К каркасам относят связанные между собой конструкции, обеспечивающие нормальную работу размещенного в здании оборудования, восприятие крановых, технологических, атмосферных и других нагрузок и геометрическую форму сооружения. Каркас используется для крепления ограждающих конструкций. Конструкции каркаса разделяются на две системы поперечную называемую обычно рамой, и продольную, состоящую из колонн и конструкций, обеспечивающих их устойчивость и воспринимающих нагрузки, возникающие в продольном направлении. Первичное представление о многовариантности возможных конструктивных решений и расчетных схем поперечника зданий, построенных в разное время в России, дает рассмотрение рис.2.1 2.9. Приведенные здесь примеры охватывают здания пролетом от 12 до 120 м, обслуживаемые кранами грузоподъемностью до 450 т, работающими на высоте до 60 м при шаге колонн от 6 до 36 м и различной общей протяженности объекта.

Обе упомянутые системы могут рассматриваться как отдельно - при плоской конструктивной схеме, так и совместно при пространственной схеме. Независимо от принятых предпосылок в любом каркасе при наличии диска покрытия и тормозных конструкций реализуется пространственная схема работы, при которой смещения соседних плоских рам связаны между собой дисками. Расчет по плоской схеме для большинства каркасов условен.

К поперечной раме относятся связанные между собой в единую систему ригели кровли, колонны, а к продольным конструкциям - подкрановые балки, продольные вертикальные связи по колоннам, а также связи и распорки, обеспечивающие устойчивость каркаса в продольном направлении.

Конструкции, включаемые в работу каркаса, называют обычно основными, а остальные - второстепенными. К последним относятся, например, фонари, элементы фахверка, площадки, не включаемые в расчет поперечной и продольной рам и др. В зависимости от принятой конструктивной и расчетной схем роль тех или иных конструкций может измениться. Так, ригели и колонны встроенных площадок, включенные в работу поперечной рамы, могут стать основными.

В зависимости от характера сопряжений, различают следующие схемы поперечных рам:

• шарнирные, в которых ригеля соединяются с колоннами шарнирно, а колонны (все, либо часть из них) соединяются с фундаментами жестко;

• жесткие, в которых ригели с колоннами соединены жестко;

• смешанные, в которых часть узлов выполнена жестко, а часть - шарнирно.

Если по технологическим соображениям вдоль здания устраивается технологическая вставка, ее целесообразно использовать для организации «ядра жесткости» (рис.2.1 и 2.3), при этом в элементы поперечной жесткости рамы включаются стойки и ригели этажерки вставки.

Устойчивость и жесткость конструкций в поперечном направлении может обеспечиваться как рамой, образованной жестким сопряжением ригелей с колоннами, так и постановкой поперечных связей (связевая схема). В случае, когда по условиям конструктивного оформления узлов примыкания ригелей и связей к колоннам эти узлы передают опорные моменты, образуется комбинированная схема, которая называется рамно-связевой (рис.2.1). Использование связевых и рамно-связевых схем каркаса позволяет существенно увеличить их поперечную жесткость, уменьшить габариты колонн, а в некоторых случаях упростить монтажные соединения. Эффективность применения этих схем возрастает с увеличением горизонтальных нагрузок и высоты здания. В таких схемах связи воспринимают до 95% поперечных нагрузок.

Наряду с каркасами, в которых поперечная жесткость и устойчивость обеспечивается работой плоских рам, применяются пространственные схемы, в которых горизонтальные реакции поперечных конструкций рам передаются на диски, образованные в уровне кровли, тормозных конструкций и перекрытий, и воспринимаются жесткими конструкциями, устанавливаемыми по торцам зданий. Указанные схемы целесообразно применять в зданиях ограниченной длины (не более 120 м) при условии отсутствия перспективы расширения. В зданиях значительной протяженности при наличии вставок поперечные связи можно устанавливать по длине через 2-3 шага колонн (36-48 м), используя для передачи горизонтальных усилий диски перекрытий.