5.6 Требования к компоновке помещений цеха
В соответствии с принципиальной компоновкой технологического потока цеха и основными параметрами производственного здания определяются площади помещений цеха, уточняется связь между планировкой отделений, принятой сеткой колонн и взаимным расположением пролетов в здании.
Площадь каждого отделения цеха может занимать несколько пролетов или один пролет, а также часть его по длине. Следует добиваться того, чтобы границы отделений совпадали с сеткой колонн здания. Частичное несовпадение границ отделений с сеткой колонн допускается только в зданиях ячейкового типа.
По границам соприкосновения основного производства с подсобно-производственными складами, вспомогательными и бытовыми зонами в производственном здании делаются проезды шириной не менее 4 м с воротами в противоположных концах здания. По условиям противопожарной безопасности эти одновременно эксплуатируемые проезды устраиваются не реже чем через 50−75 м.
На плане цеха показываются границы отделений, ход технологического процесса, ворота для въезда грузового транспорта, пути движения рабочих из административно-бытовых помещений к рабочим местам, а также пункты питания. Намечаются на плане места для размещения помещений и устройств внутрицехового обслуживания рабочих. Основные пешеходные пути могут проектироваться подземными, на уровне пола или на антресолях. Аналогичным образом могут располагаться объекты внутрицехового обслуживания или часть из них.
5.7 Конструктивные решения цеха
Конструктивные решения зданий зависят от требований, предъявляемых производством (степень агрессивности внутрицеховой среды, огнестойкость и др.), а также от района строительства (климатические условия, нагрузки, наличие соответствующих материалов и конструкций и т.д.). Они тесно связаны с объемно-планировочными решениями зданий.
Проектируемое производственное здание должно быть каркасного типа. Каркас одно- и многоэтажных промышленных зданий состоит из поперечных рам, образованных колоннами и несущими конструкциями покрытия (балки, фермы, арки и др.), и продольных элементов: фундаментных, подкрановых и обвязочных балок, подстропильных конструкций, плит покрытия и перекрытия и связей. Если несущие конструкции покрытий выполнены в виде пространственных систем – сводов, куполов, оболочек и др., то они одновременно являются продольными и поперечными элементами каркаса.
Конструктивная система несущего остова здания, форма и размеры конструктивных элементов зависят от применяемых для строительства материалов [3, 6, 8].
Выбор материалов для конструкций зданий определяется предъявляемыми к ним требованиями прочности, экономичности, долговечности, удобства возведения, стойкости к эксплуатационным воздействиям и воздействиям атмосферной среды. При выборе материалов необходимо учитывать также размеры пролетов и шаг колонн, высоту зданий, величину и характер действующих на каркас нагрузок.
Каркасы промышленных зданий монтируют в основном из сборных железобетонных конструкций, стали и реже из монолитного железобетона, древесины.
Основным материалом несущих конструкций одноэтажных промышленных зданий в настоящее время служит железобетон. Это один из наиболее долговечных и стойких материалов для несущих конструкций; он хорошо сопротивляется действию огня и коррозии. С течением времени его прочность не только не уменьшается, но даже возрастает. Железобетонные конструкции дороже металлических, однако для их изготовления требуется меньше капиталовложений в производство, чем для металлических конструкций. В условиях эксплуатации железобетонные конструкции выгоднее металлических, поскольку железобетон устойчивее против коррозии, обычно не требует защитной отделки и окраски, вызывающей значительные ежегодные затраты. Лишь в отдельных случаях при очень агрессивной среде железобетонные конструкции приходится защищать пленками или окраской.
При выборе каркаса из стальных элементов необходимо учитывать величину пролетов, режим работы кранов, величину нагрузок от кранов и покрытия и другие факторы. Стальные конструкции элементов каркаса применяют главным образом в цехах заводов, в которых используют краны тяжелого и непрерывного режима работы. При этом необходимо широко применять легкие конструкции массового изготовления. Разработаны трубчатые фермы пролетом 24, 30 и 36 м, а также колонны с применением труб и широкополочных двутавров.
Цельнометаллические конструкции для каркаса одноэтажных зданий применяют главным образом при строительстве зданий металлургической промышленности или, например, заводов тяжелого машиностроения, где железобетон нецелесообразен из-за специфических условий работы конструкций: здесь велики крановые нагрузки, неравномерны интенсивные тепловые воздействия на конструкции лучистого тепла от печей или расплавленного металла.
Несущий металлический каркас целесообразен также при большой высоте одноэтажных зданий, превышающей 15–18 м. В этих условиях затруднителен монтаж железобетонных колонн, а возведение их из монолитного железобетона неэкономично из-за потребности большого расхода леса на подмости и опалубку.
При больших размерах пролетов (свыше 24 м) обычно применяются металлические конструкции покрытий. Они в этом случае легче и дешевле железобетонных и хорошо сочетаются с железобетонными колоннами, образуя смешанную каркасную систему.
Кроме того, стальные конструкции широко используются в виде отдельных элементов зданий с железобетонным несущим каркасом: в подкрановых балках, монорельсах, подвесных крановых путях, площадках под технологическое оборудование, пожарных и служебных лестницах, огнестойких дверях и воротах, оконных и фонарных переплетах, а также в виде элементов связей для создания пространственной жесткости зданий.
Деревянные несущие конструкции дешевы и просты в изготовлении, но недолговечны, так как подвержены возгоранию и гниению. Поэтому они применяются только в небольших подсобных зданиях, в производственных зданиях для сельского хозяйства. Деревянные несущие конструкции также эффективно используются в сборно-разборных зданиях, применяемых при производстве строительных работ на вновь осваиваемых территориях, при строительстве временных сооружений.
Каркас одноэтажных промышленных зданий состоит из поперечных рам, образованных колоннами и несущими конструкциями покрытия (балки, фермы, арки и др.), и продольных элементов: фундаментных, подкрановых и обвязочных балок, подстропильных конструкций, плит покрытия и связей. Если несущие конструкции покрытий выполнены в виде пространственных систем – сводов, куполов, оболочек, складов и других, то они одновременно являются продольными и поперечными элементами каркаса [6, 8].
Элементы каркаса подвергаются силовым и несиловым воздействиям. Силовые воздействия возникают от постоянных и временных нагрузок. В связи с этим элементы каркаса должны отвечать требованиям прочности и устойчивости.
При несиловых воздействиях внешней и внутренней среды в виде положительных и отрицательных температур, тепловых ударов, жидкой и парообразной влаги, воздуха и содержащихся в воздухе химических веществ элементы каркаса должны отвечать требованиям долговечности.
Восприятие ветровых нагрузок, действующих вдоль зданий, осуществляется системой продольных связей, устанавливаемых в каждом ряду колонн примерно в середине температурного блока.
Поперечная жесткость каркаса обеспечивается жесткостью заделки колонн в стакан фундаментов.
Совместная пространственная работа конструкций зданий обеспечивается созданием в их верхней части жесткой диафрагмы из плит покрытия, стыки между которыми для этой цели замоноличиваются цементным раствором, а сами плиты привариваются к основным несущим конструкциям.
Сетки колонн одноэтажных промышленных зданий принимаются, как правило, кратными 6 м (60 М). Наиболее распространенные размеры пролетов одноэтажных зданий без мостовых кранов 12, 18 и 24 м, а для зданий, оборудованных мостовыми кранами, − 18, 24, 30 м и более, кратные 6 м.
Стеновые ограждения проектируются самонесущими или навесными. Материалом стен могут служить железобетон в виде панелей различных конструкций, металл в виде стеновых панелей с эффективным утеплителем типа «сэндвич», естественные и искусственные камни и др.
Конструкции современных стеновых «сэндвич-панелей» и панелей для покрытия промышленных зданий представлены на рисунке 5.1.
Покрытие, играющее важную роль в архитектуре одноэтажных производственных зданий, может проектироваться из плоскостных, пространственных или смешанных конструкций.
При применении сборных железобетонных стропильных конструкций для покрытий одноэтажных зданий, в которых не требуется устройство верхней разветвленной сети коммуникаций, рекомендуется при пролетах L ≤ 18 м применять железобетонные балки. При наличии разветвленной сети коммуникаций значительных габаритов, располагаемых в межферменном пространстве, а также при больших нагрузках на несущие конструкции от покрытия и подвесного транспорта рекомендуется применять железобетонные или стальные фермы.
При 12-метровом шаге колонн стропильные конструкции покрытия могут быть расположены как с шагом 12 м, так и с шагом 6 м; в последнем случае в состав каркаса вводят подстропильные конструкции. Первая схема характерна для зданий с мостовыми кранами, вторая – для зданий с подвесным транспортом или подвесным потолком.
Пути мостовых кранов должны проектироваться с учетом условий их обслуживания. Осмотр и ремонт крановых путей в обычных условиях (при малой напряженности работы мостовых кранов) выполняются с тормозных устройств или подкрановых балок в перерывах работы крана.
Рисунок 5.1 – Конструкция «сэндвич-панелей»
В пролетах промышленных зданий, оборудованных мостовыми кранами весьма тяжелого режима работы (независимо от их числа) или кранами тяжелого и среднего режимов работы (при числе их в пролете более двух) либо круглосуточной непрерывной работе, должен быть обеспечен безопасный проход людей вдоль крановых путей и во время работы мостовых кранов. Для этого поверх тормозных устройств делают настил, огражденный со стороны крана перилами. В этих случаях конструкция колонн и их привязки к разбивочным осям должны обеспечивать возможность прохода (при работе крана) между гранью колонны и концом крана (или через проем в колонне). Проход должен иметь ширину не менее 400 и высоту не менее 1800 мм.
Пути мостовых кранов должны быть оборудованы лестницами, расположенными не реже чем через 200 м, и посадочными площадками для кранов. При большой высоте здания лестницу делают из нескольких маршей с промежуточными площадками.