6. Обеспечение пространственной жесткости и устойчивости одноэтажных промышленных зданий

Каркас одноэтажных зданий состоит из поперечных рам, шарнирно связанных поверху стропильными конструкциями. Пространственная жесткость каркаса, т.е. способность сопротивляться воздействию горизонтальных нагрузок, обеспечивается колоннами, жестко защемленными в фундаменте, диском покрытия и системой стальных связей (вертикальных и горизонтальных).

В поперечном направлении вертикальные связи не могут быть установлены, т.к. они бы препятствовали технологическому процессу. Поэтому пространственную жесткость в поперечном направлении обеспечивают колонны (по расчету) и диск покрытия, распределяющий местные горизонтальные нагрузки между колоннами.

В зданиях с кровлей, устраиваемой по сплошному настилу из крупноразмерных железобетонных плит, условия работы отдельных рам облегчаются за счет частичной передачи нагрузок «жесткой» кровлей на смежные рамы.

Здания с кровлей из плит, укладываемых по прогонам, находятся в менее благоприятных условиях, т.к. независимость деформации отдельных рам при воздействии на них местных нагрузок может привести в ряде случаев к ухудшению эксплуатационных свойств здания.

Поэтому при проектировании зданий с мостовыми кранами значительной грузоподъемности, а также бескрановых, имеющих большую высоту, следует предусматривать продольные связи по верхним поясам стропильных конструкций, до некоторой степени объединяющих работу рам в поперечном направлении.

Обеспечение жесткости здания в продольном направлении только за счет колонн экономически оправдывается лишь для бескрановых зданий: с пролетами L ≤ 24 м и высотами Н ≤ 8,4 м, а также для зданий с L= 30 м и Н ≤ 7,2 м. Для зданий большой высоты и зданий с мостовыми кранами необходимо предусматривать вертикальные связи жесткости в продольном направлении. Такие связи устраивают между колоннами и при необходимости в покрытии здания.

Все одноэтажные промышленные здания делят на конструктивно однородные группы в зависимости от типа транспортного оборудования и габаритных характеристик (пролет и высота), которые приведены в табл. 1.

Группа зданий по высоте	с беспрогонными кровлями			с кровлей по прогонам
	с мостовыми кранами	без мостовых кранов	с мостовыми кранами		без мостовых кранов
Низкие	А – а - I	А – б - I	Б – а - I		Б –б - I
Средние	А – а - II	А – б - II	Б – а - II		Б –б - II
Высокие	А – а - III	А – б - III	Б – а - III		Б –б - III

К группе I относят здания с пролетами до 24 м, имеющих высоту до 8 м, а также здания с пролетами 30 м и высотой до 7 м.

К группе II относятся здания, имеющие поперечные температурные швы при: L= 18 м и Н = 9 – 15 м; L = 24 м и Н = 9 – 12 м; L ≥ 30 м и Н = 9 – 10 м.

К группе III относятся здания с поперечными температурными швами, но более высокие, чем здания группы II, а также здания без поперечных температурных швов с пролетами L = 18 м, 24 м, 30 м, высотой более 12 м.

Все здания указанной номенклатуры, за исключением зданий группы А – б - I, требуют применения связей.

Вертикальные связи жесткости между колоннами устанавливают в середине температурного блока каждого продольного ряда. В зданиях с мостовыми кранами вертикальные связи по колоннам устраиваются только на высоту до низа подкрановых балок (рис. 1.23), а в зданиях без мостовых кранов – на полную высоту колонн.

Рис. 1.23. Вертикальные связи по железобетонным колоннам

а – крестовые связи при шаге колонн 6 м; б – портальные связи при шаге колонн 12 м.

При высоте опорных частей ригелей более 800 мм, между ними устанавливают вертикальные связи-фермы, располагаемые в крайних ячейках температурного блока, а поверху каждого продольного ряда колонн – стальные распорки (рис. 1.24, поз. 4, 5).

Рис. 1.24. Виды связей в одноэтажных промышленных зданиях

1 – колонны; 2 – ригель; 3 – диск покрытия; 4 – вертикальные связи-фермы; 5 – распорки; 6 – вертикальные связи по колоннам

Связи-фермы имеют номинальную длину 6 либо 12 м и высоту, равную высоте ригеля на опоре. Необходимость устройства таких связей обусловлена тем, что горизонтальная сила от ветровой и крановой нагрузок, приложенная к покрытию, может вызвать деформацию ригелей поперечных рам (стропильных балок или ферм) из плоскости. Назначение таких связей-ферм и распорок – передавать продольные горизонтальные усилий с диска покрытия на колонны и, в конечном счете, на вертикальные связи по колоннам.

При высоте опорных узлов ригелей покрытия не более 900 мм и наличии жесткого опорного ребра вертикальные связевые фермы и распорки допускается не ставить, однако в этом случае сварные швы в сопряжении ригеля с колонной должны быть расчетными.

В высоких зданиях (Н ≥ 18 м) с большими пролетами горизонтальные нагрузки на диск покрытия (от ветра в торец здания) достигают значительных величин, поскольку диск покрытия представляет горизонтальную опору для торцевой стены, воспринимающей ветровую нагрузку. Это может повлиять на крепления плит покрытия к стропильным конструкциям. Уменьшить горизонтальную силу на диск покрытия можно путем устройства дополнительной опоры для торцевой стены. Такая опора устраивается у торцевых стен в уровне нижнего пояса стропильных конструкций в виде горизонтальных связей, служащих дополнительными опорами для колонн фахверка. Эти связи выполняются в виде горизонтальной фермы с крестовой решеткой из стальных уголков, поясами которой служат нижние пояса двух смежных стропильных конструкций. При необходимости горизонтальная связевая ферма может быть установлена в уровне подкрановых балок (рис. 1.25).

Рис. 1.25. Горизонтальные связи

1 – торцевая стена; 2 – фахверковая колонна; 3 – горизонтальные связи; 4 – колонна; 5 –вертикальные связи поколоннам; 6 – подкрановые балки; 7 – распорки; 8 – ригель; 9 – диск покрытия

В зданиях с фонарями в пределах фонаря устанавливаются распорки в середине пролета, соединяющие узлы верхних поясов стропильных конструкций, а также вертикальные и горизонтальные связи в крайних шагах температурного блока для того, чтобы предотвратить возможную потерю устойчивости сжатого пояса ригеля в пределах ширины фонаря (рис. 1.26). Если же фонарь не доходит до конца температурного блока, то горизонтальные связи по верхнему поясу ригеля не ставят и достаточно одних распорок.

Связи проектируют из прокатных, гнутых, гнутосварных профилей или электросварных труб. Крепят их с помощью болтов нормальной точности или высокопрочных, а также на сварке.

Рис. 1.26. Схема связей покрытия при наличии фонаря

1 – ригель покрытия; 2 – фонарь; 3 – горизонтальные крестовые связи; 4 – распорки по оси фонаря; 5 – вертикальные связи в плоскости остекления фонаря