Arkhitektura_i_stroitelnye_konstruktsi1

Например, такая отрасль народного хозяйства, как машиностроение включает такие отрасли промышленности как энергетическое, дорожное и строительное машиностроение, тракторостроение, сельскохозяйственное машиностроение, приборостроение, станкостроение, автомобилестроение и др.

К предприятиям химической и нефтехимической промышленности относятся нефтеперерабатывающие и лакокрасочные заводы, предприятия по производству синтетических смол, бытовой химии и т.д.

Предприятия отличаются друг от друга не только характером выпускаемой продукции, но и габаритами технологического оборудования, потребностью в подъемно-транспортном оборудовании, освещении и т.д.

Независимо от отрасли промышленности производственные здания по назначению делят на 4 основные группы:

-объекты основного производства (цехи заготовительные, обрабатывающие, сборочные и др.);

-вспомогательные здания (административно-бытовые здания или помещения, столовые, медицинские пункты и т.п.);

-энергетические объекты (ТЭЦ, трансформаторные подстанции, компрессорные станции и т.п.);

-транспортно-складские объекты (гаражи, склады готовой продукции

исырья, ремонтные мастерские и др.).

3.1.2. Классификация промышленных зданий по архитектурно-

конструктивным признакам

В зависимости от этажности различают здания: одноэтажные; двухэтажные; многоэтажные; смешанной этажности.

По числу пролетов: однопролётные; многопролётные.

По размерам пролетов: мелкопролетные (L <= 12м); среднепролетные (L=15-36м); большепролетные (L > 36м).

По материалу основных конструкций:

со сборным железобетонным каркасом; со стальным каркасом;

со смешанным каркасом (железобетонные колонны и стальные конструкции покрытия);

с деревянным каркасом;

с кирпичными стенами и железобетонными несущими конструкциями покрытий;

другие виды.

По наличию подъёмно-транспортного оборудования: 1)

бескрановые; 2) крановые (с мостовыми кранами или подвесным транспортом).

41

По расположению внутренних опор производственные здания подразделяют на пролетные, ячейковые и зальные. В зданиях пролетного типа размер пролета преобладает над шагом колонн. Здания ячейкового типа имеют сетку колонн близкую к квадратной, т. е. шаг и пролёт имеют близкие значения. Здания зального типа предполагают наличие значительного пространства без внутренних опор. Для покрытий таких зданий используют большепролетные конструкции.

3.1.3. Классификация промышленных зданий по условиям эксплуатации

Условия эксплуатации промышленных зданий часто бывают менее благоприятными, чем гражданских. Это также оказывают существенное влияние на их формирование.

По системам отопления промышленные здания бывают

отапливаемые и неотапливаемые. К отапливаемым относят здания, в

которых необходимо поддерживать положительную температуру воздуха в холодное время года. К неотапливаемым относятся здания с избыточным тепловыделением (горячие цехи, прокатные и т. п.), а также здания, не требующие отопления (склады, хранилища, холодные цехи и др.).

По системам вентиляции промышленные здания делят на:

здания с естественной вентиляцией или аэрацией (воздухообмен осуществляется через проёмы в ограждающих конструкциях);

с искусственной приточно-вытяжной вентиляцией (с помощью вентиляторов-воздуховодов);

с кондиционированием воздуха при необходимости создания в помещении заданных параметров воздушной среды (температура, влажность, отсутствие пыли и т. п.).

Кондиционирование применяется в различных помещениях мясоперерабатывающей и пищевой промышленности, на предприятиях по производству высокоточных приборов (нередко допускаемые температурные колебания на таких предприятиях не должны превышать 0,1оС).

По системам освещения различают здания или помещения с

естественным освещением, с искусственным освещением и с

интегральным или смешанным освещением. Естественное освещение осуществляется через проемы в ограждающих конструкциях стен и покрытия, оно наиболее благоприятно в помещениях с длительным пребыванием людей. Имеются производства, в которых предъявляются повышенные требования к естественной освещенности, например в текстильной промышленности.

Искусственное освещение с помощью различных осветительных приборов является основным в тех случаях, когда естественное освещение

42

нецелесообразно. Это характерно, в частности, для производств, требующих создания определенных параметров воздушной среды, т.к. наличие остекленных поверхностей стен приводит к потере тепла в холодное время года и к перегреву в летнее время.

Наиболее широко в промышленных зданиях применяется совмещенное освещение, при котором наряду с естественным освещением используется также искусственное.

По категории взрывопожарной опасности производств. В

зависимости от используемых в производстве материалов различают пять категорий (А, Б, В, Г, Д) взрывной, пожарной и взрывопожарной опасности.

Наиболее взрывопожароопасными являются производства категории А, в которых используются жидкие и газообразные вещества, воспламеняющиеся при температурах не выше 28оС.

Производства категории Б менее опасны. Применяемые вещества воспламеняются и взрываются при t > 28оС. К этой категории относятся также взрывоопасные производства, в которых используются пыль или волокна, образующие взрывоопасные смеси с воздухом (предприятия мукомольной промышленности).

Производства категории В относятся только к пожароопасным (производство связано с твёрдыми сгораемыми веществами). Производства категорий Г и Д наименее опасны в пожарном отношении и связаны с обработкой несгораемых веществ соответственно в горячем и холодном состояниях.

По требованиям к влажностному режиму производственные процессы делят на сухие (с относительной влажностью воздуха Р до 50%),

нормальные (Р от 50% до 60%), влажные (Р от 61% до 75%) и мокрые (Р

свыше 75%).

3.2. Подъемно-транспортное оборудование промышленных зданий

Любой производственный процесс связан с перемещением сырья, полуфабрикатов и готовой продукции. Используемое для перемещения материалов подъемно-транспортное оборудование может быть разделено на 2 группы: транспорт периодического действия и транспорт непрерывного действия.

К транспорту непрерывного действия относятся конвейеры, пневматический, гидравлический и т.п. транспорт.

Транспорт периодического действия включает напольный рельсовый и безрельсовый транспорт; подвесной транспорт и опорное подъемнотранспортное оборудование.

Напольный транспорт (автокары, автопогрузчики, вагонетки и др.) мало влияют на объемно-планировочное и конструктивное решение

43

промышленного здания. Их применение предъявляет повышенные требования к конструкции пола.

3.2.1. Подвесное подъёмно-транспортное оборудование

Наиболее широко в промышленных зданиях применяют кошки, электротали и подвесные краны. Кошка и электроталь представляют собой тележку с лебедкой для подъема груза, передвигающуюся вдоль здания по двутавровой балке (монорельсу), жестко прикрепленной к несущим конструкциям покрытия. Управление осуществляется с пола или из кабины крановщика с помощью ручной цепной передачи (кошка) или электропривода (электроталь). Такие механизмы имеют грузоподъёмность до 5 т и целесообразны, если требуется обслужить зону незначительной ширины.

Подвесные краны (кранбалки) также имеют грузоподъемность до 5т включительно, но с их помощью можно обслуживать практически всю площадь здания. В подвесных кранах тележка с лебедкой для подъема груза перемещается по двутавровой ездовой балке. В свою очередь ездовая балка движется по крановым путям, закрепленным на несущих конструкциях покрытия. Подвесные краны могут быть одно-, двух- и трехпролетными. Величина кранового пролета – от 3-х до 15-и метров. Возможно размещение в пролете двух и более кранов. Для обеспечения нормальной работы крана необходимо, чтобы между консолью крана и несущими конструкциями здания оставался зазор не менее 100мм.

Применение подвесного подъемно-транспортного оборудования незначительно увеличивает строительный объем. Достоинством является также возможность изменения направления движения крана на перпендикулярное с помощью специальных поворотных стрелок.

3.2.2. Опорное подъёмно-транспортное оборудование (мостовые краны)

Мостовые краны используются в тех случаях, когда требуется грузоподъемность свыше 5 т. Мост крана, выполняемый из стальных балок или ферм, передвигается вдоль здания по рельсам, уложенным на подкрановые балки. Для опирания подкрановых балок колонны каркаса выполняются с консолями (крановые колонны). По верхним поясам балок моста в поперечном направлении перемещается тележка с одной или двумя лебедками для подъема груза. Двумя крюками обычно снабжают краны грузоподъемностью от 16 т. Крюк меньшей грузоподъемности называют вспомогательным (гуськовым).

44

Взависимости от грузоподъемности различают краны средней грузоподъемности (от 5 до 50 т включительно) и тяжелые краны (грузоподъемностью свыше 50 т).

Взависимости от интенсивности работы краны могут быть:

легкого режима работы - 1К, 2К (коэффициент использования крана не более 0,25);

среднего режима работы - 3К, 4К (коэффициент использования крана

0,25<К<0,4);

тяжелого (5К, 6К) и весьма тяжелого (7К, 8К) режимов работы; коэффициент использования крана не менее 0,4.

Коэффициент использования крана определяется продолжительностью его работы в единицу времени.

Грузоподъёмность кранов и их габариты определяются государственными стандартами. Мостовые краны разработаны для пролетов

зданий не более 36 м. Крановый пролет, определяемый		как	расстояние
между осями	подкрановых балок (Lкр = L –	2b),	зависит от

грузоподъёмности, режима работы крана и наличия проходов в уровне крановых путей. Так, привязка кранового пути (b) для кранов легкого и среднего режимов работы грузоподъёмностью не более 50 т при отсутствии проходов в уровне крановых путей принимается равной 750 мм.

Опорные краны увеличивают высоту помещения, усложняют конструкцию колонн и фундаментов. Кроме того, крюк подъемных механизмов по техническим соображениям не доходит до подкрановых балок, т. е. образуется не обслуживаемая кранами «мертвая зона», которая увеличивается с увеличением грузоподъемности. Учитывая эти недостатки, там, где возможно, рекомендуется применять подвесной транспорт или напольное подъемно-транспортное оборудование.

3.3 Объемно-планировочные решения промышленных зданий

Выбор объемно-планировочного решения промышленного здания зависит от характера располагаемого в нем технологического процесса. Технологической схемой производства определяется последовательность выполняемых операций, места поступления сырья, полуфабрикатов, выхода готовой продукции, места ввода инженерных сетей, габариты и размещение технологического оборудования и т.д.

3.3.1 Планировочные схемы промышленных зданий

Все виды планировок промышленных зданий можно разделить на 2 основных типа: сплошную и павильонную.

Сплошная или блокированная застройка представляет собой многопролетные корпуса значительной площади, позволяющие располагать под одной крышей основные, подсобные, вспомогательные и складские помещения.

45

Это позволяет уменьшить площадь заводской территории на 30-40%, сократить периметр наружных стен на 50%, снизить стоимость строительства

исократить эксплуатационные расходы. При сплошной застройке пролеты могут быть одного направления или быть взаимно перпендикулярными.

Блокированная застройка целесообразна при близких технологических процессах (одинаковые вредности, близкие нагрузки, температурные режимы

ит.п.).

Павильонная или раздельная застройка представляет собой одноили двухпролетное здание малой ширины. Применяется при размещении производств с повышенным тепло- и газовыделением, пожаро- и взрывоопасных производств, отдельных мелких производств.

3.3.2 Выбор этажности промышленного здания

При выборе этажности производственного здания учитывают технологические и экономические требования, а также местные условия строительства (наличие площади под застройку, рельеф местности и т.п.).

Достоинства ОПЗ:

-возможность произвольной расстановки любого оборудования, в том числе и тяжелого;

-возможность использования разных видов и грузоподъемностей подъемно-транспортного оборудования;

-возможность получения более равномерного естественного освещения;

-возможность устройства естественного воздухообмена;

-отсутствие вертикального транспорта (лифтов);

-меньший удельный вес проходов, проездов и подсобных помещений. Достоинства МПЗ:

-меньшая площадь застройки;

-меньшая протяженность инженерных путей и дорог;

-меньшая площадь ограждений на единицу площади, а следовательно,

именьшие теплопотери через ограждения;

-меньшие эксплуатационные расходы на ремонт кровли;

-архитектура хорошо увязывается с городской застройкой.

Таким образом, применение МПЗ наиболее целесообразно при стесненных условиях строительной площадки, невысоком уровне нагрузки на перекрытие (≤ 20 кН/м2) и для расположения производств с вертикальным технологическим процессом (предприятия легкой и пищевой промышленности, приборостроения, горнообогатительные фабрики, мельницы и др.).

Впоследние годы широкое применение получили двухэтажные здания

сукрупненной сеткой колонн в верхнем этаже. Основное производство в этом случае располагают во втором этаже. При этом нагрузка на перекрытие может достигать 150 кН/м2.

46

3.4. Унификация промышленных зданий

3.4.1. Особенности применения ЕМС в промышленном строительстве

При большом разнообразии технологических процессов, протекающих в промышленных зданиях, во многих случаях при проектировании можно применять унифицированные объемно-планировочные и конструктивные решения.

К основным строительным параметрам, подлежащим унификации, относятся:

пролеты – кратны 30М при L ≤ 24 м и 60М при L > 24 м;

шаги колонн – кратны 60М (30М в МПЗ);

высотные габариты – кратны 6М при H ≤ 7,2 м и 12М при Н > 7,2 м;

привязки колонн и осей подкрановых балок к модульным разбивочным осям – кратны 2,5М.

Унифицируют также грузоподъёмности подъёмно-транспортного оборудования:

мостовые краны – 5; 8; 10; 12,5; 16; 16/3,2; 20/5; 32/5; 50/12,5 т;

подвесные краны – 1; 1,6; 3,2; 5 т.

Впромышленном строительстве широко применяются типовые проекты отдельных зданий или сооружений, унифицированные типовые пролеты (УТП), объёмно-пространственные элементы (ОПЭ) и секции (УТС).

УТП разработаны для бескрановых и крановых зданий с подвесными кранами грузоподъемностью до 5 т или мостовыми кранами грузоподъемностью до 50 т включительно. При этом принято ограниченное число геометрических параметров зданий (Н ≤ 18 м; L ≤ 24 м для зданий с железобетонным каркасом и L ≤ 36 м для зданий с металлическим каркасом). Для возможных сочетаний грузоподъемностей кранов и объемнопланировочных параметров определен набор типовых конструктивных элементов (разработаны типовые серии и каталоги основных конструкций).

ОПЭ – это фрагмент здания с габаритами УТП в поперечном направлении и шага в продольном. Тля каждого типа ОПЭ разработаны подтипы ОПЭ: средние, торцевые, угловые и т. д.

Из набора объёмно-пространственных элементов определенного типа образуется типовая секция (УТС), состоящая из нескольких пролетов постоянной высоты. Обычно УТС представляет собой температурный блок.

Путём блокирования УТС можно получать различные объёмнопланировочные решения зданий.

Аналогично решается вопрос унификации и многоэтажных промышленных зданий.

Следует отметить, что в современных условиях к вопросам унификации относятся менее жестко. Особенно, когда речь идет о зданиях с металлическим или деревянным каркасом.

47

3.4.2. Привязка конструктивных элементов в промышленных зданиях

Применение унифицированных решений предполагает соблюдение определенных правил привязки конструкций к модульным разбивочным осям.

Также, как и в гражданских зданиях, привязка колонн к промежуточным осям обычно принимают осевой. Наибольшую сложность представляет определение привязки колонн крайних рядов. Привязка в этом случае определяется как расстояние от оси до наружной грани колонны, назначается кратной 250 мм и может быть «0», «250», и «500». Конкретная величина привязки определяется в зависимости от типа колонн, шага и высоты колонн, типа несущих конструкций покрытия, наличия, грузоподъемности и режима работы подъемно-транспортного оборудования и др. факторов.

Наиболее удобной с точки зрения производства строительномонтажных работ является нулевая привязка, однако ее применение ограничивается привязкой железобетонных колонн в зданиях пролетного типа без мостовых кранов или с мостовыми кранами небольшой грузоподъемности, если шаг колонн не превышает 6 м.

Увеличение нагрузок (грузоподъемности, шага колонн и др.) приводит к увеличению размеров сечения колонны и к необходимости применения другой величины привязки.

Свои особенности имеет привязка колонн в торцах здания и в местах устройства температурных швов.

3.5. Схемы каркасов промышленных зданий

Так как для промышленных зданий характерно наличие значительных статических и динамических нагрузок, их чаще всего проектируют каркасными. В этом случае происходит разделение функций между несущими и ограждающими конструкциями.

Это имеет место как в одноэтажных, так и в многоэтажных промышленных зданиях.

Наиболее распространенное решение каркаса ОПЗ – схема, при которой ригель соединен с колоннами шарнирно, а колонны жестко заделаны в фундамент (двухшарнирная схема). В этом случае несущие конструкции покрытия и колонны образуют одноили многопролетные поперечные рамы, обеспечивающие жесткость здания в поперечном направлении. Таким образом, поперечные рамы воспринимают все вертикальные и поперечные горизонтальные нагрузки и передают их на основание.

Такая схема имеет широкое применение и в зданиях с железобетонным каркасом, и в зданиях с металлическим каркасом. Ее достоинством является возможность последовательного расчета конструктивных элементов, начиная сверху вниз.

48

Несколько реже применяются двухшарнирная схема с шарнирным сопряжением колонн с фундаментом и трехшарнирная схема поперечной рамы. Первая широко применяется в зданиях с металлическими рамами («Канск», «Орск»), а вторая наиболее характерна в зданиях с несущими конструкциями из клееной древесины.

Взданиях с цельнометаллическими каркасами нередко используют бесшарнирную схему поперечной рамы.

Впромышленных зданиях в качестве горизонтального элемента поперечной рамы чаще всего применяют плоские линейные элементы – балки, фермы, арки с затяжкой и др.

Впродольном направлении устойчивость каркаса обеспечивается фундаментными балками, подстропильными конструкциями, несущеограждающими конструкциями покрытия, а также специальными связями по колоннам и по покрытиям.

Совместная работа плоских поперечных рам и продольных элементов позволяет обеспечивать пространственную жесткость и устойчивость здания

вцелом.

Впоследние годы довольно широко применяются пространственные конструкции покрытия (оболочки, структурные конструкции и др.). В этом случае конструкции покрытия опираются на колонны в углах, а продольные рамы имеют конструктивное решение аналогичное поперечным рамам каркаса.

3.6. Покрытия одноэтажных производственных зданий

Покрытия промышленных зданий обычно проектируют бесчердачным. В состав покрытия входят несущие конструкции, несущее-ограждающие конструкции и кровля.

По материалу конструкции несущие конструкции покрытия могут быть железобетонными, металлическими, сталежелезобетонными, деревянными и металлодеревянными.

Несущие конструкции покрытия с точки зрения их работы подразделяют на плоскостные и пространственные.

Плоскостными называют конструкции, несущие элементы которых лежат в одной плоскости и в этой же плоскости действуют внешние силы. Т.е. конструкции плоские по форме могут быть пространственными по сути. Все остальные конструкции являются пространственными, так как их работа происходит в трехмерном пространстве.

В зависимости от наличия или отсутствия распора различают распорные и безраспорные конструкции.

49

3.6.1. Плоскостные несущие конструкции покрытий

Впромышленных зданиях наибольшее распространение получили плоскостные безраспорные конструкции (стропильные конструкции). В первую очередь к ним относятся балки и фермы, имеющие длину равную ширине пролета здания. Эти конструкции устанавливают по длине здания с определенным шагом, называемым шагом стропильных конструкций. При шаге стропильных конструкций равном шагу колонн конструкции покрытия опирают на колонны каркаса.

Втех случаях, когда шаг стропильных конструкций меньше шага колонн, для опирания стропильных конструкций в промежутках между колоннами устанавливают дополнительные конструкции (также в виде балок или ферм), называемые подстропильными конструкциями.

Выбор конструкции покрытия зависит от размеров перекрываемого пролета, технологических требований, температурно-влажностных условий, наличия агрессивных сред и других факторов.

Так, применение балок (сплошностенчатых конструкций) наиболее целесообразно при пролетах не более 18 м. Однако возможно использование балок из железобетона при пролетах до 21 м для и стальных балок при пролетах до 30 м.

Железобетонные балки чаще всего имеют тавровое сечение при пролетах ≤ 12 м и двутавровое при больших пролетах.

Стальные балки чаще всего выполняют из прокатных или сварных двутавров.

При больших пролетах могут применяться балки с гофрированной стенкой, а при высоком уровне нагрузок двустенчатые балки и т.д.

При пролетах 24 м и более рекомендуется применять решетчатые конструкции в виде железобетонных или стальных ферм. Это позволяет в значительной степени сократить расход материала, так как балки и фермы работают на изгиб, их несущая способность зависит от величины момента инерции, а применение ферм позволяет его увеличить за счет увеличения высоты конструкции.

Из железобетонных ферм чаще всего применяют безраскосные фермы для скатного или малоуклонного покрытия. Возможно также применение ферм с параллельными поясами и сегментных раскосных ферм.

При необходимости, фермы и балки опирают на подстропильные конструкции.

Стальные фермы могут иметь различные очертания. Их выполняют из прокатных или гнутосварных профилей: уголков, широкополочных тавров, широкополочных двутавров, швеллеров, замкнутых гнутосварных труб прямоугольного сечения, электросварных труб и др.

50