Конспект лекций. Конспект лекций по дисциплине а рхитектура промышленных и гражданских зданий (наименование дисциплины) Составитель А. Г. Колесников
 Скачать 418.23 Kb.
|
|
Раздел 3. Промышленные здания. Организация территории промышленных предприятий Объемно-планировочное решение промышленного здания определяется требованиями размещаемого в нем производственного процесса. Следовательно, проектированию здания должно предшествовать тщательное изучение технологического процесса, его основных характеристик, особенностей. При этом выявляются последовательность технологических операций и организация производственных потоков, вес и габариты технологического оборудования и изделий, способы транспортировки материалов (вид и фузоподъемность подъемно-транспортного оборудования), наличие производственных вредностей, требования к температурно-влажностному режиму внутреннего воздуха и пр. Кроме этого, объемно-планировочное решение должно обеспечить возможность реконструкции и модернизации производства, переход на новые виды продукции. Далее рассматриваются характеристики участка, предназначенного для застройки: рельеф и геологические условия, свободное пространство или затесненный участок в городской застройке, насыщенность инженерными коммуникациями; оцениваются возможные архитектурно- композиционные решения с точки зрения размещения здания на генплане и характера окружающей застройки. Принимаются во внимание техническая база, наличие тех или иных строительных материалов и конструкций для возведения здания. В случаях, когда с учетом удовлетворения всего комплекса требований допускается возможность строительства одно- или многоэтажного здания, проводится предварительный технико-экономический сравнительный анализ стоимости и трудовых затрат на возведение здания различных вариантов. На основе всех этих факторов определяются этажность и рациональные параметры промышленного здания. К примеру, развитие производственного процесса по горизонтали, с использованием крупногабаритного тяжелого оборудования (кузнечно-прессовые цеха, литейное производство и т.п.) предполагают размещение только в одноэтажных зданиях. Вертикальный технологический процесс (переработка сыпучих материалов) или производство мелких изделий на оборудовании с малыми нафузками (электротехническая, пищевая промышленности, приборостроение и т.п.) размещают в многоэтажных зданиях. При выборе параметров производственного помещения, кроме технологических должны учитываться также санитарно-гигиенические и эргономические требования к единичному рабочему месту. Постоянным рабочим местом считается то место, где работающий находится непрерывно более 2 часов или 50% своего рабочего времени. Рабочее пространство определяется высотой до 2 м над уровнем площадки, где находится рабочее место. Если в течение рабочего дня работающий обслуживает технологический процесс в разных точках рабочего пространства, то его постоянным рабочим местом считается все это рабочее пространство. Ориентировочные наименьшие санитарно-гигиенические размеры рабочего пространства составляют на 1 работающего: объем — 15 м3, площадь — 5 м2 и высота - 3 м. Этому способствует блокирование в одном здании цехов с однородными производственными процессами, с близкими по размерам и структуре объемно-планировочными элементами. Блокирование позволяет объединить и укрупнить также однородные вспомогательные службы (ремонтные, энергетические, транспортные, склады и пр.). Все эти цехи и участки группируются под одной крышей и занимают весьма значительную площадь. Сблокированные здания образуют достаточно крупные объемы, обладающие определенной архитектурной выразительностью (рис. 24.1, 24.2). Блокирование имеет и определенные ограничения в основном связанные с рельефом местности(наличие резких перепадов, овраги и пр.). Вспомогательные здания, в которых преобладают санитарно-бытовые помещения, относят к бытовым или административно-бытовым. Выделяют также здания для одного вида обслуживания (столовые, медицинские пункты, газоспасательные станции, проходные и пр.). В состав санитарно-бытовых помещений входят гардеробные, душевые, умывальные, уборные, помещения для сушки, обеспыливания и обезвреживания спецодежды, помещения для отдыха и пр. Работающие пользуются бытовыми помещениями на большинстве предприятий после работы, чтобы устранить последствия вредных воздействий производства (загрязнение тела, загрязнение вредными веществами, запыле-ние, увлажнение спецодежды и т.п.). Наряде предприятий с особым режимом для обеспечения качества продукции работающие должны посетить бытовые и пройти санитарные процедуры до начала работы. На территории предприятия бытовые здания размещают на пути работающих от проходной к производству, обеспечивая удобный подход к ним, с максимальным приближением к рабочим местам (рис. 24.5), С учетом функционального зонирования и направлением грузовых и людских потоков, производственная площадь здания разделяется продольными и поперечными проездами и проходами на отдельные технологические участки Внутри производственного здания не допускается пересечение грузовых и людских потоков. Следует избегать пересечений грузопотоков и возвратных перемещений грузов. При застройке территории промышленного предприятия рекомендуется избегать Г- образных, П- и Ш-образных в плане зданий (особенно, многоэтажных), т.к. это приводит к образованию замкнутых и полузамкнутых дворов. В случаях неизбежности строительства таких зданий, они должны быть ориентированы по розе ветров так, чтобы продольная ось дворов располагалась параллельно или под углом до 45° относительно направления господствующих ветров. При этом дворы не застроенной стороной обращают на наветренную сторону. Разрыв между параллельными корпусами должен приниматься равным полусумме их высот, но не менее 15 м. Такой разрыв обеспечит естественное освещение производственных помещений в зданиях. Промышленные здания в подавляющем большинстве возводятся с использованием в качестве несущих индустриальных каркасных железобетонных или стальных конструкций. При этом, применимы все расчетные схемы каркасов - рамная, рамно-связевая и связевая. Наибольшее распространение получила железобетонная связевая. Размещение колонн каркаса, расстояния между ними в плане, а также высота формируют объемно-планировочную структуру производственного здания. Размеры промышленных зданий принимают на основе модульной системы и общероссийской унификации. Унификация и типизация осуществляются на основе единой системы модульной координации размеров в строительстве. При проектировании промышленных зданий, с учетом их значительных размеров, пользуются укрупненными модулями: для пролета и шага до 18 м размеры принимают кратно модулям 15М и 30, свыше 18 м - 30М и 60М; для высоты этажа до 3,6 м - кратно модулю 3М, свыше 3,6 м — кратно модулям 3М и 6М. Унификация в своем развитии последовательно прошла несколько этапов. Вначале, в 50-х годах, она проводилась внутри отдельных отраслей промышленности (отраслевая унификация). Затем, в 60-х гг., были разработаны габаритные схемы зданий межотраслевого назначения (межотраслевая унификация). В последующие десятилетия велись работы по межвидовой унификации, предполагавшей создание габаритных схем и конструктивных решений, общих для зданий различного назначения (например, промышленных и общественных). Итогом разработки явился каталог унифицированных типовых строительных конструкций и изделий 1.020 - 1, применимых для возведения различных видов зданий, в т.ч., многоэтажных. Соответственно, унификация осуществлялась в направлении от простого к более сложному и прошла линейную, пространственную и объемную стадии. На первой стадии (линейной) были унифицированы пролеты, высоты зданий, шаг колонн, нагрузки на конструкции, а также грузоподъемность мостовых кранов. На стадии пространственной унификации осуществлялось обоснованное сокращение числа сочетаний параметров по высотам и сетке колонн. В результате, были получены унифицированные объемно-планировочные элементы, из которых можно было создать множество разнообразных схем производственных зданий для разных отраслей промышленности. Разработаны различные варианты таких элементов: с подвесными и опорными мостовыми кранами, с верхним светом и без него, с внутренним и наружным отводом воды с кровли. Следует пояснить, что объемно-планировочный элемент (пространственная ячейка) представляет собой часть здания с размерами, равными высоте этажа, пролету и шагу колонн. Его горизонтальная проекция называется планировочным элементом (планировочной ячейкой). В проекте положение отдельных опор (колонн) фиксируется продольными и поперечными координационными осями. Расстояние между осями колонн в направлении, соответствующем основной несущей конструкции перекрытия(покрытия) здания, называют пролетом. Расстояние между координационными осями колонн в направлении, перпендикулярном пролету, называют шагом. Таким образом, здание характеризуется длиной, шириной, высотой, размерами пролета и шага колонн. Расположение в плане координационных осей определяет сетку колонн, обозначаемую как произведение пролета на шаг: 6x6; 1x6; 36x12 м и т.д. Высота этажа промышленного здания определяется расстоянием от уровня чистого пола до низа основной конструкции перекрытия на опоре (балки, фермы) - в одноэтажном здании и до пола вышележащего этажа - в многоэтажном. Устанавливаемые в проекте сетки колонн и высоты должны отвечать требованиям технологического процесса и являются одними из главных планировочных параметров производственного здания. Здания с пролетной структурой используются для размещения производств с постоянным направлением технологического процесса, что обусловило их оборудование соответствующими подъемно-транспортными механизмами - мостовыми и подвесными кранами. Производственные здания могут быть одно- и многопролетными. Пролеты проектируют размерами, кратными укрупненному модулю 15М: 9; 10,5; 12; 13,5; 15; 16,5; 18; 21; 24; 27; 30 м. Шаги колонн принимают размерами 6; 7,5; 9; 10,5; 12; 13,5; 15; 16,5; 18 м. Высоты этажей принимают от 3 до 18 м с градацией, кратной 3М. Высота одноэтажных зданий(измеряется от пола до низа горизонтальных несущих конструкций на опоре) должна быть не менее 3 м. Высота этажа многоэтажных зданий должна быть не менее 3,3 м. Исключение составляют высоты технических этажей. В помещении высота от пола до низа выступающих конструкций перекрытия (покрытия) должна быть не менее 2,2 м; высота от пола до низа выступающих частей коммуникаций и оборудования в местах регулярного прохода людей и на путях эвакуации устанавливается не менее 2 м, а в местах нерегулярного прохода людей - не менее 1,8 м. Пролеты располагают в основном параллельно. Существует и перпендикулярное размещение пролетов, но этого следует избегать в связи с конструктивной сложностью выполнения их примыкания. Ячейковая структура здания характеризуется квадратной (или близкой к квадрату) укрупненной сеткой колонн — 18x12; 18x18; 18x24; 24x24 м и пр. Используется, в основном, напольный транспорт. Такая планировка позволяет размещать в здании технологические линии во взаимно перпендикулярных направлениях. Производственное здание приобретает определенную гибкость и универсальность, в нем обеспечивается, при необходимости, беспрепятственная смена оборудования и технологии, модернизация процесса. Следует отметить, что укрупнение сетки колонн ведет к экономии производственной площади (до 9%), повышает эффективность ее использования. Практика показала, что для большинства производств, размещаемых в одноэтажных зданиях, оптимальны сетки колонн 18x12 и 24x12 м. При этом, шаг крайних колонн принимается равным 6 м (иногда 12 м), шаг средних колонн - 12 и 18 м. Для упрощения конструктивного решения одноэтажные промышленные здания проектируют, в основном, с пролетами одного направления, одинаковой ширины и высоты. Исключения могут потребовать только технологические условия. При этом, образующиеся в многопролетном здании перепады высот более 1,2 м совмещают с температурными швами, перепады менее 1,2 м не учитывают. Эффективность и сравнительно низкая стоимость возведения промышленных зданий из индустриальных элементов возможны при условии использования ограниченного набора объем но- планировочных и конструктивных элементов для строительства возможно широкого диапазона зданий. Для этого объемно-планировочные и конструктивные решения должны быть унифицированы, т.е. созданы оптимальные по своим параметрам пространственные элементы и конструктивные решения в ограниченном количестве, которые могут многократно применяться для промышленных зданий с размещением различных технологических процессов. На основе унификации проводится типизация строительных конструкций ограниченной номенклатуры. Применение унифицированных конструкций, объем но-планировочных элементов промышленных зданий предполагает определенные правила размещения конструкций относительно координационных осей, т.н. привязки. Правила привязки, т.е. установленные расстояния от оси до грани или геометрической оси поперечного сечения конструктивного элемента позволяют максимально уменьшить (или полностью исключить) количество доборных элементов или дополнительных построечных работ в соединениях и сопряжениях конструкций промздания. В местах устройства поперечного температурного шва геометрические оси несущих колонн смещают на 500 (для модуля 3М принимается 600) мм в обе стороны от оси шва, которую совмещают с поперечной координационной осью. Возможно устройство поперечного температурного шва на двух колоннах, геометрические оси которых совмещены с двумя поперечными координационными осями, расстояние между которыми принимается 1000 (1200) мм. Для продольного температурного шва или при перепаде высот смежных параллельных пролетов предусматривают два ряда колонн вдоль парных координационных осей, размещаемых на расстоянии 300, 550 (600) и 800 (900) мм. Примеры привязки приведены на рис. 24.7, 24.8. Производственные здания для ряда отраслей промышленности создавались с применением унифицированных типовых секций (УТС) и унифицированных типовых пролетов (УТП). УТС - объемная часть здания, которая состоит из нескольких пролетов одной высоты, выполненная в железобетонных конструкциях, с подъемно-транспортным оборудованием грузоподъемностью до 50 т. Технологический процесс и конструктивное решение определяли габариты секции, представляющей собой температурный блок здания, ограниченный продольным и поперечным температурными швами. Например, для предприятий машиностроения применяют УТС с размерами 144x72 м, состоящую по ширине из восьми 18-ти метровых пролетов длиной 72 м, высотой 10,8 м и оснащенных мостовыми кранами грузоподъемностью 10-30 т. На основе блокирования УТС и УТП проектируют здание в соответствии с заданными технологическими условиями. В зависимости от способа блокирования, разработаны проектные решения секций, рассчитанных на блокирование: с любой стороны, только вдоль пролетов и пристройку к многопролетным секциям. Недостатком при использовании УТС и УТП явилось в ряде случаев необоснованное значительное увеличение площадей и объемов производственных зданий. Поэтому, целесообразней для компоновки зданий применять унифицированные объемнопланировочные элементы требуемых габаритов. Следует учесть и решаемые в настоящее время задачи по упорядочению и реконструкции сложившихся городских промышленных районов, выводу за пределы города предприятий с большим количеством вредных выбросов. Решению проблемы занятости образовавшихся свободных трудовых ресурсов в малых и средних городах, в сельской местности способствует создание предприятий небольшой производственной мощности, сравнительно небольших строительных объемов и производственных площадей. Применение стандартных унифицированных секций в этих случаях также ограничено. Современное производство характеризуется проведением модернизации, постоянным совершенствованием технологического процесса, поисками новых технологических решений. При этом возможны изменения направления технологического процесса, перестановка или замена оборудования. Это требует от современного производственного здания планировочной универсальности. В одноэтажных зданиях это осуществляется переходом на крупную ячейковую структуру — 12x12; 18x18; 18x24; 24x24; 24x30 (36); 36x36 м. В многоэтажных зданиях - 12x6; 12x12; 18x6 м. Кроме технологической гибкости, укрупнение сетки колонн повышает эффективность использования производственной площади за счет установки большего числа единиц оборудования и, таким образом, повышается мощность предприятия. Промежуточное положение между одноэтажными и многоэтажными занимают двухэтажные промышленные здания. Второй этаж решается как пролетная структура повышенной высоты с крановым оборудованием. При этом размер пролета может быть равен ширине здания. Двухэтажные здания обладают рядом преимуществ перед одноэтажными. В частности, их использование в машиностроении позволяет сократить площадь застройки предприятия на 30 -40%, строительный объем зданий - до 15%. В двухэтажном здании могут использоваться: мелкая сетка колонн по первому и укрупненная - по второму этажам, а также укрупненные сетки колонн по первому и второму этажам(глав-ный производственный корпус ОАО «Москвич» — соответственно 12x12 м и 24x12 м; главный корпус шерстопрядильной фабрики в г. Невинномысске - 9x6 и 19x6 м). Многоэтажные производственные здания применяют в производствах с малыми полезными нагрузками на перекрытие, что характерно для предприятий электроники, точного приборостроения, электротехнических, обувных и пр. Направление производственного процесса в многоэтажном здании осуществляется сверху вниз, с использованием сил гравитации. Кроме технологических преимуществ (сокращение расстояния между цехами и пр.) по сравнению с одноэтажным, в многоэтажном здании уменьшаются (в полтора-два раза) эксплуатационные расходы на отопление ввиду сокращения площади наружного ограждения на единицу площади пола, экономится земля. Развитие архитектурной формы по вертикали позволяет улучшить архитектурное решение застройки с учетом градостроительной ситуации. Недостатками многоэтажного здания можно считать сравнительно сложную систему внутренних транспортных коммуникаций (устройство грузовых, пассажирских лифтов), небольшие размеры сетки колонн, значительную стоимость строительно-монтажных работ. Увеличение ширины многоэтажного здания сокращается периметр наружных стен, стоимость единицы площади. Разработаны проекты зданий шириной 60 и более метров. Требования обеспечения нормируемого для зрительной работы соответствующего уровня естественного освещения рабочего пространства ограничивает ширину многоэтажного здания до 24 м. В проектах следует предусмотреть возможность надстройки и пристройки многоэтажных промзданий при последующей возможной реконструкции. Раздел 4. Промышленные здания. Детали, конструкции и узлы промышленных зданий Основным конструктивным решением является каркасное с ограждающими панелями. Все основные нагрузки в таких зданиях передаются на каркас, состоящий из колонн, стропильных, подстропильных и других конструкций, выполняемых преимущественно из железобетонных и стальных элементов. Применяются решения и с неполным каркасом, в котором вместо крайних рядов колонн предусматривают несущие каменные или кирпичные стены (обычно с пилястрами). В зданиях с мостовыми кранами применяют колонны с консолями для подкрановых балок. На колонны поверху опирают ригели каркаса, представляющие собой стропильные балки, фермы, арки и др. По стропильным балкам укладываются панели покрытий. Колонны понизу жестко закрепляют в фундаментах. Основным принципом компоновки одноэтажных зданий является их составление из прямоугольных блоков с параллельно расположенными пролетами (рис. 1). Если блоки имеют разную высоту или расположены со взаимно перпендикулярными пролетами, то в местах их примыканий, как правило, устраиваются деформационные швы. Рисунок 1. Примеры компоновки одноэтажных производственных зданий: а - бескрановых; б - с подвесными и мостовыми кранами; в - со взаимоперпендикулярными блоками Габаритные схемы одноэтажных зданий промышленных предприятий (рис. 2) должны соответствовать требованиям ГОСТ 23837-79, в котором установлено сочетание геометрических параметров по координатным осям: пролетов L0, шагов колонн В0, высот Н0. Рисунок. Габаритные схемы одноэтажных каркасных промышленных зданий: n - число пролетов или шагов колонн; h0 - расстояние между низом стропильных и подстропильных конструкций, равное 0 или 600 мм Высоты этажей Н0 приняты кратными 1,2 м и составляют 8,4 м; 9,6 м; ...18 м, шаг колонн 6 или 12 м, пролеты - 18; 24; 30 и 36 м, номинальная отметка головки подкранового рельса - от 5,75 до 15,05 м, грузоподъемность крана - от 5 до 50 т. Аналогичные требования к габаритным схемам одноэтажных сельскохозяйственных зданий изложены в ГОСТ 23839-79. К этой категории зданий относятся животноводческие и птицеводческие, предприятия переработки сельхозпродуктов, складские помещения, подсобно-производственные и др. В таких зданиях шаг колонн В0 принимается равным для средних колонн 6 м, для крайних - 3 или 6 м, пролеты - 9; 12; 18 и 21 м, высота этажа Н0 - 2,4; 2,7; 3,0; 3,6; 4,8 и 6 м. Указанные габаритные схемы не распространяются на здания с пространственными конструкциями покрытий типа оболочек или структур. Для повышения эффективности проектирования и возведения зданий и сооружений в массовом строительстве применяют типовые конструкции заводского изготовления. С этой целью создан и постоянно обновляется каталог строительных конструкций, который широко используется в практике проектных организаций страны. |