 |
| 175 - 350 | 16 - 26 | 300 - 400 |
Основні елементи сталевого каркасу
Основним елементом несучого сталевого каркаса промислової будівлі, що сприймає майже всі навантаження, що діють на цех, є плоскі поперечні рами, утворені колонами і кроквяними фермами (ригелями); рами ставляться одна одною з певною відстанню з-поміж них.
Основні елементи сталевого каркасу
Основні елементи сталевого каркасу промислової будівлі. 1 - колона рами; 2 - кроквяна ферма (решітчастий ригель рами); 3 - підкранові балки; 4 - гальмівна балка; 5 - ліхтар; 6 - вертикальні зв'язки між колонами; 7 - горизонтальні зв'язки покриття; 8 - вертикальні зв'язки покриття; 9 - стіновий каркас (фахверк); 10 - прогони.
На поперечні рами спираються поздовжні елементи каркасу: підкранові балки, поздовжній стіновий каркас, прогони покрівлі та ліхтарі.
Каркас будівлі повинен мати просторову жорсткість, що досягається жорстким закріпленням ригеля рами в колонах, а також пристроєм зв'язків у поздовжньому та поперечному напрямках.
У багатопрогонових цехах при необхідності рідкісного розташування колон по середніх рядах проміжні кроквяні ферми спирають на підкроквяні ферми, що встановлюються по поздовжніх рядах колон.
Спирання кроквяних ферм на підкроквяні
Покрівля, призначена для захисту будівлі від атмосферних впливів зверху, разом з конструкціями, що її підтримують: прогонами, кроквяними і підкроквяними фермами, ліхтарями і т. д. — називається покриттям.
Для конструкцій покриття основними розрахунковими навантаженнями є: снігова та власна вага покриття. Конструкції, які зміцнюють стіну або несуть на собі окремі ділянки стіни, називаються каркасом (фахверком). Для елементів фахверка основними навантаженнями є вертикальному напрямі — вага стіни, а горизонтальному — вітрове навантаження.
Основними навантаженнями для поперечної рами є: вплив від покриття та стінового каркаса, а також вплив кранового навантаження, що складається з вертикального тиску кранів та горизонтальних сил гальмування, що діють у поперечному та поздовжньому напрямках.
Для сприйняття сил поперечного гальмування, що діють на балки підкранові, влаштовують горизонтальні гальмівні балки, а сил поздовжнього гальмування — вертикальні зв'язки між колонами. Додатковим навантаженням для рами є вплив вітрового навантаження.
* Норми та технічні умови проектування виробничих будівель промислових підприємств, Держбудвидав, 1956.
«Проектування сталевих конструкцій», К.К.Муханов