книги из ГПНТБ / Проектирование и строительство углеобогатительных фабрик

упругой стадии, так как заделка ригелей на колоннах обеспе­ чивает только частичное защемление.

Необходимо отметить, что по условиям производства работ жесткое соединение ригелей с колоннами наступает лишь после, того, как прогон получил начальные напряжения от веса настилов и замоноличиваемого бетона; до этого ригель работает как одно­ пролетная балка на свободных опорах.

Проверку трещиностойкости производили по СНиП, принимая марку бетона всего сечения по марке бетона корыта.

Предлагаемая конструкция была рассмотрена Госстроем СССР

и принята к осуществлению в качестве опытной при строитель­ стве главного корпуса ОФ шахты «Таммика» (Эстонская ССР).

Здание главного корпуса пятиэтажное с размерами в плане 18X54 м.

Учитывая, что испытания новой конструкции были выполнены ЛИСИ только на статическую нагрузку, в соответствии с реше­ нием Госстроя СССР были проведены испытания их на динами­ ческую нагрузку.

Первый этап испытаний осуществляли непосредственно на заводе, второй — после окончания монтажа — на стройплощадке. Испытания проводил ДонпромстройНИИпроект. Были испытаны второстепенные балки и пять фрагментов рам на статические и динамические нагрузки. Дополнительно были испытаны два ригеля непосредственно в каркасе построенной фабрики.

Впоследствии были определены параметры собственных и вы­ нужденных колебаний отдельных элементов каркаса здания. Для сравнения полученных результатов были определены параметры аналогичной в объемно-планировочном и технологическом отноше­ нии главного корпуса ОФ шахты «Вира», выполненного из сборных Железобетонных элементов с обычным армированием.

В результате испытаний установлено:

динамические нагрузки не влияют на условия сцепления ста­ рого бетона с новым, и . конструкция работает как единая;

частота собственных колебаний ригелей выше расчетной почти в 2 раза, что свидетельствует о повышении их жесткости.

Для определения технико-экономической эффективности пред­ лагаемых конструкций произведено их сравнение с конструкциями с обычным армированием в элементах по серии ИИ-20 (табл. 3).

Как видно из табл. 3, общий расход бетона на устройство каркаса и перекрытий уменьшается на 39 м3 по сравнению с обыч­ ным армированием, или на 4,9%; расход арматуры уменьшается на 45 тыс. т, или на 36,7%; расход проката — на 13,7 тыс. т, или на 49%. Применение преднапряжеиных конструкций обеспечивает снижение стоимости на 4,2%.

Стальной каркас многоэтажных зданий. Несмотря на высокую стоимость каркаса и перекрытий, выполненных из стали, по срав­ нению с железобетонными, и ограничение возможности его приме-

нения, обусловленное указаниями Госстроя СССР, в ряде случаев каркасы фабрик необходимо выполнять из стали.

Перекрытия выполняют из монолитных железобетонных плит, арматура которых приварена к верхним полкам стальных балок. Все горизонтальные нагрузки передаются через плиты перекрытий каркасу, в котором предусматривается либо система вертикаль­ ных связей, либо каркас проектируется рамной конструкции. Применение рамных соединений ригелей со стойками каркаса не всегда рекомендуется в связи с трудностями их выполнения. Восприятие горизонтальных нагрузок и обеспечение жесткости здания каркасов нерамной конструкции возлагаются на связи. При этом не должно учитываться сопротивление ограждающих конструкций, так как они, как правило, выполняются из навесных стеновых панелей из легкого бетона.

Связи устанавливают по наружным осям здания. Связи при­ меняют двух систем: рамные и решетчатые. Рамные образуются путем жесткого соединения ригелей с колоннами; решетчатые — путем установки между колоннами н балками раскосов; благо­ даря этому получаются вертикальные фермы, защемленные в фун­ даментах.

На углеобогатительных фабриках горизонтальные силы могут действовать на каркас в любом месте и под любым углом по отношению к его главным осям (усилия от натяжения лент кон­ вейеров, динамического усилия от оборудования, ветровые на­ грузки и т. п.). Это заставляет обеспечивать всестороннюю жест­ кость здания, воспринимающую горизонтальные усилия во всех направлениях, а также скручивание, для чего необходимо раз­ местить связи в продольном и поперечном направлениях сим­ метрично главным осям здания.

Все горизонтальные силы воспринимаются перекрытиями и передают их вертикальным связям каркаса. При этом перекрытия должны быть рассчитаны на изгиб и сдвиг. В связи с этим пере­ крытия из отдельных плит, не связанных между собой, непригодны для восприятия всех горизонтальных усилий; перекрытия же из монолитного железобетона надежно воспринимают все горизон­ тальные силы. Выполнение монолитных плит не требует устройства специальных лесов и может быть осуществлено путем подвески опалубки к балкам перекрытия.

Расположение связей следует увязать с порядком возведения каркаса как системы в целом, так и монтажа отдельных его эле­ ментов.

Основными элементами каркаса являются колонны и ригели. По условиям гибкости наилучшим сечением колонн являются прокатные широкополочные двутавры. Однако до настоя­ щего времени получение широкополочных двутавров для строи­ тельства исключено (так как промышленностью не организован массовый выпуск их), поэтому колонны выполняются составного сечения, преимущественно сварные, из трех листов. Этот тип колонн является основным, применяемым у нас при строительстве обогатительных фабрик.

Недостатком двутаврового сварного профиля является короб­ ление колонн и винтообразное искривление, получающееся при сварке. Этот недостаток приходится исправлять путем правки на заводе, а зачастую и при монтаже.

Учитывая агрессивное влияние ш-амовых вод и высокую влаж­ ность воздуха, необходимо предусмотреть специальные мероприя­ тия по антикоррозионной защите стали.

Главные балки выполняются преимущественно двутаврового сварного или прокатного профиля и располагаются по осям ко­ лонн. Для предохранения балок от коррозии желательно их обето­ нировать. Балки перекрытий, несущие большие сосредоточенные нагрузки (бункеры, резервуары и т. п.), рекомендуется выполнять шпренгельными.

Опирание балок на колонны рекомендуется осуществлять сво­ бодным, путём опирания на специальные столики, воспринимающие полностью вертикальные усилия и передающие их на колонны.

Одноэтажные здания павильонного типа. Каркас здания этого типа представляет собой рамную систему с жёстким соединением колонн у основания и с шарнирным или жёстким сопряжением их с фермой покрытия. Колонны служат для поддержания ферм покрытия, опорой для крана и стенового ограждения. Этажерки, поддерживающие оборудование, теоретически не должны быть связаны с каркасом здания, однако это условие вызывает боль­ шие трудности, обусловленные условиями устойчивости самих этажерок и необходимостью обеспечения монтажа и демонтажа оборудования, исключающее, как правило, возможность устрой­

ства связей. Поэтому необходимо этажерки конструировать жёст­

нологическое оборудование, которое передает на строительные конструкции горизонтальные, статические и динамические на­ грузки. Поэтому вопрос жёсткости встроенных этажерок и их сопротивляемость горизонтальным нагрузкам является первооче­ редной задачей при проектировании этажерок.

Наружный каркас здания представляет собой рамную кон­ струкцию, размеры которой определяются пролетом стропильных ферм и мостового крана. Между величинами поперечного шага колонн и пролёта мостового крана существует следующая зави­ симость:

L0— Ly. 2С -{- е,

С— расстояние от оси подкрановой балки до грани над­ крановой части колонн;

е— ширина надкрановой части колонн.

Расстояние С состоит из длины опорного узла крана Е и рас­ стояния В между опорным узлом крана и гранью колонны (величины Е и D приведены в каталогах крана).

Вертикальные размеры поперечных рам определяются техно­ логами в зависимости от габаритов оборудования hx и высоты от головки кранового рельса до низа несущих конструкций по­ крытия Іг2, как правило, низа нижнего пояса фермы (рис. 33).

По роду узловых соединений ферм с колоннами возможны жёсткие соединения и шарнирные.

Для повышения поперечной жёсткости здания и меньшей чув­ ствительности его к динамическим нагрузкам от работы крана следует отдавать предпочтение жесткому сопряжению колонн с фермами покрытия. При этом необходимо учитывать, что жесткая рама более чувствительна к неравномерным осадкам фундамент­ ных опор, что может иметь место при просадочньгх и слабых грунтах основания.

Колонны, являющиеся стойками поперечной рамы здания, вос­ принимают нагрузку от мостового крана, от ветра и веса стеновых панелей.

Ширину нижней части колонн b рекомендуется принимать в зависимости от высоты колонн Іг:

Колонны могут иметь сплошную стенку или решетчатую. Колонны со сплошной стенкой более жёсткие и менее трудоемкие

при изготовлении, особенно при применении автоматической сварки.

В многспролетных зданиях возможны два варианта решения поперечной конструкции покрытия. Рамы с фермами с параллель­ ными поясами, расположенные с небольшим уклоном для водо­

дуальные и групповые), в большинстве привязанные к шахтам, размещают зачастую на участках с неудовлетворительными грун­ товыми условиями, так как размеры шахтного поля ограничены.

Наряду с этим многие угольные месторождения расположены в районах вечной мерзлоты. При выборе оптимальных типов фун­ даментов следует учитывать устройство полов первых этажей, так как при наличии глубокого заложения фундаментов выемку грунта производят экскаваторами на всю площадь здания; обрат­ ная засыпка грунта даже при самом тщательном трамбовании не предохраняет полы от проседания и вызывает разрушение полов первых этажей.

Нагрузка на обрезы фундаментов в главных корпусах колеб­ лется в зависимости от типа фабрики от 300 до 900 тс с момен­ тами в одном, а иногда в двух направлениях порядка 20—40 тс-м. Следует иметь в виду, что на фундаменты здания помимо статп-

ческнх нагрузок воздействуют и динамические нагрузки, которые способствуют увеличению осадок отдельных опор.

В зависимости от конструкции каркаса здания и грунтовых условий на углеобогатительных фабриках применяют в основном следующие типы фундаментов: одиночные, ленточные, свайные.

Одиночные фундаменты. Одиночные фундаменты выполняют в виде столбчатых пирамидального типа из монолитного пли сборного железобетона. Отдельно стоящие фундаменты не следует возводить на силыюсжимаемых и неоднородных грунтах основания, так как1в этом случае возникают большие неравномерные осадки.

Столбчатые фундаменты устраивают под каждую колонну кар­ каса в виде столбов или башмаков. В этом случае предпочтитель­ нее фундаменты устраивать из сборного железобетона прямо­ угольной формы. Нагрузки от стен передаются на фундаменты при помощи железобетонных рандбалок. Рандбалки опираются на фундаменты с помощью специальных подбетонок. Для предохра­ нения фундаментной балки от выпучивания грунта под ней устраи­ вают подушку в виде рыхлой засыпки из шлака или гравия толщиной 50—80 см. Чтобы защитить подушку от влаги, вокруг здания устраивают отмостку пли тротуар с асфальтовым или бетонным покрытием для отводадождевой воды. При высоком уровне грунтовых вод следует обеспечить осушение подушек с по­ мощью дренажного отвода.

Сопряжение столбчатых фундаментов со сборными железо­ бетонными колоннами каркаса осуществляют с помощью спе­ циального стакана, устраиваемого в фундаменте. Устройство ста­ кана обеспечивает надёжную заделку колонн в фундамент. Глу­ бина стакана должна быть на 50 мм больше наибольшего размера сечения колонн и не менее 20 диаметров продольной арматуры при бетоне марки 200 и не менее 25 диаметров при бетоне марки 150.

Сборные фундаменты выполняют из отдельных блоков. Не­ смотря на сравнительную простоту их изготовления и монтажа, недостатком их является повышенный расход стали по сравнению с фундаментами из монолитного железобетона. Вызывается это тем, что наличие растягивающих усилий в горизонтальных швах влечет за собой необходимость армировать каждый блок в от­ дельности.

Для снижения расхода стали сборных фундаментов институ­ том Гипрошахт разработана конструкция (рис. 34), исключающая необходимость раздельного армирования блоков путём обеспече­ ния совместной их работы после замоноличнвания. Это дости­ гается устройством в нижних плитах специальных уступов по всему контуру.

После установки на плиты основания верхнего основного фун­ даментного блока последний благодаря окружающим его уступам находится как бы в стаканной части. Зачеканка бетоном простран­ ства между уступами нижней плиты основания и стенами основ­

фундамент осевой силы и моментов в двух взаимно перпендику­ лярных направлениях эпюра напряжений имеет вид косой призмы.

Напряжения по углам призмы могут быть определены по формуле

п

Краевые напряжения Р могут превышать расчетное сопро­ тивление грунта на 20%.

Ленточные фундаменты. При слабых грунтах и значительных нагрузках, когда размеры основания фундаментов чрезмерно велики, вследствие чего величины осадков превышают допускаемые СНиП, фундаменты выполняют в виде железобетонных линей­ ных или перекрёстных лент. Такие фундаменты рассчитывают с учетом совместной работы грунта основания и фундамента сооружения.

Ленточные фундаменты, в которых отношение полудлины опор­ ной частй фундамента к полуширине равно или больше 7, рас­ считывают как балки на упругом основании; при меньшем соот­ ношении эти конструкции фундаментов рассчитывают как плиты на упругом основании. Балки на упругом основании можно рас­ считывать методом плоской и пространственной задач теории упругости.

Существуют три метода расчета:

на гипотезе упругого полупространства; третий — основан на комбинированных моделях упругого осно­

вания.

Метод, основанный на гипотезе коэффициента постели (метод Винклера), исходит из положения, что в балках, лежащих на упругом основании, интенсивность нагрузок в любой точке создает противодавление основания, которое принимается пропорциональ­ ным, т. е. q= kby,

где q — нагрузки на единицу длины балки; b — ширина балки;

у ■— прогиб;

k — коэффициент пропорциональности (коэффициент по­ стели) .

Свайные фундаменты. Свайные фундаменты рекомендуется применять при наличии грунтов основания, обладающих очень слабой несущей способностью, нормативное давление которых менее 15 те м2. С повышением степени индустриализации строи­ тельных работ область применения свайных фундаментов значи­ тельно расширилась [5; 29].

Для углеобогатительных фабрик применение свайных фунда­ ментов обеспечивает сохранение ненарушенной структуры грунтов основания под полы н позволяет настилать полы по грунту без применения специальных конструктивных мер.

В зависимости от инженерно-геологических условий грунтов основания различают два типа свайных фундаментов: сваи-стойки и висячие сваи.

Сван-стойкп применяют, если под пластами глинистых или песчаных грунтов небольшой плотности залегает плотный, прак­ тически несжимаемый грунт (скала, крупнообломочные грунты, гравелистый п т. п.), на который опираются концы свай. В этом случае сваи передают нагрузку от сооружения грунту основания и работают как сваи-стойки. Рассчитывают их от действия на­ грузки по несущей способности железобетонного сечения сван.

Висячие сваи применяют в случае, если несжимаемая толща грунтов залегает на практически недостижимой для сваи глубине. Рассчитывают их на трение боковой поверхности свай о грунт и на давление, воспринимаемое пятой основания.

Свайные фундаменты главных корпусов фабрик, скрепленные ростверком в одно конструктивное целое, работают как куст свай; свайный ростверк, опирающийся непосредственно на головки свай, обеспечивает лучшую передачу нагрузок от сооружения.

Ка углеобогатительных фабриках сваи применяют, как пра­ вило, из железобетона квадратной формы сечения. При легких и среднепроходимых грунтах применяют усиление острия сван обой­ мой, при тяжелых грунтах острие сван снабжают стальным баш­ маком.

В практике строительства широко применяют сваи: в виде винтового сплошного или полого железобетонного ствола; с вин­ товой лопастью диаметром 700—1300 мм; типа «Беното» (разно­ видность набивных свай большого сечения) и др. Однако прак­ тически для углеобогатительных фабрик с сеткой колонн 6X6 м сваи большого сечения не нашли применения.

Врайонах распространения вечной мерзлоты при наличии коренных пород на сравнительно небольшой глубине фундаменты можно выполнять как для обычных условий, при этом следует только учитывать силы пучения, величины которых следует опре­ делять согласно СНиП ІІ-Б.6-66.

Втех случа'ях, когда скальные грунты залегают на большой глубине, необходимо применять предварительное оттаивание грун­ тов (второй принцип строительства).

Оттаивание следует производить с помощью электроосмоса

на всю глубину чаши оттаивания, величину которой рассчитывают согласно СНпП ІІ-Б.6-66 в соответствии с грунтовыми условиями, внутренней и наружной температурой воздуха и термическим сопротивлением пола первого этажа.

Метод электроосмоса имеет большие преимущества по сравне­ нию с другими методами оттаивания грунтов, так как при про­ хождении постоянного тока от анода к катоду происходит осушение и уплотнение грунта. Кроме того, имеет место явление электро­ фореза (перенос коллоидных и суспензированных мельчайших частиц от катода к аноду), играющее положительную роль в про­ цессе электрооттаивания.

Фундаменты здания после предварительного оттаивания и уплотнения можно выполнять любого типа, в зависимости от несу­ щей способности грунтов. Следует, однако, отдать предпочтение свайным фундаментам, обладающим способностью дополнительно уплотнять грунты на всю глубину забивки свай.

Ограждающие конструкции. Стеновые ограждающие конструк­ ции занимают значительный объем в капитальных затратах и составляют примерно 15—20% от общей стоимости здания. Опыт эксплуатации углеобогатительных фабрик показывает, что вслед­ ствие высокой влажности воздуха внутри помещений, составляю­ щей 75%и более, в случае если не будут приняты специальные меры по защите стен от разрушающего влияния проникновения водяных паров в толщу ограждения на участке зоны отрицатель­ ных температур, большинство ограждающих конструкций быстро разрушаются. Причиной этому является разность парциального давления водяного пара между внутренним давлением и наруж­ ным, поскольку в отапливаемых помещениях температура воздуха выше, чем снаружи.

Степы здания находятся на пути потока пара и служат прегра­ дой этому движению. Водяной пар, проникающий в толщу ограж­ дения, при отсутствии пароизоляции, конденсируется в зоне отрицательных температур и заполняет поры ограждения инеем или льдом. По мере накопления влаги, которая, переходя в лёд, увеличивается в объёме, происходит разрыв пор стенового мате­ риала. В более теплый период года стеновые ограждения раз­ мораживаются и высыхают, отдавая в виде пара скопившуюся в них влагу. Стеновые панели, как правило, имеют с обеих сторон водоотталкивающий слой (штукатурку).

В помещениях же с мокрым режимом эксплуатации слои па­ нелей, обращённые наружу, должны иметь пористую структуру для того, чтобы выход водяных паров из её толщи в атмосферу не встречал существенных препятствий.

При проектировании стеновых ограждающих конструкций угле­ обогатительных фабрик основным является теплотехнический рас­ чет стен.

Однако существующий СНиП не дает исчерпывающих рекомен­ даций, направленных на защиту стеновых ограждающих кон­