Технологические процессы в основной массе производств, размещаемых в одноэтажных зданиях, решаются в направлении пролета. Любой разрыв технологического процесса сказывается на съеме продукции с единицы производственной площади. Это предопределило разработку в таких зданиях рамных каркасов в поперечном направлении с обеспечением жесткости с помощью ригелей. Рамно-связевые и связевые схемы каркасов в поперечном направлении (как более рациональные решения по трудозатратам и расходу материалов) могут иметь применение в производствах, где нет явно выраженных технологических потоков, или эти потоки допускается размещать в любых направлениях (например, легкая и пищевая промышленность, предприятия связи и бытового обслуживания). Область применения таких каркасов распространяется также на все вспомогательные здания, а в межвидовом плане – на здания общественного назначения. Предлагаемые решения каркасных зданий являются универсальными, так как применимы при рамной, рамно-связевой и связевой схемах каркаса в поперечном направлении.

Элементы рамной схемы каркаса включают в себя колонны, жестко заделанные в фундаменты, и ригели с уздами ограниченной жесткости. Ригели вставляются в одиночные (в виде вилок) или двойные вырезы колонн. Соответственно этому число ригелей составляет один или два. Однако установку на колонну двух рядов ригелей следует допускать только при необходимости увеличения нагрузок на перекрытия.

В габаритах колонны ригели по низу устанавливаются на эластомерные прокладки, а по верху соединяются с ней при помощи соединительных элементов, привариваемых к соответствующим закладным изделиям. Указанное соединение по верху ригелей осуществляется из арматурных стержней (сталь класса А1) или из мягкой листовой стали.

Принципы конструирования узлов сопряжений колонн и ригелей и каркаса здания в целом исходят из расчетных предпосылок. Они предполагают после нескольких загружений каркаса вертикальной и горизонтальной нагрузками получение соединительными элементами (между ригелями и колоннами) остаточных деформаций и восприятие усилий этими элементами только от горизонтальных нагрузок. Происходит приспособление системы к заданным условиям работы, согласно которым колонны воспринимают нагрузки только от ветра, а ригели под воздействием вертикальных нагрузок работают как неразрезные балки.

Соответственно приведенному перераспределению усилий принимается и расчетная схема каркаса здания. Усилия в колоннах и ригелях от ветровой нагрузки определяются в результате расчета поперечной рамы. Усилия от вертикальных нагрузок в ригелях определяются в результате их расчета как неразрезных балок. Площадь сечения соединительных элементов находится из равенства

As = Мw/Rs • Zo,

где Мw — момент от ветровой нагрузки в опорном сечении. Значение момента Мс, переходящего с ригеля на колонны, принимается больше значения Мw за счет учета изменчивости сопротивления стали соединительного элемента, Мс = к•RsAs•Z, где К = 1,5 при коэффициенте изменчивости γs = 0,007.

Конструктивный прием, обеспечивающий заданные условия работы системы с приспособлением узлов сопряжения ригелей с колоннами, применен при разработке унифицированного каркаса многоэтажных зданий для Москвы.

Однако в этом каркасе, в результате приспособления, ригели под воздействием вертикальной нагрузки работают как шарнирно опертые балки, а соединительные элементы приняты в виде так называемых «рыбок» из мягкой листовой стали.

В настоящее время предлагаемый узел сопряжения ригеля с колонкой прошел экспериментальную проверку. Реализация этого предложения позволит повысить несущую способность каркаса зданий. При этом, по сравнению с традиционными решениями рамных каркасов, в предлагаемых решениях снижаются усилия на колонны, упрощается конструктивное решение ригелей (в том числе и при разрезке его в пределах пролетов на отдельные элементы) и его сопряжение с колонной.

Устойчивость каркасных зданий в продольном направлении обеспечивается различными приемами. При небольшой высоте здания (в пределах двух, трех этажей) продольная устойчивость каркаса здания достигается работой жестко заделанных в фундаменты колонн, сечение которых развито в этом направлении (750 мм и более). Развитое в продольном направлении сечение колонн обеспечивает также создание трансформируемых на два этажа помещений, что имеет применение в практике проектирования.

В наиболее общем случае продольная устойчивость каркаса обеспечивается путем использования ядер жесткости в виде лестниц, шахт лифтов, коммуникационных блоков, выполняемых из сборных элементов или монолитного железобетона, в том числе в сочетании с колоннами повышенной жесткости в продольном направлении. В отдельных случаях допускается применение для этих целей стальных связей.

Продольные рамы могут создаваться и за счет межколонных плит (по две в каждом ряду), привариваемых к колоннам, ригелям и свариваемых между собой по верху накладками. Жесткость диска перекрытия обеспечивается несколькими приемами в сборно-монолитном и сборном вариантах. При сборно-монолитном варианте возможны подварианты. В первом случае сначала осуществляется приварка межколонных плит (по две в каждом ряду) или в частном случае всех плит по трем сторонам к ригелям. Для этого на опорах плит вырезаются небольшие участки полок, которые в дальнейшем замоноличиваются при устройстве бетонной подготовки пола. Горизонтальные усилия через плиты-распорки передаются на создаваемые в торцах здания (на ограниченных площадях между поперечными координационными осями) монолитные участки из армированного бетона толщиной до 70 мм (за счет бетонной подготовки пола).

Во втором случае жесткость диска перекрытия решается путем создания поверх плит на всей площади перекрытия монолитного армированного слоя бетона толщиной до 70 мм с обеспечением совместности его работы с плитами и ригелями. При сборном варианте решения достаточно приварки всех плит к ригелям. В этом случае бетонная подготовка пола выполняет только свои обычные функции.

Обеспечение жесткости диска перекрытия в сборно-монолитном варианте следует считать весьма приемлемым решением. Во-первых, оно хорошо корреспондируется со сборно-монолитным решением ригелей. Во-вторых, оно одновременно положительно решает вопросы по установке на перекрытиях виброопасного оборудования и исключению продавливания полок плит при использовании для передвижения грузов электрокаров и электропогрузчиков на жесткой резине.

Монтаж каркаса в целом производится с учетом приведенных выше условий обеспечения жесткости и устойчивости здания в поперечном и продольном направлениях. При этом, как правило (за исключением случая сварки плит между собой сверху), необходимо поэтажное выполнение бетонных работ.

Во всех случаях решения перекрытий плиты опираются только по верху ригелей, которые могут быть как сборными, так и сборно-монолитными, в том числе (в общем случае) в сочетании с монолитными участками армированной бетонной подготовки пола.

При сборно-монолитных решениях ригелей из них отгибаются вертикально выпуски арматуры. Полки плит в местах опирания на ригели вырезаются при изготовлении. Инвентарная опалубка опускается между ребрами плит по обеим сторонам ригеля и устанавливается соединительными болтами на верхнюю поверхность его. Перед бетонированием болты подтягиваются. После осуществления бетонирования болты, находящиеся в специальных трубках (из полиэтилена или картона), легко снимаются.

Установка плит в перекрытии, а также использование для местного усиления или подвески транспортных путей отдельных балок на основе плит имеют много общего с аналогичными решениями в покрытиях. Отдельные моменты применения плит характерны только для многоэтажных зданий. В перекрытиях отдельные плиты, перевернутые ребрами вверх, могут использоваться как каналы для стока жидкости и масел, в том числе, с организацией в них трапов