3. Архитектурные конструкции промышленных зданий
Промышленными называют здания, предназначенные для размещения в них орудий производства и для выполнения трудовых процессов, в результате которых получается промышленная продукция.
Классификация промышленных зданий. Неизвестно от отрасли промышленности промышленные здания делят на четыре основные группы: производственные, в которых размещены цехи, выпускающую готовую продукцию или полуфабрикаты; это могут быть цехи металлообрабатывающие, механосборочные, цехи по производству железобетонных конструкций и т.п.; энергетические – атомные электростанции (АЭС), теплоэлектростанции (ТЭЦ), котельные, электрические и трансформаторные подстанции, компрессорные станции и др.; транспортно-складского хозяйства – это гаражи, склады готовой продукции, полуфабрикатов и сырья и др.; вспомогательные – здания для размещения административно-конторских помещений, помещений общественных организаций, бытовых помещений и устройств (душевых, гардеробов и др.) пунктов питания и медицинских пунктов.
Все производственные здания по признаку объемно-планировочного решения делят на одноэтажные (они составляют до, 75% от общего объема строительства) и многоэтажные. В свою очередь одноэтажные здания различаются по количеству и величине пролетов, планировочному типу здания, а также по характеру профиля покрытия.
В строительстве широко применяют одно- и многопролетные здания. В зависимости от величины пролета и соотношения размеров пролета и шага вертикальных несущих конструкций внутреннее пространство и планировочная структура цеха оказываются различными. По этому признаку различают промышленные здания пролетного, ячейкового и зального типов.
К пролетным относят здания с преобладанием размера пролета над размерами шага колонн с постоянным направлением технологического процесса {перпендикулярно пролету несущих конструкций), к ячейковым - с квадратной (или близкой к квадрату) сеткой осей и организацией технологического процесса по двум взаимно перпендикулярным направлениям.
Зальными называют крупнопролетные здания, возводимые в тех случаях, когда технологический процесс требует создания большого внутреннего пространства, свободного от промежуточных опор.
В отличие от гражданских промышленные здания проектируют в подавляющем большинстве случаев на основе каркасной конструктивной системы с ненесущими или самонесущими стенами. Бескаркасную конструктивную систему с несущими наружными стенами используют только для небольших одноэтажных однопролетных бескрановых зданий.
3.1 Несущие конструкции одноэтажных зданий
Каркасные несущие конструкции одноэтажных промышленных здании состоят из поперечных рам и продольных связей между ними Поперечные рамы чаще всего образуются из защемленных в фундаментах колонн шарнирно связанных с балками или фермами покрытия, которые выполняют функции ригелей рам. Роль продольных связей каркаса выполняют обвязочные, подстропильные и подкрановые балки (или фермы) специальные связевые конструкции, а также панели или настилы покрытия, жестко связанные с верхним поясом ферм или балок (рис.3.1.). Каркас воспринимает все постоянные и временные нагрузки, а также подвергается комплексу несиловых воздействий.
Особый характер в промышленных зданиях приобретают несиловые воздействия на конструкции вызванные технологическими особенностями воздушной среды, в виде тепловых уда ров, повышенного влагосодержания, наличия примесей химических веществ, аэрозолей и пр. Поэтому для каркаса применяют наиболее прочные и долговечные материалы — железобетон (сборный или монолитный ) и металл (рис.3.2.).
Рисунок 3.1 Однопролетное одноэтажное промышленное здание с боковым естественным освещением.
Рисунок 3.2 Многопролетное одноэтажное промышленное здание с комбинированным естественным освещением - через оконные светопроемы в наружных стенах и через вертикальное остекление световых фонарей. Несущие конструкции - стальные решетчатые; 1 - надфонарные участки покрытия; 2 - вертикальное остекление световых фонарей; 3 - межфонарные участки покрытия
В производственных зданиях с железобетонным каркаркасом и с пролетами 12-30 м, шагом 6-12 м и высотой 3,6-18 м в продольном направлении поперечные рамы соединяют фундаментными, обвязочными, подкрановыми балками, плитами покрытии и связями.
Колонны сечением до 600x600 мм в зданиях без кранов служат для опирания покрытии и крепления (рис.3.3 а.б). В зданиях с мостовыми кранами колонны состоят из надколонника и подкрановой части (рис.3.3в.г). Для кранов до 500 кН (50т и более экономичны двухветвевые колонны сечением до 1900х600мм (рис.3.3д).
Рисунок 3.3 Железобетонные каркасы одноэтажных производственных зданий: а – колонны крайних рядов бескрановых пролетов; б – то же средних рядов; в, г – крайняя и средняя колонны пролетов с мостовыми кранами; д - двухветветвьевая колонна; е – обвязочная балка; ж – подкрановая балка; з – крепление кранового рельса к подкрановой балке; 1 – складные закладные детали; 2 – колонна; 3 – обвязочная балка; 4 – болт; 5 – бетон; 6 – крепления; 7 – рельс; 8 – подкрановая балка; 9 – упругая прокладка.
Фундаментные балки под стены для шага колонн 6 и 12 м имеют тавровую или трапециевидную форму профиля. Фундаментные балки под наружные стены выносят за грани колонн и укладывают на уступы фундаментов.
Обвязочные балки воспринимают нагрузки от стен большой высоты или в местах перепада высот здания. Балки опирают на специальные консоли колонн и крепят к ним болтами или приваркой монтажных петель.
Подкрановые балки поддерживают рельсовый путь мостовых кранов. Подкрановые балки соединяют. с колоннами и между собой на анкерных болтах, а также сваркой закладных деталей или выпущенных концов арматуры. Рельсы опирают на подкрановые балки через упругие прокладки и крепят прижимными планками и болтами. В зданиях с крупными пролетами и тяжелыми крановыми нагрузками устанавливают стальные балки. Вертикальные связи по колоннам устраивают в продольных рядах в середине участка здания между температурными швами. Связи делают обычно крестовыми из прокатных уголков.
Плоские несущие конструкции покрытия включают в себя следующие элементы: балки, фермы, арки и подстропильные конструкции.
Железобетонные балки покрытий бывают: сборными железобетонными односкатными и двухскатными и с параллельными поясами(рис.96.).
Рисунок 3.4 Унифицированные железобетонные балки таврового сечения для покрытий пролетом 6 и 9 м
Очертания ферм покрытия зависит от вида кровли, расположения и формы фонаря и общей компоновки покрытия. В зависимости от очертания верхнего пояса различают фермы сегментные-(рис.3.5 а ), арочные, с параллельными поясами (рис. 3.2б) и треугольные
Рисунок 3.5 Железобетонные стропильные фермы: a – сегментная ферма; б – ферма с параллельными поясами
Одноэтажные здания. Могут иметь освещение: боковое естественное (рис. 208), верхнее естественное (рис. 3.2) или, наконец, искусственное - люминесцентными лампами дневного света.
Очертание ферм покрытия зависит от вида кровли, расположения и формы фонаря и общей компоновки покрытия. В зависимости от очертания верхнего пояса различают фермы сегментные- (рис. 3.5 а), арочные, с параллельными поясами (рис.3.5 б) и треугольные.
Стальной каркас применяют, в основном, в цехах с тяжелым режимом работы металлургической и машиностроительной промышленности при больших пролетах и значительных крановых нагрузках. Основными элементами несущего стального каркаса являются плоские поперечные рамы, образованные колоннами и стропильными фермами (ригелями). На поперечные рамы опирают -подкрановые балки, ригели (фермы)прогоны покрытия, фонари(рис.3.6).
Рисунок 3.6 Основные элементы стального каркаса промышленного здания (а); сквозная колонна (б): 1 - колонна рамы; 2 - стропильная ферма (ригель); 3 -подкрановая балка; 4 - фонарь; 5 - связи фонаря; 6 - вертикальные связи между колоннами; 7 - горизонтальные связи покрытия; 8 -вертикальные связи покрытия; 9 - ригель; 10 – прогоны.
Под стальные колонны устраивают отдельно стоящие ступенчатые железобетонные фундаменты. База колонны и концы анкерных болтов располагается под бетонной подготовкой пояса. Применяют два типа баз - шарнирные и жесткие.
Колонны стальные состоят из основной несущей части (стержня), оголовка и базы, (рис.3.6 б)
По конструктивной схеме промздания бывают жесткими и гибкими (рис.3.7). В одноэтажных промышленных зданиях с гибкой конструктивной схемой поперечных стен, как правило, нет и поэтому все горизонтальные нагрузки (от ветра, торможения кранов и др.) воспринимает поперечник здания, состоящий из колонн и опертой на них горизонтальной диафрагмы покрытия.
Рисунок 3.7 Конструктивные схемы зданий: а- жесткая; б- упругая.
Недостатками одноэтажных зданий являются необходимость большой территории застройки с сопутствующим увеличением площади покрытия, расходов на инженерные сети, дороги, благоустройство и эксплуатационных расходов на уход за покрытиями.