Металлические каркасы зданий и сооружений

Каркасы промышленных зданий. Металлический (стальной каркас) промышленных зданий в основном состоит из тех же элементов, что и железобетонный. К основным из этих элементов относятся колонны, подкрановые балки, стропильные и подстропильные фермы, связи. Соединение элементов в каркас осуществляется с помощью болтов, заклепок или путем сварки. Для этой цели при изготовлении элементов в них предусмат­ривают специальные отвер­стия, косынки, монтажные столики.

Колонны. Стальные колонны по кон­струкции делят на сплош­ные и сквозные. Сплошная колонна состоит из одного профиля, нескольких вер­тикальных листов, или про­филей и листов, сваренных между собой по всей высо­те. Эти колонны имеют сплошное, без разрывов, поперечное сечение.

Сквозные колонны со­стоят из нескольких от­дельных ветвей, соединен­ных между собой планками или решетками.

В стальных  колоннах различают две основные части: стержень (ветвь) и базу (башмак). В зависимо­сти от конструкции стерж­ня колонны могут быть по­стоянного сечения, сту­пенчатые и раздельного типа. Колонны раздельного типа состоят из шатровых и подкрановых ветвей, со­единенных между собой, но нагрузки от покрытия и кранов воспринимающих самостоятельно.

В строительстве наибо­лее широко применяют колонны ступенчатого типа. Надкрановая часть (надколонник) такой колонны состоит из одной ветви, подкрановая — из двух ветвей, соединенных между собой решеткой.

Основной частью башмака колонны является стальная плита толщиной 40-75 мм, на которую опирается ветвь колонны. Башмаки служат для передачи нагрузки от колонны на фундамент. К фундаменту башмаки крепят анкерными болтами. Башмаки и нижняя часть колонн, соприкасающиеся с землей, во избежание коррозии бетонируют.

Подкрановые балки. Стальные подкрановые балки из­готовляют сплошными или решетчатыми.

Сплошные балки состоят из прокатных двутавров или составного сечения на сварке. Решетчатые балки изготовляют в виде сварных

шпренгеля или фермы. Наиболее рас­пространены сплошные подкрановые балки. Они имеют двутавровое сечение со сплошной стенкой — симметричное или несимметричное (с развитым верх­ним поясом). Несимметричные сечения применяют для балок пролетом 6 м, сим­метричное —12 и 24 м. Стальные подкрановые балки имеют длину 6, 12 и 24 м. Балки длиной 6 и 12 м могут опираться как на стальные, так и на железобетон­ные колонны, а длиной 24 м — только на стальные колонны. Наряду с разрезными балками в строительстве применяют так­же и неразрезные подкрановые балки, которые по сравнению с раз­резными имеют меньшую высоту, требуют меньшего расхода металла, но более трудоемки в изготовлении и монтаже. Для крепления балок к колоннам и между собой в нижнем поясе балок у опор и в торцовых ребрах предусмотрены отверстия для болтов. Балки могут быть изготовлены из стали марки СтЗ, низколегированной стали или из стали двух марок: пояса — из низколегированйой, стенка — из СтЗ.

Стропильные фермы. Стальные стропильные фермы применяют в покрытиях зданий пролетом 18, 24, 30, 36 м и более при стальных или железобетонных колоннах с шагом 6 и 12м.

В зависимости от очертания верхнего пояса фермы могут быть с параллельными поясами, треугольные, полигональные. Фермы с параллельными поясами применяют в плоских покрытиях про­мышленных зданий при пролете 18—36 м и шаге колонн 6 и 12м. Кон­структивные преимущества ферм с параллельными поясами состоят в том, что длина элементов поясов и решетки одинаковая и, следо­вательно, имеется возможность применить стандартные элементы и типовые узлы, что способствует индустриализации изготовления ферм.

Треугольные фермы применяют в зданиях при крутых уклонах кровли, например, при устройстве кровли из асбестоцементных листов.

Полигональные фермы используют в покрытиях зданий с рулон­ной кровлей, с фонарями и без фонарей, с внутренним и наружным водостоком, с пролетом 18, 24, 30 и 36 м при стальных и железобетон­ных колоннах, с шагом 6 и 12м. Эти фермы представляют собой сквоз­ную (решетчатую) несущую конструкцию, состоящую из отдельных стержней, соединенных в узлах сваркой при помощи фасонок.

Стальные фермы обычно изготовляют из прокатных уголков. Стер­жни этих ферм состоят из парных уголков. Элементы фермы соединяют в узлах также сваркой при помощи фасонок (косынок) из листовой стали, располагаемых между парными уголками. Решетка в стальных фермах принята треугольной.

Опоры для ферм устраивают неподвижными, кроме ферм, уста­навливаемых в температурных швах. В этих фермах одна из опор уста­навливается на катках или сферических поверхностях и является под­вижной.

На стальные колонны фермы опираются непосредственно выступа­ющим краем торцовой фасонки. Опорный узел фермы соединяют с колонной болтами, для чего к верхнему концу колонны приваривают горизонтальную диафрагму.

При жестком соединении фермы с колонной (не шарнирном) ко­лонну делают выше на 2200 мм. В этом случае нижний опорный узел фермы устанавливают на монтажный столик из уголка, приваренного к колонне, и соединяют с ней болтами. При опирании ферм на железо­бетонные (или кирпичные) опоры их крепят с помощью анкеров. При кирпичных опорах под концы (опорные ча­сти) ферм укладывают бетонные подушки. Фермы могут быть изготовлены пол­ностью из стали марки СтЗ или из стали двух марок: пояса — из низколегированной стали, решетка—из стали марки Ст 3.

Подстропильные фермы. Стальные подстропильные фермы применя­ют в покрытиях промышленных зданий в тех случаях, когда колонны располагаются с шагом 12м, а стальные стропильные фермы — с шагом 6 м. Фермы устанавливают на стальные или железобетонные колонны. Подстропильные стальные фермы  представляют собой сквоз­ную решетчатую конструкцию, состоящую из стальных стержней, соединенных между собой в узлах сваркой при помощи фасонок. Все стержни фермы, кроме средних стоек, состоят из прокатных парных уголков. Средние стойки — из швеллеров. Номинальный пролет фермы 12 м. Фермы, устанавливаемые у торцевых стен и у температурных швов, имеют пролет 11,5 м.

Стропильные фермы, расположенные в плоскости колонн, опи­раются на стальные подколонники подстропильных ферм. Для опирания стропильной фермы, расположенной между колоннами в под­стропильной ферме, устроена специальная горизонтальная площадка из стального листа, приваренного поверх средней фасонки нижнего пояса.

Подстропильные фермы могут быть изготовлены полностью из стали марки Ст 3 или из стали двух марок: пояса — из низколегиро­ванной стали, решетка — из стали марки Ст 3.

Связи. Пространственная жидкость стального каркаса обеспе­чивается креплением колонн к фундаментам анкерными болтами и установкой связей.

Продольные вертикальные связи между стальными колоннами выполняют так же, как и в железобетонном каркасе. Связи покрытия (совместно с настилом, приваренным к фермам) соединяют все стропиль­ные фермы в пределах температурного блока в единую жесткую про­странственную систему. При этом две фермы с каждого конца температурного блока соединяют горизонтальными (поперечными) и вертикальными связями в жесткий блок, а остальные фермы крепят к этим блокам верхними распорками и нижними растяжками. Кроме горизонтальных поперечных связей в некоторых случаях устраивают также продольные горизонтальные связи в плоскости нижнего пояса стропильных ферм.

Вертикальные связи покрытия устанавливают в плоскостях про­дольных рядов колонн, а также по середине пролета (в фермах проле­том 24 и 30 м) и в третях пролета (в фермах пролетом 36 м). Элементы связей, распорок и растяжек состоят из одиночных или спаренных прокатных профилей (уголков, швеллеров и др.). В покрытиях с фонарями связи устраи­вают также и в фермах фонаря.