Каркасы промышленных зданий и их элементы.

Виды промышленных зданий по архитектурно-конструктивным признакам. Промышленные здания по архитектурно-конструктивным признакам подразделяют на одноэтажные, двухэтажные, многоэтажные и здания смешанной этажности.
В одноэтажных зданиях, как правило, размещают производства металлургической и машиностроительной промышленности (сталелитейные, прокатные, кузнечные, термические, механосборочные цехи и др.), характеризующиеся тяжелым и громоздким технологическим оборудованием, крупногабаритными изделиями и большими динамическими нагрузками.
В настоящее время в одноэтажных зданиях размещается около 75% промышленных производств. Однако в перспективе будет возрастать удельный вес многоэтажных зданий, позволяющих уменьшить площадь застройки предприятий.
По количеству пролетов одноэтажные здания могут быть одно- и многопролетными).
Под пролетом понимается расстояние между продольными рядами колонн в направлении работы основных несущих конструкций покрытия (стропильных конструкций) или перекрытия (основных балок или ригелей).
В зависимости от ширины пролетов здания принято считать мелко-пролетными, если ширина пролетов не превышает 12 м, крупнопролетными - при ширине пролетов более 12 м и большепролетными - с шириной пролетов 36, 48, 60 м и более. В большепролетных зданиях целесообразно размещать производства с быстро изменяющейся технологией или связанные с выпуском, содержанием и хранением крупногабаритной продукции (авиастроение, ангары, гаражи и т.п.)
По расположению внутренних опор одноэтажные промышленные здания разделяют на ячейковые, пролетные и зальные. В зданиях ячейкового типа преобладает квадратная сетка опор с относительно небольшим продольным и поперечным шагом. Такую сетку опор целесообразно применять для зданий с подвесным или напольным транспортом, когда требуется размешать технологические линии (и транспортировать грузы) в двух взаимно перпендикулярных направлениях.
В зданиях пролетного типа, наиболее распространенных в практике строительства, ширина пролетов преобладает над шагом опор. Здания зального типа характерны для производств, требующих значительной площади без внутренних промежуточных опор. В таких зданиях расстояние между опорами может достигать 100 м и более (большепролетные здания).
В многоэтажных зданиях размещают производства с вертикально направленным технологическим процессом, в случаях, когда используется сила тяжести сырья и полуфабрикатов (мельницы, агломерационные фабрики, хлебозаводы, химические заводы и др.).
Многоэтажные здания сооружают также для предприятий легкой, пищевой, радиотехнической, приборостроительной промышленности, для складов. Нагрузки на междуэтажные перекрытия в многоэтажных зданиях могут достигать 30-45 кН/м2 (3000-4500 кг/м2).
Многоэтажные здания, как правило, имеют многопролетную схему, причем в средних пролетах рекомендуется размещать второстепенные производства, для которых достаточна меньшая естественная освещенность (рис. 1-3). Для многих многоэтажных зданий характерно, когда размеры пролета равны шагу колонн, образуя ячейковую структуру.
На первых этажах многоэтажных зданий обычно располагают тяжелое и громоздкое оборудование и производства, выделяющие агрессивные сточные воды. На верхних же этажах размещают взрыво- и пожароопасные производства, а также такие, которые выделяют в воздушную среду вредные газы.
Специальную группу зданий составляют двухэтажные с укрупненной сеткой колонн верхнего этажа (рис. 1-3,а). В таких зданиях на верхнем этаже размещают основное производство, а на первом - вспомогательные службы (ремонтные отделения, депо электрокар, бытовые помещения и т.п.), а также энергетические и санитарно-технические коммуникации.
Размещение в двухэтажных зданиях некоторых производств машиностроительной, легкой, пищевой, полиграфических и других отраслей промышленности (взамен одноэтажных зданий) дает значительный экономический эффект вследствие уменьшения площади застройки и строительного объема здания. Для некоторых отраслей промышленности целесообразно строить многоэтажные здания с укрупненной сеткой колонн верхнего этажа (рис. 1-3, е). Этот этаж можно оборудовать подвесными или мостовыми кранами.
Здания смешанной этажности строят для производств с горизонтальным и вертикальным технологическими процессами (многие химические производства).
Производства легкого машиностроения, текстильные и пищевые предприятия, фарфоровые заводы можно размещать как в одноэтажных зданиях, так и в многоэтажных зданиях. В этих случаях при выборе этажности здания руководствуются заданными условиями строительства и технико-экономическими расчетами.

Внутрицеховое подъемно-транспортное оборудование. Для перемещения внутри зданий сырья, полуфабрикатов и готовой продукции их оборудуют подъемно-транспортными средствами, необходимыми также для монтажа и демонтажа технологических установок.
Внутрицеховое подъемно-транспортное оборудование подразделяют
на две группы: периодического и непрерывного действия. К первой группе относят подвесной транспорт (тали, кошки, тележки, подвесные краны), мостовые краны и напольный транспорт; ко второй – конвейеры (ленточные, пластинчатые, скребковые, ковшовые), нории, рольганги и шнеки.
В промышленном строительстве наиболее распространены здания с подвесными и мостовыми кранами, перемещающими грузы в трех направлениях и обслуживающими практически любую точку площади цеха.
Подвесные краны имеют грузоподъемность от 0,25 до 5 т (иногда до 20 т). Кран состоит из легкого моста или несущей балки, двух - или четырехкатковых механизмов передвижения (по подвесным путям) и электротали, перемещающейся по нижней полке мостовой балки (рис. 1-4, а).
В зависимости от ширины пролета, шага несущих конструкций покрытия, грузоподъемности и требуемого числа транспортных операций по ширине пролета (или на одних и тех же путях) устанавливают один или несколько кранов. По количеству путей подвесные краны могут быть одно-, двух- и многопролетными.
Краны могут быть однопролетные при длине несущих балок от 3,6 до 18 м, двухпролетные - при длине 16,2-27 м и трехпролетные - при длине 28,2-34,8 м. Размеры пролетов кранов (расстояние между точками подвеса) приняты кратными 1,5 м и составляют 3-15 м. Управляют подвесными кранами с пола цеха.
Мостовые краны имеют грузоподъемность от 1 до 500 т и более. Чаще используют краны грузоподъемностью 5-32 т. В тех цехах, где требуется перемещать грузы разной массы и с разной скоростью, предусматривают краны с двумя механизмами подъема. Грузоподъемность кранов обозначают дробными числами, например 50/10 т. Числитель показывает грузоподъемность механизма главного подъема, знаменатель вспомогательного.
Мостовой кран состоит из несущего моста, перекрывающего пролет помещения, механизмов передвижения и передвигающейся вдоль моста тележки с механизмом подъема (рис. 1-4, б).
Несущий мост имеет вид пространственной четырехплоскостной коробчатой балочной или ферменной конструкции. По концам моста устанавливают механизмы передвижения по подкрановым путям, уложенным по консолям колонн цеха. По верху моста укладывают рельсы, по которым передвигается тележка с механизмами подъема. Управляют мостовыми кранами из подвешенной к мосту кабины или с пола цеха вручную.
Все механизмы крана приводятся в действие электромоторами с питанием по троллейным проводам, которые крепят сбоку одной из подкрановых балок или подвешивают к нижнему поясу несущих конструкций покрытия. Грузоподъемность, габариты и основные параметры мостовых и подвесных кранов даются в ГОСТах.
В зависимости от продолжительности работы в единицу времени эксплуатации различают краны весьма тяжелого и тяжелого (коэффициент использования 0,4-0,8), среднего (0,25-0,40) и легкого (0,15-0,25) режимов работы. В цехах с интенсивным технологическим процессом в одном пролете может быть установлено по два крана и более, располагаемых как в одном, так и в двух уровнях цеха. Передвигаются краны со скоростью 80 м/мин и более.
При использовании кранов весьма тяжелого режима работы (или тяжелого и среднего при двух и более кранах в пролете) вдоль подкрановых путей устраивают проходы (галереи) для обслуживающего их персонала. Ширину прохода принимают не менее 400, высоту 1800 мм.
Пролеты мостовых кранов (от 13,5 до 33,5 м) увязывают с шириной пролетов и размерами привязки осей подкрановых путей к продольным разбивочным осям. Размеры привязки приняты следующие: в зданиях с электрическими мостовыми кранами грузоподъемностью до 50 т - 750 мм (рис. 1-5, а); в зданиях с такими же кранами грузоподъемностью более 50 т - 1000 мм (рис. 1-5, б); при устройстве проходов вдоль подкрановых путей - 1000 мм и более, кратно 250 мм (рис. 1-5, в).
В промышленных зданиях устанавливают также специальные мостовые краны: литейные, консольно-поворотные, колодцевые, для раздевания слитков, завалочные, с вилообразным захватом и др.
Вид кранов выбирают в зависимости от характера и массы грузов, интенсивности технологического процесса, ширины пролетов и с учетом будущей модернизации производства.
В современной практике наблюдается тенденция к замене мостовых кранов подвесными. Устройство специальных поворотных стрелок-крестовин позволяет перемещать грузы подвесными кранами во взаимно-перпендикулярных направлениях без переделки подвесных путей. Поэтому здания, оборудованные подвесным транспортом, легче приспособлять к изменениям технологии производства.
Напольный транспорт. Мостовые и подвесные краны, передающие нагрузки на каркас, очень сильно влияют на объемно-планировочное и конструктивное решение здания. При проектировании стремятся по возможности уменьшить грузоподъемность этих кранов или вообще освободить каркас здания от крановых нагрузок.
Отказ от мостовых и подвесных кранов приводит к значительному экономическому эффекту (уменьшается расход материалов на элементы каркаса), позволяет создавать здания с укрупненной сеткой колонн, а также легкие большепролетные здания с пространственными и висячими системами покрытий.
Технологический процесс в зданиях без мостовых и подвесных кранов обслуживается напольным транспортом. К ним относятся вагонетки, электрокары, конвейеры, автомобильные краны, различного рода погрузчики и т.п. В крупно- и большепролетных зданиях для перемещения грузов целесообразно предусматривать козловые краны, передвигающиеся по рельсам, уложенным в уровне пола цеха (рис. 1-5,в и рис. VIII-l,5-e).
Использование козловых и полукозловых кранов в производственных зданиях имеет хорошие перспективы, так как появляется более широкая возможность создания конструктивно легких, крупноячейковых зданий (60 х 60 м; 120 х 120 м).
Вместе с тем, все виды напольного транспорта, находящиеся в уровне движения людей, создают опасность травматизма, вызывают ощущение дискомфорта и повышенного нервного напряжения.

Рисунок – Внутренний вид промышленного холодильника

ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КАРКАСЫ ОДНОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ (СЕРИИ 1.423; 1.424; 1.427; 1.462).

смешанные (металлическо-железобетонные) каркасы производственных зданий

Рисунок 6 – Общий вид стального каркаса одноэтажного промышленного здания

Рисунок 10 Разрез здания консервного завода

1 Железобетонный каркас одноэтажных зданий включает систему фундаментов, колонн, стропильных и подстропильных конструкций (если шаг колонн больше шага стропильных конструкций), подкрановых и обвязочных балок, а также связей жесткости. Поперечную раму каркаса образуют колонны, которые жестко связаны с фундаментом и шарнирно со стропильными конструкциями (балками или фермами) верхние пояса которых развязаны системой горизонтальных связей (в прогонных покрытиях) или сплошным плитным покрытием (рис.1).

Рисунок 1- Фрагмент железобетонного каркаса

Фундаменты

По способу возведения фундаменты делят на монолитные и сборные.

Под колонны каркасного здания устраивают, как правило, столбчатые фундаменты с подколонниками стаканного типа, а стены опирают на фундаментные балки. Ленточные и сплошные фундаменты предусматривают редко, как правило, на слабых, просадочных грунтах и при больших ударных нагрузках на грунт технологического оборудования.

Унифицированные монолитные железобетонные фундаменты имеют ступенчатую форму с подколонником стаканного типа для заделки колонн (рис.2).

Рисунок 2- Общий вид монолитного фундамента ступенчатой формы с подколонником стаканного типа под крайнюю колонну

Сборные фундаменты экономичнее монолитных, но на них больше расходуется стали. Более легкими и экономичными по расходу стали, являются сборные фундаменты ребристой или пустотной конструкции.

При близком расположении уровня грунтовых вод (УГВ) и при слабых грунтах устраивают свайные фундаменты. Наиболее распространены железобетонные сваи круглого и квадратного сечений. По верху сваи связывают монолитным или сборным железобетонным ростверком, который служит одновременно подколонником.

Подколонник устанавливают на плиту по слою цементно-песчаного раствора. При действии на фундамент изгибающего момента соединение подколонника с плитой усиливают сваркой закладных элементов, а места сварки заделывают бетоном.

Ступени плиты всех фундаментов имеют единую унифицированную высоту 300 мм или 450 мм.

В верхней части подколонника устроен стакан для установки в него колонны. Дно стакана располагают на 50 мм ниже проектной отметки низа колонны для того, чтобы компенсировать подливкой раствора неточности в размерах и заложении фундаментов.

Колонны с фундаментом соединяют различными способами. В основном с помощью бетона. Для обеспечения жесткого закрепления колонны в стакане фундамента на боковых поверхностях железобетонной колонны устраивают горизонтальные бороздки. Зазор между гранями колонны и стенками стакана поверху составляет 75 мм, а по низу стакана 50 мм (рис.2).

Обрез фундамента под железобетонные колонны располагают на отметке -0.15 м, под стальные колонны – на отметках -0.7 м или -1.0 м.

Фундаменты под смежные колонны в температурных швах делаются общими, независимо от числа колонн в узле. Для каждой сборной железобетонной колонны в этом случае устраивают отдельный стакан (рис.3).

Рисунок 3 - Монолитные фундаменты железобетонных колонн в местах устройства деформационных швов

В фундаментах под стальные колонны подколонник делают сплошным (без стакана) с анкерными болтами (рис.4).

Рисунок 4 - Монолитные фундаменты под стальные колонны:

а) колонны постоянного сечения; б) колонны двухветвевые (сквозного сечения)

Стены каркасных зданий опирают на фундаментные балки, укладываемые между подколонниками фундаментов на бетонные столбики необходимой высоты, бетонируемые на уступах фундаментов (рис. 2). Фундаментные балки имеют тавровое или трапецеидальное поперечное сечение (рис.5). Номинальная длина их составляет 6 и 12 м. Конструктивная длина фундаментных балок выбирается в зависимости от ширины подколонника и местоположения балок. Верхняя грань балок располагается на 30 мм ниже уровня чистого пола.

Фундаментные балки устанавливают на подливку из цементно-песчаного раствора толщиной 20 мм. Этим раствором заполняют зазоры между торцами балок и стенками подколонников. По балкам для гидроизоляции стен укладывают 1-2 слоя рулонного водонепроницаемого материала на мастике.

Рисунок 5 - Сечения фундаментных балок:

а) для шага колонн 6 м; б) для шага колонн 12 м

Во избежание деформации балок вследствие пучения грунтов снизу и с боков балок предусматривают подсыпку из шлака, песка или кирпичного щебня (рис.6).

Рисунок 6 - Деталь цоколя одноэтажного промышленного здания