Выбери формат для чтения
Загружаем конспект в формате doc
Это займет всего пару минут! А пока ты можешь прочитать работу в формате Word 👇
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
ВЯТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Факультет строительства и архитектуры
Кафедра архитектуры и градостроительства
АРХИТЕКТУРА ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ
КУРС ЛЕКЦИЙ
Дисциплина «Архитектура гражданских и промышленных зданий»
Для специальности
270105 (ГСХ)
270102(ПГС)
Киров 2010
УДК 725.4 (07)
Составители:
кандидат архитектуры, доцент кафедры архитектуры
и градостроительства Г.М. Безверхов
кандидат педагогических наук, доцент кафедры архитектуры
и градостроительства Т.В. Богословская
старший преподаватель кафедры архитектуры
и градостроительства К. В.Брызгалова
старший преподаватель кафедры архитектуры
и градостроительства Л. В. Елькина
кандидат технических наук, доцент кафедры архитектуры
и градостроительства М. Н. Крупин
Рецензент: кандидат технических наук, доцент кафедры СК
М. А. Жандаров
Курс лекций предназначен студентам специальности 270105 "Городское строительное хозяйство" 270102 "Промышленное и гражданское строительство"всех форм обучения.
Текст напечатан с оригинал-макета, предоставленного составителями.
Подп. в печ. Усл. печ. л. Зак. Тираж
610000, г. Киров, ул. Московская, 36, ПРИП ВятГУ
СОДЕРЖАНИЕ
1.Виды промышленных зданий. Подъемно-транспортное оборудований.
2.Физико-технические основы проектирования промышленных зданий.
3.Объемно-планировочные и конструктивные решения промышленных зданий. Каркасы промышленных зданий.
4.Генеральные планы промышленных предприятий.
5.Вспомогательные здания и помещения промышленных предприятий.
6.Архитектурно- композиционные решения промышленных зданий.
Основы проектирования промышленных зданий
Общие положения проектирования промышленных зданий
1.ВИДЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ
Промышленные здания
а — со сборным железобетонным каркасом; б — со стальным каркасом; в — с несущими конструкциями в виде деревянных клееных трехшарнирных арок; г — с несущими кирпичными стенами и покрытием по сборным железобетонным балкам; / — фундаменты; 2 — железобетонные колонны; 3 — железобетонные балки покрытия; 4 — подкрановые железобетонные балки; 5 — наружная стена, 6 — фундаментные балки; 7 — плиты покрытия; 8 — места расположения воронок внутреннего водостока; 9— мостовые краны; 10 — стальные колонны; 11 — стальные фермы; 12—светоаэрационный фонарь; 13— аэрационный фонарь, 14— несущая кирпичная стена; Н— расчетная высота цеха; Нк— высота от уровня пола до уровня головки подкранового рельса; h — высота от уровня пола до верха подкрановой консоли колонны.
Промышленные предприятия классифицируют по отраслям производства. Отрасль производства — составная часть отрасли народного хозяйства, к которой относятся промышленность, сельское хозяйство, транспорт, строительство и др.
На основе отраслевой классификации производства построена и классификация промышленных зданий. Промышленные здания независимо от отрасли промышленности разделяют на четыре основные группы: производственные, энергетические, здания транспортно-складского хозяйства и вспомогательные здания или помещения.
Объемно-планировочные и конструктивные решения промышленных зданий зависят от их назначения, характера размещения в них технологических процессов и отличаются значительным разнообразием. Такие здания можно классифицировать по следующим признакам:
1. По числу пролетов — однопролетные и многопролетные одноэтажные промышленные здания.
2. По числу этажей — одноэтажные и многоэтажные. В одноэтажных зданиях обеспечивается большая маневренность при изменении технологического процесса.
Виды одноэтажных промышленных зданий
Виды многоэтажных промышленных зданий
3. По наличию подъемно-транспортного оборудования — на бескрановые и крановые (с мостовыми кранами или подвесным транспортом.
4. По конструктивным схемам покрытий — каркасные плоскостные (с покрытиями по балкам, фермам, рамам, аркам), каркасные пространственные (с покрытиями — оболочками одинарной и двоякой кривизны, складками), висячие различных типов, перекрестные, пневматические, в том числе воздухоопорные и воздухонесущие.
5. По материалу основных несущих конструкций — с железобетонным каркасом (сборным, монолитным, сборно-монолитным), стальным каркасом, кирпичными несущими стенами и покрытием по железобетонным, металлическим или деревянным конструкциям. Кроме перечисленных классификационных признаков можно выделить еще несколько, определяемых условиями технологического процесса и требуемыми характеристиками среды производственных помещений.
6. По системе отопления — не отапливаемые и отапливаемые.
7. По системам вентиляции
с естественной вентиляцией или аэрацией через специальные проемы в ограждающих конструкциях; искусственной приточно-вытяжной вентиляцией с помощью вентиляторов и системы воздуховодов; кондиционированием воздуха, т. е. с искусственной вентиляцией, создающей постоянные заданные параметры воздушной среды (температура, влажность, степень чистоты воздуха).
7. По системам освещения — с естественным, искусственным или совмещенным (интегральным) освещением. Естественное освещение осуществляют через светопроемы в стенах (окна) и в покрытии (фонари).
К особой группе могут быть отнесены специальные виды зданий, например, навесы для открыто установленного оборудования, здания для взрывоопасных производств, здания для производств с высокой степенью радиации, здания, совмещенные с технологическим оборудованием,— так называемые «здания-агрегаты».
В условиях быстроускоряющегося технического прогресса проблема повышения «гибкости», т. е. приспособляемости здания к размещению различного оборудования, различных технологических процессов, которые совершенствуются значительно быстрее, чем изнашивается здание, приобретает большое значение. В этом отношении в послевоенное время проектными и научно-исследовательскими организациями была проделана большая работа по созданию различных видов «гибких» и «универсальных» промышленных зданий, отличающихся от обычных тем, что они могут быть использованы для размещения различных производств, имея одинаковые объемно-планировочные и конструктивные параметры. Примером может служить промышленное здание с двумя разнородными производствами (текстильное и электротехническое).
ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ
Внутрицеховой транспорт подразделяют на две группы: а) транспорт периодического действия; б) транспорт непрерывного действия.
К первой группе относят: напольный безрельсовый и рельсовый транспорт (автокары, автопогрузчики и т.п.), подвесной транспорт (тали, кошки, подвесные краны и т. п.), сюда также входят мостовые и другие виды кранов; ко второй — конвейеры всех видов, пневматический и гидравлический транспорт.
Выбор того или иного вида внутрицехового транспорта зависит от технологического процесса, характера грузов, необходимости модернизации процесса производства.
Для восприятия конструкциями здания горизонтальных сил, вызываемых подъемно-транспортным оборудованием, предусматривают конструкции— «связи», обеспечивающие необходимую жесткость конструктивной системы здания (связи в плоскости вертикальных несущих конструкций вдоль пролета и развитие горизонтальных элементов подкрановых балок или устройство тормозных ферм для восприятия горизонтальных сил поперек пролета).
ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ
ВОЗДУШНАЯ СРЕДА
Воздух, как среда, окружающая технологическое оборудование и работающих в производственном помещении, не должен влиять в отрицательном смысле на происходящий технологический процесс. В технической литературе состояние воздушной среды помещения по температуре, влажности и скорости движения воздуха нередко называют «микроклиматом», «внутренним климатом» или «метеорологическими условиями». Эти три параметра воздушной среды — температура, влажность, скорость движения воздуха всегда рассматриваются вместе, поскольку совокупно действуют на человеческий организм.
Работы, выполняемые людьми в промышленных зданиях, по степени тяжести подразделяют на три категории:
а) легкие, без систематического физического напряжения (основные процессы приборостроения, машиностроения и т. п., выполняемые сидя или стоя) — затрата энергии до 175 Вт (150 ккал/ч);
б) средней тяжести, связанные с ходьбой, переноской небольших тяжестей, и работы, выполняемые стоя (прядильно-ткацкое производство, механическая обработка
древесины, сварочные, литейные и т. п.), — затрата энергии до 290 Вт (250 ккал/ч);
в) тяжелые, связанные с постоянным физическим напряжением (кузнечные с ручной ковкой, литейные с ручной набивкой и заливкой опок и т. п.),— затрата энергии более 290 Вт, т. е. более 250 ккал/ч (см. СН 245—71, с. 77).
Санитарными нормами проектирования промышленных предприятий (СН 245—71) установлены оптимальные и допустимые параметры воздушной среды в рабочей зоне. При этом также учитывают категорию работы (легкая, средней тяжести и тяжелая) и периоды года: холодный, переходный (температура наружного воздуха ниже 10 °С) и теплый (температура наружного воздуха выше. Состояние воздушной среды производственных зданий по содержанию вредных веществ определяется натурными обследованиями.
Особым, очень важным аспектом состояния воздушной среды производственного помещения является возможность возникновения в нем взрывоопасных смесей. Такие смеси образуются в помещениях, где в процессе производства в воздух выделяются пары газа или пыли, способные в смеси с ним (в определенных соотношениях) взрываться. Наибольшее число таких взрывов приходится на химические производства, связанные с водородом, ацетиленом и метаном.
АЭРАЦИЯ
Вентиляцию производственных помещений по признаку побуждения движения воздуха разделяют на естественную и искусственную, или механическую. При естественной вентиляции воздухообмен в производственном помещении происходит за счет разности удельных весов наружного и внутреннего воздуха и действия ветра. При искусственной вентиляции для перемещения воздуха затрачивается электрическая энергия.
Естественная вентиляция помещения осуществляется в результате следующих факторов:
а) инфильтрации, т. е. проникания воздуха внутрь здания через щели и неплотности, имеющиеся в ограждающих конструкциях, а также через поры материала, из которого эти ограждения выполнены:
б) неорганизованного управляемого воздухообмена через форточки, фрамуги, окна, двери и ворота;
в) организованного управляемого естественного воздухообмена, или аэрации.
Естественный воздухообмен называют аэрацией в тех случаях, когда можно осуществлять его в заранее заданных объемах и регулировать в соответствии с внутренними и внешними условиями (температурой воздуха, направлением и скоростью ветра). Аэрация обеспечивается через систему управляемых приточных и вытяжных отверстий, потребную площадь которых определяют по расчету. Для увеличения воздухообмена аэрационные проемы в покрытии, т. е. фонари, целесообразно располагать перпендикулярно направлению господствующих ветров летних месяцев, когда особенно необходима интенсивная аэрация.
Зная аэродинамическую характеристику здания, в целях увеличения в нем воздухообмена приточные отверстия располагают в местах положительных давлений, а вытяжные — в местах наибольших отрицательных давлений. Если аэрационные отверстия располагать, не учитывая аэродинамической характеристики, воздухообмен может полностью прекратиться, а в некоторых случаях — ухудшится вентиляционный режим.
При действии ветра вдоль здания разрежение образуется по всей площади его покрытия и продольных стен.
В зоне наибольшего разрежения (наветренная сторона здания) осуществляют выпуск загрязненного и перегретого воздуха из здания, а в зоне наименьшего разрежения (подветренная сторона здания) производят забор наружного воздуха
………
Аэрация затрудняется еще больше, если здание разделено на отдельные помещения капитальными стенами или глухими перегородками, которые доходят до покрытия, или когда к продольным наружным стенам пристраивают бытовые или административные помещения. В этом случае целесообразно применять искусственную вентиляцию.
ОСВЕЩЕНИЕ
Световой режим в помещениях промышленных зданий — один из существенных факторов, определяющих качество среды, окружающей человека в производственных условиях. Хороший световой режим необходим для большинства производственных операций. Он достигается обеспечением необходимой освещенности рабочего места, равномерным освещением объекта труда (или помещения), оптимальным яркостным контрастом между предметом труда и фоном, отсутствием блескости, вызываемой как источником света, так и отражением света от рабочей поверхности.
Существенное влияние на качество светового режима оказывают спектральный состав света, цвет ограждающих производственное помещение поверхностей строительных конструкций и цвет оборудования.
Оптимальный световой режим в производственном помещении необходим не только как мера создания нормальных условий труда, но и как фактор, имеющий большое санитарно-гигиеническое значение для органов зрения и благоприятного влияния на психику человека.
В производственных помещениях промышленных зданий применяют естественное, искусственное и интегральное освещение.
Естественное освещение осуществляется через проемы в ограждающих конструкциях здания и может быть: боковым (через окна в стенах); верхним через фонари, устраиваемые в покрытии, а также через высокорасположенные проемы в стенах, например, в местах перепадов высот смежных пролетов промышленных зданий; комбинированным, т. е. сочетающим одновременно боковое и верхнее.
Искусственное освещение осуществляется при помощи электрических светильников различного типа с лампами накаливания, с разнообразными газоразрядными лампами, в том числе с люминесцентными и пр.
Можно выделить две системы искусственного освещения производственных зданий: общую и комбинированную. При комбинированном освещении, кроме общего, дающего свет по всей площади помещения, устраивают дополнительное на рабочих местах при помощи местных светильников.
Совмещенная (интегральная) система освещения предусматривает освещение рабочих мест одновременно естественным и искусственным светом. Оценивая естественное и искусственное освещение, можно отметить, что величина освещенности рабочих мест при естественном освещении не постоянна. Она меняется в соответствии со временем года и суток, зависит от состояния атмосферы (наличия облачности) и пр. Искусственное же освещение обеспечивает ровную и постоянную освещенность на рабочих местах.
Для нормирования используют относительную величину — коэффициент естественного освещения (КЕО), измеряемый в процентах от одновременной освещенности под открытым небом.. Он определяет необходимую освещенность в помещении и, следовательно, тип и размеры светопроемов.
Для того, чтобы обеспечить нужное биологическое действие естественного света, необходимо, чтобы кроме требуемой светоактивности проемов их заполнение пропускало бы ультрафиолетовую радиацию, а внутренние поверхности хорошо бы ее рассеивали в пространстве помещения. Ультрафиолетовую радиацию хорошо пропускают органическое стекло, полиэтиленовые пленки, силикатное стекло, а хорошей отражательной способностью обладают поверхности, покрытые клеевыми меловыми красками, а также силикатными красками с добавлением смеси хрома, охры и сурика.
ШУМЫ И ВИБРАЦИИ
Возникающий при работе технологического и инженерного оборудования шум — серьезная производственная вредность. Известно, что если шум на 15—20 дБ превышает допустимые значения, производительность труда снижается на 10—20%, увеличивается производственный травматизм, появляются профессиональные заболевания.
Виды шумов, их оценка и нормирование. Производственные шумы классифицируют по следующим признакам: по природе возникновения, по характеру спектра, по распределению уровней шума во времени и по уровням звукового давления.
По уровню звукового давления шумы подразделяют на три группы: слабые — уровень звукового давления до 40 дБ, средние — от 40 до 80 дБ и высокие — свыше 80 дБ.
На предприятиях важным мероприятием по борьбе с шумом является его нормирование. Проблемы, возникающие при измерениях и оценке шума, разделяют на две группы: ограничение шумового воздействия на человека (санитарно-гигиенические нормы) и ограничение шумовых характеристик самих машин (технические нормы). В нашей стране допустимые уровни шума на рабочих местах промышленных предприятий регламентирует ГОСТ 12.1.003—83 ССБТ «Шум. Общие требования безопасности».
В качестве допустимых санитарно-технических норм устанавливают такие уровни шума, действие которых в течение длительного времени не вызывает снижения остроты слуха и обеспечивает удовлетворительную разборчивость речи на расстоянии 1,5 м от говорящего. Защита от шума в производственных помещениях ведется в двух направлениях: снижение шума за счет мероприятий, проводимых в самом источнике шума, и снижение шума архитектурно-планировочными и строительно-акустическими методами. Наиболее радикален первый путь. При этом снижения шума достигают изменением производственного процесса, например, заменой ударных процессов безударными, правильной эксплуатацией рабочего оборудования и многим другим. Однако не всегда снижение шума возможно достичь таким путем. В этом случае защита рабочих от шума ведется архитектурно-планировочными и строительно-акустическими методами, посредством звукоизоляции источников воздушного шума или группы людей, звукопоглощения и отражения звуковой энергии на пути ее распространения и виброизоляции технологического оборудования.
Вибрации воздействуют при определенных частотах и амплитудах колебаний на конструкции промышленного здания, возникая от работы производственного оборудования, вызывая при этом шум и сотрясения. Если частота вибраций конструкций и оборудования совпадает, возникает явление резо нанса, при котором возрастают не только шум, но и колебания, что в отдельных случаях может привести к серьезным повреждениям конструкций.
Воздействие вибраций на человека во всех отношениях крайне вредно. Для того чтобы устранить вибрации, улучшают конструктивные характеристики оборудования (устраняют перекосы и зазоры, центрируют части машины, производят балансировку вращающихся элементов и т. д.), а также устраивают виброизоляцию.
Объемно-планировочные и конструктивные решения
промышленных зданий
ОСОБЕННОСТИ МОДУЛЬНОЙ КООРДИНАЦИИ, УНИФИКАЦИИ И ТИПИЗАЦИИ В
ПРОМЫШЛЕННОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ
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. 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 элементы у температурного шва.
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.
С момента своего возникновения унификация прошла несколько стадий: линейную, пространственную и объемную.
В целях упрощения конструктивного решения одноэтажные промышленные здания проектируют в основном с пролетами одного направления, одинаковой ширины и высоты. Применение в одном здании различных по величине и высоте пролетов возможно только в том случае, если это обусловливается технологическим процессом и необходимостью удовлетворить требования, связанные, например, с блокированием цехов. В тех же случаях для отдельных производств может быть допущено взаимно перпендикулярное расположение пролетов.
Перепады высот в многопролетных зданиях менее 1,2 м обычно не устраивают, поскольку они значительно усложняют и удорожают решение здания. Перепады более 1,2 м, необходимые по технологическим условиям, обычно совмещают с температурными швами.
Шаг колонн по крайним и средним рядам принимают на основании технико-экономических соображений с учетом технологических требований. Обычно он составляет 6 или 12 м. Возможен и больший шаг, но кратный укрупненному модулю б м, если допускает высота здания и величина расчетных нагрузок.
В зданиях, оборудованных мостовыми кранами, создающими значительные нагрузки, высоту помещения и отметку верха крановой консоли колонн увязывают не только с пролетом, но и с грузоподъемностью крана и шагом колонн каркаса.
В многоэтажных промышленных зданиях сетку колонн каркаса назначают в зависимости от нормативной полезной нагрузки на 1 м2 перекрытия. Размеры пролетов назначают кратными 3 м, шаг колонн кратным 6 м. Так, при нагрузке до 10000 Н/м2 {1000 кг/м2) применяют сетку колонн 9x6 м, а при нагрузках 20000 и25000 Н/м2 {2000 и 2500 кг/м2) — 6x6 м. Применение других сеток колонн возможно лишь при соответствующем технико-экономическом обосновании. Высоты этажей многоэтажных зданий устанавливают кратными укрупненному модулю 0,6 м, но не менее 3 м.
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. 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.
Геометрические оси торцевых 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. При этом отпадает необходимость в доборных элементах.
Привязка конструктивных элементов одноэтажных
каркасных промышленных зданий к разбивочным
осям колонн в местах перепада высот
Привязка несущих наружных стен
Многоэтажные промышленные здания проектируют, как правило, с полным сборным железобетонным каркасом и самонесущими или навесными стенами и, в отдельных случаях, с неполным каркасом и несущими стенами. Основные элементы каркаса — колонны, ригели, плиты перекрытий и связи.
Привязка конструктивных элементов многоэтажных каркасных промышленных зданий к разбивочным осям
а — варианты расположения разбивочных осей; б, в — примеры привязки колонн и самонесущих или навесных стен; е—примеры привязки колонн и стен в местах устройства деформационных швов
В многоэтажных каркасных промышленных зданиях разбивочные оси колонн средних рядов совмещают с геометрическими. Исключением могут быть колонны, располагаемые в местах деформационных швов, перепада высот зданий и в тех случаях, когда конструкции опор различны.
Колонны крайних рядов зданий либо имеют «нулевую привязку», либо внутреннюю грань колонн размещают на расстоянии а от модульной разбивочной оси. Величину а принимают равной половине толщины внутренней колонны. 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. В случае перепада высот при установке одинарных колонн используют двойные разбивочные оси.
КОНСТРУКЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ
ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ
На первом этапе проектирования определяют функциональное назначение и место конструктивного элемента в здании.
На втором этапе решения поставленной задачи возникает необходимость всю совокупность воздействий, которым подвергается проектируемый элемент в процессе изготовления, доставки на постройку, монтажа и последующей эксплуатации, схематизировать и представить в виде системы простейших воздействий. Такая схематизация может быть справедливой в том случае, если последствия схематизированных воздействий будут аналогичны последствиям, возникающим в действительных условиях.
По природе возникновения могут быть выделены следующие внешние воздействия:
воздействия, определяемые местом рассматриваемого элемента в общей конструктивной схеме здания;
воздействия, вытекающие из природно-климатических условий и др. особенностей района строительства;
воздействия, вызываемые условиями эксплуатации помещений и работой расположенного в них технологического оборудования;
воздействия, возникающие в процессе производства строительных работ, изготовления и монтажа деталей.
Различные воздействия могут быть разовыми или повторяющимися в течение всего периода эксплуатации здания, могут накладываться одно на другое или действовать независимо, быть главными, определяющими и малозначительными. Выявление всех воздействий, играющих основную роль в решении рассматриваемого конструктивного элемента,— главная задача этого этапа.
Основная задача третьего этапа конструирования - выявить все последствия, обусловленные основными видами воздействий, с учетом вероятности их возникновения, повторяемости и совпадения. Все воздействия, как силовые, так и несиловые (температура, влажность, солнечная радиация и др.), способны вызвать в рассматриваемом элементе различные деформации, перемещения, изменения физико-механических свойств материалов, из которых состоит элемент. Последствия перечисленных воздействий могут носить обратимый характер, когда после прекращения их влияния на элемент или материалы последние восстанавливают свои первоначальные качества, и необратимые, навсегда видоизменяющие первоначальное положение элемента, его размеры, свойства, структуру.
На четвертом этапе устанавливают требования, которым должен удовлетворять конструируемый элемент. Эти требования вытекают из функционального его назначения и основываются на опыте строительства и эксплуатации подобных конструкций и рекомендаций, полученных по итогам научных исследований в этой области. Указанные требования устанавливают допустимые пределы возможных последствий, нормируют сроки службы и эксплуатационные качества элемента, его эстетические качества, степень индустриальности.
Требования, предъявляемые к элементу, предопределяют его прочность и устойчивость, изолирующую способность, долговечность, огнестойкость, гигиеничность, художественную выразительность, строительную технологичность, технико-экономическую целесообразность. Устанавливают их исходя из значимости и капитальности строящегося здания в соответствии с действующими нормами проектирования, указаниями, инструкциями и другой технической документацией. После того, как четко выявлены и схематизированы все воздействия, которым подвергается проектируемый элемент, определены последствия, ими вызываемые, а также уточнены предъявляемые к нему требования, предоставляется возможным подойти к основному, пятому, этапу решения задачи — выбору замысла конструкции на основе сопоставления различных вариантов ее решения и с использованием различных строительных материалов.
Принципиальное решение конструкций, включая выбор материалов, требующихся для ее осуществления, должно сопровождаться проведением необходимых расчетов для установления размеров как самой конструкции, так и составных ее частей. При этих расчетах используют все знания в области строительной физики, сопротивления материалов и др.
После определения всех размеров и графического отображения конструируемого элемента важно дать ему всестороннюю технико-экономическую оценку и сравнить с другими имеющимися решениями.
КАРКАСЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ
Каркас одноэтажного промышленного здания обычно состоит из поперечных рам, образованных колоннами и несущими конструкциями покрытия (балки, фермы, арки и др.) и продольных элементов: фундаментных, подкрановых, обвязочных балок, подстропильных конструкций, плит покрытия и связей. Когда несущие конструкции покрытий выполняют в виде пространственных систем — сводов, куполов, оболочек, складок и др., они одновременно являются продольными и поперечными элементами каркаса.
Материалом для устройства каркаса служат преимущественно железобетон и реже сталь. При выборе материала каркаса руководствуются характером силовых и несиловых воздействий, воспринимаемых каркасом, а также учитывают размеры пролетов, шага колонн, высоту здания, место строительства, требования огнестойкости и технико-экономические соображения.
В одноэтажных производственных зданиях допускается применять стальные несущие конструкции:
а) для стропильных и подстропильных конструкций: в отапливаемых зданиях с пролетами 30 м. и более; в неотапливаемых зданиях и навесах различного назначения с асбестоцементной кровлей с пролетами до 12 м включительно при грузоподъемности подвесного подъемно-транспортного оборудования более 2 т, с пролетом 18 м; при грузоподъемности подвесного подъемно-транспортного оборудования более 3,2 т; в зданиях и навесах пролетом 24 м и более; в неотапливаемых однопролетных зданиях с рулонной кровлей с пролетами 30 м и более, а в многопролетных зданиях — с пролетами 18 м и более; в зданиях с подвесным подъемно-транспортным оборудованием грузоподъемностью более 5 т либо другими подвесными устройствами, создающими нагрузки, превышающие предусмотренные для типовых железобетонных конструкций; в зданиях на участках с развитой сетью подвесного конвейерного транспорта; в зданиях с расчетной сейсмичностью 8 баллов с пролетами 24 м и более; в зданиях с расчетной сейсмичностью 9 баллов с пролетами 18 м и более, а также в случаях возведения зданий в труднодоступных районах строительства; в зданиях с большими динамическими нагрузками (копровые цехи, взрывные отделения и др.); над горячими участками цехов с интенсивным теплоизлучением при температуре нагрева поверхности конструкций более 100° С (холодильники прокатных цехов, отделения нагревательных колодцев, печные и разливочные пролеты и т. п.) и др.;
б) колонны: в зданиях при высоте их от пола до низа стропильных конструкций более 18 м; при наличии мостовых кранов общего назначения
грузоподъемностью 50 т и более независимо от высоты колонн, а также при меньшей грузоподъемности кранов тяжелого режима работы; при шаге колонн более 12 м; при двухъярусном расположении мостовых кранов;
в) для подкрановых балок, светоаэрационных фонарей, ригелей и стоек фахверка;
г) для типовых легких несущихи ограждающих конструкций комплексной поставки (в этом случае могут применяться стальные и железобетонные колонны).
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КАРКАСЫ ОДНОЭТАЖНЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ
Несущим остовом одноэтажного каркасного промышленного здания служат поперечные рамы и связывающие их продольные элементы.
Поперечная рама каркаса состоит из стоек, жестко заделанных в фундамент, и ригелей (ферм или балок), являющихся несущими конструкциями покрытия, опертых на стойки каркаса.
Подольные элементы каркаса обеспечивают устойчивость каркаса в продольном направлении и воспринимают кроме нагрузок собственной массы продольные нагрузки от торможения кранов и нагрузки от ветра, действующего на торцевые стены здания. К этим элементам относятся: фундаментные, обвязочные и подкрановые балки, несущие конструкции ограждающей части покрытия и специальные связи (между стойками и между несущими конструкциями покрытия).
Сборные железобетонные каркасы могут быть решены по рамной, рамно-связевой или связевой системе. При рамной системе каркаса пространственная жесткость здания обеспечивается работой самого каркаса, рамы которого воспринимают как горизонтальные, так и вертикальные нагрузки. При рамно-связевой системе вертикальные нагрузки воспринимаются рамами каркаса, а горизонтальные — рамами и вертикальными связями (диафрагмами). При связевой системе вертикальные нагрузки воспринимаются колоннами каркаса, а горизонательные — вертикальными связями.
Рамно-связевые системы имеют некоторые преимущества по сравнению с рамами, так как упрощаются узловые сопряжения элементов каркаса и их можно унифицировать, достигая некоторое сокращение расхода стали за счет облегчения закладных деталей в стыках и уменьшения арматуры в колоннах.
В тех случаях, когда поперечные стены или лестничные клетки отсутствуют или расстояние между ними очень велико, а также когда перекрытия ослаблены отверстиями, обеспечить удовлетворительную работу сборного железобетонного каркаса рамно-связевой системы не представляется возможным. В таких случаях применяют сборный каркас рамной системы. В отдельных случаях каркас может быть решен с балочной конструкцией перекрытия и жестким железобетонным монолитным ядром. Ядро на всю высоту здания выполняют в подвижной опалубке. В стенах ядра оставляют отверстия для опирания ригелей каркаса, устройства дверей и прокладки трубопроводов.
Наружные стены каркасных зданий представляют собой лишь ограждающие конструкции и поэтому решаются как самонесущие или навесные. Конструктивная система покрытия может быть беспрогонной или с прогонами. В первом случае по несущим конструкциям покрытия укладывают крупноразмерные плиты (панели). Во втором случае вдоль здания укладывают прогоны, а по ним в поперечном направлении — плиты
Сборные железобетонные колонны подразделяют на две группы. Колонны, относящиеся к первой группе, предназначены для зданий без мостовых кранов, в бескрановых цехах и в цехах, оснащенных подвесным подъемно-транспортным оборудованием. Колонны, относящиеся ко второй группе, применяют в цехах, оборудованных мостовыми кранами.
По конструктивному решению колонны разделяют на одноветвевые и двухветвевые, по местоположению в здании — на крайние, средние и располагаемые у торцевых стен. При кранах грузоподъемностью до 30 т и высоте здания более 10,8 м применяют двухветвевые колонны, которые по расходу материала экономичнее одноветвевых. Они бывают ступенчатые и ступенчато-консольные; первые предназначены для крайних рядов, вторые — для средних. Высота типовых двухветвевых колонн 10,8—18 м. Величина заглубления колонн ниже нулевой отметки зависит от вида и высоты колонн, грузоподъемности кранового оборудования и наличия помещений или приямков, располагаемых ниже уровня пола. Величина заглубления колонн в зданиях с подвесным транспортом и без него — 0,9 м; колонн прямоугольного сечения, применяемых в зданиях с мостовыми кранами,— 1 м; двухветвевых колонн высотой 10,8 м — 1,05 м и таких же колонн высотой 12,6—18 м—1,35 м; двухветвевых колонн при кранах грузоподъемностью более 50 т — 1,6 м, а при наличии технических подполий, каналов или подвалов — 3,6—5,6 м.
Фундаменты под колонны. Объем бетона, идущего в фундаменты под колонны в промышленном здании, составляет 20—35% общего объема расходуемого бетона, а стоимость их возведения составляет 5—20% полной стоимости здания. Фундаменты устраивают монолитными и сборными. Сборные железобетонные фундаменты могут быть из одного блока, из блока и плиты или из нескольких блоков и плит. Блоки и плиты укладывают на подготовку толщиной 100 мм — щебеночную при сухих грунтах и бетонную (марки 50) при влажных грунтах.
На один фундаментный блок можно опирать от одной до четырех колонн (в местах устройства температурных швов). Площадь подошвы и другие размеры фундамента устанавливают по расчету в зависимости от передаваемой на него нагрузки и несущей способности основания.
Отметка верхнего обреза фундамента независимо от грунтовых условий должна быть на 150 мм ниже отметки чистого пола. Такое решение дает возможность осуществлять монтаж конструкций наземной части здания после того, как произведена обратная засыпка котлованов, устроена подготовка под полы и проложены все коммуникации.
Фундаментные балки. Наружные и внутренние самонесущие стены здания устанавливают на фундаментные балки, посредством которых нагрузку передают на фундаменты колонн каркаса. Фундаментные балки укладывают на специально заготовленные бетонные столбики, устанавливаемые на обрезы фундаментов.
Обвязочные балки служат для опирания наружных стен в местах перепада высот зданий, а при расположении этих балок над оконными проемами они выполняют роль перемычек. Изготовляют обвязочные балки разрезными. Их размеры и форму поперечного сечения принимают в зависимости от толщины устанавливаемых на них стен и величины передаваемой нагрузки. Обвязочные балки применяют тогда, когда стены здания делают из кирпича или мелких блоков. Несущие конструкции покрытий промышленных зданий подразделяют на стропильные, подстропильные и несущие элементы ограждающей части покрытия.
В промышленных зданиях обычно применяют следующие типы стропильных несущих конструкций: плоскостные - балки, фермы, арки и рамы; пространственные — оболочки, складки, купола, своды и висячие системы.
Подстропильные конструкции выполняют в виде балок и ферм, а несущие конструкции ограждающей части покрытия - в виде крупноразмерных плит. Соответственно унифицированным размерам объемно-планировочных элементов промышленных зданий величину поперечных пролетов и про дольного шага несущих конструкций назначают кратной укрупненному модулю 6 м, в отдельных случаях допускают применение модуля 3 м.
Железобетонные балки применяют для устройства покрытий в промышленных зданиях при пролетах 6, 9, 12 и 18 м. Необходимость балочных покрытий при пролетах 6, 9 и 12 м (таких размеров пролеты можно перекрыть и плитами) возникает в случае подвески к несущим конструкциям монорельсов или кранов.
Железобетонные фермы применяют обычно для перекрытия пролетов 18, 24 и 30 м, их устанавливают с шагом 6 или 12 м. Фермы пролетом 18 м легче железобетонных балок того же пролета, но более трудоемки в изготовлении.
Цилиндрические оболочки сборные и монолитные применяют при пролетах 24-48 м. Оболочка состоит из тонкой изогнутой по цилиндрической поверхности плиты, усиленной бортовыми элементами. Ее опирают по торцам на диафрагмы, поддерживаемые колоннами.
Купола применяют для устройства покрытий над промышленными зданиями или сооружениями, имеющими круглую форму в плане. Они могут быть из сборных железобетонных элементов и монолитными. Первые, как правило, с ребристой структурой, вторые - с гладкой. Сборные железобетонные купола имеют радиальную или радиально-кольцевую разрезку поверхности на сборные элементы.
Наряду со сплошными железобетонными устраивают сетчатые купола, которые в большинстве случаев собирают из решетчатых прямоугольных, треугольных, ромбовидных или шестиугольных панелей.
Своды применяют для устройств покрытий зданий при пролетах до 100 м и более. Для таких больших пролетов тонкостенные своды являются одним из рациональных конструктивных решений. Отличительная особенность этой конструкции — наличие распора, который передается на опоры или воспринимается затяжками. Своды могут опираться на вертикальные несущие конструкции (колонны, стены) или непосредственно на фундаменты.
Висячие покрытия за последние годы находят все большее распространение, особенно при строительстве промышленных зданий с большими пролетами.
Основное достоинство висячего покрытия — его несущая конструкция — ванты (стальные тросы) — работает только на растяжение, благодаря чему сечение вантов подбирают исключительно из условий прочности. Кроме того, висячие конструкции просты в монтаже, их можно применять при любой конфигурации плана здания, они имеют небольшую строительную высоту, транспортабельны.
Подстропильные конструкции. В тех случаях, когда шаг колонн каркаса превышает шаг несущих конструкций покрытия - балок или ферм, их опирают на подстропильные конструкции. Железобетонные подстропильные конструкции устраивают в виде балок высотой 1500 мм или в виде ферм высотой 2200 и 3300 мм. Подстропильные конструкции применяют в зданиях, технологический процесс в которых требует широкого шага опор. Стропильные конструкции — балки или фермы — опирают на подстропильные конструкции по нижнему поясу, так как такое решение уменьшает высоту здания.
Несущие элементы ограждающей части покрытий. При плоских и скатных несущих конструкциях промышленных зданий несущие элементы ограждающей части покрытий могут быть выполнены с применением прогонов, по которым укладывают мелкоразмерные плиты, или в виде крупноразмерных плит. В первом случае покрытие получило название прогонного, и во втором - беспрогонного.
Связи. Каркасы промышленных зданий должны обладать пространственной жесткостью. Когда несущие элементы ограждающей части покрытия выполняют в виде крупноразмерных плит, то жесткость каркаса здания и покрытия достигают установкой связей и диском покрытия. При прогонных покрытиях жесткость обеспечивают только связями.
Связи подразделяют на вертикальные и горизонтальные. Первые устраивают между колоннами и в покрытиях, вторые — только в пределах покрытий. Конструкция связей зависит от высоты здания, величины пролета, шага колонн каркаса, наличия мостовых кранов и их грузоподъемности. Связи не только обеспечивают жесткость каркаса здания, но и воспринимают горизонтальные ветровые нагрузки, действующие на торцы здания, фонари, горизонтальные тормозные усилия от мостовых опорных и подвесных кранов, а также придают устойчивость сжатым поясам поперечных ферм и рам.
Вертикальные связи между колоннами обеспечивают каркасу здания геометрическую неизменяемость и продольную жесткость, собирают все горизонтальные усилия с покрытия и продольных рам и передают их на фундаменты. Связи по колоннам устанавливают в каждом ряду посередине температурного блока.
По своему конструктивному решению связи могут быть крестовыми и портальными. Крестовые связи применяют при шаге колонн каркаса 6 -12 м и высоте до головки подкранового рельса 6 -12,6 м, портальные — при шаге колонн 12 и 18 м и высоте до головки подкранового рельса 8 - 14,6 м. При портальных связях легче организовать пропуск напольного транспорта. В бескрановых промышленных зданиях силовые воздействия, возникающие от ветровой нагрузки, действующей на торцы зданий, воспринимают сварными швами, соединяющими плиты с несущими конструкциями покрытий, а вертикальные связи между колоннами в этом случае не ставят. Вертикальные связи обычно изготовляют из прокатных профилей и монтируют на сварке. Для крепления связей в колоннах предусматривают дополнительные закладные детали.
Вертикальные связи в покрытии не ставят, если здание имеет скатную кровлю, а высота несущих конструкций покрытия составляет на опорах не более 900 мм или когда покрытие решено с подстропильными конструкциями. В этом случае действующие горизонтальные нагрузки передают непосредственно через опорные части несущих конструкций покрытия или их воспринимают подстропильные конструкции. Когда высота балок или ферм на опорах более 900 мм, в покрытии устанавливают вертикальные связи в крайних ячейках температурного блока здания по продольным осям в местах опор несущих конструкций покрытия.
Вертикальные связи представляют собой стальные фермы с параллельными поясами пролетом, равным шагу колонн каркаса. Горизонтальные связи устанавливают по верхним и нижним поясам основных несущих конструкций покрытия. Роль горизонтальных связей по верхнему поясу поперечных ферм и рам при беспрогонном решении выполняют крупнопанельные плиты покрытия, прикрепленные через закладные стальные детали сваркой к ригелям. В зданиях, оборудованных мостовыми кранами тяжелого режима работы, для восприятия действующих на покрытие горизонтальных поперечных сил устраивают стальные крестовые горизонтальные связи, при этом плиты покрытия работают только как распорки. Горизонтальные связи по нижнему поясу несущих конструкций покрытия устанавливают в зданиях, оборудованных мостовыми кранами с тяжелым режимом работы, или в тех случаях, когда имеется технологическое оборудование, которое вызывает колебание конструкций. Горизонтальные связи, располагаемые по нижнему поясу несущих конструкций покрытия, выполняют в виде крестовых элементов из прокатной стали, образуя ферму с параллельными поясами, называемую ветровой.
СТАЛЬНЫЕ КАРКАСЫ ОДНОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ
Применение стальных конструкций для каркасов одноэтажных промышленных зданий особенно целесообразно в отдаленных районах нашей страны (Дальний Восток, Крайний Север, Сибирь и др.), труднодоступных и сейсмических районах.
Стальной каркас одноэтажного промышленного здания имеет конструктивную схему, аналогичную железобетонному каркасу.
Стальные колонны каркаса в зависимости от их поперечного сечения разделяют на сплошные постоянного и переменного сечения, решетчатые (сквозные) переменного сечения, раздельные переменного сечения Нагрузку от колонн на фундаменты передают через башмаки, которые крепят к фундаментам анкерными болтами. Размеры башмаков определяют расчетом; они зависят от величин нагрузок, передаваемых колоннами. Башмаки располагают на 500— 600 мм ниже уровня пола. Во избежание коррозии башмак обетонивают. Фундаментные балки при стальных каркасах выполняют железобетонными.
Обвязочные балки в стальном каркасе устраивают из одного профиля (швеллера или двутавра) или составного сечения.
Стальные фермы могут быть различной формы и очертания, выбор типа ферм зависит он назначения и объемно-планировочного решения промышленного здания. В практике строительства применяют фермы с параллельными поясами, полигональные, треугольные, с параллельными поясами с затяжкой, сегментные, параболические и др.
Стальные рамы предназначены для устройства несущих конструкций покрытий при больших пролетах. По сравнению с балочными рамные покрытия имеют меньшую массу, большую жесткость в поперечном направлении и меньшую высоту ригеля. Недостатками рамных конструкций являются большая ширина колонн и чувствительность к неравномерным осадкам опор
КАРКАСЫ МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИИ
Для легкой, пищевой, электротехнической, химической, машино- и приборостроительной промышленности, как правило, строят многоэтажные здания с сеткой колонн 6 Хби9 Хбм с одинаковыми пролетами во всех этажах, с увеличенными пролетами в верхних этажах и подвесными или опорными кранами.
Элементы каркаса многоэтажных промышленных зданий должны обладать высокой прочностью, устойчивостью, долговечностью, огнестойкостью. Поэтому для этих зданий применяют железобетонные конструкции, которые могут быть монолитными, сборно-монолитными и сборными.
Стальной каркас применяют при больших нагрузках, при наличии динамических воздействий на несущие конструкции от работы оборудования или при строительстве зданий в труднодоступной местности. Стальные колонны и ригели, как правило, изготовляют двутаврового сечения.
Каркасы из унифицированных железобетонных элементов заводского изготовления бывают с балочными или безбалочными перекрытиями. Балочные перекрытия как более простые и универсальные применяют чаще. Безбалочные перекрытия применяют при больших полезных нагрузках и при необходимости получить гладкую поверхность потолка, что позволяет устраивать подвесной транспорт и развязку коммуникаций в любом направлении, а также улучшает санитарно-гигиенические качества помещений.
Железобетонный каркас многоэтажных зданий с балочными перекрытиями предназначен для зданий высотой до пяти этажей с сеткой колонн 6x6 и 9X6 м. Основные элементы каркаса: колонны с фундаментами, ригели (прогоны), плиты перекрытий и связи. Ригели каркаса изготовляют прямоугольной формы и с полками, их располагают, как правило, поперек и в отдельных случаях вдоль здания. Совместно с колоннами ригели образуют рамы.
Каркас состоит обычно из поперечных рам, на ригели которых укладывают плиты перекрытий. Рамы каркаса собирают из вертикальных элементов колонн и горизонтальных элементов ригелей, которые соединяют между собой в узлах. Поперечные рамы каркаса обеспечивают жесткость здания в поперечном направлении, а плиты перекрытий и стальные вертикальные связи между колоннами — в продольном. При значительных горизонтальных нагрузках в продольном направлении здания устанавливают ригели, жестко соединяемые с колоннами, которые образуют продольные рамы каркаса.
Колонны каркаса разделяют на крайние и средние. Для опирания ригелей у колонн предусмотрены консоли. Основной тип колонны — высотой в два этажа, дополнительный — высотой в один этаж сечением 400 X 400 и 400 X 600 мм. Колонны устанавливают в стаканы железобетонных фундаментов, верх которых располагают на 150 мм ниже уровня чистого пола первого этажа.
Для устройства перекрытий применяют ребристые плиты двух типов: основные шириной 1500 мм и доборные шириной 750 мм. Высота плит 400 мм. Короткие плиты длиной 5050 и 5550 мм укладывают у деформационных швов и у торцов здания. Плиты перекрытий опирают на полки ригеля или на верхнюю плоскость ригеля. Второй вариант применяют в случаях, когда в перекрытиях необходимо устраивать большие проемы для провисающего оборудования. При равномерно распределенной нагрузке принимают опирание плит на полки ригелей, что уменьшает высоту перекрытия.
Колонны стыкуют путем приварки стыковых стержней к стальным оголовкам колонн. Зазор между торцами колонн тщательно зачеканивают жестким раствором, затем стык обертывают металлической сеткой и замоноличивают.
Железобетонный каркас с безбалочными перекрытиями состоит из вертикальных элементов колонн с капителями и плит, опертых на эти капители, образующих междуэтажные перекрытия. Каркас этого типа применяют в промышленных зданиях, складах, холодильниках, мясокомбинатах при квадратной сетке колонн, чаще всего 6 X 6 м, и при больших полезных нагрузках. Различают каркасы с безбалочными перекрытиями с надколонными плитами, расположенными в двух направлениях, и надколонными плитами, укладываемыми в одном направлении.
Требования пожарной безопасности в конструктивных решениях промышленных зданий сказываются прежде всего в устройстве противопожарных преград, т. е. противопожарных стен, противопожарных зон, а в многоэтажных зданиях — в устройстве несгораемых перекрытий.
Противопожарные преграды разделяют объем здания на отдельные части, ограничивая при возникновении пожара распространение огня пределами одной части здания. Кроме того, с помощью противопожарных преград выделяют наиболее огнеопасные помещения.
Противопожарные преграды выполняют из несгораемых конструкций. Противопожарные стены располагают поперек или вдоль здания, разделяя междуэтажные перекрытия, покрытия, фонари и другие конструктивные элементы из несгораемых или трудносгораемых материалов. Противопожарные стены устанавливают на самостоятельные фундаменты либо на несущие несгораемые конструкции перекрытий.
Противопожарные стены выполняют выше уровня кровли на 0,6 м, если хотя бы один из элементов покрытия, за исключением кровли, выполнен из сгораемых материалов, и на 0,3 м, если все элементы покрытия, за исключением кровли, выполнены из трудносгораемых и несгораемых материалов.
В цехах, оборудованных мостовыми кранами, противопожарные стены располагают только в верхней части здания. Расстояния между противопожарными стенами назначают в зависимости от категории пожарной опасности производства, степени огнестойкости, этажности здания и приводятся в строительных нормах и правилах. Устройство проемов в противопожарных стенах не рекомендуется.
Противопожарные зоны устраивают шириной не менее 6 м. Они перерезают здание по всей его ширине. На участках противопожарных зон все конструктивные элементы здания выполняют из несгораемых материалов. Если противопожарная зона расположена вдоль здания, то она представляет собой противопожарный пролет, все конструкции которого изготовляют также из несгораемых материалов. По краям противопожарной зоны устраивают из несгораемых материалов гребни, размер которых принимают аналогично выступам противопожарных стен.
В многоэтажных зданиях для предупреждения распространения огня по вертикали устраивают несгораемые перекрытия, а производства, наиболее опасные в пожарном отношении, как было указано, располагают на верхних этажах
ПОНЯТИЕ О ГЕНЕРАЛЬНОМ ПЛАНЕ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ
Промышленные предприятия — важнейшая составная часть современных городов, которая в большинстве случаев определяет их возникновение и развитие. Следовательно, одна из основных задач в области промышленного строительства — задача, связанная с оптимальными градостроительными решениями промышленных объектов и их комплексов.
Размещение промышленных предприятий производят на основе схем или проектов районной планировки, которые составляют на перспективу для всех экономических районов страны, что позволяет обоснованно осуществить выбор строительной площадки (при этом учитывают генеральный план существующего населенного пункта и проект планировки промышленного района).
Промышленные узлы в зависимости от вида производства и степени выделения производственных вредностей можно размещать вне города вдали от селитебной территории, на периферии селитебной территории, в ее пределах, т. е. внутри города. Промышленные предприятия размещают в соответствии с положениями, предусмотренными СНиП П-89-80. «Генеральные планы промышленных предприятий».
При размещении промышленных узлов учитывают организацию внешних производственных, транспортных и других связей с окружающими предприятиями и существующие инженерные сети, связи с селитебной территорией; расположение мест для отвалов, водоразборных и очистных сооружений; наличие транспортных, инженерных и других объектов, связанных с производственной деятельностью предприятий; перспективу развития отдельных предприятий и района в целом.
При проектировании промышленных узлов принимают во внимание природные особенности района строительства: температуру воздуха, преобладающее направление ветра, наличие вечномерзлых грунтов и возможные изменения их режима, снего-заносимость, сейсмичность, наличие рек и водоемов, ценных сельскохозяйственных угодий и др.
Строительство промышленных предприятий или их групп не допускают на территориях, где находится залегание полезных ископаемых; имеются отвалы породы угольных и сланцевых шахт или обогатительных фабрик; обнаружены явления активного карста, зоны оползней, селевых потоков, снежных лавин; расположены зоны памятников истории архитектуры, искусств, археологии; проходят защитные зоны городов и т. п.
В городе могут быть размещены один или несколько промышленных районов (Промышленным узлом или районом считают территорию, на которой расположена объединенная группа промышленных предприятий, имеющая общие коммуникации, инженерные сооружения, вспомогательные производства и хозяйства, а при соответствующих условиях и кооперацию основных производств).
Планировка промышленных районов может быть ленточная (вдоль селитебной территории) и глубинная. Ленточную планировку промышленного района применяют при расположении производственных предприятий, имеющих по санитарной классификации одинаковый или близкий класс, глубинную — при различном классе.
Промышленный район или территорию промышленного предприятия делят проездами и магистралями на кварталы. Объединение нескольких кварталов между продольными проездами образует панель, и застройку называют квартально-панельной. Объединение в блок кварталов промышленного предприятия с законченной частью технологического процесса позволяет создать блочную или квартально-блочную застройку. Габариты кварталов, панелей и блоков зависят от вида производства, его мощности и санитарной характеристики.
Промышленный район обычно имеет один или несколько общественных центров с радиусом обслуживания 1,5—2 км. В каждом центре располагают учреждения административного, культурно-бытового, научно-технического и спортивного обслуживания общерайонного значения.
Генеральный план промышленного предприятия решают с учетом генерального плана всего промышленного района. Он представляет собой комплексное решение планировки, застройки, транспорта, инженерных коммуникаций и благоустройства производственной территории.
При проектировании генеральных планов промышленных районов и отдельных предприятий большое внимание уделяют зонированию территории, которое осуществляют по производственному функциональному (технологическому) признаку.
Всю производственную территорию промышленного предприятия или района подразделяют на четыре зоны: первую — предзаводскую, включающую заводские вспомогательные здания, предназначенные для размещения администрации, медицинских учреждений, учебных помещений, помещений для общественных организаций и культурного обслуживания, лабораторий, научно-исследовательских подразделений; проходных, стоянок для пассажирского транспорта, предзаводские площади и др.; вторую — производственную, в которой сосредоточивают произ водственные цехи основного и вспомогательного назначения; третью — подсобную, в которой располагают энергетические объекты, наземные и подземные инженерные коммуникации и т. п.; четвертую — складскую, в которой располагают здания для хранения материалов, полуфабрикатов и готовой продукции, а также транспортные здания и сооружения (гаражи, депо, сортировочные станции и т. д.). На предприятии и между предприятием и селитебной территорией должны быть обеспечены рациональные производственные, транспортные и инженерные связи.
При зонировании территории промышленного предприятия большое внимание уделяют проблеме, связанной с передвижением людских и грузовых потоков (зонирование по степени трудоемкости цехов).
Для рабочих и служащих создают пассажирские и пешеходные пути сообщения, которые позволяют безопасно и с наименьшей затратой времени передвигаться по предприятию. Людские потоки должны быть изолированы от грузовых, путь следования как людей, так и грузов должен быть минимальным. Пересечения людских и грузовых потоков располагают на разных уровнях.
При проектировании генеральных планов промышленных предприятий и районов выработался определенный порядок расположения зон, при котором может быть достигнуто четкое разделение людских и грузовых потоков от селитебной территории: первая — предзаводская; вторая — производственная (основные и вспомогательные цехи); третья — складская; четвертая — подсобная.
Проводят также санитарное и противопожарное зонирование территории по степени вредности и пожарной опасности отдельных производств. В этих целях цехи группируют по количеству выделяемых вредностей, производственному шуму, взрыво - и огнеопасности.
Кроме горизонтального зонирования промышленных территорий осуществляют и вертикальное. В последнем случае различают три зоны: наземную (пути передвижения людей и грузов), надземную (основные производственные цехи и другие здания) и подземную (склады и некоторые вспомогательные цехи).
При проектировании генеральных планов стремятся к компактности застройки, что главным образом обеспечивается блокированием производственных зданий. На перспективу с целью дальнейшего расширения и реконструкции предприятия оставляют резервные территории как на промышленной площадке, так и за ее пределами. Плотность застройки промышленных площадок принимают в пределах, предусмотренных нормами; в зависимости от отрасли промышленности площадь застройки составляет 30— 60% общей площади территории промышленного предприятия.
СНиП П-89-80 «Генеральные планы промышленных предприятий» регламентируют размещение зданий и сооружений, въездов, проездов, расстояния между зданиями и сооружениями, вертикальную планировку, благоустройство, озеленение и размещение инженерных сетей.
Вспомогательные здания и помещения промышленных предприятий
Проектирование вспомогательных зданий и помещений осуществляют с учетом климатических особенностей района строительства, санитарно-гигиенических, противопожарных требований. Необходимо учитывать также, что комплекс вспомогательных зданий существенно влияет на формирование архитектурной композиции всего промышленного предприятия, поэтому при проектировании должно быть обеспечено архитектурно-композиционное единство основных производственных и вспомогательных зданий. Вспомогательные помещения могут располагаться в отдельно стоящих зданиях, в специальных пристройках к производственным зданиям, т. е. «пристроенных вспомогательных зданиях», а также внутри производственного здания, т. е, быть «встроенными вспомогательными помещениями». Выбор того или иного решения зависит от санитарной характеристики технологического процесса, размеров территории промышленного предприятия, числа работающих и других факторов.
Санитарно-бытовые помещения могут быть общие и специальные. К общим относят: гардеробные, умывальные, уборные, курительные, помещения для кормления грудных детей и др. К специальным - душевые, помещения для стирки, химической чистки, сушки, обеспыливания, обезвоживания и ремонта специальной одежды и обуви; помещения и устройства для обогревания или охлаждения работающих; для расположения оборудования ножных ванн или полудушей; помещения с устройствами для питьевого водоснабжения, респираторные, кладовые для чистой и грязной одежды и др.
По назначению вспомогательные помещения подразделяют на следующие основные группы:
Предприятия общественного питания (общее, диетическое, а в необходимых случаях лечебно-профилактическое) предусматривают: столовые-заготовочные, столовые-доготовочные, буфеты, комнаты приема пищи, а в отдельных случаях рестораны, кафе, закусочные, передвижные буфеты, помещения для размещения торговых автоматов, киоски и др.
Помещения для профессионально-технического обучения включают: учебные помещения для общеобразовательной подготовки (школы рабочей молодежи), учебные рабочие места, учебные участки, классы, помещения для производственного обучения (помещения для учебных занятий и здания для производственного обучения), помещения для специального технического образования (профессионально-технические училища, отделения вечерних техникумов и вузов).
Помещения здравоохранения: больницы (стационары), амбулатории, поликлиники, профилактории, здравпункты, ингалятории, фотарии, маникюрные, помещения для личной гигиены женщин, помещения для ручных ванн, аптеки, санитарно-эпидемиологические станции, подстанции скорой помощи и др.
Помещения культурного и спортивного обслуживания: культурно-просветительные учреждения (красные уголки, библиотеки, кабинеты политического просвещения, музеи заводов, залы собраний, клубы,
Коммунально-бытовые и торговые помещения включают: помещения комплексных приемных пунктов (химчистка, прачечная, ателье, ремонтные мастерские), комбинаты бытового обслуживания (парикмахерские, косметические кабинеты), столы заказов, гостиницы, общежития для приезжих. Помещения для выездных распродаж, пункты торговли на общественных началах (продажа книг в цехах), универсамы (магазины по продаже продовольственных и промышленных товаров повседневного спроса).
Помещения административно-технического назначения и общественных организаций включают: рабочие комнаты сотрудников различных служб, залы совещаний, кабинеты инженерно-технического персонала, секретариаты, машинописные бюро, выставочные помещения, помещения для творчества общественных изобретателей и рационализаторов, лаборатории, научно-технические библиотеки, научно-исследовательские институты и их филиалы. В состав помещений общественных организаций входят кабинеты и комнаты для партийной, комсомольской и профсоюзной организаций, редакций многотиражной газеты и радиовещания и др.
Помещения технического обслуживания включают: счетно-вычислительные станции, вычислительные центры, автоматические телефонные станции, радиоузлы, фотолаборатории, копировальные, архивы, а также помещения для устройств инженерного оборудования зданий: водопроводного и теплового вводов, бойлерной, приточных, вытяжных и вентиляционных камер и кондиционеров, помещения охраны предприятий, проходные, пожарные депо, газоспасательные станции.
Вспомогательные здания проектируют, как правило, II класса с улучшенной отделкой и расчетным сроком службы 50—100 лет. Степень огнестойкости здания зависит от числа этажей и площади этажа между привопожарными стенами. Ее назначают согласно СНиП П-92-76 Вспомогательные здания и помещения промышленных предприятий.
Степень огнестойкости вспомогательных зданий, в которых размещены залы собраний, совещаний, столовых, зависит от вместимости зала и от этажа здания, на котором зал располагают, и принимают согласно тем же нормам.
Вспомогательные здания также подразделяют по времени их использования на объекты, используемые в течение рабочего дня, и объекты, используемые до или после рабочего дня.
Состав вспомогательных помещений зависит от ряда факторов и в том числе от числа работающих на производстве, которых подразделяют на следующие категории: рабочие производственные и вспомогательные, инженерно-технический состав, счетно-кон;торско-хозяйственный и младший обслуживающий персонал.
Согласно СНиП П-92-76 на проектирование вспомогательных зданий производственные процессы по санитарным характеристикам подразделяют на четыре группы:
групп I подразделена на три подгруппы: а, б, в — характеризует производственные процессы, протекающие при нормальных условиях и при отсутствии вредных газов;
группа II в составе пяти подгрупп: а, б, в, г, д — характеризует производственные процессы, протекающие при неблагоприятных метеорологических условиях, или процессы, связанные с выделением пыли или с напряженной физической работой;
группа III, имеющая четыре подгруппы: а, б, в, г — характеризует производственные процессы, протекающие с резко выраженными факторами вредностей и с загрязнением рабочей одежды;
группа IV с тремя подгруппами: а, б, в — характеризует производственные процессы, требующие особого режима для обеспечения качества продукции.
Обычно гардеробные, душевые и умывальные объединяют в так называемые «гардеробные блоки». Гардеробные предназначаются для хранения уличной, домашней и специальной одежды. При производственных процессах групп I, II а — гардеробные блоки устраивают общими для всех видов одежды, а для остальных — отдельными для каждой из этих групп. При производственных процессах групп II (за исключением II а), III и IV предусматривают отдельные гардеробные для специальной одежды. Гардеробные специальной одежды при производственных процессах групп II г (при числе работающих в наиболее многочисленной смене более 30, III а, III б, III г и IV б должны быть отдельными для каждой из указанных групп. Гардеробные уличной, а также уличной и домашней одежды во всех случаях могут быть общими для всех групп производственных процессов. Отдельные гардеробные для специальной одежды предусматривают также при производственных процессах группы I в, если по условиям работы возникает необходимость в полном (включая белье) переодевании. Общие гардеробные для всех видов одежды предусматривают при производственных процессах групп II, III б и IV, если по условиям работы не возникает необходимости в полном (включая белье) переодевании.
Умывальную располагают смежно с гардеробными специальной одежды, общими гардеробными или на предусматриваемой для этой цели площади в указанных гардеробах. Душевые размещают смежно с гардеробными. При душевых предусматривают преддушевые, которые предназначены для вытирания тела, а при душевых в гардеробных для совместного хранения всех видов одежды — также и места для переодевания. В этом случае, когда гардеробные уличной и домашней одежды и гардеробные специальной одежды располагают в отдельных помещениях, между ними располагают душевые и преддушевые помещения. Рабочие, идущие на работу, проходят из гардероба уличной и домашней одежды в гардероб специальной одежды через проход, минуя преддушевую; при возвращении с работы они проходят через преддушевую и душевую.
Для производственных процессов групп II и III возникает потребность в отдельных бытовых помещениях, связанных с сушкой специальной одежды, ее обеспыливанием, хранением чистого и грязного белья, респираторов и др.
Схема функционального зонирования вспомогательного здания, пристроенного к цеху
/ — мужские бытовые помещения; 2 — женские бытовые помещения; 3—столовая; 4 — медицинский пункт; 5 — помещения для инженерно-технического персонала; 6 — помещения для конструкторских бюро, учебных занятий и общественных организаций: 7 — помещения культурного обслуживания; 8 — вестибюль, холл 2-го этажа и коридоры; . 9—.вертикальные коммуникации.
ОБЪЕМНО-ПЛАНИРОВОЧНЫЕ И КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ ЗДАНИЙ И ПОМЕЩЕНИЙ И ИХ ОБОРУДОВАНИЕ
Объемно-планировочные решения вспомогательных зданий, как правило, разрабатывают на основе унифицированных габаритных схем или типовых планировочных элементов. Унифицированные габаритные схемы чаще всего имеют ширину 12 (для пристроенных) или 18 м (для отдельно стоящих) зданий, при длине 36, 48, 60 м и числе этажей два-четыре.
Нормативная высота этажей вспомогательных зданий в зависимости от назначения помещений может быть 3; 3,3; 3,6; 4,2; 4,8 м.
Высоту этажа 3,6 или 4,2 м принимают, если не менее 60% его площади предназначено для размещения залов столовых, собраний и совещаний площадью более 300 м2 или помещений, увеличение высоты которых обусловлено габаритами размещаемого оборудования. Ширину коридоров и проходов в вспомогательных зданиях целесообразно назначать, пользуясь расчетом вынужденной эвакуации, учитывающей число людей, пользующихся этими помещениями. Однако ширина коридоров и проходов не может быть соответственно меньше 1,4 и 1м
Наружные стены вспомогательных зданий устраивают самонесущими или навесными и выполняют их из крупных панелей. Плоскость стены образуют путем взаимосочетания этажных, цокольных, фризовых и импостных панелей и оконных блоков.
Наряду с применением полной каркасной конструктивной схемы вспомогательного здания в практике строительства продолжают еще применять конструктивные схемы с неполным каркасом и с несущими кирпичными стенами. При этом несущие ригели располагают вдоль или поперек здания, а панели соответственно поперек здания с опиранием на наружные стены или вдоль здания с опиранием на поперечно размещенные ригели.
Покрытия над вспомогательными зданиями устраивают или бесчердачные с внутренними водостоками, аналогично утепленным покрытиям промышленных зданий, или с чердаком. На покрытии устраивают выход из лестничной клетки
Архитектурно-композиционные решения промышленных зданий
ПРИЕМЫ АРХИТЕКТУРНЫХ РЕШЕНИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИИ
Внешний облик промышленного здания главным образом зависит от протекающего в нем технологического процесса. Его влияние распространяется на материал и тип несущих и ограждающих конструкций здания, на решение световых, аэрационных и других проемов в стенах и покрытиях, на профиль покрытия и другие элементы здания.
Однако наиболее существенное влияние на архитектурный облик промышленного здания оказывают инженерные сооружения специального назначения (бункера, эстакады и пр.), выведенные наружу элементы технологического оборудования, конструктивные элементы, назначение и формы которых обусловлены технологическим процессом (рампы, козырьки над ними, места ввода коммуникаций и т. п.).
Промышленные здания могут иметь как фронтально-симметричные, так и фронтально-асимметричные композиции, причем последние получили наибольшее распространение, поскольку легче согласуются с требованиями технологических процессов. Для объемно-планировочных и конструктивных решений промышленных зданий, выполненных с учетом требований типизации и унификации, характерны крупные формы элементов несущих и особенно ограждающих конструкций. Крупные элементы фасада, масштабно взятые по отношению к окружающей застройке, нередко позволяют достигнуть выразительной архитектуры здания. Большая протяженность многих промышленных зданий вынуждает в композиции прибегать к многократной повторяемости одного и того же элемента. При решении подобных композиций используют прием ритмического, метрического ряда.
Ритмичные членения фасада могут быть образованы чередованием глухих и остекленных участков стены, несущих конструкций покрытия, повторением одинаковых объемов зданий. Тектоника архитектурной композиции современных промышленных зданий определяется индустриальными конструктивными решениями — конструктивной схемой здания в целом и конструктивными решениями отдельных элементов, например стен, оконных заполнений, несущих конструкций покрытия. Соблюдение пропорциональных соотношений между отдельными элементами способствует повышению архитектурной выразительности здания.
При пропорционировании учитывают унификацию и модульность конструктивных элементов, образующих промышленное здание. При этом можно использовать контрастные пропорциональные соотношения. Например, стандартные стеновые железобетонные панели размером 1,2x6 и 1,8x6 м создают пропорциональные соотношения между сторонами панелей 1:5, 1:3, а стеновые панели размером 1,2x12 и 1.8X12 м - - 1 : 10, 1:7.
Тектоника конструктивной схемы здания может быть четко выражена на фасаде и стать основным элементом его архитектурной композиции. Членения фасада могут быть вертикальными или горизонтальными. Основной мотив решения может быть создан рисунком каркаса, стойками и ригелями, вынесенными на фасад.
Для современных одноэтажных и многоэтажных промышленных зданий наиболее характерны горизонтальные членения фасадов, которые обусловлены применением навесных стен из типовых крупных панелей длиной 6 м, а также устройством ленточных световых проемов и солнцезащитных устройств, придающих композиции динамичный характер. Архитектурное решение фасада промышленного здания во многом зависит от профиля покрытия. Применение покрытий с различным очертанием поверхности (прямолинейное, криволинейное, пилообразное и т. д.) в сочетании с элементами стены позволяет достигать различных композиционных решений фасада. Большая протяженность фасадов промышленных зданий, особенно при ленточном и сплошном остеклении, вызывает впечатление монотонности, однообразия. Поэтому для повышения архитектурной выразительности здания прибегают к контрастам, образованным отдельными элементами фасада. Контрастными могут быть решения главного и торцового фасадов производственного и вспомогательного зданий. Могут быть также выделены ворота, жалюзи, вентиляционные шахты и другие технологические элементы.
Контрастное выделение отдельных элементов на фасаде промышленного здания дает возможность его зрительной оценки, масштабно сопоставитьотдельные части здания. Так, например, металлическая наружная лестница или вход могут придать нужную масштабность зданию или сооружению в целом.
Акцент отдельных конструктивных элементов фасада промышленного здания играет существенную роль в его общем композиционном решении. Обычно акцентируют углы здания, перемычки над проемами, козырьки над входами, наружные открытые лестницы. Акцентом могут быть фасады промышленных зданий, в композиции которых удачно использованы технологические элементы: рампы для погрузки или разгрузки изделий, козырьки над ними, позволяющие производить грузовые операции в любую погоду. Эти элементы выявляют, кроме того, промышленный характер здания.
Архитектурной выразительности промышленных зданий достигают, кроме того, путем использования таких композиционных средств, как малые архитектурные формы: светильники, флагштоки и др., а также цвет, фактура материала и средств монументального искусства.
Большое значение в формировании архитектурно-художественного образа здания играют новые строительные материалы. Применение для стеновых панелей и оконных заполнений алюминия, нержавеющей стали, медных сплавов, эмалей, стекла, пластиков и других новых материалов придает внешнему виду здания индивидуальный характер.