Многопролетные цехи

Выбор поперечного профиля многопролетных цехов зависит не только от заданного полезного габарита цеха и габарита мостовых кранов, но и от ряда общестроительных требований, в первую очередь от организации отвода воды с крыши и от устройства освещения средних пролетов.

Отвод воды может быть как наружным, так и внутренним. Наружные водостоки устраиваются в нешироких цехах, а также в неотапливаемых горячих цехах с холодной кровлей.

Предельная ширина здания при двускатной крыше с наружным отводом воды составляет согласно НиТУ 133-55:
в отапливаемых зданиях 60 м, а в неотапливаемых 100 м.

На фигуре показан трехпролетный механический цех с кровлей с наружным отводом воды. Освещение среднего пролета здесь осуществляется за счет перепада высоты между средним и крайними пролетами, который получился благодаря разной полезной высоте пролетов.


Многопролетные цехи

Многопролетные цехи


В широких многопролетных зданиях водостоки делают внутренними (вода отводится по трубам во внутреннюю канализационную сеть).

На фигуре показан пример многопролетного здания мостового завода с кровлей с внутренним отводом воды и освещением при помощи фонарей.

В многопролетных цехах необходимо стремиться к наиболее простому профилю (без перепадов) и к максимальной повторяемости элементов. Особенно важно, чтобы здание было без перепадов при наличии подвесного транспорта; это дает возможность маневрировать транспортом путем подвески его в разных точках конструкции в случае реорганизации производства.

Легкие многопролетные цехи в отличие от цехов средней мощности и тяжелых могут иметь несколько меньшую поперечную жесткость. В связи с этим при наличии в покрытии фонарей появилось стремление использовать последние в качестве конструкции, разгружающей ригели, в результате чего оказалось возможным применить для ригелей прокатные двутавровые профили.


Поперечные разрезы легких многопролетных цехов

Поперечные разрезы легких многопролетных цехов


На фигуре показан механосборочный цех с прокатными ригелями пролетом 12 м. Колонны пропущены выше ригелей и поддерживают расположенные вдоль цеха подстропильные фермы. На колонны и подстропильные фермы опирается фонарная конструкция, которая своими раскосами поддерживает ригели, уменьшая в них изгибающие моменты.

На фигуре показана другая схема использования фонаря как шпренгеля, разгружающего середину ригеля (штриховкой показана расчетная эпюра моментов). В этой схеме фонарь, кроме того, использован как пространственный брус, опирающийся на редко расположенные рамы. На такой жесткий фонарный брус и подстропильную балку поперек цеха уложены прогоны.

В настоящее время при широком внедрении беспрогонных покрытий с применением крупнопанельных железобетонных плит возможно большое разнообразие новых рациональных схем промышленных сооружений с широким применением сборного железобетона также и для несущего каркаса.

Тяжелые многопролетные цехи в отличие от легких требуют большой поперечной жесткости, что достигается, устройством жестких рамных систем.

Рассматривая различные схемы поперечных конструкций таких цехов можно выделить две основные группы. Схемы первой группы состоят из ряда параллельно расположенных рам, поддерживающих продольные конструкции.

В многопролетных цехах не всегда все колонны могут быть расположены в одном поперечном сечении цеха и поэтому поперечные рамы могут иметь вид П-образных и Г-образных рам с промежуточным опиранием стропильных ферм на подстропильные.


Схемы поперечных конструкций тяжелых цехов

Схемы поперечных конструкций тяжелых цехов

Схемы поперечных конструкций тяжелых цехов


Рассматриваемая схема может быть решена в виде отдельных плоских рам, работающих самостоятельно, т. е, воспринимающих все нагрузки только со своей грузовой площади. Тогда те колонны, которых в поперечном сечении меньше, получаются значительно тяжелее колонн основных рам.

Такое решение (в виде отдельных плоских рам) не рационально. При другом решении этой схемы в виде блока рам учитывается пространственная работа каркаса.

При наличии горизонтальных связей и других продольных элементов, могущих принять надежное участие в работе каркаса на местную поперечную нагрузку, можно рассматривать рамы не как отдельно стоящие, а как элементы пространственного блока, в состав которого входят как основные, так и промежуточные рамы.

Тогда смещения рам на уровне связывающих их продольных конструкций не будут уже независимы друг от друга, а будут связаны определенными соотношениями, зависящими от жесткости продольных конструкций.

При наличии широких горизонтальных связей по нижним поясам, надежно присоединенных к фермам, хорошо прикрепленной жесткой кровли (например, из крупнопанельных плит, приваренных к верхним поясам ферм), можно предполагать, что эти связи и покрытие образуют весьма жесткий диск, в результате чего смещения основной рамы и смежных могут считаться одинаковыми.

Этим определяется доля участия каждой рамы в работе каркаса и соответственно сечение колонн. Таким образом, при одновременной работе блока рам нагрузка распределяется между колоннами пропорционально их жесткостям и они получаются более легкими. Такое решение (в виде блока рам) более рационально.

Сущность схем второй группы заключается в том, что конструкции каркаса в них разделены по своему функциональному назначению. В отдельную конструкцию выделены подкрановые стойки, а также стойки шатра, на которые оперты стропильные фермы; все они, будучи шарнирно соединенными, нагружены осевой вертикальной нагрузкой.

Для обеспечения неизменяемости системы от смещений в горизонтальной плоскости, а также для восприятия горизонтальных нагрузок устраивают продольные горизонтальные связи и широкие тормозные балки, передающие все горизонтальные силы на основные, редко расположенные и потому более мощные рамы.

Такое функциональное разделение конструкций позволяет добиться большей повторяемости элементов, а следовательно, и уменьшения Количества монтажных марок. При тяжелых кранах схемы второй группы дают несколько меньший расход стали, чем схемы первой.

В ряде случаев поперечные рамы многопролетных тяжелых цехов осуществляются с устройством жестких рамных узлов только по крайним рядам колонн и шарнирных соединений по средним рядам.


Шарнирное присоединение ферм

Шарнирное присоединение ферм

Шарнирное присоединение ферм: а — к стальной колонне;
б — к подстропильной ферме.


Пример шарнирного присоединения ферм к стальным колоннам показан на фигуре. Аналогичная конструкция может быть применена для опирания стропильных ферм на железобетонные колонны, а также на подстропильные фермы.

Сущность ее заключается в том, что стропильные фермы опираются опорными фасонками на стойку крестового сечения через специально приваренный столик. В случае примыкания к колонне подстропильной фермы аналогичный узел устраивается на других полках крестового сечения. Строганые поверхности опорных фасонов должны быть проверены на смятие.

Шарнирное соединение стропильной фермы с колонной может быть также осуществлено аналогично жесткому соединению (фигура Жесткое соединение фермы с колонной), но с устройством податливого крепления в верхнем узле за счет применения тонкой, легко деформирующейся планки (фланца), прикрепляемой болтами к колонне.

«Проектирование стальных конструкций»,
К.К.Муханов

Связи

Для придания цеху пространственной жесткости, а также для обеспечения устойчивости элементов рам устраиваются связи, располагаемые между рамами. Различают связи: горизонтальные — в плоскости верхних и нижних поясов ферм — и вертикальные — как между фермами, так и между колоннами. Назначение горизонтальных связей по верхним поясам ферм было рассмотрено в разделе Подбор сечений элементов ферм. Эти…