Троицкий - Промышленные этажерки

Москва, 1965г.

ГЛАВА I

КОНСТРУКЦИИ ЭТАЖЕРОК

Этажерки — довольно широкий класс промышленных  сооружений, применяемых в химической, нефтяной,  машиностроительной и других отраслях промышленности.

В зависимости от назначения они могут быть:

а) высокими и низкими;

6) закрытыми со стеновым ограждением и открытыми — без ограждений;

в) расположенными вне зданий и внутри основного  производственного здания.

В последнее время в связи с развитием строительства зданий павильонного типа получили распространение сборно-разборные этажерки, располагаемые внутри этих зданий.

Низкие этажерки (высотой до 4—5 этажей), решаемые, как правило, в железобетоне, довольно широко отражены в  технической литературе; есть типовые проекты этих этажерок из  сборных унифицированных железобетонных конструкций.

В этой книге освещены вопросы проектирования высоких  открытых промышленных этажерок—класс сооружений, наиболее часто встречающийся в нефтяной и химической промышленности.

§ 1. Общестроительные требования

Этажерки предназначены для размещения на них обслуживающих площадок, аппаратов и другого технологического оборудования. Состоят они из ряда перекрытий, расположенных друг с другом. Количество перекрытий и расстояния между ними определяются требованиями технологического процесса. Высота этажерки должна быть минимальной, для чего при компоновке технологического оборудования во всех случаях необходимо  рассматривать возможность замены гравитационного потока механическим побуждением.

Для унификации конструкций высота этажей назначается  постоянной, кратной модульному шагу 600 мм. Шаг колонн  этажерки назначается по возможности постоянным в обоих  направлениях этажерки. Разбивочные оси этажерок назначаются по осям центров  тяжести сечений колонн. При назначении размеров сборных элементов конструкций этажерки следует учитывать способ производства монтажных работ и грузоподъемное», монтажных механизмов Несущие конструкции этажерки проектируются с учетом  выполнения работ нулевого цикла до монтажа колонн.

Материалом конструкций этажерка служит железобетон или металл. Указаниями но строительному проектированию  предприятий, зданий и сооружений нефтегазоперерабатывающей промышленности (СН 132—60) применение металла в  этажерках ограничивается. При соответствующем  технико-экономическом обосновании допускается выполнять в металле этажерки  высотой 30 м и более, несущие технологическую аппаратуру весом более 150 т. В остальных случаях этажерки должны  выполняться в сборном железобетоне индустриального изготовления с широким применением предварительно напряженных  конструкций.

Однако при выборе материала конструкций этажерки следует всякий раз производить тщательный экономический анализ  вариантов. В некоторых случаях с учетом дополнительного расхода металла на крепления трубопроводов и технологического  оборудования (хомуты, закладные детали и т. п.) железобетонная  этажерка по расходу металла будет немногим отличаться от  металлической.

Металлическая этажерка имеет целый ряд преимуществ по сравнению с железобетонной она значительно легче, что весьма важно для высокого сооружения, так как при малом весе  конструкций упрощается их монтаж; в металлической этажерке чрезвычайно просто решаются узлы крепления трубопроводов л технологического оборудования: наконец, при изменении  технологического процесса и реконструкции металлическая этажерка сравнительно легко перестраивается и усиливается  применительно к новой технологий. Из этих соображений конструкции  этажерок опытных установок, где возможна значительная  последующая реконструкция, рекомендуется выполнять в металле. Возможно решение этажерки в железобетоне с жесткой арматурой. Этажерки из железобетона с жесткой арматурой особенно рациональны в том случае, когда по требованию  противопожарных норм необходима изоляция металлических колонн и балок перекрытий.

Кроме технологического оборудования на открытых этажерках располагают встроенные помещения (помещения КИП, машинное помещение, лифт и др.). Под этажеркой располагают насосные. Все этажерки оборудуют лифтом. Ограждающие конструкции встроенных холодных помещений выполняют из асбоцементных листов усиленного профиля. Стены насосной, КИП, машинного помещения из сборных железобетонных стеновых панелей, утепленных асбоцементных плит или из кирпича. Обшивка шахты лифта выполняется из асбоцементных листов усиленного профиля, тонкого металлического листа, волнистой стали толщиной 1 мм или из железобетонных сборных элементов. В зонах примыкания площадок асбоцементные листы должны быть заменены на высоту в 1 м кирпичной кладкой,  железобетонными плитам или ограждены перилами, а волнистая и листовая сталь должна иметь толщину не менее 1,4 км.

Машинное помещение лифта располагают на верхнем  перекрытии. Шахта лифта в горизонтальном направлении опирается, как правило, па перекрытия этажерки. В некоторых случаях  шахта лифта выполняется самонесущей. При этом она может быть объединена с лестничной клеткой и решена в пиле башни.  Несущими конструкциями такой башни являются металлический связевой каркас или самонесущие железобетонные ограждения в виде пространственных сборных блоков. При проектировании машинного помещении и шахты лифта следует пользоваться  заполненным паспортом лифта, в котором должно быть оговорено: тип лифта (пассажирский, грузовой или грузопассажирский), грузоподъемность, размеры кабины (ширина, длина, высота), отметки стоянок, размеры дверей, положение и размеры машинного  помещения с приложением специального технологического задания на проектирование машинного помещения, в котором  указывается псе необходимые отверстия в полу и стенах помещения, нагрузки от оборудования; размеры и отметка низа приямка под пахтой лифта, предельные расстояния между узлами крепления направляющих лифта по высоте.

Этажерки оборудуют маршевыми лестницами (не менее одной каждом этаже). Уклон маршей не должен превышать 45°,  ширина— не менее 0,8 м. Маршевые лестницы располагают в  непосредственной близости от лифта. Металлические ступени наружных лестниц выполняют из просечно-вытяжного  настила.

Перекрытия над теплыми встроенными помещениями и под ними утепляют плитным утеплителем. Железобетонная плита (ад помещением должна иметь гидроизоляцию, а в случае  необходимости — изоляцию от проникновения в помещение разлитой жидкости. В помещениях, где находятся аппаратура, оборудование и трубопроводы с вредными веществами, полы должны  устраиваться из метлахских плиток или пластиков.

Железобетонные плиты перекрытий должны быть защищены от агрессивного действия разлитой жидкости (где розливы возможны), поскольку взаимодействие бетона с бензином, маслом и другими жидкостями со временем разрушает его; способ  защиты бетона зависит от химического состава жидкости и ее  температуры.

Для железобетонных конструкций, находящихся в агрессивной по отношению к металлу среде, или при особой пожарной опасности следует применять стержневую арматуру; струнo - бетонные конструкции и конструкции с пучковой арматурой в этих случаях применять не рекомендуется. Следует избегать установки на верхних этажах центрифуг и других механизмов, вызывающих динамические воздействия на конструкции этажерки. В случае же необходимости разместить такие механизмы в верхних этажах следует устраивать под ними виброизолирующие основания, а конструкции этажерки  рассчитывать на динамические воздействия. При этом должна быть ограничена амплитуда колебаний перекрытий этажерки (см. табл.24).

Для монтажа и демонтажа технологического оборудования этажерки оборудуют кран-балками, монорельсами и монтажными стрелами; в некоторых случаях для этой цели  предусматривают подвеску полиспастов к балкам перекрытий.

Этажерки, возводимые в сейсмических районах в соответствии с нормами на строительство в сейсмических районах,  должны отвечать ряду требований:

1) элементы каркаса этажерки должны быть равнопрочными (не должно быть слабых узлов и элементов, преждевременный выход которых из строя мог бы привести к разрушению этажерок до исчерпания несущей способности каркаса в целом);

2) при необходимой прочности каркаса горизонтальная жесткость его должна быть возможно меньшей, чтобы уменьшить величины сейсмических нагрузок;

3) перекрытия этажерки должны представлять собой жесткие горизонтальные диски, обеспечивающие совместную пространственную работу всех несущих конструкций этажерки, для чего сборные железобетонные плиты перекрытий приваривают к опорным балкам, а швы между ними замоноличивают;

4) сборные железобетонные конструкции должны быть замоноличены. Размера сборных элементов следует по возможности увеличивать;

5) схему каркаса и сечения элементов по возможности выбирают таким образом, чтобы была обеспечена устойчивость элементов каркаса (чтобы не требовалась проверка на устойчивость). В этом случае расчет элементов конструкций по прочности производят с учетом коэффициентов условий работ, учитывающих кратковременный характер действия сейсмически нагрузок; для металлических конструкций м=1,4; для железобетонных — м=1,2.

§ 2. Противопожарные требования

Во избежание деформаций во время пожара этажерки для  аппаратуры, содержащей горючие жидкости в количестве свыше 5 м3 на каждом этаже должны иметь пределы огнестойкости не менее 2 ч для колонн и 1 ч для балок перекрытий, на которых расположена аппаратура, и элементов связей между этими  перекрытиями. Промежуточные площадки этажерок,  расположенные между перекрытиями, несущими аппараты или емкости с  горючей жидкостью, должны иметь предел огнестойкости не менее 0,25 ч. Пределы огнестойкости конструкций указаны в табл. 1.

Если на этажерках расположены аппараты с горючей  жидкостью в количестве 5 м3 и под аппаратами есть площадка со сплошным настилом, то по всему периметру этой площадки  должен быть сделан бордюр высотой не менее 0,15 м, а в местах выхода к лестницам должны быть устроены пандусы. Для отвода разлившейся жидкости следует предусмотреть не менее двух  стояков диаметром по 200 мм. Этажерки, несущие аппараты с  жидкостью на уровне земли (планировки), должны быть окружены сплошным бортиком высотой 0,3 м или замкнутым кюветом,  отстоящим от выступающих частей этажерки не менее чем на 0,5 м.

При открытом расположении насосов под этажерками,  несущими аппаратуру с жидкостью, перекрытие над насосами  должно быть непроницаемым для этой жидкости, со сплошным  бортиком высотой 0,15 м.

Полы в насосной должны быть с бетонной подготовкой  цементными, из метлахских или цементных плит или других  несгораемых материалов, не впитывающих жидкость. Размещаемые код этажеркой насосы для перекачки горючих продуктов с температурой нагрева 250° С и выше следует  отделять глухой стеной от насосов, перекачивающих продукты с  температурой нагрева ниже 250° С. Перекрытия этажерок, а также площадки, прикрепленные к технологической аппаратуре, должны иметь следующие типы лестниц:

а) при высоте до 30 м — не менее одной открытой маршевой лестницы и одной стремянки, расположенных в разных концах перекрытия. Максимальное расстояние от наиболее удаленных мест перекрытия до лестницы любого типа — 25 м. Через  каждые 7—8 м по вертикали на стремянке должны быть  промежуточные площадки;

б) при высоте более 30 м — не менее одной открытой  маршевой лестницы и одной пожарной лестницы, расположенной под углом 60°, шириной 0,8 м, с промежуточными площадками,  расположенными не реже чем через 7—8 м по вертикали.

Лестницы должны быть расположены в разных концах перекрытия, так чтобы расстояние от наиболее удаленных мест перекрытия до лестницы любого типа составляло не более 25 м. Для стальных площадок, обслуживающих группу  вертикальных аппаратов и расположенных на высоте более 30 м,  разрешается дополнительно к маршевым лестницам вместо пожарных лестниц под углом 60° устраивать вертикальные стремянки с  площадками, расположенными не менее чем через 4,2 м по  вертикали. Для площадок размером до 100 м2 можно устраивать  одну маршевую лестницу.

Ширина маршей основных лестниц — 0.8 м. Ширина  лестничных площадок перед входами в лифт должна быть не менее 1,6 м. Двери в открытом положении не должны уменьшать расчетной ширины маршей и лестничных площадок.

§ 3. Металлические этажерки

Металлические открытые этажерки используются в целом  ряде производств нефтегазоперерабатывающей и химической промышленности. Ими оборудуются крекинг-установки, установки очистки масел, установки непрерывного коксования, установки заводов синтетического спирта и синтетического  каучука,

Металлические этажерки являются высотными сооружениями (высота их достигает 100 м). Экономия металла и снижение  Стоимости строительства этажерок должны идти по линии выбора оптимальной схемы, каркаса и перекрытий этажерок, сокращения количества этажей и размеров площадок, унификации высот этажей и шагов колонн, использования предельной несущей  способности всех элементов конструкций этажерки, использования облегченных профилей проката, сварных и гнутых профилей, применения стали повышенной прочности. Монтаж  металлических этажерок рекомендуется производить крупными  пространственными блоками весом до 200 т, собираемыми внизу в горизонтальном положении.

Различают два тина открытых этажерок: этажерки,  представляющие собой ряд кольцевых и переходных площадок,  опирающихся в основном на технологические аппараты и образующих систему расположенных друг над другом перекрытий и самонесущие этажерки, имеющие несущий каркас, воспринимающий вертикальные и горизонтальные нагрузки (рис. 1). При наличии больших аппаратов этажерка решается по первому типу;  аппараты должны быть рассчитаны на восприятие  нагрузок от перекрытий, опирающихся на них при помощи кронштейнов. 

Количество кронштейнов и узлы крепления их к аппаратам  проектируют о зависимости от несущей способности стенок аппаратов на восприятие местных радиальных давлений. Конструкции кольцевых площадок весьма просты.

Возможны смешанные решения, когда часть этажерки  решается с несущим каркасом, а часть — в виде кольцевых площадок на аппаратах. Самонесущие открытые этажерки могут опираться  непосредственно на фундамент и на железобетонный постамент,  несущий одновременно технологические аппараты (рис. 2). Основные металлоконструкции этажерок: колонны, балки, связи, настил, лестницы и ограждения, конструкции лифта, монорельсы. Ориентировочные соотношения весов этих конструкций для этажерок обоих типов приведены в табл. 2.

1. Каркас этажерки

Каркас этажерки является основной несущей конструкцией, воспринимающей и передающей на фундаменты все  вертикальные и горизонтальные нагрузки, действующие на этажерку.  Элементами каркаса являются колонны, ригели, вертикальные связи и горизонтальные жесткие диски в виде системы перекрытий этажерки. К каркасу этажерки предъявляется ряд требовании:

1) простота изготовления и монтажа его;

2) достаточная прочность, как в период монтажа, так и во  время эксплуатации;

3) достаточная жесткость, обусловленная требованиями технологического процесса.

По способу восприятия горизонтальных воздействий две  системы каркасов этажерок подразделяют на связевую и рамную. Наибольшее распространение получила связевая система  благодаря целому ряду преимуществ ее по сравнению с рамной. При связевом каркасе этажерка имеет большую горизонтальную жесткость, проще решаются узлы сопряжения балок с колоннами, главные балки и, следовательно, междуэтажные  перекрытия имеют значительно меньшую высоту. На связевой каркас расходуется меньше стали. Поэтому рамная система  используется только в случаях, когда по условиям эксплуатации в  вертикальных плоскостях этажерки невозможно разместить связи.