Конструктивные элементы, из которых состоит здание, в соответствии с их назначением делят на две группы: несущие и ограждающие конструкции. Несущие конструкции воспринимают все действующие на здание нагрузки с передачей их через фундаменты на основание. Ограждающие конструкции защищают здание от внешних атмосферных воздействий, изолируют происходящие в здании процессы и работающих в нем людей от внешнего пространства, обеспечивая оптимальные технологические и санитарно-гигиенические условия. Некоторые конструктивные элементы, например профилированный настил, сочетают в себе несущие и ограждающие функции. Такие элементы мы будем относить к несущим или к ограждающим в зависимости от контекста.
Конструктивные схемы здания с объединением несущих конструкций в единую самостоятельную систему каркас называют каркасными. Здания, где функции несущих элементов выполняют стены, называют бескаркасными.
По способу восприятия горизонтальных воздействий схемы каркасов подразделяют на рамные, связевые и рамно-связевые. Наибольшее распространение в одноэтажных и малоэтажных зданиях получила рамно-связевая схема с рамами в поперечном направлении и с вертикальными связями - в продольном. Связевые схемы часто применяют в каркасах высотных зданий.
Несущие элементы каркаса показаны на рис. 1.1. Основу рамно-связевого каркаса составляют поперечные рамы, которые размещают вдоль здания друг за другом обычно с одинаковым расстоянием, называемым шагом рам. На ригели рам опирают прогоны, по которым укладывают профилированный настил или другие несущие конструкции кровли. При беспрогонном решении покрытия пролет между рамами перекрывают крупноразмерными панелями, совмещающими в себе несущие и ограждающие
9
Рис. 1.1. Элементы каркаса одноэтажного однопролетного здания
функции. Стеновые панели крепят к горизонтальным ригелям (на рисунке не показаны), которые, в свою очередь, прикрепляют к стойкам рам и к стойкам фахверка.
Поперечные рамы воспринимают и передают на фундаменты все вертикальные нагрузки и горизонтальные нагрузки, действующие в их плоскостях. Вертикальные постоянные нагрузки (от собственного веса гидроизоляционного ковра, утеплителя, профилированного настила, прогонов) и временные нагрузки от веса снегового покрова, отложений производственной пыли передаются на прогоны, а затем трансформируются в сосредоточенные силы Р с передачей их на ригели рам. Горизонтальная ветровая нагрузка с наветренной стороны здания qw передается от стеновых панелей на стойки рам; с подветренной стороны действует аналогичная нагрузка меньшей интенсивности (на рисунке не показана). В производственных зданиях, оборудованных мостовыми кранами, кроме того, в зоне работы крана на поперечные рамы будут передаваться вертикальные нагрузки от веса крана с грузом и горизонтальные инерционные силы, возникающие при разгоне и торможении тележки крана с грузом (силы поперечного торможения).
Ветровая нагрузка на торец здания передается на стойки торцового фахверка. В местах сопряжения этих стоек с ригелем рамы действуют сосредоточенные силы W, численно равные опорным реакциям стоек в верхних узлах. Для восприятия этих сил устраивают ветровую ферму путем объединения ригелей соседних рам с помощью диагональных связей.
10
Суммарную горизонтальную силу от ветра Fw, собранную с ветровой фермы и численно равную ее опорной реакции, следует передать на фундаменты. Наиболее просто вы можете сделать это с помощью вертикальных связей между колоннами в концевых отсеках, показанных на рисунке пунктирными линиями. Однако эти связи будут сдерживать температурные перемещения и в продольных элементах каркаса появятся дополнительные температурные напряжения. Лучше не используйте такое решение: оно возможно при небольших размерах температурных блоков, при условии, что дополнительные напряжения будут учтены расчетом. Для исключения температурных напряжений вертикальные связи между колоннами лучше разместить в середине температурного блока, а силу Fw передать на эти связи с помощью распорки вертикальных связей, устойчивость которой следует проверить расчетом.
В промышленных зданиях, оборудованных мостовыми опорными кранами, силу Fw можно передать на связи между колоннами и далее на фундаменты с помощью подкрановой балки. Для этого следует предусмотреть ветровую вертикальную связь, с помощью которой сила Fw будет передана от ветровой фермы к подкрановой балке. Не забудьте, что в этом случае на вертикальные связи между колоннами кроме ветровой нагрузки будет передаваться также нагрузка от продольного торможения кранов.
Основные параметры здания - пролет, высоту, длину назначают в соответствии с эксплуатационными и архитектурными требованиями. В производственных зданиях кроме того необходимо учитывать габариты технологического оборудования, расположение и грузоподъемность подъемно-транспортных средств. Точный учет всех обстоятельств приведет к большому многообразию основных размеров здания: пролетов, высот, отметок крановых рельсов и т.п., что скажется на разнообразии размеров несущих и ограждающих конструкций. Сокращение стоимости и сроков строительства возможно при индустриальном процессе, основой которого является унификация типоразмеров и типизация строительных конструкций для возможности многократного применения одних и тех же типовых размеров в объектах различного назначения. Исходя из этого, вводится единая модульная система в строительстве (ЕМС), которая представляет совокупность правил координации размеров объемно-планировочных и конструктивных элементов зданий и сооружений на базе модуля 100 мм. Дальнейшее сокращение типоразмеров элементов и конструкций основано на применении укрупненных модулей, например 6 м для пролетов и шагов колонн, 0,6 м - для высот помещении. Требования
11
по унификации изложены в главе СНиП II-А. 4-62 "Единая модульная система. Основные положения проектирования", в нормах проектирования отдельных типов зданий и в государственных стандартах, например в ГОСТ 23837-79 "Здания промышленных предприятий одноэтажные. Габаритные схемы".
В настоящее время требования по унификации носят рекомендательный характер и при индивидуальном проектировании в обоснованных случаях возможны отклонения размеров от стандартных. Но, взяв на себя ответственность за отказ от требований унификации, Вы должны очень внимательно следить на всех этапах архитектурно-строительного проектирования за увязкой размеров несущих и ограждающих конструкций, самостоятельно разрабатывать доборные элементы, назначать допуски на изготовление конструкций и решать целый комплекс других вопросов, которые уже были решены специалистами при создании единой модульной системы.
12
