Классификация и конструктивные системы промышленных зданий

Здания, предназначенные для размещения промыш­ленных производств, называют промышленными.

Промышленные здания классифицируют по следующим при­знакам:

по этажности: одноэтажные; многоэтажные;

по назначению: производственные (основные и вспомогательные); энергетические (ТЭЦ, котельные, трансформаторные подстан­ции); транспортно-складские (гаражи, склады, локомотивное депо); административно-хозяйственные и бытовые (инженерные, лабораторные корпуса, поликлиники); сантехнические для об­служивания водопроводов и канализации (насосные, водо­напорные башни);

по материалу конструкций каркаса: стальные; железобетонные; комбинированные (смешанные);

по огнестойкости: для зданий I класса не менее II степени; для зданий II класса не менее III степени; для зданий III и IV классов степень огнестойкости не нормируется.

Промышленные здания должны удовлетворять общим требова­ниям (функциональным, техническим, противопожарным, инду­стриальным, архитектурно-художественным), а также ряду специ­альных требований, обусловленных характером производства:

• объемно-планировочные и конструктивные решения здания должны обеспечивать наилучшие условия для организации про­изводственного процесса и размещения оборудования;

• пространственная жесткость здания должна быть обеспечена с учетом воздействия вертикальных и горизонтальных динами­ческих нагрузок, вызываемых работой технологического и подъемно-транспортного оборудования;

• должны быть разработаны мероприятия для сохранения здоро­вья рабочих и обеспечения их безопасности;

• должны быть разработаны мероприятия по предотвращению износа здания.

Для перемещения сырья, полуфабрикатов, готовой продукции промышленные здания оснащают разнообразными видами подъем­но-транспортного оборудования, включающего:

• экипажное оборудование (рис. 1, а—д) (автокары, автопогрузчи­ки, подвижной состав узкой (950 мм) и ширококолейной (1524 мм) железной дороги, ручные тележки, козловые краны, движущиеся по рельсам, уложенным на земле);

• оборудование станинного типа (рис. 1, в, е) (конвейеры, элева­торы, транспортеры, грузовые подъемники, рольганги);

• подвесные краны (рис. 2, в) — кран-балки грузоподъемностью от 0,25 до 5 т. Кран состоит из основной двутавровой балки, снаб­женной на концах катками, которые движутся по нижней полке стальных балок, подвешенных к несущим элементам покрытия, и по нижней полке основной балки движется электроталь;

Рис. 1. Напольное оборудование промышленных зданий:

а — автопогрузчик; б — автокар; в — ленточный транспортер;

г — козловой кран; д — вагон; е — рольганг

Рис.2 Подъемно-транспортное оборудование промышленных зданий:

а-электроталь; б-консольно-поворотный кран; в-подвесной кран; г-мостовой кран;

1-грузовая лебедка; 2-монорельс; 3-подвеска; 4-пульт управления; 5-стрела крана; 6- поворотный шарнир; 7- двутавровая несущая балка; 8- механизм передвижения; 9-кабина управления; 10-мост крана; 11-тележка с грузоподъемным механизмом; 12-подкрановый путь.

• мостовые электрокраны (рис. 2, г) грузоподъемностью от 5 до 600 т служат для перемещения тяжелых грузов подлине, ширине, высоте пролета. Кран представляет собой стальной катучий мост, перемещаемый вдоль пролета. По верху моста по рельсам пере­двигается тележка с установленными на ней электролебедками для опускания и подъема груза. Кабина крановщика для обслу­живания всех механизмов подвешивается к нижней части моста; консольные поворотные краны (рис. 2, б) грузоподъемностью до 5 т используют для передачи груза из одного пролета в другой. Проектирование промышленных зданий ведут с учетом особен­ностей технологического процесса и создания благоприятных усло­вий труда для рабочих.

Технологическая часть проекта, разработанная инженерами-тех­нологами данной отрасли производства, содержит:

план расстановки технологического оборудования (с указанием проездов, проходов, участков складирования и др.); габаритную высоту стационарного оборудования; сведения о внутрицеховом транспорте (вид, грузоподъемность, габариты и т.д.);

• параметры внутреннего микроклимата (температура и влажность воздуха, степень его чистоты и др.);

категорию производства по степени пожарной опасности; количество работающих в цехе.

Технологический процесс является основным фактором, опре­деляющим архитектурно-строительное решение здания, его сани-тарно-техническое и инженерное оснащение.

Основными объемно-планировочными параметрами зданияявляются:

пролет — расстояние между разбивочными осями продольных рядов колонн или стен;

шаг — расстояние между разбивочными осями поперечных ря­дов колонн или стен;

высота — расстояние от уровня пола до низа несущей конструк­ции покрытия (в одноэтажных зданиях) или расстояние между уровнями чистых полов (в многоэтажных зданиях). Совокупность расстояний между колоннами в продольном и поперечном направлениях называют сеткой колонн.

Единство технических решений при проектировании промыш­ленных зданий основано на унификации объемно-планировочных параметров. Это достигается ограничением числа размеров пролетов, шагов, высот этажей и величиной нагрузок на типовые конструкции. Преобладающий тип промышленных зданий — одноэтажные. Они предназначены для производств с горизонтальными схемами технологического процесса, для предприятий, использующих громозд­кое оборудование или выпускающих крупногабаритную продукцию.

Одноэтажные промышленные зданияпо конструктивному реше­нию бывают:

каркасные — представляют собой систему колонн, связанную с покрытием. Каркасный тип здания наиболее распространен в промышленном строительстве;

бескаркасные— имеют наружные несущие стены, усиленные пи­лястрами (местными утолщениями стены). Грузоподъемность кранов в таких зданиях до 5 т, пролеты не превышают 12 м;

По характеру конструктивного решения и особенностям выпол­нения различают следующие типы фундаментов промышленных зданий: ленточные, столбчатые, свайные.

По технологии возведения фундаменты разделяются на моно­литные и сборные,

по величине заглубления — на фундаменты мел­кого заложения и глубокого.

Промышленные здания каркасного типа имеют столбчатые фундаменты.

Монолитный столбчатый фундамент под железобетонную колон­ну (рис. 3) условно делится на две части: подколонник и плиту, которая может иметь одну, две или три ступени. В верхней части

Рис. 3. Монолитные железобетонные фундаменты стаканного типа:

а — под одну колонну; б — под спаренные колонны;

в — с увеличенной банкетной частью; г— с пеньком под металлические колонны;

1 — плитная часть (одно-, двух- или трехступенчатая);

2 — подколонник; 3 — стакан; 4 — анкерные болты

подколонника размещен стакан для колонны. Стакан поверху на 150 мм, понизу на 100 мм больше размеров колонны. Это обеспечи­вает удобство монтажа и лучшую центровку колонны. Глубину стака­на принимают на 50—150 мм больше заводимой в стакан части ко­лонны. Проектное положение низа колонны фиксируют слоем песка или бетона, зазоры между стенками стакана и поверхностью колон­ны заполняют бетоном на мелком гравии или цементно-песчаным раствором.

Соединение двухветвевых колонн с фундаментом можно осуществ­лять в одном общем стакане или в двух стаканах под каждую ветвь.

В местах сопряжения двух смежных температурных блоков или пролетов разного направления устраивают температурные швы, поэтому под каждую из близрасположенных колонн требуется свой стакан. При отсутствии в номенклатуре нужного двухстаканного подколонника фундамент устраивают монолитный.

Если же шов осадочный, то под каждую колонну устраивается свой фундамент.

Под фундаментами предусмотрено устройство подготовки в виде слоя бетона класса В5 толщиной 100 мм.

Плиты фундаментов армируют по низу подошвы сварными сетками. Подколонник армируют двумя вертикальными сетками, расположенными по коротким сторонам его сечения, а в пределах высоты стакана также горизонтально расположенными сварными сетками.

Фундаменты устраивают из бетона класса В 12,5, В15. Для рабо­чей арматуры применяется горячекатаная сталь классов А-П и А-П1.

Сборные железобетонные фундаменты изготовляют одноблочными или составными. Верхний элемент фундамента — подколонник опирают на один, два или три ряда фундаментных блоков. Нижний ряд блоков укладывают на песчаную подготовку, располагая их на расстоянии 600 мм один от другого. После установки подколонни­ка пазы между подколонником и плитами зачеканивают.

Сборные фундаментные плиты располагаются на выравнива­ющем слое песка.

Фундамент под металлические колонны (рис. 4) выполняется столбчатым с подколонником сплошного сечения. Подколонник снабжается анкерными болтами, которые на нижних концах имеют крюки или анкерные плиты, а на верхних выступающих концах — винтовую нарезку для закрепления с помощью гаек стальной колон­ны на фундаменте. Верх подколонника располагают на отметке -0,600 или -0,200. У колонны устраивают опорную базу — башмак. Под торец колонны укладывают стальной лист, обеспечивающий равно­мерную передачу нагрузки на большую площадь бетона фундамента. Базу, включая опорный лист и анкерные болты, заглубляют ниже от­метки чистого пола и обетонируют. Площадь верхней грани подко­ленника принимают такой, чтобы от оси анкерных болтов до грани подколонника было не менее 150 мм. Базы к фундаментам крепят анкерными болтами, заделываемыми в фундаменты при их изготов­лении. Болты пропускают через опорную плиту и другие элементы базы. Высота подколонника принимается не менее 700 мм и не ме­нее 35—40 диаметров болта.

Стены каркасных зданий опирают на фундаментные балки(рис.5 ), укладываемые между подколенниками фундаментов на специальные бетонные столбики.

В местах устройства ворот для въезда в цех автомобильного или железнодорожного транспорта фундаментные балки не укладыва­ют. Железобетонная рама ворот и участки стен в пределах этого шага колонн опираются на монолитную подбетонку.

Рис. 4. Башмаки и фундаменты стальных колонн:

а — башмак двухветвевой колонны; б — схема железобетонного фундамента;

1 — стержень колонны; 2 — опорный лист; 3 — траверса;

4 — анкерные плиты; 5, 6 — анкерные болты;

7 — подливка раствором или бетоном класса по прочности В15;

8 — связи между ветвями колонн; 9 — габариты башмака

Рис. 5. Железобетонные фундаменты

и фундаментные балки:

а — фундаментная балка; б — опирание блоков на фундаменты колонн;

1 — железобетонная колонна; 2 — заделка бетоном; 3 — раствор

Железобетонные фундаментные балки имеют трапециевидное или тавровое сечение. Их размеры зависят от шага колонн. Балки, примыкающие к температурному шву и торцевым стенам, укорачи­ваются на 500 мм. Верх фундаментных балок располагают на 30 мм ниже уровня пола. Устанавливают балки на подливку из цементно-песчаного раствора толщиной 20 мм. Таким же раствором заполня­ют зазоры между торцами балок и стенками подколонников.

По фундаментным балкам устраивают гидроизоляцию стен, со­стоящую из одного-двух слоев рулонного водонепроницаемого ма­териала на мастике. Во избежание деформации балок вследствие пучения грунтов снизу и с боков балок предусматривают подсыпку из шлака, песка или кирпичного щебня. Балки изготовляют из бе­тона класса В15—В30.

Свайные фундаменты (рис. 6.) под колонны промышленных зданий состоят из забивных или набивных свай, поверх которых укладывают ростверк и железобетонный башмак со стаканом для заделки колонн. Свайные фундаменты устраивают в случае залегания у поверхности земли слабых грунтов и при наличии грунтовых вод.

Рис. 6. Столбчатые фундаменты на сваях:

а — квадратного сечения; б — трубчатого сечения;

1 — «куст» железобетонных свай; 2 — фундаментный башмак; 3 — колонна;

4 — заделка монолитным бетоном; 5 — железобетонная оболочка;

6 — трубчатая свая

Лекция 2, 3

Железобетонные конструкции промышленных зданий

Пространственную систему, состоящую из колонн, подкрановых балок и несущих конструкций покрытия, называют каркасомодноэтажного промышленного здания.

Вертикальные несущие элементы железобетонного каркаса называют колоннами.По расположению в здании колонны подраз­деляют на крайние и средние.

Колонны постоянного сечения (бесконсольные) (рис. 7) приме­няют в зданиях без мостовых кранов и в зданиях с подвесными кра­нами.

Колонны крайних рядов — прямоугольного постоянного по вы­соте сечения. Средние колонны, имеющие в плоскости поперечной рамы размер сечения менее 600 мм, снабжены вверху двусторонними консолями с таким выступом, чтобы длина площадки для опирания конструкции покрытия была равна 600 мм. При размере сече­ния 600 мм и более колонны не имеют консолей.

В колоннах, примыкающих к торцовым стенам, должны быть предусмотрены со стороны стен закладные детали для крепления приколонных стоек фахверка, у которых нулевая привязка к про­дольным осям.

Рис. 7. Сборные железобетонные колонны

для бескрановых пролетов одноэтажных зданий:

а — крайние колонны; б, в — средние колонны;

1 — закладные стальные детали для крепления ферм или балок покрытия;

2 — то же для приварки анкеров, скрепляющих стену с колоннами;

3 — риски; 4 — анкерный болт

Колонны изготовляются из бетона класса В15—В30. Основная рабочая арматура — стержневая из горячекатаной стали периоди­ческого профиля класса A-III.

Колонны прямоугольного сечения для здания с мостовыми кранами, имеющие консоли (рис. 8, а, б), применяют в зданиях пролетом 18 и 24 м, высотой до 10,8 м, оборудованных мостовыми кранами грузоподъемностью 10—20 т. Крайние колонны одноконсольные, средние — двухконсольные. Колонны имеют прямоугольное попе­речное сечение как в верхней (надкрановой), так и в нижней (под­крановой) части.

Рис. 8. Сборные железобетонные колонны для крановых пролетов:

а, б — одноветвевые (крайние и средние); в, г — двухветвевые;

1 — закладные детали для крепления балок или ферм покрытия; 2 — то же

для приварки анкеров, скрепляющих стену с колоннами; 3 — риски;

4 — анкерные болты; 5 — закладные детали для крепления подкрановых балок

Колонны внутренних и наружных рядов, устанавливаемые в местах расположения вертикальных связей, должны иметь заклад­ные детали для крепления связей.

Колонны изготовляются из бетона класса В15, В25. Основная рабочая арматура — стержневая из горячекатаной стали периоди­ческого профиля класса A-III.

Двухветвевые колонны (рис. 8, в, г) применяются в зданиях пролетом 18, 24, 30 м, высотой от 10,8 до 18 м, оборудованных мос­товыми кранами грузоподъемностью до 50 т.

Для крайних колонн при шаге 6 м, высоте не более 14,4 м и грузоподъемности крана меньше или равной 30 т принята нулевая привязка, а в остальных случаях — 250 мм.

Колонны запроектированы в нижней части с двумя ветвями и соединительными распорками. Ветви, распорки и верхняя часть всех колонн имеют сплошное прямоугольное сечение.

Колонны изготовляются из бетона класса В15, В25. Основная рабочая арматура — стержневая из горячекатаной стали периоди­ческого профиля класса А-Ш.

Нижние части железобетонных колонн, заводимые в стакан, в номинальную высоту колонны не включаются. Колонны предна­значены для использования в условиях, когда верх фундаментов имеет отметку -0,150. Длину колонн подбирают в зависимости от высоты цеха и глубины заделки в стакан фундамента.

В зданиях с подстропильными конструкциями длина средних колонн уменьшается на 700 мм.