Обеспечение пространственной жесткости каркасных зданий

Пространственная система, состоящая из колонн, подкрановых балок и несущих конструкций покрытия называется каркасом одноэтажного промышленного здания.

Сборный каркас

Состоит из поперечных рам: колонна — стропильная конструкция — колонна;

Продольных: колонна — подкрановая балка — подстропильная конструкция — колонна.

Поперечные рамы

Воспринимают нагрузку от покрытия, снега и кранов.

Продольные рамы

От ветра, торможения кранов и обеспечивают устойчивость поперечных рам.

В поперечном направлении устойчивость здания обеспечивается

• жестким креплением колонн с фундаментами;
• жестким диском покрытия.

В продольном направлении устойчивость здания обеспечивается

• дополнительными стальными связями, установленными по всем рядам между колоннами и опорами стропильных конструкций.

Связи располагают между колоннами в середине температурного отсека в пределах надземной высоты колонн. В здании с мостовым краном — в пределах подкрановой части здания.

Стальные связи бывают

• крестовыми;
• портальными.

Крестовые связи устанавливают при шаге колонн 6 метров.
Портальные — при 12 м.

В зданиях с тяжелыми опорными кранами вертикальные связи между стропильными конструкциями устанавливают в крайних шагах и в середине температурного отсека.

Основу каркаса одноэтажного здания составляют поперечные рамы. Между собой их шарнирно связывают стропильные конструкции. Что касается поперечной жёсткости, то её обеспечивают ключевые элементы — колонны. Они жёстко защемляются в фундаменте посредством диска покрытия.

Если кровля здания состоит из железобетонных плит, уложенных на сплошной настил, то отдельные рамы несут гораздо меньшую нагрузку благодаря тому, что такая «жёсткая» кровля частично передаёт вес смежным рамам.

Если же кровельные плиты укладываются по прогонам, то условия получаются не такими благоприятными. Ведь местные нагрузки на рамы могут оказаться чрезмерными и деформировать их, а из-за этого могут нарушиться и эксплуатационные качества всего здания в целом.

Именно поэтому проектирование высотных бескрановых зданий или использование мостовых кранов большой грузоподъёмности должно предусматривать в верхних поясах стропильных конструкций наличие продольных связей. Благодаря этому, поперечная работа рам будет в некоторой мере объединена.

Только при бескрановом возведении зданий обеспечение продольной жёсткости лишь посредством колонн оказывается экономически выгодным. Для этого длина пролёта не должна превышать 24 метров, а высота — 8,4 метра, либо длина пролёта должна составлять 30 метров, а высота — не более 7,2 метра. Конструкция зданий с мостовыми кранами и высотных зданий должна включать наличие вертикальных связей в продольном направлении для обеспечения жёсткости. Эти связи устраиваются как между колоннами, так и, при необходимости, в самом покрытии здания.

Можно передавать ветровую нагрузку на вертикальные связи и колонны, разгружая таким образом посредством кровли торцевые стены, но это актуально лишь для зданий с определённой длиной пролётов и высотой. Если пролёты слишком велики, а высота — более или менее значительна, то при использовании такой кровли стропила будет труднее крепить к колоннам. Конструкции, которые призваны обеспечивать устойчивость покрытий, будут более сложными, а в некоторых случаях спроектировать их таким образом вообще не получится, не нарушив целостность кровли и, следовательно, прочность её связи со стропильными конструкциями.