Каркасы

Металлические каркасы. Каркас одноэтажного или многоэтажного здания (сооружения) - это сложная система жёстко связанных между собой строительных металлоконструкций, целью которой является:

  1. Зафиксировать ограждающие конструкции: стены здания, кровлю, междуэтажные перекрытия, внутренние перегородки, лестничные площадки и пролёты и так далее;
  2. Создать необходимые условия освещения, вентиляции и пожаробезопасности;
  3. Обеспечить размещение технологического оборудования и защиту этого оборудования от воздействия атмосферных осадков и явлений, а также от вибрации и колебаний температуры, различных технологических воздействий, возникающих во время эксплуатации оборудования и транспорта, размещённых внутри здания;
  4. Воспринять и равномерно распределить на фундаменты нагрузки от веса сооружения и оборудования, которое в нём размещено.

Каркас одноэтажных зданий – это несущие конструкции, которые связанны в неизменяемую пространственную систему, которая обычно делится на ряд плоских систем.

Каркасы 1

Основная функция каркаса - крепление ограждающих конструкций здания или сооружения. Существуют следующие независимые системы конструк­ции одноэтажного каркаса:

  1.  Поперечная система (рама) - колонны (стойки рамы) и ригели в виде решетчатых (стропильные фермы) или сплошностенчатых элементов конструкций из отдельных плоских листов;
  2. Продольная система - колонны и конструкции (подкрановые балки, под­стропильные фермы, вертикальные связи, кровельные прогоны, которые обеспечивают колонны и воспринимают продольные нагрузки;
  3. В составе каркаса также имеются конструкции торцевого (а иногда и продольного) фахверка (наружного каркаса), площадок, ле­стниц и других элементов здания.

Раз­личают следующие схемы сопряже­ния элементов каркаса между собой:

  • шарнирные сопряжения всех элементов;
  • жесткие - все элементы жестко сопряжены один с другим;
  • смешанные (применяются чаще всего) - некоторые элементы сопрягаются шарнирно, а другие жестко.

В поперечной системе каркаса колонны, которые составляют раму, как правило, жестко заделаны в фундаменте, за счет этого обеспечивается неизменяемость рам при шарнирных схемах, что н придает им большую жесткость. Колонны в продольной системе делаются шарнирно опертыми, неизменяемость этой си­стемы  обеспечивает постановка по колоннам вертикальных связей.

Каркас многоэтажных зданий – это жесткая пространственная система, обеспечивающая крепление ограждающих конструкций:

  • производственных зданий, которые обычно не выше 9 этажей,
  • производственно-лабораторных корпусов, которые могут достигать 25 этажей,
  • открытых промышленных этажерок высотой до 100 метров и более.

Каркасы 2Каркасы многоэтажных зданий подразделяются на

  • связевые каркасы, которые являются самыми экономичными и простыми в изготовлении. Их недостаток – несоответствие современным архитектурно-строительным требованиям;
  • рамные каркасы (плоские рамы), которые используются как в поперечном, так и в продольном направлениях. Однако такие рамы обладают сравнительно небольшой жест­костью, поэтому применяются для небольших по высо­те зданий. Кроме того использование рамной схемы сдерживается ещё тем, что возникающие в элементах рамы усилия затрудняют унификацию этих элементов;
  • рамно-связевые каркасы – наиболее распространенная схема, в которой рамы используются в поперечном направлении, а вертикальные связи в продольном направлении здания. Эта схема каркаса соответствует эксплуатационным требованиям и дает возможность использовать двутавровые колонны, тем самым, обеспечивая экономичность и простоту рамных узлов сопряжения ригелей с колоннами.

Выбор материала каркаса (железобетон или сталь) определяется сравнением стоимости вариантов каркасов, выполненных из различных мате­риалов. При этом стальные каркасы главным образом используются в производственных зданиях с большими пролетами, высокими стенами и тяжеловесным технологическим оборудованием, поэтому каркасы промышлен­ных зданий - это наиболее металлоемкие и сложные системы металлоконструкций. Сравнение основных технико-экономических характеристик дополняется при этом учетом следующих особенностей.

Преимущества стальных каркасов:

  1. Стальной каркас значи­тельно легче железобетонного, за счёт чего упрощаются монтажные, такелажные и транспортные работы;
  2. Применение стального каркаса упрощает узлы крепления технологического оборудования, трубопроводов, пути подвесного транспорта;
  3. Стальной каркас по сравнению с железобетонным позволяет значительно увеличивать размеры температурных блоков зданий;
  4. Стальной каркас сравни­тельно легко может быть перемонтирован и, если необходимо, усилен при изменении технологического процесса или при реконструкции здания под новую технологию;
  5. Унификация элементов каркаса позволяет снизить трудоемкость изготовления, перевозки и монтажа конструкций, и следовательно стоимость строительства в целом.

Основные недостатки стальных каркасов:

  1. Большой расход металла по сравнению с железобетонными конструкциями (70-80% для гибкой арматуры и 20-30% для жесткой арматуры);
  2. Необходимость дополнительной огнезащиты в пожароопасных зданиях за счёт применения огнезащитных красок и спринклерных установок, что увеличивает производственные затраты;
  3. Подверженность коррозии.