Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Современные производственные здания размещаются в много- и одноэтажных зданиях, схемы и конструкции которых достаточно разнообразны.
По числу пролетов одноэтажные здания подразделяются на одно- и многопролетные(с пролетами одинаковой и разной высоты).Ограждающие конструкции, защищающие помещение от влияния внешней среды, пути внутрицехового транспорта, различные площадки, лестницы, трубопроводы и др технологические оборудования крепятся к каркасу здания. Каркас, т.е. комплекс несущих конструкций, воспринимающих и передающих на фундаменты нагрузки от веса ограждающих конструкций, технологического оборудования, атмосферные нагрузки и воздействия, нагрузки от внутрицехового транспорта(мостовые, подвесные, консольные краны), температурные технологические воздействия и тд.,может выполняться из железобетона, смешанным(часть-ж/б, часть-сталь) и стальным. По виду внутрицехового транспорта здания подразделяют на бескрановые, с мостовыми кранами, с подвесными кранами, с подвесными конвейерами. Для перемещения грузов с большой массой по разнообразным траекториям более целесообразны мостовые и подвесные краны, с помощью которых груз может быть доставлен в любую точку цеха. При стабильных, многократно повторяющихся траекториях наиболее удобны наземные и подвесные конвейеры.
Режим работы кранов и тип подвеса груза учитываются при проектировании каркасов. В связи с этим перед началом проектирования каркаса должны быть получены исчерпывающие данные о транспортном оборудовании и подсчитано количество циклов нагружения конструкций за нормативный срок их эксплуатации. За количество циклов для подкрановых конструкции можно принять число подъемов груза за срок их службы. На работу и долговечность строительных конструкции здания большое влияние оказывает внутрицеховая среда. Степень агрессивности воздействия внутрицеховой среды на стальные конструкции определяется скоростью коррозионного поражения незащищенной поверхности металла. В зависимости от концентрации агрессивных газов и относительной влажности установлены 4 степени агрессивности среды для стальных конструкций:1.неагрессивная,2.слабая,3.средняя, 4.сильная. В некоторых зданиях стальные конструкции подвергаются высоким тепловым воздействиям, случайным воздействиям расплавленного металла или огня. При проектировании таких зданий нужно учитывать специальную защиту конструкций от чрезмерного нагрева. При проектировании зданий, эксплуатируемых в условиях низких температур, учитывается возможность хрупкого разрушения стали, выбирают соответствующие марки стали, проверяют конструкции на хрупкое разрушение, предусматривают дополнительные связи, сокращают размеры температурных отсеков, а также предусматривают мероприятия, уменьшающие концентрацию напряжений. При проектировании каркасов зданий со взрывоопасным производством предусматривают возможность “сбрасывания” части конструкции при взрыве без полного разрушения каркаса.
Требования достаточной надежности (прочности, устойчивости, выносливости, малой деформативности) для каркасов производственных зданий имеются некоторые особенности: это требования повышенной жесткости каркасов зданий с кранами тяжелого режима работы, введение различных коэффициентов условий работы в зависимости от условий эксплуатации конструкций, их элементов и соединений, необходимость расчета некоторых элементов на выносливость.
Чрезвычайно большое влияние на работу каркаса здания оказывают краны. Являясь динамическими, многократно повторяющимися и большими по величине, крановые воздействия часто приводят к раннему износу и повреждению конструкций каркаса, особенно подкрановых балок. Поэтому при проектировании каркаса здания необходимо учитывать режим работы мостовых кранов, который зависит от назначения здания и производственного процесса в нем.
Мостовые краны могут быть с ручным или электрическим приводом. Режим работы крана с электрическим приводом определяется интенсивностью работы, продолжительностью работы двигателя, количеством включения механизма в час. Краны с электр приводом могут работать в 4х режимах:
Л(легком) – работаю с большими перерывами, редко понимая грузы.
С(среднем) – обеспечивают технологический процесс в механических и сборочных цехах со среднесерийным производством.
Т(тяжелом) – работают в цехах с крупносерийной продукцией.
ВТ(весьма тяжелом) – все численные характеристики режима работы приближены к единице.
На работу и долговечность строительных конструкции здания большое влияние оказывает внутрицеховая среда. Степень агрессивности воздействия внутрицеховой среды на стальные конструкции определяется скоростью коррозионного поражения незащищенной поверхности металла. В зависимости от концентрации агрессивных газов и относительной влажности установлены 4 степени агрессивности среды для стальных конструкций:1.неагрессивная,2.слабая,3.средняя, 4.сильная.
При проектировании зданий с высокой степенью агрессивности среды особое внимание обращается на выбор марки стали, достаточно стойкой против коррозии при определенном составе агрессивной среды, конструктивную форму элементов каркаса, эффективные защитные покрытия.
Каркасы производственных зданий проектируются так, чтобы несущая способность поперек здания обеспечивается поперечными рамами, а вдоль – продольными элементами каркаса, кровельными и стеновыми панелями.
Поперечные рамы состоят из колонн и ригелей.
Продольные элементы каркаса – это подкрановые конструкции, подстропильные фермы, связи между колоннами и фермами, кровельные прогоны.
Кроме перечисленных элементов в составе каркаса конструкции торцевого фахверка, площадок, лестниц и других элементов здания.
Конструктивные схемы каркаса достаточно многообразны. В каркас с одинаковыми шагами колонн по всем рядам наиболее наиболее простая конструктивная схема – это поперечные рамы, на которые опираются подкрановые конструкции, а также панели покрытия или прогоны. Такое конструктивное решение обеспечивает выполнение эксплуатационных требований в большинстве машиностроительных цехов, в которых оборудование размещается при относительно небольших шагах колонн по внутренним рядам (6-12м). Такая схема удобна для бесфонарных зданий и зданий с продольными фонарями.
При необходимости освещение с помощью поперечных фонарей их конструкции могут быть использованы для опирания панелей покрытия. При необходимости больших шагов колонн по всем рядам можно использовать схему с продольным фонарем, несущим часть нагрузки от покрытия.
При больших пролетах и шагах колонн эффективно применяются каркасы с пространственным ригелем. Ригель рамы выполняется в виде коробчатого сквозного сечения с консолями, на которые опираются конструкции фонаря.
При относительно небольших пролетах используются сплошные рамные каркасы для одно- и многопролетных зданий с пролетами 12-24м , высотой помещения 5-8м без мостовых кранов и с кранами грузоподъемностью до 20т, с фонарями и без. Эти каркасы выполняются в виде бесшарнирных систем, трехшарнирных, трехшарнирных с затяжкой. Мостовые краны опираются на консоли или устанавливаются на легкие крановые эстакады. Каркасы очень удобны в изготовлении, транспортировке и монтаже. Сечения рам составные из швеллеров и листовой стали или из гнутосварных профилей.
В цехах, где по средним рядам шаг колонн должен быть больше, чем по крайнему ряду, устанавливаются подстропильные фермы, на которые опираются ригели рам.
Конструктивные схемы каркасов различаются видом сопряжений (жесткое, шарнирное) ригеля с колонной. При жестком сопряжении кострукция узла крепления фермы к колонне обеспечивает передачу моментов и в расчетной схеме принимается жесткий узел.
В многопролетных цехах горизонтальные нагрузки на одну раму воспринимаются несколькими колоннами, и поэтому даже в цехах большой высоты часто оказывается возможным использовать шарнирное сопряжение.
В многопролетных цехах с пролетами разной высоты возможны решения, при которых часть узлов проектируются жесткими, часть – шарнирными.
Каркасы производственных зданий изредка проектируются в виде висячих конструкций, складок, оболочек, структур.
Область применения стальных каркасов с учетов дефицита стали регламентируется ТП 101-81 “Технические правила по экономному расходованию основных строительных материалов”. По этим правила в одноэтажных зданиях допускается применение стального каркаса при:
1.высоте здания от пола до низа стропильной фермы, равной или большей 18м.
2.кранов грузоподъемностью 50т и более, а при кранах весьма тяжелого режима работы – при любой грузоподъемности.
3.двухярусном расположении кранов.
4.шаге колонн более 12м.
5.строительстве в труднодоступных районах(горя, пустыни и тп) и в районах где нет базы по изготовлению ж/б конструкций.
Кроме того, допускается применение сквозных типовых легких конструкций комплектной поставки при пролетах не менее 24м и сплошные рамные коробчатые сечения при пролетах не менее 18м для строительства зданий площадью не менее 5тыс.кв.м., а при обосновании экономического эффекта в виде прибыли от реализации досрочно выпущенной продукции и при меньших площадях.
Смешанные каркасы, т.е. состоящие из ж/б колонн и стальных стропильных и подстропильных ферм, допускается применять при:
1.пролете не менее 30м.
2.подвесном транспорте грузоподъемностью 5т и более, а также при развитой сети конвейерного транспорта.
3.тяжелых условиях эксплуатации(динамические нагрузки или нагрев конструкций до температуры свыше 100°С).
4.расчетной сейсмичности 9 баллов и пролете не менее 18м, сейсмичности 8 баллов и пролете не менее 24м.
5.легких кровлях неотапливаемых зданий при пролете не менее 24м, а при наличии подвесного транспорта грузоподъемностью не менее 2т и при меньших пролетах.
6.пролетах многопролетных зданий с рулонной кровлей при пролете 18м и более.
В ж/б каркасах часть элементов (фонари, связи, ригели фахверка) допускается выполнять из стали, а подкрановые балки почти во всех случаях (за исключением балок пролетами 6 и 12м под краны легкого и среднего режима работы грузоподъемностью не более 32т) проектируются стальными.
Размещение колонн в плане принимают с учетом технологических, конструктивных и экономических факторов. Оно должно быть увязано с габаритами технологического оборудования, его расположением и направлением грузопотоков. Размеры фундаментов под колонны увязывают с расположением и габаритами подземных сооружений. Колонны располагают так, чтобы вместе с ригелями они образовывали поперечные рамы, т.е. в многопролетных цехах колонны разных рядов устанавливают по одной оси.
Согласно требованиям унификации промышленных зданий, расстояние между колоннами поперек здания (размеры пролетов) назначают в соответствии с укрупненным модулем, кратным 6м (иногда 3м); для производственных зданий l =18,24,30,36м и более. Расстояние между колоннами в продольном направлении (шаг колонн) также принимают кратным 6м. Шаг колонн однопролетных зданий а также шаг крайних (наружных) колонн многопролетных зданий обычно не зависит от расположения технологического оборудования и его принимают равным 6 или 12м. Вопрос о назначении шага колонн крайних рядов (6 или 12м) для каждого конкретного случая решается сравнением вариантов. Как правило, для зданий больших пролетов (l≥30м) и значительной высоты (H≥14м) с кранами большой грузоподъемности (Q≥50т) оказывается выгоднее шаг 12м и, наоборот, для зданий с меньшими параметрами экономичнее оказывается шаг колонн 6м. У торцов зданий колонны обычно смещаются с модульной сетки на 500мм для возможности использования типовых ограждающих плит и панелей с номинальной длиной 6 или 12м. Смещение колонн с разбивочных осей имеет и недостатки, поскольку у торца здания продольные элементы стального каркаса получаются меньшей длины., что приводит к увеличению типоразмеров конструкций.
В многопролетных зданиях шаг внутренних колонн исходя из технологических требований часто принимается увеличенным, но кратным шагу наружных колонн.
При больших размерах здания в плане в элементах каркаса могут возникать большие дополнительные напряжения от изменения температуры. Поэтому в необходимых случаях здание разрезают на отдельные блоки поперечными и продольными температурными швами.
Наиболее распространенный способ устройства поперечных температурных швов заключается в том, что в месте разрезки здания ставят две поперечные рамы (не связанные между собой какими-либо продольными элементами), колонны которых смещают с оси на 500мм в каждую сторону, подобно тому как это делают у торца здания.
Продольные температурные швы решают либо расчленением многопролетной рамы на две (или более) самостоятельные, что связанно с установкой дополнительных колонн, либо с подвижным в поперечном направлении опиранием одного или другого устройства. В первом решении предусматривается дополнительная разбивочная ось на расстоянии 1000 или 500мм от основной. Иногда в зданиях, имеющих ширину, превышающую предельные размеры для температурных блоков, продольную разрезку не делают, предпочитаю некоторое утяжеление рам, необходимое по расчету на температурные воздействия.
В некоторых случаях планировка здания, обусловленная технологическим процессом, требует, чтобы продольные ряды колонн двух пролетов цеха располагались во взаимно перпендикулярных направлениях. При этом также возникает необходимость в дополнительной разбивочной оси. Расстояние между осью продольного ряда колонн одного отсека и осью торца другого отсека, принимается равным 1000мм, а колонны смещаются с оси внутрь на 500мм.
Вертикальные габариты здания зависят от технологических условий производства и определяются расстоянием от уровня пола до головки кранового рельса и расстоянием от головки кранового рельса до низа несущих конструкции покрытия . В сумме эти размеры составляют полезную высоту цеха .
Размер диктуется высотой мостового крана:
Где, – расстояние от головки рельса до верхней точки тележки крана плюс установленный по требованиям техники безопасности зазор между этой точкой и строительными конструкциями, равной 100мм.
f – размер, учитывающий прогиб конструкций покрытия (ферм, связей), принимаемый равным 200-400мм, в зависимости от величины пролета.
Габариты мостовых кранов даются в соответствующих стандартах и заводских каталогах.
Окончательный размер принимается обычно кратным 200мм.
Высота цеха от уровня пола до низа стропильных ферм:
Размер принимается кратным 1,2м до высоты 10,8м; а при большей высоте – кратным 1,8м из условия соизмеряемости со стандартными ограждающими конструкциями. Если приходится несколько увеличить высоту цеха, то надо изменить отметку головки рельса (полезную высоту цеха), а размер оставить минимально необходимым. В отдельных случаях при соответствующем обосновании размер принимается кратным 0,6м,
Далее устанавливают размеры верхней части колонны , нижней части колонны и высоту у опоры ригеля . Высота верхней части колонны:
Где – высота подкрановой балки, которая предварительно принимается 1/8 – 1/10 пролета балки (шага колонн), – высоты кранового рельса, принимаемая предварительно равной 200мм.
Окончательно уточняют величину после расчета подкрановой балки.
Размеры нижней части колонны:
Где, (600…1000)мм – обычно принимаемое заглубление опорной плиты башмака колонны ниже нулевой отметки пола.
Общая высоты колонны рамы от низа базы до низа ригеля:
Высота части колонны в пределах ригеля зависит от принятой конструкции стропильных ферм. При плоских кровлях и фермах с элементами из парных уголков высота принимается равной 2,25м при пролете 24м и 3,15м при пролетах 30,36м. При элементах ферм, выполненных из других профилей, целесообразно принимать высоту такой же.
При определении горизонтальных размеров учитываются унифицированные привязки колонн к разбивочным осям, требования прочности и жесткости, предъявляемые к колоннам, эксплуатационные требования.
Привязка наружной грани колонны к оси колонны а может быть нулевой, 250 или 5000мм. Нулевую привязку принимают для зданий без мостовых кранов, а также в невысоких зданиях (при шаге колонн 6м), оборудованных кранами грузоподъемностью не более 30т.
Привязку размеров а=500мм принимают для относительно высоких зданий с кранами грузоподъемностью 100т и более, а также если в верхней части колонны устраиваются проемы для проходов. В остальных случаях а=250мм.
Колонны постоянного по высоте сечения используются для цехов с подвесным транспортов и с мостовыми кранами небольшой грузоподъемности. Высота сечения таких колонн назначается с учетом унифицированных привязок наружных граней колонн к разбивочной оси. Таким образом, высота сечения колонны может быть 450мм (250+200мм) и 700мм (500+200мм).
Высоту сечения верхней части ступенчатой колонны назначают аналогично (450, 700мм), но не менее 1/12 её высоты .
Ось подкрановой ветви колонны обычно совмещают с осью подкрановой балки; в этом случае высота сечения нижней части колонны:
Где, – расстояние от оси подкрановой балки до оси колонны.
С учетом обеспечения жесткости цеха в поперечном направлении высота сечения нижней части колонны назначается не менее 1/20 , а в цехах с интенсивной работой мостовых кранов – не менее 1/15 .
Верхнюю часть колонны обычно проектируют сплошной, двутаврового сечения; нижнюю часть принимают сплошной при ширине до 1м, а при большей ширине её экономичней делать сквозной.
Связи – это важные элементы стального каркаса, которые необходимы для:
1.обеспечения неизменяемости пространственной системы каркаса и устойчивость его сжатых элементов.
2.восприятия и передачи на фундаменты некоторых нагрузок (ветровых, горизонтальных от кранов).
3.обеспечения совместной работы поперечных рам при местных нагрузках (например, крановых).
4.создания жесткости каркаса, необходимой для обеспечения нормальных условий эксплуатации.
Связи подразделяют на связи между колоннами и связи между фермами (связи шатра).
Система связей между колоннами обеспечивает о время эксплуатации и монтажа геометрическую неизменяемость каркаса и его несущую способность в продольном направлении, а также устойчивость колонн из плоскости поперечных рам.
Для выполнения этих функций необходим хотя бы один вертикальный жесткий диск по длине температурного блока и система продольных элементов, прикрепляющих колонны, не входящие в жесткий диск, к последнему. В жесткие диски включены две колонны, подкрановая балка, горизонтальные распорки и решетка, обеспечивающая при шарнирном соединении всех элементов диска геометрическую неизменяемость. Решетка чаще всего проектируется крестовой, элементы которой работают на растяжение при любом направлении сил, передаваемых на диск, и треугольной, элементы которой работают на растяжение и сжатие. Схема решетки выбирается так, чтобы её элементы было удобно крепить к колоннам (углы между вертикалью и элементов решетки близки к 45°). При больших шагах колонн в нижней части колонны целесообразно устройство диска в виде двухшарнирной решетчатой рамы, а в верхней – использования подстропильной фермы. Распорки и решетка при малых высотах сечения колонн располагаются в одной плоскости, а при больших высотах – в двух плоскостях. На связевые диски передаются крутящие моменты, и поэтому при расположении вертикальных связей в двух плоскостях они соединяются горизонтальными решетчатыми связями.
При размещении жестких дисков вдоль здания нужно учитывать возможность перемещения колонн при температурных деформациях продольных элементов (рис.11.6, а). Если поставить диски по торцам здания (рис 11.6, б), то во всех продольных элементах (подкрановые конструкции, подстропильные фермы, распорки связей) возникают чрезмерные температурные усилия .
Поэтому при небольшой длине здания (температурного блока) ставится вертикальная связь в одной панели (рис 11.7, а). При большой длине здания (или блока) для колонн в торцах возрастают неупругие перемещения за счет податливости креплений продольных элементов к колоннам. Расстояние от торца до диска ограничивается с целью закрепления колонн, расположенных близко к торцу, от потери устойчивости. В этих условиях вертикальные связи ставят в двух панелях (рис 11.7, б), причем расстояние между осями должны быть такими, чтобы усилие не были очень велики.
По торцам здания крайние колонны иногда соединяются между собой гибкими верхними связями (рис 11.7, а). Верхние торцевые связи также делают в виде крестов (рис 11.7, б).
Верхние вертикальные связи следует размещать не только в торцевых панелях здания, но и в панелях, примыкающих к температурным швам, так как это повышает продольную жесткость верхней части каркаса; кроме того, в процессе возведения цеха каждый температурный блок может в течение некоторого времени представлять собой самостоятельный конструктивный комплекс.
Вертикальные связи между колоннами ставят по всем рядам колонн здания; располагать их следует между одними и теми же осями.
Связи, устанавливаемые в пределах высоты ригелей в связевом блоке и торцевых шагах, проектируют в виде самостоятельных ферм, в остальных местах ставят распорки.
Продольные элементы связей в точках крепления к колоннам обеспечивают несмещаемость этих точек из плоскости поперечной рамы (рис 11.8, а). Эти точки в расчетной схеме колонны (рис 11.8, б) могут приняты шарнирными опорами. При большой высоте нижней части колонны бывает целесообразна установка дополнительной распорки (рис 11.8, в, которая закрепляет нижнюю часть колонны посередине ее высоты и сокращает расчетную длину колонны (рис 11.8, г).
При большой длине элементов связи, воспринимающие неольшие усилия, рассчитываются по предельной гибкости.
Связи между фермами, создавая общую пространственную жесткость каркаса.ю обеспечивают: устойчивость сжатых элементов ригеля из плоскости ферм; перераспределение местных нагрузок, приложенных к одной из рам; удобство монтажа: заданную геометрию каркаса; восприятие и передачу на колонны некоторыз нагрузок.
Система связей покрытия состоит из горизонтальных и вертикальных связей. Горизонтальные связи располагаются в плоскостях нижнего, верхнего поясов ферм и верхнего пояса фонаря. Горизонтальные связи состоят из поперечных и продольных (рис.11.10, 11.11)
Элементы верхнего пояса стропильных ферм сжаты, поэтому необходимо обеспечить их устойчивость из плоскости ферм.
Для закрепления плит и прогонов от продольных смещений устраиваются поперечные связи по верхним поясам ферм, которые целесообразно располагать в торцах цеха с тем, чтобы они обеспечивали пространственную жесткость покрытия. При большой длине здания или температурного блока (более 144м) устанавливаются дополнительные поперечные связевые фермы. Это уменьшает поперечные перемещения поясов ферм, возникающие вследствие податливости связей.
Особое внимание обращают на завязку узлов ферм в пределах фонаря, где нет кровельного настила. Здесь для раскрепления узлов верхнего пояса ферм из их плоскости предусматриваются распорки, причем такие распорки в коньковом узле фермы обязательны. Распорки прикрепляются к торцовым связям в плоскости верхних поясов ферм.
В зданиях с мостовыми кранами необходимо обеспечить горизонтальную жесткость каркаса как поперек, так и вдоль здания. При работе мостовых кранов возникают усилия, вызывающие поперечные и продольные деформации каркаса цеха. Поэтому в однопролетных зданиях большой высоты (), в зданиях с мостовыми кранами и весьма тяжелого режима работы при любой грузоподъемности обязательна система связей по нижним поясам ферм.
Для сокращения свободной длины растянутой части нижнего пояса приходится в некоторых случаях предусматривать растяжки, закрепляющие нижний пояс в боковом направлении.. Эти растяжки воспринимают условную поперечную силу Q.
В длинных зданиях, состоящих из нескольких температурных блоков, поперечные связевые фермы по верхним и нижним поясам ставят у каждого температурного шва, имея ввиду что каждый температурный блок представляет собой законченный пространственный каркас. Стропильные фермы обладают незначительной боковой жесткостью, поэтому необходимо устраивать вертикальные связи между фермами, располагающиеся в плоскости вертикальных стоек стропильных ферм(рис 11.10, в).
При опирании опорного нижнего узла стропильных на оголовок колонны сверху вертикальные связи необходимо располагать также по опорным стойкам ферм.
В многопролетных цехах связи по верхним поясам ферм и вертикальные ставятся во всех пролетах, а горизонтальные по нижним поясам – по контуру здания и некоторым средним рядам колонн через 60-90м по ширине здания(рис 11.13). В зданиях имеющих перепады по высоте, продольные связевые фермы ставят и вдоль этих перепадов.
Конструктивная схема связей зависит главным образом от шага стропильных ферм. Для горизонтальных связей пи шаге ферм 6м обычно применяют крестовую решетку, раскосы которой работают только на растяжение(рис 11.14, а), а также могут применяться фермы с треугольной решеткой(рис 11.14, б) – здесь раскосы работаю как на сжатие, так и на растяжение. При шаге 12м диагональные элементы связей, даже работающие только на растяжение, получаются слишком тяжелыми, поэтому систему связей проектируют так, чтобы наиболее длинный элемент был не более 12м, и эти элементы поддерживают диагонали.