Колонны для промышленных зданий. Основные особенности применения железобетонных колонн. Особенности устройства монолитных колонн

Колонны в системе каркаса воспринимают вертикальные и горизонтальные постоянные и временные нагрузки. Для массового индустриального строительства разработаны типовые конструкции сборных железобетонных колонн для зданий с опорными мостовыми кранами и для бескрановых зданий.

Железобетонные колонны для зданий с мостовыми кранами имеют консоли для опирания подкрановых балок. Для бескрановых зданий применяют колонны без консолей.

По расположению в системе здания колонны делят на крайние (расположенные у наружных продольных стен), средние и торцовые (расположенные у наружных поперечных (торцовых) стен).

Для бескрановых зданий высотой от 3 до 14.4 м разработаны колонны постоянного сечения (рис. 7). Размеры сечения колонн зависят от нагрузки и длины колонн, их шага и расположения (в крайних или средних рядах) и могут быть квадратными (300х300, 400х400 мм) или прямоугольными (от 500х400 до 800х400 мм). В фундаменты их заглубляют на 750 - 850 мм.

Рис. 7. Типы железобетонных колонн для бескрановых зданий

Для зданий с опорными мостовыми кранами легкого, среднего и тяжелого режимов работы и грузоподъемностью до 300кН разработаны колонны переменного сечения высотой от 8.4 до 14.4 м (рис.8), а для зданий с кранами грузоподъемностью до 500кН – двухветвевые колонны высотой от 10.8 до 18 м (рис.9).

Размеры колонн переменного сечения в подкрановой части составляют от 400х600 до 400х900 мм, в надкрановой – 400х280 и 400х600 мм. Колонны двухветвевые имеют размеры в подкрановой части 500х1400 и 500х1900, а отдельных ветвей – 500х200 и 500х300 мм.

Рис. 8. Типы сплошных железобетонных колонн для зданий с

мостовыми опорными кранами

Рис. 9. Типы двухветвевых железобетонных колонн для зданий

с мостовыми опорными кранами

В зданиях с тремя и более кранами в пролете для безопасности персонала, обслуживающего краны и подкрановые пути, предусматривают сквозные проходные галереи вдоль подкрановых путей в уровне верха подкрановых балок размером 0.4х2.2 м (рис.10).

Рис. 10. Двухветвевые железобетонные колонны

с проходами в уровне крановых путей

В железобетонных колоннах имеются стальные закладные элементы для крепления стропильных конструкций, подкрановых балок, стеновых панелей (в крайних колоннах) и вертикальных связей (в связевых колоннах). В местах опирания стропильных конструкций и подкрановых балок через стальные листы пропущены анкерные болты.

В зданиях с подстропильными конструкциями длину колонн принимают на 600 мм меньше (см рис. 8,9,10).

Колонны фахверков

Помимо основных колонн в зданиях предусматривают фахверковые колонны, устанавливаемые в торцах зданий и между основными колоннами крайних продольных рядов при шаге 12 м и длине стеновых панелей 6 м. Предназначены они для восприятия ветровых усилий и массы стен.

Фахверковые колонны шарнирно крепят к фундаменту сваркой закладных деталей колонны и опорного листа, установленного поверху фундамента строго по осям (узел 2, рис.11). Колонны фахверка крепят к конструкциям покрытия с помощью листового шарнира (узел 1, рис.11). Такое соединение обеспечивает передачу ветровых нагрузок на каркас здания и устраняет вертикальные воздействия покрытия на колонны фахверка.

Унифицированные железобетонные колонны для торцового фахверка двух типов (I и II) применяются в случаях, приведенных в таблице 1. В остальных случаях применяют стальные колонны фахверков. Конструкции колонн приведены на рис. 11.

Таблица 1

Колонны типа I имеют постоянное поперечное сечение по высоте (h = 300 мм), что позволяет размещать их верхнюю часть в зазоре между торцовой стеной и пристенной балкой покрытия и крепить их к верхнему поясу балки с помощью листового шарнира (узел 1, рис. 11).

Колонны типа II имеют переменное сечение по высоте (Н в и Н н, рис. 11) . Верхняя часть колонны (Н в) имеет такое же сечение, как и колонны типа I (h=300мм) и крепится к верхнему поясу стропильной балки аналогично колоннам типа I (узел 1, рис.11).

В современном индустриальном строительстве применяют в основном сборные железобетонные каркасы, конструктивные элементы которых типизированы.

Фундаменты

Фундаменты устраивают под отдельные опоры (колонны каркасных зданий, столбы), а также под стены бесподвальных легких зданий. Это наиболее дешевый и наименее трудоемкий вид фундаментов – он в 1,5-4 раза дешевле ленточных.

Под колонны одноэтажных промышленных зданий применяют, в основном, монолитные фундаменты, состоящие из подколенника и одно-, двух- или трехступенчатой плитной части (рис. 9.18).

Высота фундаментов принимается 1,5 м и в пределах 1,8-4,2 м с интервалом 0,6 м. Размеры уступов в плане и по высоте - 0,3 или 0,45 м. Все размеры в плане унифицированы и кратны модулю 0,3 м. Размеры конкретного фундамента выбирают в зависимости от нагрузки, передаваемой колонной (колоннами), характеристик грунта и решений части здания ниже нулевой отметки.

Фундамент под спаренные колонны в местах температурных швов и примыканий пролетов устраивают общим (рис. 9.20), кроме случаев, когда необходим осадочный шов.

Обрез фундаментов располагается чаще всего под железобетонные колонны на отметке минус 0,150, а под стальные - минус 0,300 и ниже.

Для установки железобетонных колонн в теле под- колонника фундамента предусматривают углубление - стакан. Зазор между гранями колонны и стенкой стакана принят по верху 75 мм, а по низу - 50 мм (рис. 9.18 г). При стальных колоннах в подколонник закладываются анкерные болты для крепления колонн к фундаменту.

Рис. 9.18. Монолитные столбчатые фундаменты под сборные железобетонные колонны промышленных зданий: а - одноступенчатый; б - двухступенчатый; в - трехступенчатый; г - подколонник; д - вид сверху

Сборные столбчатые фундаменты , в зависимости от размеров, могут быть цельными из одного блока, из блока и плиты или из нескольких различных блоков и плит (рис. 9.26). Цельные фундаменты сравнительно невелики по размерам и массе. Применение ребристых и пустотных элементов позволяет уменьшать материалоемкость сборных столбчатых фундаментов.

Плиты (блоки) укладывают на подготовку толщиной порядка 100 мм - щебеночную пли песчаную при сухих грунтах и бетонную - при влажных. Элементы друг на друга укладывают на растворе и соединяют сваркой закладных деталей, выпусков, анкеров и т.п.

Рис. 9.26. Сборные столбчатые фундаменты под колонны: а-в - одноблочные подколонники; г - подколонник на плите; д - трехплитный; е - подколонник на плитах в два ряда; ж - подколонник на дырчатых плитах в два ряда; з - подколонник на двух ребристых плитах; и - ребристый подколонник на трех плитах; к - высокий (пенькового типа) подколонник на блоке и трех плитах; л - подколонник с заглублением в две плиты; м - ребристый; н - пустотный подколонник на плите; о - из трех пустотных элементов с высоким подколонником

Для опирания наружных и внутренних самонесущих стен применяют фундаментные балки (рис. 9.19), которые передают нагрузку от веса стен на фундаменты. При опирании фундаментных балок на уступах фундаментов рекомендуется устройство приливов (бетонных столбиков), ширину которых принимают не менее максимальной ширины балки, а верх на отметке минус 0,360 или 0,660 - соответственно, при высоте балок 300 и 600 мм.

При замерзании пучинистых грунтов в фундаментных балках могут возникать деформации. Во избежание этого и для предохранения пола от промерзания вдоль стен с боков и снизу балок засыпают шлак (рис. 9.20 в).

Рис. 9.20. Расположение фундаментных балок:

а - вид сбоку; б - план; в - сечение; 1 - фундаментная балка; 2 - прилив или бетонный столбик; 3 - колонна рядовая; 4 - колонна у температурного шва; 5 - колонна примыкающего пролета; 6 - стена; 7 - засыпка шлаком; 8 - отмостка

Рис. 9.19. Фундаментные балки: а - сечения балок для зданий с шагом колонн 6 м; б - то же, 12 м; в - опирание балок на фундамент

Колонны каркаса . Конструкция сборных железобетонных колонн зависит от объемно-планировочного решения промышленного здания и наличия в нем того или иного вида подъемно-транспортного оборудования определенной грузоподъемности. В связи с этим сборные железобетонные колонны подразделяют на две группы. Колонны, относящиеся к первой группе, предназначены для зданий без мостовых кранов, в бескрановых цехах и в цехах, оснащенных подвесным подъемно-транспортным оборудованием. Колонны, относящиеся ко второй группе, применяют в цехах, оборудованных мостовыми кранами.

По конструктивному решению колонны разделяют на одноветвевые и двухветвевые , по местоположению в здании – на крайние, средние и располагаемые у торцевых стен.

Типовые колонны запроектированы под нагрузки: от покрытия и подвесного подъемно-транспортного оборудования в виде монорельсов или подвесных кранов грузоподъемностью до 5 т и от покрытия и мостовых кранов грузоподъемностью до 50 т. Разработаны решения сборных железобетонных двухветвевых колонн под краны грузоподъемностью 75/20, 100/20 и 125/20 т для пролетов 24, 30 и 36 м при шаге колонн 6 и 12 м. Градация колонн по высоте установлена кратной модулю 600 мм.

Для зданий без мостовых кранов, имеющих высоту от пола до низа несущих конструкций покрытия до 9,6 м, применяют колонны сечением 400х400, 500х500 и 600x500 мм (рис. 24.1, а). Средние колонны сечением 400х400 мм в месте опирания несущих конструкций покрытия имеют со стороны двух боковых граней консоли. Выбор сечения колонны зависит от размеров пролета и их числа, величины шага колонн, наличия подстропильных конструкций, подвесного транспорта и конструктивного решения покрытия.

Рис. 24.1. Сборные железобетонные колонны: а – одноветвевые для бескрановых зданий; б – одноветвевые для крановых зданий; в – двухветвевые для крановых зданий; г – расположение закладных стальных деталей в колонне: 1 – стальной лист с анкерами для крепления сборных железобетонных балок или ферм; 2 – то же, для крепления подкрановых балок; 3 – стальной лист для крепления подкрановых балок к колоннам поверху, 4 – закладные детали для крепления вертикальных связей; 5 – закладная деталь для крепления стеновых панелей. 6 – отверстие для строповки; 7 – опорный столик

В тех случаях, когда бескрановое здание должно иметь высоту более 9,6 м, можно использовать колонны для зданий с мостовыми кранами. Такое решение позволяет расширить область применения типовых колонн без увеличения числа их типоразмеров. Для зданий, оборудованных мостовыми кранами грузоподъемностью до 20 т, применяют одноветвевые колонны прямоугольного сечения (рис. 24.1, б).

Колонна для здания, оборудуемого мостовыми кранами, состоит из надкрановой и подкрановой частей. Надкрановая часть служит для опирания несущей конструкции покрытия и называется надколонником. Подкрановая часть воспринимает нагрузки от надколонника, а также от подкрановых балок, которые опирают на консоли колонн, и передает их на фундамент. Крайние колонны имеют одностороннюю консоль, средние – двухсторонние консоли.

Сечения крайних и средних колонн при шаге 6 м – 400x600 и 400х800 мм, а при шаге 12 м – 500х800 мм. При кранах грузоподъемностью до 30 т и высоте здания более 10,8 м применяют двухветвевые колонны, которые по расходу материала экономичнее одноветвевых. Они бывают ступенчатые и ступенчато-консольные (рис. 24.1, в): первые предназначены для крайних рядов, вторые – для средних.

Высота типовых двухветвевых колонн 10,8-18 м. Колонны высотой 16,2 и 18 м применяют в тех случаях, когда это целесообразно по эксплуатационным условиям и обосновано экономическими соображениями. Просветы между ветвями используют для пропуска санитарно-технических и технологических коммуникаций. В отдельных случаях можно применять железобетонные колонны при кранах грузоподъемностью свыше 50 т. В таких двухветвевых колоннах устраивают проходы для рабочих, которые располагают на уровне подкрановых путей.

Величина заглубления колонн ниже нулевой отметки зависит от вида и высоты колонн, грузоподъемности кранового оборудования и наличия помещений или приямков, располагаемых ниже уровня пола. Величина заглубления колонн в зданиях с подвесным транспортом и без него – 0,9 м; колонн прямоугольного сечения, применяемых в зданиях с мостовыми кранами, – 1 м; двухветвевых колонн высотой 10,8 м – 1,05 м и таких же колонн высотой 12,6-18 м – 1,35 м; двухветвевых колонн при кранах грузоподъемностью более 50 т – 1,6 м, а при наличии технических подполий, каналов или подвалов – 3,6-5,6 м. Такие размеры обусловлены унификацией размеров сборных железобетонных конструкций. С элементами каркаса колонны соединяют болтами и сваркой свальных закладных деталей (рис. 24.1, г).

На боковых поверхностях одноветвевых и двухветвевых колонн в местах их заделки в фундамент для восприятия сдвигающих усилий предусматривают устройство шпонок в виде треугольных канавок глубиной 25 мм с шагом 200 мм.

Марки колонн для определенного типа здания подбирают по каталогу сборных железобетонных изделий в зависимости от грузоподъемности кранов, режима их работы, шага колонн, пролета и высоты здания, нагрузки от покрытия и давления ветра.

К современным прогрессивным конструктивным решениям колонн можно отнести цилиндрические колонны из центрифугированного железобетона, которые применяют в настоящее время в экспериментальном порядке как для зданий без опорных кранов, так и с опорными кранами грузоподъемностью до 30 т и в промышленных сооружениях различного назначения. Такое решение позволяет уменьшить расход бетона на 30-50% и стали на 20-30% (рис. 24.2).

Рис. 24.2. Типы цилиндрических колонн

Фундаменты под колонны. Объем бетона, идущего в фундаменты под колонны в промышленном здании, составляет 20-35% общего объема расходуемого бетона, а стоимость их возведения составляет 5-20% полной стоимости здания. Это говорит о том, что правильный выбор конструкции фундамента имеет существенное значение и в значительной мере влияет на стоимость всего здания.

Фундаменты устраивают монолитными и сборными. Сборные железобетонные фундаменты могут быть из одного блока, из блока и плиты или из нескольких блоков и плит. Блоки и плиты укладывают на подготовку толщиной 100 мм – щебеночную при сухих грунтах и бетонную (марки 50) при влажных грунтах.

На один фундаментный блок можно опирать от одной до четырех колонн (в местах устройства температурных швов). Площадь подошвы и другие размеры фундамента устанавливают по расчету в зависимости от передаваемой на него нагрузки и несущей способности основания.

Фундаменты в виде отдельных блоков (рис. 24.3) имеют квадратное или прямоугольное очертание в плане. Их применяют под сборные железобетонные колонны сечением 400x400 и 500x500 мм. Одноблочные фундаменты массой до 12 т изготовляют на заводах сборных железобетонных конструкций, а массой до 22 т – на полигонах или их выполняют монолитными непосредственно на строительной площадке. Одноблочные фундаменты – башмаки устраивают ступенчатыми с размерами стаканов соответственно размерам поперечных сечений колонн.

Рис. 24.3. Сборные фундаменты под колонны: а – из одного блока; б – из блока и плиты: 1 – фундаментная плита; 2 – стакан, 3 – подъемные петли; 4 – риски; 5 – сварные швы; 6 – выравнивающий слой раствора; 7 – закладные детали и анкеры; 8 – газовые трубки

Когда на фундаменты передают большие нагрузки, что вызывает значительные их размеры, и масса блока превышает грузоподъемность кранов, а применение монолитной конструкции экономически нецелесообразно, возникает необходимость применения сборных фундаментов. Сборные фундаменты могут быть из двух элементов – блока и плиты (рис. 24.3, б) или нескольких блоков и плит (рис. 24.4, а). Последние применяют в том случае, если масса блоков в двухблочном фундаменте оказывается больше грузоподъемности наличных транспортных и монтажных средств. Сборные элементы фундаментов укладывают на растворе и скрепляют между собой сваркой закладных стальных деталей.

Рис. 24.4. Сборные железобетонные фундаменты и опирание на них колонн каркаса: а – из нескольких блоков и плит; б – то же, из блоков с пустотами; в – жесткая заделка колонны в стакан: 1 – колонна; 2– башмак со стаканом (подколонник); 3 – промежуточный блок; 4 – плиты; 5 – цокольная панель; 6 – столбик; 7 – фундаментная балка; 8 – монтажный бетон: 9 – цементный раствор; 10 – соединение закладных стальных деталей с помощью сварки

На сборные фундаменты расходуется большое количество бетона и стали. Для устранения этого недостатка элементы многоблочного фундамента можно выполнять с вертикальными пустотами, получая фундамент как бы в виде балочной клетки (рис. 24.4 б). Блоки и плиты, образующие фундамент, представляют собой пакеты железобетонных элементов, соединенных конструктивными диафрагмами.

Число, размеры и расположение пустот в плане выбирают так, чтобы при укладке элементов фундамента друг на друга образовались колодцы, проходящие через весь фундамент. Вертикальные пустоты могут быть различной формы: круглые, квадратные, прямоугольные, овальные. В случае передачи на фундамент эксцентричной нагрузки часть вертикальных колодцев в пределах контура подколонника может быть заармирована и замоноличена.

Отметка верхнего обреза фундамента независимо от грунтовых условий должна быть на 150 мм ниже отметки чистого пола (рис. 24.4, а). Такое решение дает возможность осуществлять монтаж конструкций наземной части здания после того, как произведена обратная засыпка котлованов, устроена подготовка под полы и проложены все коммуникации, что особенно важно в условиях просадочных макропористых грунтов, когда попадание воды в котлованы должно быть совершенно исключено.

Для заложения фундаментов на требуемую по геологическим условиям глубину применяют в зависимости от экономической целесообразности один из следующих способов: устраивают дополнительную подушку под подошвой фундамента, увеличивают верхнюю ступень фундамента, колонны устанавливают одной высоты (по наименьшей отметке заложения фундаментов), а в местах изменения отметок заложения фундаментов применяют вставки – подколонники.

Соединение колонн каркаса с фундаментами, как правило, выполняют в виде жесткого сопряжения. При таком соединении колонны устанавливают в специально устроенные в фундаментах стаканы (рис. 24.4, в). При этом зазоры в стаканах между колоннами и башмаками заполняют бетоном.

Фундаментные балки . Наружные и внутренние самонесущие стены здания устанавливают на фундаментные балки, посредством которых нагрузку передают на фундаменты колонн каркаса. Фундаментные балки укладывают на специально заготовленные бетонные столбики, устанавливаемые на обрезы фундаментов (рис. 24.5, а).

Рис. 24.5. Опирание фундаментных балок на фундаменты: а – под продольную стену; б – под торцевую стену: 1 – фундаментная балка; 2 – бетонный столбик; 3 – колонна; 4 – самонесущая продольная стена; 5 – торцевая стена; 6 – фахверковая колонна; 7 – фундамент под основную колонну; 8 – фундамент под колонну фахверка; 9 – шлаковая засыпка; 10 – жирная глина; 11 – песчаная подсыпка; 12 – отмостка; 13 – гидроизоляция

Основные фундаментные балки изготовляют высотой 450 мм (для шага колонн 6 м) и 600 мм (для шага колонн 12 м) и шириной 260, 300, 400 и 520 мм. Эти размеры соответствуют наиболее распространенной в промышленных зданиях толщине наружных стен. На рис. 24.5, б показано расположение фундаментных балок под торцевую стену. Сечение фундаментных балок может быть тавровым, трапециевидным и прямоугольным. Балки таврового сечения получили наибольшее распространение как более экономичные по расходу стали и бетона.

При замерзании под действием увеличивающихся в объеме пучинистых грунтов в фундаментных балках могут возникнуть деформации. Во избежание этого и для предохранения пола от промерзания вдоль стен балку с боков и снизу засыпают шлаком. Верхнюю грань фундаментной балки размещают на 30-50 мм ниже уровня пола помещения, который в свою очередь располагают примерно на 150 мм выше отметки спланированной вокруг здания поверхности земли.

Поверх фундаментных балок укладывают гидроизоляцию из цементно-песчаного раствора или из двух слоев рулонного материала на мастике. На поверхности земли вдоль фундаментных балок устраивают отмостку или тротуар. После установки сборных фундаментных балок на место зазоры между ними и колоннами заполняют бетоном.

Обвязочные балки служат для опирания наружных стен в местах перепада высот зданий, а при расположении этих балок над оконными проемами они выполняют роль перемычек. Изготовляют обвязочные балки разрезными. Их размеры и форму поперечного сечения принимают в зависимости от толщины устанавливаемых на них стен и величины передаваемой нагрузки.

Обвязочные балки применяют тогда, когда стены здания делают из кирпича или мелких блоков. Размеры обвязочных балок унифицированы; под кирпичные стены ширина 250 и 380 мм с «носиком», под стены из мелких блоков толщиной 190 мм обвязочные балки принимают шириной 200 мм. Обвязочные балки изготовляют высотой 600 мм и длиной 6 м (рис. 24.6) и крепят к колоннам каркаса с помощью монтажных деталей, привариваемых к закладным деталям в балках и колоннах. В типовых железобетонных колоннах для этих целей используют закладные детали, предусмотренные для крепления стеновых панелей.

Рис. 24.6. Крепление обвязочных балок к железобетонной колонне: 1 – стальная опорная консоль; 2 – закладные детали в колонне; 3 – закладная деталь в обвязочной балке; 4 – бетон на мелким гравии

Железобетонные подкрановые балки служат опорами для рельсов, по которым передвигаются мостовые краны. Кроме того, они обеспечивают продольную пространственную жесткость каркаса здания.

Железобетонные подкрановые балки имеют ограниченное применение и могут быть разрезными и неразрезными. Первые по сравнению со вторыми получили большее распространение, так как они проще в монтаже. При устройстве неразрезных балок расход арматуры меньше, однако выше трудоемкость их изготовления.

В зависимости от положения балок вдоль кранового пути различают балки средние и крайние, располагаемые у поперечных температурных швов и у торцов зданий. Последние имеют те же размеры, что и средние, однако закладные детали в них, предназначенные для крепления к колоннам, располагают на расстоянии 500 мм от торца балок.

Железобетонные подкрановые балки могут быть таврово-трапециевидного или двутаврового сечения (рис. 24.7), их применяют под краны легкого и среднего режима работы при шаге колонн 6 и 12 м и грузоподъемности мостовых кранов до 30 т.

Рис. 24.7. Железобетонные подкрановые балки: а – тавровые под краны грузоподъемностью 10–30 т при шаге колонн 6 м; б – двутавровые поп, краны грузоподъемностью 10–30 т при шаге колонн 12 м; 1 – отверстия для крепления троллейных проводов, 2 – отверстия для крепления кранового пути

После установки и выверки подкрановых балок производят их крепление (рис. 24.8) к колоннам: внизу – на болтах и сварке, вверху – приваркой вертикально поставленного листа к закладным деталям в колонне и балке. При изготовлении железобетонных подкрановых балок в их тело закладывают газовые трубки, необходимые для пропуска болтов крепления кранового пути и подвесок для троллейных проводов.

Рис. 24.8. Крепление подкрановых балок к колоннам каркаса: 1 – колонна; 2 – подкрановая балка; 3 – закладная стальная деталь колонны; 4 – опорный стальной лист консоли колонны; 5 – стальная прокладка с отверстиями для болтов; 6 – нижняя закладная стальная деталь подкрановой балки; 7 – анкерные болты; 8 – верхняя закладная стальная деталь подкрановой балки; 9 – крепежный вертикально поставленный стальной лист; 10 – сварка

Крановый путь монтируют в определенной последовательности. По верху подкрановой балки укладывают тонкую упругую подкладку из прорезиненной ткани толщиной 8–10 мм с двухсторонней резиновой обкладкой. Перед ее укладкой поверхности подкрановой балки, рельса и упругой подкладки тщательно очищаются от грязи и жира. По упругой подкладке устанавливают и отрихтовывают крановый рельс и затем закрепляют его лапками-прижимами.

Для кранов грузоподъемностью 10-30 т применяют рельсы Р-43, КР-70 и КР-89 специального профиля. При кранах грузоподъемностью 5-10 т применяют и железнодорожные рельсы широкой колеи Р-38. В пределах температурного блока рельсы сваривают в одну плеть.

В горцах здания на подкрановых балках устанавливают упоры для мостовых кранов.

Несущие конструкции покрытий промышленных зданий подразделяют на стропильные, подстропильные и несущие элементы ограждающей части покрытия .

В промышленных зданиях обычно применяют следующие типы стропильных несущих конструкций: плоскостные – балки, фермы, арки и рамы ; пространственные – оболочки, складки, купола, своды и висячие системы .

Подстропильные конструкции выполняют в виде балок и ферм , а несущие конструкции ограждающей части покрытия – в виде крупноразмерных плит . Соответственно унифицированным размерам объемно-планировочных элементов промышленных зданий величину поперечных пролетов и продольного шага несущих конструкций назначают кратной укрупненному модулю 6 м, в отдельных случаях допускают применение модуля 3 м.

Железобетонные балки применяют для устройства покрытий в промышленных зданиях при пролетах 6, 9, 12 и 18 м. Необходимость балочных покрытий при пролетах 6, 9 и 12 м (таких размеров пролеты можно перекрыть и плитами) возникает в случае подвески к несущим конструкциям монорельсов или кранов.

Железобетонные балки могут быть односкатными, двухскатными и с параллельными поясами (рис. 24.9). Односкатные балки применяют в зданиях с шагом колонн 6 м и наружным отводом воды. Двухскатные балки устанавливают как в зданиях с наружным, так и с внутренним отводом воды. Балки пролетами 6, 9 и 12 м устанавливают только с шагом 6 м, а балки пролетом 18 м – с шагом 6 и 12 м. При наличии подвесного транспорта независимо от пролета балки ставят с шагом 6 м.

Рис. 24.9. Железобетонные балки: а – односкатные; б – двускатные; в – с параллельными поясами

В целях уменьшения массы балок и для пропуска коммуникаций в их стенах можно устраивать отверстия различного очертания. Односкатные балки опирают на типовые железобетонные колонны разной высоты, которая кратна модулю 600 мм. В связи с этим уклон односкатных балок пролетом 6 м будет 1:10, пролетом 9 м – 1:15, а пролетом 12 м – 1:20. Уклон верхнего пояса двускатных балок делают 1:12.

Балки покрытия соединяют с колоннами анкерными болтами, выпущенными из колонн и проходящими через опорный лист, приваренный к балке (рис. 24.10, а, б). В продольных температурных швах одну из балок устанавливают на катковую опору; балку, располагаемую рядом, устанавливают на стальной столик, устроенный над колонной (рис. 24. 10, в).

Рис. 24.10. Установка железобетонных балок: а – на крайние колонны; б – на средние колонны, в – в температурном шве на одну колонну: 1 – анкерный болт; 2 – опорный стальной лист балки; 3 – опорный стальной лист колонны; 4 – колонна; 5 – железобетонная балка; 6 – полутонка; 7 – каток; 8 –температурный шов

Железобетонные фермы применяют обычно для перекрытия пролетов 18, 24 и 30 м, их устанавливают с шагом 6 или 12 м. Фермы пролетом 18 м легче железобетонных балок того же пролета, но более трудоемки в изготовлении.

Применение 18-метровых ферм целесообразно в том случае, когда в пределах покрытия необходимо разместить коммуникационные трубопроводы и вентиляционные каналы или использовать межферменное пространство для устройства технических этажей. При пролетах 24 и 30 м применение ферм по сравнению с балочными конструкциями более выгодно, так как масса (вес) большепролетных ферм на 30-40% меньше массы (веса) балок.

В современной практике промышленного строительства наибольшее распространение получили фермы сегментного очертания и с параллельными поясами (рис. 24.11), причем обе включены в номенклатуру типовых сборных железобетонных конструкций заводского изготовления. Железобетонные фермы могут быть цельными и составными» последние собирают из двух полуферм (отправочных марок), или из блоков, либо из литейных элементов.

Рис. 24.11. Унифицированные сборные железобетонные фермы: а – сегментные; б – с параллельными поясами (элементы ферм, показанные пунктиром, устанавливаются при наличии подвесного потолка)

Включенные в номенклатуру сборных железобетонных конструкций сегментные фермы пролетами 18, 24, 30 м собирают из заранее изготовленных линейных элементов верхнего и нижнего пояса и решетки. Линейные элементы имеют длину, равную панели фермы, а для нижнего пояса иногда принимают длину, равную пролету фермы.

Соединение линейных элементов между собой осуществляют сваркой концов арматуры с постановкой сальных накладок и последующим бетонированием быстротвердеющим бетоном. Арматура в нижнем поясе подвергается предварительному натяжению, после чего каналы в узлах заполняют цементным раствором, а лотки нижнего пояса – бетоном. Железобетонные фермы позволяют оборудовать пролеты зданий подвесным транспортом грузоподъемностью до 5 т (при шаге ферм 6 м). По верхнему поясу сегментных ферм возможна установка конструкций световых и аэрационных фонарей.

Для зданий, где необходимо использовать межферменное пространство для вспомогательных помещений или коммуникаций, применяют безраскосные фермы со стойками через 3 м (рис. 24.12). При плоском покрытии стойки ферм пропускают за пределы верхнего пояса; они служат опорами для плит покрытия (рис. 24. 12, б). На опоры ферм устанавливают отдельные стойки, которые крепят приваркой стальных накладок к закладным деталям, расположенным в фермах и стойках.

Рис. 24.12. Сборные железобетонные фермы: а – безраскосная для зданий со скатным покрытием; б – безраскосная для зданий с плоским покрытием; в – общий вид покрытия с подстропильными конструкциями; г – арочная из двух полуферм: 1 – дополнительная стойка; 2 – плита покрытия; 3 – стропильная ферма; 4 – подстропильная ферма

Безраскосные фермы позволяют уменьшить число типов стропильных ферм, кроме того, они, по сравнению с фермами, имеющими раскосную решетку, менее трудоемки в изготовлении.

На рис. 24.12, в приведен пример решения покрытия с применением 24-метровых сегментных безраскосных ферм, опирающихся на 18-метровые железобетонные сегментные безраскосные подстропильные фермы. В отдельных случаях для перекрытия больших пролетов применяют составные фермы. На рис. 24.12, г показана железобетонная ферма пролетом 45 м, разработанная для устройства покрытия над главным корпусом ГРЭС. Ферма запроектирована составной из двух полуферм, трех элементов затяжек, нижнего пояса и двух подвесок.

Фермы к колоннам каркаса крепят выпущенными из колонны анкерными болтами, причем для увеличения жесткости соединений опорные листы ферм приваривают к закладным деталям колонн.

Железобетонные арки целесообразно применять при больших пролетах (40 м и более). Арки подразделяют на трехшарнирные с шарнирами на опорах и в середине пролета, двухшарнирные с шарнирами на опорах и бесшарнирные. Очертание разбивочной оси арок должно максимально совпадать с линией давления, с тем, чтобы арки главным образом работали на сжатие. Опорами арок могут быть колонны здания или специальные фундаменты. При больших пролетах арки, как правило, опирают непосредственно на фундаменты.

В трехшарнирных арках средний ключевой шарнир осложняет конструктивное решение самой арки и устройство ограждающих конструкций покрытия с кровлей. По этим причинам железобетонные трехшарнирные арки практического применения в настоящее время не имеют.

Самые распространенные – двухшарнирные арки, наиболее простые в изготовлении и монтаже. При температурных воздействиях они имеют возможность изгибаться, свободно поворачиваясь в шарнирах без существенного увеличения напряжений в сечениях арки. В двухшарнирных арках распор воспринимает затяжка и передает его на опоры.

Бесшарнирные арки имеют наиболее легкое конструктивное решение, но для их опирания необходимо устройство мощных фундаментов, к тому же они чувствительны к неравномерным осадкам грунтов основания. Бесшарнирные арки при их опирании непосредственно на фундаменты выполняют, как правило, без затяжек.

В практике строительства применяют преимущественно арки из сборных элементов. Монолитные арки не получили распространения из-за большой трудоемкости их возведения. Сборные элементы, в свою очередь, собирают из блоков. Сечение арки может быть прямоугольным, тавровым, коробчатым и другой формы.

Пример двухшарнирной арки, опирающейся на свайные фундаменты, представлен на рис. 24.13, а. Пример бесшарнирной арки пролетом около 60 м, высотой (в средней части) 40 м, опирающейся непосредственно на фундаменты, показан на рис. 24.13 б. В этом примере арка запроектирована открытой, к ней при помощи стальных стержней подвешено легкое пространственного типа покрытие.

Рис. 24.13. Железобетонные арки: а – двухшарнирная; б – бесшарнирная, опертая на фундаменты; в – бесшарнирная, опертая на колонны: 1 – звено арки; 2 – опорная бортовая балка; 3 – подвеска; 4 – затяжка; 5 – плита покрытия; 6 – колония каркаса, 7 – подвешенное покрытие пространственною типа

Железобетонная арка из предварительно напряженных элементов пролетом 96 м, опирающаяся на колонны с шагом 12 м, приведена на рис. 24.13, в. Длина отдельных сборных звеньев с двутавровым поперечным сечением не превышает 17 м при массе до 25 т. Звенья соединяют между собой сваркой закладных стальных деталей. Подвески, поддерживающие железобетонную затяжку лоткового сечения, выполнены из металлических уголков. Арка воспринимает нагрузку от подвесного транспорта – четырех подвесных кранов грузоподъемностью по 5 т.

Железобетонные рамы устраивают однопролетными и многопролетными, монолитными и сборными (рис. 24.14). Рамы представляют собой стержневую конструкцию, геометрическую неизменяемость которой обеспечивают жесткие соединения элементов рамы в узлах. Очертание ригелей в раме может быть прямолинейным, ломаным или криволинейным. Жесткое соединение элементов рамы в узлах позволяет увеличить размер перекрываемого пролета.

Рис. 24.14. Железобетонные рамы: а, в – однопролетные монолитные; б – многопролетная сборная

Конструктивное решение однопролетной двухшарнирной рамы из предварительно напряженного железобетона со стойками переменного сечения и ригелем коробчатого сечения показано на рис. 24.14, а, однопролетной железобетонной рамы со стойками, жестко заделанными в фундаменты, и с консолями для опирания подкрановых балок под мостовой кран – на рис. 24.14, в. В этих примерах стойки рам выступают из плоскости стен в наружную сторону, что придает зданиям своеобразное архитектурное решение.

Сборная многопролетная рама, монтируемая из крайних Г-образных стоек, средних Т-образных стоек и скатных вкладышей – ригелей, представлена на рис. 24.14, б. Стыки в раме расположены в местах, где изгибающие. моменты возникают только при ветровых и несимметричных нагрузках от снега.

В одноэтажных промышленных зданиях сборные Железобетонные колонны применяют сплошные прямоугольного сечения (рис. 53, а, б) и сквозные двухветвевые (рис. 53, в). В зданиях, оборудованных мостовыми кранами, колонны имеют консоли для опирания на них подкрановых балок, на которые укладывают рельсы для передвижения крана. Унифицированные колонны имеют высоту, кратную модулю 600 мм. Проектная высота колонны (Н) исчисляется от уровня чистого пола помещения, т. е. от отметки 0, 000 до верха колонны без учета ее нижнего конца длиной 900-1350 мм, заделываемого в фундамент.

Рис. 53. Типы сборных железобетонных колонн одноэтажных промышленных зданий: а - для бескрановых зданий; б-крановые прямоугольного сечения; в - крановая двухветвевая для средних рядов

Часть колонны, расположенную выше консолей, называют над-крановой, ниже - подкрановой. Надкрановую часть колонны, поддерживающую элементы покрытия, называют надколонником. В двух-ветвевых колоннах надколонник выполняют из одной ветви, вследствие чего для опчрания подкрановых балок создаются уступы. Верхний торец колонны имеет стальной закладной лист с анкерными болтами для крепления несущих элементов покрытия. Стальные закладные детали предусматривают также в местах установки подкрановых балок и связей и, кроме того, в боковых плоскостях крайних колонн (для крепления стен).

Для выверки положения колонн при их монтаже предусмотрены риски в виде вертикальных канавок треугольного профиля. Их наносят на четырех гранях колонн (вверху и внизу), а также на боковых гранях консолей колонн.

Колонны изготовляют из бетона марок 200, 300 и 400, рабочую арматуру - из стали класса А-Ш.

Колонны фахверка (вспомогательного каркаса) устраивают торцовых фахверках и фахверках продольных стен одноэтажных промышленных зданий при длине стеновых панелей 6 и 12 м.

Колонны рассчитывают на нагрузку от ветра и массыпанельныхстен. устанавливают колонны на самостоятельные фундаменты. Наружная грань колонн рассполагается в плоскости внутренней поверхности стен.

Колонны изготовляют из бетона марок 200--400, рабочая арматура - из стали класса А-Ш.

26. Расчёт и конструирование колонн сплошного сечения

Изгибающие моменты и поперечные силы в сечениях колонны определяют как в консольной балке, загруженной внешней нагрузкой и реакцией Re. Обычно расчётными являются 4 сечения по длине колонны.

Сечения колонн рассчитывают с учетом влияния продольного изгиба (если λ>34-12* Мmin/Mmax-необходим учёт продольного изгиба) на значение эксцентриситета продольной силы

ea-случайный эксцентриситет

ea-MAX { 20 мм

ρmin=5Nsd/(fyd*b*h) As1= As2=(ά*fcd*bw*d)/fyd * (άm,1- άn*(1-άn/2))/(1-δ)

άm,1= M sd /(ά*f cd *b w *d 2)- относительный момент δ=c/d

άn= N sd /(ά*f cd *b w *d)- относительная величина продольной силы

Колонны из плоскости поперечной рамы проверяю на устойчивость как сжатые элементы. Колонны проверяют на усилия, возникающие при транспортировке и монтаже.

Короткие консоли колонн рассчитывают на действие опорного давления от подкрановых балок

V rd , ct =*b w *d<=V rd , ct , max =0,5*b w *d*f cd *ϒ

Площадь сечения продольной арматуры консоли определяют по изгибающему моменту у грани колонны, увеличенному на 25%.

A s 1 =1,25*M/((f yd *(d-c 2))

Конструирование колонн:

Бетон не ниже С12/15, для сильно загруженных-С20/25

Лекция 4, 5

4.1.Типы колонн и область их применения.

4.2. Основы конструирования и расчета сплошных колонн.

4.3.Основы конструирования и расчета сквозных колонн.

4.1. Типы колонн и область их применения.

Сборные железобетонные колонны одноэтажных промышленных зданий по назначению можно разделить на:

1. колоны для зданий без кранов;

2. колонны для зданий, оборудованных мостовыми или другими кранами, для которых необходимы подкрановые пути, опирающиеся на колонны (колонны для зданий с мостовыми электрическими кранами массового применения, колонны для зданий с ручными мостовыми кранами и др.).

По расположению в здании колонны делят на

Колонны крайних рядов (их же используют в рядах, примыкающих к продольным температурным швам);

Колонны средних рядов, имеющих обыкновенно среднюю вертикальную ось симметрии.

К крайним колоннам с наружной стороны примыкают стеновые ограждения.

Крайние колонны подразделяются на:

Основные (воспринимающие нагрузки от навесных панелей, кранов, конструкций покрытий);

Фахверковые (служащие для крепления стен);

Связевые колонны (соединены стальными вертикальными связями для восприятия горизонтальных сил).

Фахверковые колонны устанавливают в торцах здания и между основными колоннами у продольных стен при шаге основных колонн 12 м и 6-ти метровых стеновых панелях.

По конструкции колонныбывают

Постоянного и переменного сечения по высоте (ступенчатые колонны);

Сплошные (прямоугольного или двутаврового сечения);

Сквозные (двухветвенные), которые могут быть безраскосными и раскосными (раскосные колонны применяют для электростанций до Н = 50 м);

Пустотелые (прямоугольного и круглого сечения).

По виду материала:

Из тяжелого бетона (более В 20);

Из легкого бетона (применяют реже, в основном в районах, где мало мелкого заполнителя, например, Дальний Восток).

По способу армирования:

Без предварительного напряжения;

С предварительным напряжением (для гибкихдлинных элементов из условия транспортировки).

Для зданий без мостовых кранов применяют в основном сплошные колонны прямоугольного сечения размерами 300×300 ÷ 400×800 мм (рис. 4.1).

Колонны двутаврового сечения (рис. 4.2) экономичнее прямоугольного сечения, но более трудоемки в изготовлении.

Кольцевые колонны из центрифугированного бетона (рис. 4.3) обеспечивают снижение расхода стали и бетона до 30%. Это объясняется рациональной формой поперечного сечения колонн и повышением прочности бетона в среднем в 1,5 раза вследствие уплотнения бетонной смеси центробежными силами. Способ центрифугирования дает возможность механизировать и автоматизировать технологический процесс изготовления колонн, что является дополнительным достоинством таких изделий.

Рис. 4.1. Колонны для зданий без мостовых кранов

Рис. 4.2. Колонны двутаврового сечения

Рис. 4.3. Колонны кольцевого сечения

Колонны швеллерного сечения (П-образного сечения) также дают возможность наиболее полно использовать свойства высокопрочного бетона и арматуры (рис. 4.4). Опыты показывают, что использование высокопрочных бетонов в сочетании с ненапрягаемой высокопрочной арматурой приводит к экономии бетона и стали до 30%.

Рис. 4.4. Колонны швеллерного сечения

Для зданий с мостовыми кранами применяют сплошные и двухветвенные (сквозные) колонны с консолями (рис. 4.5). Размеры поперечного сечения колонн в надкрановой части назначают из условия размещения кранового оборудования.

Рис. 4.5. Колонны для одноэтажных зданий с мостовыми кранами

а – сплошные прямоугольного сечения; б – сквозные двухветвенные

Для сплошных колонн высота сечения составляет: для крайних – 380, 500 мм; для средних – 600 мм. Для подкрановой части сплошных колонн высота сечения увеличивается соответственно до 600 и 800 мм. Ширина сечения колонн 400 и 500 мм (большие размеры соответствуют шагу колонн 12 м).

Подкрановая часть двухветвенных колонн состоит из двух стоек-ветвей, соединенных между собой поперечными распорками. Расстояние между осями распорок принимают s = (8¸10)×h, гдеh = 250 или 300 мм – высота сечения ветви.Для средних колонн высота всего сечения h 1 = 1400¸ 2400 мм, для крайних колонн – h 1 = 1000 ¸ 1900 мм. Ширина сечения колонны b = (1/25¸1/30)×H . Поперечное сечение надкрановой части колонн прямоугольное размером 500×600 мм.

Распорки размещают так, чтобы размер от уровня пола до низа первой надземной распорки составлял не менее 1,8 м и обеспечивал удобный проход между ветвями (рис. 4.5, б).

Соединение двухветвенной колонны с фундаментом осуществляется в одном общем стакане (рис. 4.6, а) или же в двух отдельных стаканах (рис. 4.6, б), что уменьшает объем укладываемого при монтаже бетона.

Рис. 4.6. Конструкции соединения двухветвенной колонны с фундаментом

а – с одним общим стаканом; б – с двумя отдельными стаканами; в – при устройстве шпонок; 1 – бетон замоноличивания; 2 – колонна

Глубину заделки колонны в стакане фундамента принимают равной большему из двух размеров:

или

Кроме того, глубина заделки колонны должна быть проверена из условий достаточной анкеровки продольной рабочей арматуры.

Если в одной из ветвей колонны возникает растягивающие усилие, соединение колонны с бетоном замоноличивания выполняют на шпонках (рис. 4.6, в).

Центрифугированные колонны с консолями изготавливают сборно-монолитными. Они состоят из верхнего и нижнего (или двух нижних) стволов, соединенных между собой консолью из монолитного бетона классов В 25 ÷ В 40.

Колонны всех типов армируют сварными каркасами, продольные стержни которых из стали класса А-III (А400) диаметром не менее 16 мм, а поперечные - из стали классовА-I (А240) и Bp-I (Вр 500). При применении высокопрочных бетонов классов В 45 ÷ В 60 целесообразно колонны армировать ненапрягаемой арматурой класса А-IV (А600). Это позволяет уменьшить расход металла на 20 ÷ 40%, а бетона до 20%.

Опытами установлено, что гибкие колонны целесообразно изготавливать с напрягаемой арматурой классов А-IV (А600), А-V (А800). Предварительное напряжение повышает жесткость и трещиностойкость колонн и улучшает условия транспортирования длинных колонн. Кроме того, оно позволяет уменьшить поперечное армирование и механизировать арматурные работы. Поэтому по сравнению с колоннами из обычного железобетона расход стали в таких колоннах снижается до 40%.

Продольная арматура в сечениях сплошных конструкций может расставляться симметрично, когда М 1 ≈ М 2 или отношение большего момента к меньшему не более 20%; несимметрично – когда М 1 >> М 2 . Рациональным армированием в большинстве случаев является симметричное армирование.

Расстояние между осями продольных стержней, устанавливаемых по сторонам поперечного сечения колонны, не должно превышать 400 мм. Если у большей стороны сечения колонны по расчету продольная арматура не требуется, то в таком случае необходимо установить конструктивные стержни диаметром 12 мм с таким расчетом, чтобы расстояние между продольными стержнями этой стороны не превышало 400 мм.

Рекомендуется в поперечном сечении колонны устанавливать меньшее из возможных число продольных стержней за счет увеличения их диаметра. Рекомендуемое и минимально допустимое количество продольных стержней для установки в поперечном сечении колонны приведено в табл. 4.1.

Таблица 4.1.

Если высота сечения не превышает 500 мм и у этой стороны расположено не более четырех стержней, то допускается не ставить поперечных стержней или шпилек.

Рис. 4.7. Армирование колонн сварными каркасами

1 – плоские сварные каркасы; 2 – соединительные стержни (шпильки); 3 – плоская сварная арматурная сетка; 4 – продольные стержни

Шаг поперечных стержней должен быть не более 500 мм и не более величин, указанных в табл. 4.2.

Железобетонные колонны – это один из востребованных видов жб изделий. Они представляют собой вертикально расположенные строительные конструкции и используются в качестве несущих элементов каркаса: балок, ригелей, прогонов и т. д.

Такие изделия рассчитаны на постоянно высокую нагрузку на сжатие, также они способны работать на изгиб, выдерживая высокие ветровые нагрузки. Наше предприятие ведет производство железобетонных колонн любых размеров с соблюдением высоких стандартов качества.

Особенности и основные характеристики

При производстве используются либо типовые размеры, если здание возводится по типовому проекту, либо индивидуальные размеры в соответствии с чертежами. Чаще всего эти элементы конструкции изготавливаются для реализации определенного индивидуального проекта, в этом случае они соответствуют всем персональным пожеланиям заказчика и предоставленной рабочей документации.

Стоимость железобетонной колонны определяется несколькими ключевыми факторами:

Класс используемого бетона по прочности, морозостойкости и водонепроницаемости. К железобетонным колоннам промышленных зданий предъявляются особые требования по прочности, соответственно, они будут стоить дороже.
Размер колонны ЖБИ. Длина может составлять от 5,7 до 17 метров, как правило, высота равна высоте двух этажей здания.
Тип арматурного каркаса, наличие закладных деталей. Изделия для промышленных зданий снабжаются высокопрочным армированием для повышения устойчивости к нагрузкам на сжатие и изгиб. Для них используется предварительно напряженная или ненапряженная арматура.
Наличие типовой металлической оснастки. Также итоговая стоимость зависит от сроков, отведенных на изготовление железобетонных изделий.

Ключевая характеристика ЖБ колонн – несущая способность. Чем ниже она располагается в конструкции здания, тем выше должны быть ее несущие характеристики, наиболее высокие требования предъявляются к изделиям, устанавливаемым в техническом подполье и на нижних этажах сооружения.

Виды и материалы для изготовления

Железобетонные колонны одноэтажных зданий промышленных и сооружений жилого назначения изготавливаются из тяжелых марок бетона М300-М600. Стальное армирование обеспечивает изделию долговечность и высокую стойкость ко всем разрушительным воздействиям. Сечение может быть круглым, квадратным или прямоугольным, это зависит от нагрузок и от особенностей сооружения.

Для многоэтажных жилых домов используются изделия с консольными выступами, используемые в качестве опоры балок перекрытий и становятся одним из главных элементов каркаса, так как им предстоит выдерживать основную нагрузку.

Также различают колонны крайнего и среднего ряда в зависимости от расположения в каркасной системе здания. Их соединение с другими элементами каркаса проводится при помощи сварки закладных элементов с последующим бетонированием места стыков. Для установки железобетонных колонн промышленных зданий применяют специальные колонные фундаменты стаканного или монолитного типа.

Наше предприятие предлагает оформить заказ на любое количество железобетонных колонн,