Шерешевский - Конструирование промышленных зданий и сооружений

Шерешевский И. А.
Конструирование промышленных зданий и сооружений.
Учеб. пособие для студентов строительных специальностей. —
М.: «Архитектура-С», 2005. 168 с, ил. 

Книга представляет собой альбом чертежей типовых унифицированных конструкций промышленных зданий общего назначения и сопутствующих им сооружений - коммуникаций и емкостей,  предназначенных для перемещения и хранения различных материалов. Чертежи сборника составлены по действующим сериям  утвержденных Госстроем типовых проектов и по материалам ведущих проектных и научно-исследовательских институтов. Организации авторы отдельных проектов указаны в пояснительном тексте.

Книга предназначена для студентов архитектурных, строительных и технологических факультетов вузов.

ВВЕДЕНИЕ

Современное индустриальное строительное производство ведется на базе развитой сети заводов-изготовителей, направляющих на строительные площадки, подготовленные к монтажу укрупненные элементы зданий массой до 50 т, в соответствии с грузоподъемностью монтажных кранов.

Значительная часть промышленных зданий и сооружений возводится по типовым проектам. Типизация заключается в постоянном отборе наиболее универсальных для данного периода объемно- планировочных и конструктивных решений, дающих наибольший экономический эффект в строительстве и эксплуатации зданий. Типизируются здания отраслевого назначения, ограниченные определенной производственной мощностью, и секции зданий универсального назначения, ограниченные определенными производственными площадями и обслуживающими их транспортными средствами.

Современные типовые здания и сооружения отличаются от своих предшественников тем, что они унифицированы — подготовлены для  возведения методами строительной индустрии. Унификация проводится путем применения наиболее экономичных и универсальных элементов зданий, отобранных в соответствии с возможностями заводов- изготовителей, простотой перевозки, монтажа и тому подобными критериями.

Несущий каркас промышленных зданий, как- правило, воспринимает , значительные усилия, возникающие в связи с перекрытием больших площадей, необходимых для расстановки  крупногабаритных машин, а также в связи со значительными, а порой и динамическими, нагрузками, вызываемыми технологическим процессом. Поэтому несущие каркасы промышленных зданий выполняются в виде рамных схем из особопрочных материалов — стали и железобетона.

От внешней среды помещения зданий  изолируются ограждениями — стенами и крышами, в состав которых для отапливаемых зданий  входят эффективные теплоизолирующие заполнители. В стенах устраиваются дверные, оконные и  воротные проемы, в крышах — фонари. Они служат для связи, освещения и проветривания помещений.

Особо эффективны конструкции, совмещающие несущие и ограждающие функции (оболочки и т. п.).

Внутренние конструкции — полы, перегородки, этажерки, служебные лестницы — образуют отдельные помещения зданий, площадки для установки и обслуживания аппаратов и обеспечивают доступ к ним.

Конструкции изготовляемых отечественными заводами унифицированных изделий для всех перечисленных частей здания постоянно развиваются и совершенствуются. Они производятся на основе единой номенклатуры унифицированных изделий, утверждаемой комитетами по делам  строительства •— Госстроями союзных республик или СССР.

Сборные железобетонные элементы успешно применяются в несущих каркасах одноэтажных зданий высотой до 18 м, с опорными кранами грузоподъемностью до 30 т и с пролетами до 24 м и в многоэтажных зданиях при нагрузках на перекрытие до 2,5 тс/м2. В ограждающих конструкциях они используются преимущественно в виде легкобетонных и железобетонных стеновых  панелей, ребристых плит междуэтажных перекрытий и крыш. Особая область применения сборного  железобетона — пространственные конструкции,  перекрывающие крупнопролетные здания.

Монолитный железобетон применяется  преимущественно в столбовых фундаментах  промышленных зданий, так как здесь он экономически  целесообразен. Основные преимущества железобетонных конструкций — долговечность, несгораемость и экономия стали.

В связи с успехами металлургической промышленности в годы десятой пятилетки стальные конструкции стали шире применяться в строительстве. В настоящее время они используются в несущих каркасах одноэтажных зданий высотой более 14,4 м, с опорными кранами грузоподъемностью 50 т и более, с пролетами 30 м и более и с особыми условиями эксплуатации, а в многоэтажных зданиях — при нагрузках на перекрытие более 2,5 тс/м2.

В ограждающих конструкциях начал применяться стальной профилированный настил. Временно, в связи с дефицитностью листовой стали, он используется там, где дает наибольший экономический эффект, например в труднодоступных районах. Основные преимущества стальных конструкций — прочность, легкость, простота резки, сварки и крепления.

В ряде случаев экономически целесообразно подкрановые балки для кранов любой грузоподъемности и фермы выполнять в металле и  устанавливать по сборным железобетонным колоннам. Для упрощения конструктивных узлов продольные связи и другие мелкие элементы почти всегда выполняются из стального проката. Стальные оконные панели применяются в зданиях тяжелого режима работы (избыточные тепловыделения, особый температурно-влажностный режим и т. п.) и повышенной капитальности, а стальные фонарные фермы, панели и переплеты в связи с их  относительной конструктивной простотой — во всех зданиях с верхним освещением.

В настоящее время для несущих строительных конструкций применяются высокопрочные стали, а для ограждающих все шире — легкие металлы (алюминиевые переплеты) и пластические массы. Повышение индустриализации производства металлических конструкций достигается путем их типизации.

Выбор того или иного материала должен происходить на основе экономического анализа стоимости сооружения с учетом местных материальных ресурсов.

Быстрое развитие строительной науки и техники в нашей стране непрерывно выявляет новые материалы и методы конструирования.

В третьем издании книга дополнена материалами по сборным железобетонным фундаментам под стальные колонны, стальным фермам из круглых труб, колонкам из центрифугированного железобетона, пространственным структурным плитам из армоцементных элементов и стальных стержневых систем, трехслойным железобетонным и стальным панелям для отапливаемых зданий, стальным оконным панелям с алюминиевыми переплетами, стальным конвейерным галереям-оболочкам. Переработаны чертежи железобетонных колонн для бескрановых зданий, ограждений из волнистых асбестоцементных листов светоаэрационных и аэрационных фонарей и утепленных конвейерных галерей.

Приведенные ниже типовые и  экспериментальные решения строительных конструкций промышленных зданий, хотя и не могут претендовать на исчерпывающую полноту, позволяют ориентироваться в основном направлении их развития. В этих же целях показываются и применявшиеся ранее типовые решения там, где они не являются основными. Например, на отдельных листах главы 6 «Стены» и главы 8 «Крыши и фонари» сохранены элементы стального каркаса зданий, выполненные по предыдущим типовым сериям.

По объемно-планировочному решению промышленные здания подразделяются на одно- и многоэтажные, сплошной и павильонной застройки. В связи с относительной дешевизной, возможностью применять разреженную сетку колонн и передавать непосредственно на основание нагрузки от оборудования наибольшее распространение получили одноэтажные здания. 

Многоэтажные здания возводятся для производства с ограниченными технологическими нагрузками, с вертикальными технологическими процессами и в условиях стесненной городской застройки. Многоэтажные здания и здания сплошной  застройки позволяют более компактно организовать технологический процесс. Здания павильонной застройки имеют преимущество в отношении естественного освещения и аэрации.

Здания сплошной застройки в зависимости от наличия и расположения внутренних колонн подразделяются на многопролетные ячейковые и зальные.

Пролетом называется внутренний объем, ограниченный двумя рядами колонн и торцовыми стенками. Пролет может оборудоваться подвесными балочными кранами грузоподъемностью от 1 до 5 т или опорными мостовыми кранами грузоподъемностью от 10 до 500 т. Пролетом называется также расстояние между опорами основных конструкций покрытия. Расстояние между опорами вдоль их ряда именуется шагом.

Пролеты определяют направленность технологических потоков и располагаются, как правило, в одном, а для отдельных производств — в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Переход технологического потока в соседний пролет вызывает ряд эксплуатационных и конструктивных затруднений из-за отсутствия транспортной связи и часто появляющейся необходимости местного увеличения шага колонн.

В ячейковых зданиях колонны располагаются в вершинах близкого к квадрату прямоугольника. Ячейковые здания оборудуются подвесными одно- балочными кранами, проходящими в разных уровнях и в обоих направлениях, и позволяют свободно маневрировать направлениями технологических потоков. Таким зданиям присуща гибкость планировки и, в известной мере, универсальность.

Зальные здания большой глубины с пролетами до 100 м (сборочные цехи самолетостроительных заводов, экспериментальные корпуса ускорителей ядерных частиц и т. п.) обеспечивают маневренность крупногабаритных машин и  экспериментальной аппаратуры. Они оборудуются подвесными и напольными средствами транспорта.

Здания павильонной застройки подразделяются на одно-двухпролетные, павильонные и зальные. Одно-двухпролетные здания применяются для  цехов с избыточным тепловыделением. Павильонными именуются высокие бескрановые здания со встроенными этажерками для оборудования. Павильонные здания позволяют совмещать процессы, протекавшие ранее в одно- и многоэтажных зданиях, и относительно просто реконструировать их при последующих изменениях технологии. Павильонные здания распространены в химической промышленности и начинают применяться в других отраслях. Зальные здания небольшой глубины — ангары оборудуются раскрывающимися торцовыми стенами, позволяющими оставлять за пределами помещения хвостовую часть крупногабаритных самолетов и других подобных машин.

Лист 0.01. Сетки колонн и схемы перекрытия промышленных зданий общего назначения

Покрытия одноэтажных пролетных зданий выполняются в основном из унифицированных плоских элементов — плит, балок, ферм, последовательно передающих друг другу собранную нагрузку. Плоские конструкции перекрывают пролеты до 36 м при шаге до 18 м.

Шаг крайних и средних колонн и опирающихся на них стропильных конструкций может быть 6-метровым, 12-метровым и комбинированным — 6-метровым для крайних колонн и стропильных конструкций и 12; 18-метровым — для средних колонн.

В связи с массовым производством унифицированных 6-метровых стеновых и окопных панелей в крайних рядах колонн предпочтителен 6-метровый шаг. В целях эффективного и маневренного использования производственных площадей в средних рядах колонн наиболее распространен 12-метровый шаг. Вот почему в большинстве случаев экономичным является комбинированный шаг, сочетающий разреженную сетку колонн с возможностью подвески однобалочных кранов.

18-метровый шаг средних колонн применяется в экспериментальном порядке.

6-метровый шаг средних колонн применяется преимущественно в невысоких двухпролетных зданиях, где его увеличение усложняет конструкцию, не давая экономического эффекта.

12-метровый шаг крайних колонн сочетается с 12-метровым шагом стропильных ферм. Это исключает подстропильные конструкции, но требует в ряде случаев применения фахверковых колонн и в продольных стенах для крепления распространенных в производстве 6-метровых стеновых и оконных панелей. 12-метровый шаг крайних и средних колонн экономичен в высоких зданиях с опорными кранами большой грузоподъемности.

Выбор шага крайних и средних колонн и стропильных конструкций в пределах, допускаемых унифицированными габаритными схемами, производится на основе экономического сопоставления вариантов.

Вместе с тем начинают внедряться и пространственные конструкции — цилиндрические оболочки, структурные плиты и т. д., перекрывающие те же пролеты с меньшей затратой материалов.

Для покрытия ячейковых зданий наряду с плоскими элементами применяются шеды — складчатые конструкции с фонарями односторонней ориентации, цилиндрические оболочки и т. д., перекрывающие ячейку до 36 X 36 м.

Пролеты зальных зданий до 100 м  перекрываются облегченными фермами из высокопрочных сплавов, Байтовыми конструкциями, железобетонными арками и оболочками двоякой кривизны.

В зданиях с искусственными освещением и климатом межферменное пространство по гигиеническим и санитарно-техническим соображениям желательно отделить подвесным потолком, над которым, в так называемом техническом чердаке, размещаются воздуховоды, электропроводки и т. д.

Многоэтажные здания сплошной застройки с близкой к квадрату сеткой колонн, которая может быть разрежена в верхнем этаже, представляют в основном ячейковый тип. При балочных междуэтажных перекрытиях с нагрузкой до 1,5 тс/м2 и более сетка колонн соответственно принимается 6X9 и 6X6 м. Остовы многоэтажных зданий производственного и конторско-бытового назначения с балками, опирающимися на скрытые в подрезках консоли, и настилом из плит с круглыми пустотами применяются при нагрузке до 1,25 тс/м2.

Покрытия безбалочного типа с плоским потолком, применяемые по гигиеническим соображениям в пищевой промышленности (холодильники и т. п.), возводятся с сеткой колонн 6X6. Покрытия верхних этажей с разреженной сеткой колонн аналогичны по своей конструкции покрытиям одноэтажных пролетных или ячейковых зданий. Применение шпренгельных конструкций и монолитных кессонированных плит в зданиях, возводимых методом подъема этажей, позволяет увеличить сетку колонн до 12 X 12 м.

Многоэтажные здания павильонной застройки выполняются в основном двух -трехпролетными с укрупненным пролетом в верхнем этаже. Увеличение пролетов нижних производственных этажей до 18 м может быть достигнуто применением ферм. В межферменном пространстве размещаются технические этажи, используемые для пропуска различных коммуникаций, и подсобные, складские и бытовые помещения. Располагаясь над каждым производственным этажом, технические этажи образуют в большинстве производств излишек вспомогательной площади. Рациональнее размещать технические этажи через два производственных этажа, тогда перекрытие нижнего из них осуществляется по внутренним колоннам, опирающимся на фермы.

Лист 0.02. Основные параметры одноэтажных одно- и многопролетных зданий и кранового оборудования

Широкое распространение заводских изделий из стали и сборного железобетона ограниченной номенклатуры, предназначенных в основном для сборки одно- и многопролетных промышленных зданий, основывается на единой модульной системе, правила которой в кратком изложении сводятся к следующему.

Рекомендуется проектировать промышленные здания прямоугольного очертания, без перепадов высот, с пролетами одного направления. Перепады высот от 1,8 м и более допускаются при значительной площади пониженной части. Пролеты двух взаимно перпендикулярных направлений применяются, если в этом случае есть существенные технологические преимущества.

Модульная система основывается на планировочном модуле 0,5 м и высотном — 0,6 м. Все элементы ограждения зданий — стеновые и оконные панели, ворота, включая обрамляющую раму, плиты покрытий и перекрытий и т. д. — кратны по основным номинальным размерам этим модулям или их дробной части.

Сетка колонн, образуемая их разбивочными осями, кратна укрупненным планировочным модулям: в направлении шага — 6 м; в направлении пролета—»6 м для одноэтажных и 1,5 м — для многоэтажных зданий.

Колонны крайнего продольного ряда и у продольных деформационных швов совмещаются наружными гранями с продольными осями (нулевая привязка) или смещаются на 250 и 500 мм наружу здания (привязки «250», «500»).

Колонны крайнего поперечного ряда  (торцовые) и у поперечных деформационных швов смещаются с разбивочных осей на 500 мм внутрь температурного отсека здания.

Колонны средних продольных и поперечных рядов совмещаются осями сечений с сеткой разбивочных осей.

Нулевая привязка крайних продольных рядов применяется для многоэтажных и одноэтажных бескрановых зданий и в зданиях с кранами грузоподъемностью до 30 т при шаге крайних колонн 6 м и высоте от пола до низа стропильных конструкций не более 14,4 м. Нулевая привязка исключает применение в покрытии доборных элементов.

Привязка «250» применяется при любой из указанных ниже характеристик — грузоподъемность кранов 50 т, шаг крайних колонн 12 м, высота здания 16,2 и 18 м.

Расстояние от продольной оси колонн до оси катков крана назначается 750 мм для кранов грузоподъемностью до 50 т и 1000 мм — для кранов большей грузоподъемности.

Возрастание суммарного расстояния от наружной грани колонн до оси катков крана или между осями катков кранов в соседних пролетах по мере повышения их грузоподъемности позволяет размещать «шейку» колонны и «хвост» крана. Расстояние между ними допускается до 60 мм.

При интенсивном использовании кранов (средний и тяжелый режимы работы) и в зданиях тяжелого режима работы (см. СНиП II-В. 3—62, приложение VI) возникает необходимость устройства проходов для осмотра и ремонта крановых путей. В этом случае применяется привязка «500», а расстояние от оси колонн до оси катков крана принимается 1000 мм для кранов грузоподъемностью до 50 т и 1500 мм — для кранов большей грузоподъемности.

Крановый габарит здания — высота от головки рельса до низа стропильных конструкций — включает в себя высоту крана и допускаемое  приближение 100 мм для кранов легкого, среднего и тяжелого режимов работы и 250 мм — для кранов весьма тяжелого режима работы.

Классификация кранов по режиму работы приведена в «Правилах устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов».

Для ограничения усилий, возникающих в конструкциях от перепада температур, здание разрезается деформационными швами на отсеки. Размеры отсеков зависят от материала каркаса, теплового режима здания и климатических условий. Эти размеры определяются расчетом. Для отапливаемых зданий с железобетонным каркасом из унифицированных элементов расстояния между поперечными деформационными швами принимаются до 174 м, а между продольными— до 144 м.

Конструктивно поперечные деформационные швы выполняются на двух колоннах, смещенных на 0,5 м с оси шва внутрь каждого отсека.

В зданиях сплошной застройки продольные деформационные швы выполняются при железобетонном каркасе на двух колоннах. Размер вставки между продольными осями этих колонн принимается 0,5; 1,0 и 1,5 м так, чтобы за вычетом привязок расстояние между колоннами в свету было не менее 0,5 м.

Перепады высот, как правило, совмещаются с деформационными швами.