1 Общие положения проектирования промышленных зданий

Вид материала

Документы

Содержание 3 Основы конструктивного решения промышленных зданий 3.2 Особенности конструктивного формирования одно- и многоэтажных 3.3 Универсальные быстровозводимые производственные здания

Подобный материал:

• «Реконструкция гражданских и промышленных зданий», 21.64kb.
• Задачи дисциплины, 88.17kb.
• 270843 «Монтаж, наладка и эксплуатация электрооборудования промышленных и гражданских, 30.1kb.
• Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций, 700.28kb.
• Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций, 1001.39kb.
• Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций, 749.73kb.
• Лекция 3(4 часа). Технология модульного проектирования. Общие положения, 166.95kb.
• График курсового проектирования по дисциплине «Архитектура зданий» по специальности, 122.25kb.
• Нормативных документов в строительстве, 3484.07kb.
• Общие рекомендации Ограничение воздействий технологического процесса и систем инженерного, 3927.54kb.

3 Основы конструктивного решения

промышленных зданий

3.1 Модульная координация и унификация

проектных решений

Несмотря на разнообразие протекающих в промышленных зданиях технологических процессов, при их проектировании можно применять в большинстве случаев унифицированные планировочные и конструктивные решения, основанные на модульной системе.

Унификация объемно-планировочных и конструктивных решений промышленных зданий имеет две формы – отраслевую и межотраслевую. Если в прошлом унификация объемно-планировочных и конструктивных решений промышленных зданий проводилась в рамках данной отрасли промышленности, то в настоящее время создаются унифицированные промышленные здания для разных отраслей промышленности. Создание межотраслевой системы унификации объемно-планировочных и конструктивных решений промышленных зданий позволяет сократить число типоразмеров конструкций, снизить стоимость строительства и создать условия для повышения уровня его индустриализации.

Для удобства унификации объем промышленного здания расчленяют на отдельные части или элементы.

Объемно-планировочным элементом или пространственной ячейкой называют часть здания с размерами, равными высоте этажа, пролету и шагу.

Планировочным элементом или ячейкой называют горизонтальную проекцию объемно-планировочного элемента. Объемно-планировочные и планировочные элементы в зависимости от расположения их в здании могут быть угловые, торцевые, боковые, средние и элементы у температурного шва (рисунок 9).

Температурным блоком называют часть здания, состоящую из нескольких объемно-планировочных элементов, расположенных между продольными и поперечными температурными швами или между температурными швами и торцевой или продольной стеной здания (рисунок 10).

С момента своего возникновения унификация прошла несколько стадий: линейную, пространственную и объемную. Линейная унификация позволила установить вначале частично, а затем в комплексе величины отдельных параметров производственных зданий и некоторых их сочетаний. Так были унифицированы пролеты и высоты зданий, шаг колонн, а также нагрузки, действующие на конструкции и грузоподъемность мостовых кранов.




Рисунок 9 – Основные параметры одноэтажного кранового промышленного здания


Основные унифицированные параметры и укрупненные модули для одноэтажных промышленных зданий показаны на рисунке 10.





Рисунок 10 – Членение унифицированной габаритной схемы промышленного здания на температурные блоки и объемно-планировочные элементы. Типы элементов: 1 – угловые; 2 – торцевые; 3 – боковые; 4 – средние; 5 – боковые у температурного шва; 6 – средние у температурного шва


Путем пространственной унификации было сокращено число сочетаний параметров по пролетам, высотам и шагам колонн и получены унифицированные объемно-планировочные элементы, применение которых дает возможность создавать множество схем промышленных зданий, раз­личных по габаритам. В зависимости от характеристик технологических процессов унифицированная габаритная схема промышленного здания может быть использована для разных отраслей промышленности.

Объемная унификация позволила сократить число типоразмеров конструкций и деталей зданий и тем самым повысить серийность и снизить стоимость их изготовления, кроме того, было сокращено число типов зданий, созданы условия для блокирования и внедрения прогрессивных технологических решений.

Для некоторых отраслей промышленности производственные здания выполнялись со сборным железобетонным каркасом и оснащались подвесными или мостовыми кранами грузоподъемностью до 50 т. Для таких отраслей разработка проектов зданий велась на основе применения унифи­цированных типовых секций (УТС) или унифицированных пролетов (УТП).

Унифицированная типовая секция – объемная часть здания, состоящая из нескольких пролетов постоянной высоты. Габариты секции зависят от характера технологического процесса и конструктивного решения здания. Чаще всего такая секция представляет собой температурный блок здания. Поэтому максимальная ее длина равна расстоянию между поперечными температурными швами, а максимальная ширина – предельному расстоянию между продольными температурными швами.

Блокируя унифицированные типовые секции и пролеты между собой, можно получить объемно-планировочное и конструктивное решение промышленного здания требуемой величины с параметрами (пролета, шага, высоты), отвечающими технологическим условиям.

На рисунке 11 показано объемно-планировочные решение унифицированной типовой секции размером 144x72 м, оборудованной мостовыми кранами, для предприятий машиностроения.





Рисунок 11 – Унифицированная типовая секция для предприятий машиностроения :

а – план ; б – поперечный разрез и фрагмент фасада ; в – продольный разрез и фрагмент фасада


В зависимости от применяемых сеток колонн, а также от характера блокирования в здании унифицированные типовые секции разделяют на следующие типы (рисунок 12) :I – многопролетные, для зданий сплошной застройки, рассчитанные на блокирование секций с любой стороны (см. рисунок 12, а) ; II – одно-, двух-, многопролетные, блокируемые только вдоль пролетов (для зданий, ширина которых не может быть принята больше, чем ширина одной секции) (см. рисунок 12, б) ; III – одно- и двухпролетные, пристраиваемые к многопролетным секциям (см. рисунок 12, в). Отступления от габаритов унифицированных типовых секций и унифицированных типовых пролетов возможны только при соответствующем технико-экономическом обосновании.





Рисунок 12 – Примеры компановки одноэтажных промышленных зданий из унифицированных типовых секций :

а – из секций I типа; б – из секций II типа; в – из секций III типа


На каждую унифицированную типовую секцию и пролет разработаны и изданы массовым тиражом рабочие чертежи. Их использование сокращает объем проектной документации, уменьшает стоимость проектных работ, сокращает сроки проектирования, позволяет поднять качество проектов и применять минимальное число типов конструктивных элементов.

3.2 Особенности конструктивного формирования одно- и многоэтажных

каркасных зданий

Большое влияние на сокращение числа типоразмеров конструктивных элементов, а также на их унификацию оказывает расположение стен и других конструкций здания по отношению к модульным разбивочным осям. Унификация промышленных зданий предусматривает определенную систему привязки конструктивных элементов к модульным разбивочным осям. Она позволяет получить идентичное решение конструктивных узлов и возможность взаимозаменяемости конструкций.

Для одноэтажных промышленных зданий установлены привязки колонн крайних и средних рядов, наружных продольных и торцевых стен, колонн в местах устройства температурных швов и в местах перепада высот между пролетами одного или взаимно перпендикулярных направлений (рисунок 13).

Геометрические оси торцовых колонн основного каркаса смещают с поперечных разбивочных осей внутрь здания на 500 мм, внутренние поверхности торцевых стен должны совпадать с поперечными разбивочными осями, т. е. иметь нулевую привязку (см. рисунок 13, а). При этом отпадает необходимость в доборных элементах в несущей конструкции ограждающей части покрытия и появляется возможность свободного размещения фахверка (или каркаса) торцевой стены.

Температурные швы, как правило, устраивают на спаренных колоннах. Ось поперечного температурного шва должна совпадать с поперечной разбивочной осью, а геометрические оси колонн смещают от нее на 500 мм (см. рисунок 13, б).

Как видно, выбор «нулевой привязки» (т. е. совпадение наружной грани колонн с разбивочной осью) или привязки на расстоянии 250 или 500 мм от наружной грани колонн крайних рядов зависит от грузоподъемности мостовых кранов, шага колонн и высоты здания.

Такая привязка позволяет сократить типоразмеры конструктивных элементов, учитывать действующие нагрузки, устанавливать подстропильные конструкции и устраивать проходы по подкрановым путям.





Рисунок 13 – Привязка конструктивных элементов одноэтажных каркасных промышленных зданий к разбивочным осям:

а – колонн и стен ; б – колонн в местах температурных швов

В продольных температурных швах привязку колонн к продольным разбивочным осям осуществляют по тем же правилам, что и колонн крайнего ряда. Размер вставки, устраиваемой в покрытии, зависит от величины привязки, и его принимают 300, 350, 400, 500, 1000 и 1500 мм (см. рисунок 14, б). В зданиях со стальным или смешанным каркасом продольные температурные швы выполняют на одной колонне с устройством скользящих опор.

Перепад высот между пролетами одного направления или при двух взаимно перпендикулярных пролетах (см. рисунок. 14, а) устраивают на спаренных колоннах со вставкой с соблюдением правил для колонн крайнего ряда и колонн у торцевых стен. Размеры вставок 300, 350, 400, 500 или 1000 мм (см. рисунок 14, б).




Рисунок 14 – Привязка конструктивных элементов одноэтажных каркасных промышленных зданий к разбивочным осям: а – колонн в местах перепада высот ; б – то же , со вставкой в зависимости от толщины стен

Вставки в 300, 350 и 400 мм не подчиняются правилам унификации, однако значительно упрощают конструктивное решение температурных швов и узлов перепада высот в покрытиях.

Привязку осей подкрановых рельсов к продольным разбивочным осям в зданиях, оборудованных мостовыми кранами при их грузоподъемности до 50 т, принимают 750 мм, а при наличии проходов по подкрановым путям или при грузоподъемности кранов больше 50 т – 1000 мм.

В одноэтажных зданиях с несущими наружными стенами их привязку к продольным разбивочным осям осуществляют с таким расчетом, чтобы обеспечить достаточную опору для несущих конструкций покрытия (рисунок 15). Привязку несущей торцевой стены при опирании на нее плит покрытия принимают такой же, как для несущей продольной стены. Геометрические оси несущих внутренних стен совмещают с разбивочными осями.





Рисунок 15 – Привязка несущих наружних стен к продольным разбивочным осям


В многоэтажных каркасных промышленных зданиях разбивочные оси колонн средних рядов совмещают с геометрическими (рисунок 16, а). Исключением могут быть колонны, располагаемые в местах деформационных швов, перепада высот зданий и в тех случаях, когда конструкции опор раз­личны.



Рисунок 16 – Привязка конструктивных элементов многоэтажных каркасных промышленных зданий к разбивочным осям:

а – варианты расположения разбивочных осей ; б – примеры привязки колонн и самонесущих стен

Колонны крайних рядов зданий либо имеют «нулевую привязку» (рисунок 16, б), либо внутреннюю грань колонн размещают на расстоянии, а от модульной разбивочной оси (рисунок 17, а). Величину а принимают равной половине толщины внутренней колонны.





Рисунок 17 – Привязка конструктивных элементов многоэтажных каркасных промышленных зданий к разбивочным осям:

а – пример привязки колонн и навесных стен; б – примеры привязки колонн и стен в местах устройства деформационных швов


Привязка самонесущих или навесных стен к разбивочной оси ведется с учетом привязки колонн крайних рядов и особенностей примыкания стен к колоннам или перекрытиям.

В местах устройства деформационных швов привязку колонн и стен осуществляют согласно рисунку 17, б. В случае перепада высот при установке одинарных колонн используют двойные разбивочные оси.

Модульная координация основных параметров промышленных зданий и стандартная привязка конструктивных элементов к разбивочным осям позволяют унифицировать их объемно-планировочное и конструктивное решение и способствуют дальнейшей индустриализации строительства (рисунок 18).




Рисунок 18 – Габаритные схемы многоэтажного промышленного здания

Сказанное относится к промышленным зданиям со сборным железобетонными или стальными каркасами (рисунок 19). Возможны и другие способы привязки, если они не усложняют решение здания, не увеличивают число типоразмеров сборных элементов и не повышают стоимость строительства. При применении монолитных железобетонных конструкций или покрытий в виде пространственных систем привязку к разбивочным осям и решение деформационных швов ( осадочных и температурных) подвергают проработке.


Рисунок 19 – Основные параметры многоэтажного каркасного промышленного здания


3.3 Универсальные быстровозводимые производственные здания

Реконструкция и расширение действующих предприятий обычно связаны с увеличением пролетов, высоты и общей площади производственного здания. Создаваемая при этом объемно-планировочная структура по возможности не должна нарушать работу действующих предприятий.

Кафедра архитектуры гражданских и промышленных зданий МИСИ им. В. В. Куйбышева совме­стно с ЦНИИ промзданий провела поиск такого типа производственного здания, которое во многих случаях могло бы стать универсальным для предприятий отраслей промышленности, выпускающих сложную крупногабаритную продукцию, т. е. с широкими пролетами в сочетании с многоэтажными частями здания.

Во всех случаях такого типа здания должны иметь высокие технико-экономические показатели быть высокоиндустриальными и позволять монтировать их из ограниченного числа укрупненных сборных элементов высокой заводской готовности.

Поскольку высокой технологической гибкости зачастую способствует равномерное распределение по площади здания подсобных и вспомогательных помещений, в основу предлагаемого решения легло чередование широких пролетов, предназначаемых для использования в качестве сборочных цехов основного производства, с многоэтажными встройками (пристройками), в которых размещаются подсобные и вспомогательные помещения.

Эти встройки и пристройки служат одновременно и опорами для несущих конструкций широких пролетов (рисунок 20).

На основе этого принципа сформирована аналогичная по своему объемно-планировочному и конструктивному решению серия производственных зданий, отличающихся лишь числом и размером пролетов и соответственно многоэтажных встроек и пристроек.




Рисунок 20 – Объемно-планировочный и конструктивный замысел (трехпролетная секция):

1 – широкие пролеты длиной 18–48 м; 2 – объемно-блочные пристройки длиной более 9 м при пролете 18–36 м,

длиной 12 м и пролете 48 м; 3 – объемно-блочные встройки длиной 9 м


Здания этой серии можно применять как при новом строительстве, так и при реконструкции действующих предприятий. Например, при реконструкции предприятий с павильонной застройкой многоэтажные встройки (пристройки) можно располагать рядом или между действующими корпусами. Это даст возможность, опирая на них покрытия больших пролетов, возводить последние над действующими корпусами без нарушения в них технологических процессов.

Широкие пролеты оснащают мостовыми кранами грузоподъемностью 10– 30 т, зенитными фонарями, обеспечивающими необходимую естественную освещенность. В их обеих торцевых стенах можно расположить въездные ворота. Чередование широких пролетов с покрытием в виде провисающих оболочек с многоэтажными частями здания позволяет создать своеобразный архитектурный облик (рисунок 21). Разновысокие пролеты придают оригинальность силуэту здания.

Встройки используют в основном для размещения подсобно-производственных и некоторой части вспомогательных помещений, инженерного оснащения производственного процесса. В местах, требующих прямых технологических связей между технологическими процессами, протекающими в параллельных пролетах, во встройках на уровне первых этажей устраивают проходы и проезды.




Рисунок 21 – Схема варианта торца здания


Пристройки, как непосредственно связанные с наружной средой, удобно использовать для размещения гардеробно-душевых блоков, пунктов общественного питания, медпунктов, административно-технического персонала и общественных организаций.

Конструктивный и строительно-технологический замысел по зданию основывается на наиболее полном применении при монтаже укрупненных элементов высокой заводской готовности или доведении их до установочной готовности на площадке укрупнительной сборки, расположенной непосредственно у здания, и организации конвейерного монтажа.

Основным конструктивным элементом встройки и пристройки приняты разработанные ЦНИИпромзданий совместно с другими организациями модульные объемные блоки (МОБ), различное сочетание которых дает возможность сформировать здания требуемой высоты, ширины, обладающие большой несущей способностью. Высокая заводская готовность таких блоков позволяет монтировать их непосредственно с колес. Габариты блоков не препятствуют транспортированию их по железной дороге. Высота блока – 4, ширина – 3, а длина – 6 и 9 м (рисунок 22). Масса блока 16– 20 т.






Рисунок 22 – МОБ пристроек


Блоки нижних этажей служат одновременно опорами подкрановых балок. Блоки верхнего этажа, на которые опирается покрытие и передает на них неуравновешенный распор, имеют конструктивное усиление и закладные металлические устройства для крепления и анкеровки покрытия. При пролетах до 30 м и небольших снеговых нагрузках масса пристроек шириной до 9 м достаточна для погашения распора и обеспечения устойчивости опор. При необходимости большей устойчивости требуется установка анкерных связей блоков как между собой, так и с основанием. Для пролетов до 48 м и более пристройки надо формировать из двух блоков по 6 м каждый. Общая ширина при­стройки – 12 м.

Единая конструктивная основа всех блоков – пространственный железобетонный каркас, на который навешены необходимые ограждающие элементы.

Блоки разделяются на рядовые (основные), предназначенные для формирования помещений производственного, обслуживающего и вспомогательного назначения, санитарно-технические, служащие для душевых, туалетов и др., для варочных отделений кухонь, лестничных клеток и др. По видам внутренней отделки и технического оснащения блоки различаются марками.

Несущий элемент покрытия – железобетонные изгибаемые преднапряженные плиты (ИПП) приведенной толщины 4,2 см, работающие на пролет по принципу провисающей цилиндрической оболочки, шириной 3 м и длиной 9, 12, 15 и 18 м, что дает возможность при их различных сочетаниях перекрывать пролеты от 18 до 48 м и более. При провисающей конструкции покрытия исключаются в середине пролета строительные конструкции (стропильные, подстропильные, диафрагмы и др.), поскольку стабилизация покрытия достигается установкой растяжек, а инженерные сети размещают вблизи опор в возвышающейся части покрытия. Это позволяет обеспечить равномерную естественную освещенность зенитными фонарями. Покрытию придается прогиб 1/10 пролета.

Плиты покрытия крепят к опорам и равномерно их натягивают с помощью регулировочной траверсы, состоящей из двух взаимосвязанных швеллеров (рисунок 23). Крепление траверсы к плитам достигается с помощью шести тросовых посредников с напрессованными вилочными муфтами для соединения с натяжными тросами плит с одной стороны и натяжными гайками, регулирующими натяжение каждого троса, с другой стороны.





Рисунок 23 – Деталь крепления ИПП к опоре:

1 – вставной зашплинтованный шарнир; 2 – натяжной торцевой посредник; 3 – опресованная вилочная муфта на тросе ИПП; 4 – подвижная траверса; 5 – несущий трос ИПП; 7 – натяжной тросовый посредник; 8 – подвижная траверса


Регулировочную траверсу к опорам на месте монтажа крепят тремя стальными стержневыми посредниками с натяжными гайками со стороны траверсы, а с другой стороны – напрессованными вилочными муфтами для соединения с анкерными опорами. Опоры снабжены гайками для натяжения плиты при регулировке в случае необходимости.

Повышенной индустриальности возведения сооружения способствует организация поточного монтажа покрытия на площадке укрупнительной сборки, состоящей из временных лесов, смонтированных у торца здания, и подвижной площадки, устанавливаемой на мосту крана, предназначенного для постоянной эксплуатации в строящемся цеху. На этой площадке размещают шаблон, на котором укладываемые плиты принимают заданный изгиб (рисунок 24).





Рисунок 24 – Шаблон, смонтированный на мосту крана:

1 – домкраты; 2 – ИПП; 3 – мост; 4 – шаблон

Поточный монтаж включает следующие операции.


Доставленные на площадку плиты укладывают краном на подвижной шаблон – при пролетах 24 м и более – две или три плиты, соединяемые между собой. К концам плит крепят регулировочные траверсы.

На подготовленный к установке несущий элемент покрытия устанавливают зенитные фонари и помещают предусмотренные проектом изоляционные слои, в том числе один гидроизоляционный, предохраняющий утеплитель от атмосферных осадков.


Полностью подготовленная к установке плита на шаблоне транспортируется по подкрановым путям к месту установки, где доводится домкратами до проектной отметки. Затем с помощью стержневых посредников траверсу соединяют с анкерными опорами и регулируют натяжение. После этой операции и установки стабилизирующих растяжек мостовой кран с шаблоном возвращается за очередным монтажным элементом.

По элементам покрытия укладывают заданное число гидроизоляционных слоев, устанавливают водоприемные воронки, а места стыковки плит между собой и с анкерными опорами заделывают и изолируют по месту.

Торцевые стены широких пролетов монтируют из облегченных самонесущих вертикальных панелей и укрупненных цокольных панелей с оконными и воротными проемами.

Полы во всех широких пролетах предусмотрены сборными железобетонными из большеразмерных плит (3×3 и 1,5× 1,5 м).

Рассмотренный метод монтажа покрытия зданий предлагаемого типа можно применять и при ре­конструкции промышленных предприятий. При этом провисающее покрытие должно располагаться над покрытиями действующих цехов, которые смогут продолжать работу. Однако это вызовет необходимость мостовой кран будущего цеха временно разместить на уровне опорнового провисающего покрытия, т. е. на отметке покрытия верхнего блока многоэтажных частей здания, и изменить структуру площадки укрупнительной сборки. В этом случае она будет полностью располагаться на лесах в торце здания. На ней должен быть смонтирован неподвижный шаблон, на котором будут вестись монтаж и оснастка сборных плит. Подготовленная к монтажу плита своими концами подвешивается к мосту крана так, чтобы возникающий при этом распор полностью передавался на мост.

В таком состоянии мостовой кран по временным подкрановым путям перемещается к месту установки, где плиты прикрепляют к постоянным опорам, устанавливают стабилизирующие растяжки, заделывают все места присоединения плит к опорам. Освободившийся мостовой кран возвращается на площадку укрупнительной сборки за очередной плитой.

Предлагаемая конструктивная система здания и поточный монтаж покрытия дают возможность снизить материалоемкость, построечную трудоемкость и сократить сроки строительства.

Изложенные предложения носят концептуальный характер и отражают лишь основные положения по формированию конструктивного решения нового типа здания, отличающегося достаточной гибкостью использования, высокими возможностями индустриального возведения и доступностью применения как при новом строительстве, так и для условий реконструкции действующих предприятий. В общих чертах обозначилась область использования таких зданий в ряде отраслей народного хозяйства. Показана возможность организации поточного монтажа покрытия над широкими пролетами, состоящего из гибких пластин с использованием для этой цели мостовых кранов, предназна­ченных для постоянной эксплуатации.

Все это создает благоприятные предпосылки для широкого применения зданий такого типа в промышленном строительстве.