I.3.1. Виды промышленных зданий. Требования к промышленным
зданиям.
I.3.2. Каркасы одноэтажных промышленных зданий. Типы, основ-
ные элементы.
I.3.3. Сборный железобетонный каркас многоэтажного промыш-
ленного здания.
I.3.1. Промышленные здания отличаются разнообразием объемно- планировочных и конструктивных решений и классифицируются ро следующим основным признакам: по назначению:
- производственные (в которых осуществляется производство какого-либо вида продукции);
- обслуживающие(склады, транспортные боксы и пр.);
- вспомогательные(котельные, трансформаторные, насосные, и пр.);
- административно-общественные (заводоуправление, бытовые помещения, лаборатории и пр).
по этажности:
- одноэтажные;
- многоэтажные;
по количеству пролетов:
- однопролетные;
- многопролетные.
по оснащенности подъемно-транспортным оборудованием:
- крановые;
- бескрановые.
Характерной особенностью промышленных зданий служит их зависимость от технологических требований, к которым, помимо ранее освещенных общих требований функциональной целесообразности, прочности, художественной выразительности и экономичности, относятся следующие: - к рабочему пространству, которого должно быть достаточно для размещения в нем технологического оборудования, инженерных систем, полноценных рабочих мест для людей, занятых в производстве;
- к воздушной среде, которая должна обеспечивать благоприятные условия для протекания технологического процесса и работы людей в соответствии с санитарными нормами, оговоренными в соответствующих СНиП;
к температурно-влажностному режиму, параметры которого(температура, влажность, скорость движения воздуха) строго регламентируются нормами для различных видов производственных процессов.
Особо следует выделить требование к механизации и автоматизации производственных процессов, которые призваны значительно повысить производительность и комфортность условий труда.
I.3.2. Большинство одноэтажных промышленных зданий выполняются каркасными с использованием сборных железобетонных конструкций (рис. 1.12). Жесткость таких зданий обеспечивается поперечными рамами (совместная работа колонн с фермами или балками покрытия), жестким диском покрытия, подкрановыми балками и вертикальными связями.
Пролеты одноэтажных каркасных промзданий принимаются равными 6, 9, 12, 18 и 24 м; шаг колонн - 6, 12 и 18 м; высота пролетов (расстояние от пола до низа несущих конструкций покрытия) - от 3 до 6 м с модулем 600 мм и от 6 до 18 с модулем 1200 мм.
Рис.1.12. Одноэтажные промышленные здания:
а - однопролетное, бескрановое; б - многопролетное равновысокое, крановое; в - многопролетное разновысокое, крановое; 1 - монорельс; 2 - мостовой кран; 3 - подвесной кран; 4 - зенитный фонарь; 5 - обвязочная балка.
В состав одноэтажного железобетонного каркаса промышленного здания входят: фундаменты, колонны, подкрановые балки, стропильные конструкции (балки, фермы), подстропильные фермы, плиты покрытия, связи жёсткости.
Устойчивость и пространственная жёсткость одноэтажных какркасов обеспечивается совместной работой поперечных рам каркаса, связанных между собой подкрановыми балками, жёстким диском покрытия и вертикальными металлическими связями жёсткости (рис.1.13).
Детальное рассмотрение особенностей проектирования и конструирования одноэтажного железобетонного каркаса промышленного здания является темой одного из практических занятий, поэтому в данном вопросе ограничимся общей информацией.
.
Рис.1.13. Фрагмент одноэтажного промышленного здания, выпол-
ненного в железобетонном каркасе:
1 - фундамент; 2 - фундаментные балки; 3 - колонны; 4 - подкрановые балки;
5 - стропильные фермы; 6 - плиты покрытия; 7 - фонарь; 8 - окно; 9 - стена;
10 - стальные вертикальные связи жёсткости.
Основу стального одноэтажного каркаса (рис.1.14) составляют колонны – прокатные двутавровые с консолями для опирания подкрановых балок (рис.1.15а); в зданиях со значительными нагрузками используют ступенчатые(двухветвевые) колонны (рис.1.15б).
Стальные подкрановые балки длиной 6 и 12 м имеют двутавровое сечение, усиленное двусторонними рёбрами.
Стальные стропильные фермы по очертанию верхнего пояса бывают с параллельными поясами или треугольные (рис.1.16). Изготавливают фермы из стальных прокатных профилей и соединяют в узлах электросваркой или высокопрочными болтами.
Пространственная жёсткость стальных каркасов обеспечивается системой горизонтальных и вертикальных связей, установленных между стропильными фермами и колоннами.
Рис.1.14. Фрагмент одноэтажного промышленного здания, выпол-
ненного в стальном каркасе:
1 - колонны; 2 - подкрановые балки; 3 - вертикальные связи; 4 - стропильные фермы;
5 - связи в коньке фермы; 6 - растяжки; 7 - прогоны; 8, 9 - крестовые вертикальные и
горизонтальные связи.
Рис. 1.15. Кололнны стального каркаса: а) - постоянного сечения
для крайнего ряда; б) - двухветвевая для среднего ряда.
1 - фундамент; 2 - башмак; 3 - ствол; 4 - подкрановая консоль; 5 - оголовок; 6 - обрез
колонны; 7 - решётка.
Рис. 1.16. Стропильные и подстропильные стальные фермы.
1 - колонна; 2 - стропильные фермы; 3 - кровельное покрытие; 4 - треугольная
подстропильная ферма.
Лёгкими называют одноэтажные промышленные здания с несущими элементами из высокопрочной стали или эффективных профилей, в которых стены и покрытия выполняются из тонколистного металла.
Наиболее распространены следующие типы зданий.
Со структурным покрытием из прокатных профилей или труб (рис.1.17). Колонны в таких зданиях выполняют из двутавров или труб, подкрановые балки - сварные двутавры, покрытие - пространственная структура в виде плиты, образованной пирамидами из уголков и труб. Прогоны покрытия - из швеллеров, покрытие и стены - из тонкого стального листа с эффыективным утеплителем.
Рис. 1.17. Здание облегчённого типа.
1 - колонна; 2 - подкрановая балка; 3 - пространственная структура; 4 - покрытие
из стального настила; 5 - зенитные фонари; 6 - прогоны покрытия; 7 - стеновые
панели из стального лтста; 8 - окно; 9 - цокольная панель; 10 - стойка стенового
фахверка; 11 - ригели фахверка.
С несущими рамами из двутавров с перфорированной стенкой (рис.1.18). Поперечные рамы совместно с прогонами покрытия и элементами стенового фахверка образуют несущий каркас здания. Стены и покрытие здания выполняют из листовых кон-струкций.
Здания из лёгких металлических конструкций используют на предприятиях машиностроения, лёгуко, пищевой и деревообрабатывающей промышленности.
Рис.1.18. Здание с каркасом из перфорированных двутавров.
1 - фундамент; 2 - рама из стального двутавра; 3 - прогоны; 4 - покрытие из
асбестоцементных листов; 5 - стены из асбестоцементных листов; 6 - окно;
7 - цокольнфя панель.
I.3.3 В основу многоэтажных промышленных зданий, которые, как правило, выполняются каркасными с самонесущими или навесными (панельными), стенами, положены типовые унифицированные двух-, трех- и многопролетные габаритные схемы с сеткой колонн 6х6, 6х9, 6х12 м (рис.1.19). Высота этажей колеблется в пределах 3,6 - 7,2 м (кроме случаев с большепролетным верхним этажом, оснащенным мостовым краном (рис. 19д)
Схема каркаса – рамно-связевая, где поперечная устойчивость обеспечивается жесткостью поперечных рам, а продольная - вертикальными стальными связями.
Рис. 1.19. Габаритные схемы многоэтажных промышленных зданий:
а - двухпролетная; б - многопролетная; в - двухпролетная с подвесным краном; г - трехпролетная с подвесным краном в верхнем этаже; д - то же, с мостовым краном; L - пролет 6, 9 или 12 м; Hв - .высота верхнего этажа (3,6; 4,8; 6 м); Hср – высота среднего этажа (3,6; 4,8; 6 м); Hн - высота нижнего этажа (3,6; 4,8; 7,2 м); шаг колонн во всех схемах 6 м.
Несущий остов многоэтажного промышленного здания, исполненного в железобетонном каркасе включает в себя фундаменты, фундаментные балки, колонны, ригели, плиты перекрытия, вертикальные связи жесткости (рис.1.20).
Рис. 1.20. Многоэтажный балочный каркас.
1 - фундамент; 2 - колонны; 3 - ригели; 4 и 5 - плиты перекрытия и покрытия.
Фундаменты и фундаментные балки идентичны тем, что используются в одноэтажных каркасных зданиях (I.3.3).
Колонны с консолями прямоугольного сечения 400х400 и 400х600 мм изготав-
ливают высотой на 1, 2 или 3 этажа.
Стыки колонн устраивают на 900 или 500 мм выше уровня чистого пола, поскольку именно в этих местах изгибающий момент имеет наибольшее значение.
Ригели, имеют прямоугольное или тавровое сечение высотой 800 мм, опираются на консоли колонн и соединятся с ними сваркой закладных деталей (рис.1.21).
В тех случаях, когда применяются ригели таврового сечения (тип 1), плиты перекрытия опираются на его нижние полки и имеют длину 5550 мм (связевые - 5050 мм), в то время, как при использовании ригелей прямоугольного сечения (тип 2), плиты укладываются поверх ригеля и имеют длину 5950 мм (рис.1.22). Размеры сечения плит - 1500х400 и 750х400 мм.
Рис.1.21. Узлы балочного железобетонного каркаса: а) - стык колонн и опирание
ригелей; б) - сопряжение ригеля с крайней колонной.
1 - колонна; 2 - плита перекрытия; 3 - швы, заделанные бетоном; 4 - сталь-
ные оголовки колонн; 5 - выпуски арматуры; 6 - стыковые стержни; 7 - ри-
гель; 8 - стыковая накладка.
Монтаж перекрытия начинают со связевых (межколонных) плит, расположенных по осям колонн в соответствии со схемой, приведенной на рис.1.22. Связевые плиты передают горизонтальные продольные усилия на вертикальные связи жесткости. В системе перекрытия тип 1 его общая строительная высота составляет 900мм(800+100 –отводится на конструкцию пола), в системе перекрытия тип 2 - 1300 мм (800+400+100)
Система перекрытия типа 1 применяется в зданиях, где возникает необходимость в подвешивании к перекрытию транспортного или технологического оборудования.
Рис.1.22. Схема раскладки плит перекрытия:
а - система типа 1; б - система типа 2.
В промышленных зданиях, где необходимы потолки с гладкой поверхностью применяется безбалочный каркас. (рис.1.23).
В состав безбалочного каркаса входят следующие элементы: - колонны квадратного сечения высотой на этаж с четырёхсторонней консолью в верхней части;
- капитель пирамидальной формы с квадратным отверстием в центре для пропуска колонны;
- надколонные плиты с выпусками арматуры;
- пролётные плиты квадратной формы с выпусками арматуры по периметру.
Стыки колонн имеют такую же конструкцию, как и в балочном каркасе. Ка
пители опирают на четырёхстороннюю консоль колонны с последующим замоноличиванием стыка бетоном. Надколонные плиты опирают на полки капителей, сваривая выпуски арматуры и замоноличивая стык бетоном. Пролётные плиты опираются по контуру, а выпуски арматуры сваривают с закладными деталями на подколонных плитах (рис.1.23б).
Рис.1.23. Безбалочный каркас многоэтажного промздания.: а) - фрагмент здания;
б) - узел каркаса.
1 - фундамент; 2 - колонна; 3 - капитель; 4 - надколонные плиты; 5 - пролёт-
ная плита; 6 - четырёхсторонняя консоль.