Глава 1. Загальні положення проектування каркасів виробничих будівель
Загальна характеристика конструкцій
Умови технологічного процесу сучасного виробництва суттєво впливають на архітектурні й об’ємно-планувальні рішення промислових будівель, а відтоді й на конструктивні рішення. Тому при проектуванні необхідно враховувати всі особливості технологічного процесу виробництва та експлуатації споруди, які повинні бути відображенні в технологічному завданні на проектування.
Переважна більшість виробничих процесів вимагає горизонтального розташування технологічного обладнання, а тому найбільшого поширення в практиці будівництва знайшли одноповерхові промислові будівлі. Техноло-гічне обладнання при цьому розміщується на нульовій позначці й наванта-ження від нього не передається на несучі конструкції (крім вантажопід-йомних кранів), що спрощує конструктивну форму і полегшує несучі кон-струкції.
Проте, в останній час, у зв’язку із збільшенням вартості землі під забудову, особливо у великих містах і районах із щільною забудовою, все більше використання знаходять багатоповерхові промислові будівлі.
Усі конструктивні елементи будівель за своїм призначенням і функціями, які вони виконують, підрозділяються на огороджувальні й несучі.
Огороджуючі конструкції захищають внутрішньоцехове середовище від атмосферних впливів і забезпечують необхідні технологічні й санітарно-гігієнічні умови.
Комплекс основних несучих конструкцій, який сприймає навантаження від огороджувальних конструкцій, технологічного обладнання, а також атмосферних впливів та передає їх на фундаменти, називається каркасом.
Каркаси промислових будівель являють собою складну геометрично-незмінну просторову систему, до складу якої входять певним чином з’єднані між собою колони, ригелі, підкранові балки і в’язі.
Принципова конструктивна схема стального каркаса наведена на рис.1.1.
Рис. 1.1. Конструктивна схема каркаса двопрольотної виробничої будівлі:
1 – колони; 2 – кроквяні ферми; 3 – підкранові балки;
4 – світлоаераційні ліхтарі; 5 – в’язі по колонах
Основу каркаса складають поперечні рами, утворені колонами і риге-лями, що жорстко або шарнірно з’єднані між собою. Відстань між осями колон у поперечному напрямку називається прольотом, а в поздовжньому – кроком рам.
На поперечні рами спираються розташовані в поздовжньому напрямку підкранові балки, несучі конструкції покриття (плити або прогони),а також ліхтарі. Жорсткість каркаса в поздовжньому напрямку забезпечується сис-темою в’язей по покриттю і вертикальних в’язей по колонах.
До елементів каркаса прикріплюються огороджувальні конструкції. Для підтримання стінового огородження, вікон і воріт передбачаються елементи стінового каркасу, який зветься фахверком і який також прикріплюється до поперечних рам.
Вплив умов експлуатації на конструктивні рішення
При проектуванні виробничих будівель в першу чергу необхідно забез-печити умови нормального функціювання технологічного процесу по випус-ку продукції, а також нормальні санітарно-гігієнічні умови для працюючих.
Промислові будівлі можуть бути безкрановими або обладнані вантажо-підйомними кранами – мостовими опорними, розташованими в одному або декількох ярусах, підвісними мостовими кранами або конвеєрами.
Вантажопідйомні крани, що забезпечують виробничий процес, значною мірою впливають на конструктивні рішення.
Багаторазові, що часто повторюються, динамічні за природою кранові навантаження ведуть до швидкого зношування конструкцій і сприяють виникненню пошкоджень, особливо в підкранових балках. Тому при проек-туванні необхідно приділити необхідну увагу врахуванню експлуатаційного режиму роботи кранів, який залежить від призначення будинку і виробни-чого процесу.
Відповідно
до ГОСТ 25546-82 “Краны грузоподъемные.
Режимы работы” робота кранів
характеризується кількістю циклів
роботи за весь строк служби кранів
і коефіцієнтом навантаження
,
(1.1)
де
– маса вантажу, що переміщується краном
із кількістю циклів
;
– номінальна
вантажопідйомність крана;
– кількість
циклів роботи крана за строк його служби;
=
.
Коефіцієнт навантаження Кр за формулою (1.1) змінюється від 0,063 до 1 і по суті характеризує ступінь використання вантажопідйомності крана.
Залежно від значень СТ і Кр встановлено 8 груп режимів роботи кранів – від 1К до 8К. Цим групам відповідають режими роботи кранів, що встановлені “Правилами устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов” (М., Металлургия, 1982): 1К-3К – легкий режим; 4К-6К – середній режим; 7К – важкий режим; 8К – особливо важкий режим.
Відповідно до норм проектування [4] і [6] групу режимів роботи кранів необхідно враховувати при складанні розрахункових сполучень зусиль, розрахунку підкранових балок, вязей та в інших випадках.
Довговічність конструкцій залежить від їх фізичного і морального зносу.
На фізичну довговічність і надійність роботи сталевих конструкцій впливає ступінь агресивності внутрішнього середовища приміщень. Відпо-відно до СНиП 2.03.11-85 “Защита строительных конструкций от коррозии” за ступенем впливу на будівельні конструкції середовища підрозділяються на неагресивні, слабо агресивні, середньо та сильно агресивні. При проектуванні конструкцій, що експлуатуються в середньо та сильно агре-сивних середовищах, необхідно використовувати такі конструктивні форми і перерізи елементів, при яких збільшується корозійна витривалість конструкцій. Так, огороджувальні конструкції з профільованими листами допускається використовувати тільки для неагресивних і слабо агресивних середовищ, а використання складених елементів таврового або хрестового перерізів із кутиків, двотаврових перерізів із швелерів або гнутих профілів у конструкціях для середньо агресивних і сильно агресивних середовищ не допускається.
За температурою внутрішнього середовища промислові будівлі підроз-діляються на дві категорії – опалювані та неопалювані. До неопалюваних будівель відносяться перш за все деякі складські приміщення, а також виробництва з надмірним виділенням тепла (металургійна промисловість, промисловість виробництва будівельних матеріалів). Температура і вологість внутрішнього цехового середовища повинні бути враховані перш за все при виборі огороджувальних конструкцій покриття і стін. При виборі огороджувальних конструкцій основним питанням є опірність теплопередачі у зимовий період відповідно до розрахункової від’ємної температури, тобто району будівництва. Необхідну товщину утеплювача визначають розрахун-ком за методикою, викладеною у ДБН В.2.6-14-95 “Покриття будинків і споруд”.
Для будівель, розташованих у районах із середньомісячною темпера-турою липня 21oС і вище, необхідно враховувати додатково теплостійкість в літніх умовах.
З метою запобігання накопиченню вологи в огороджувальних конструкціях опалюваних будівель з внутрішньоцеховою вологістю більше 60% і температурою 16 oС необхідно передбачати пароізоляцію.
При проектуванні виробничих будівель необхідно враховувати вимоги СНиП 21-01-97 “Пожарная безопасность зданий и сооружений”, який вста-новлює необхідні межі вогнестійкості основних будівельних конструкцій (несучих елементів, зовнішніх стін, покриттів) залежно від необхідного ступеня вогнестійкості будівлі. При цьому необхідний ступінь вогнестійкості встановлюють за СНиП 2.09.02-85 “Производственные здания”, який перед-бачає чотири ступеня вогнестійкості конструкцій.
За межу вогнестійкості конструкцій приймають час у хвилинах від початку стандартного випробування до виникнення будь-якого з трьох грани-чних станів: втрати несучої здатності, втрати цілісності або втрати тепло-ізолюючої спроможності. Так, для сучасних огороджувальних конструкцій на базі стального профільованого настилу фактична межа вогнестійкості ста-новить всього 15 хвилин.
У разі необхідності, межу вогнестійкості стальних конструкцій дозво-ляється збільшити конструктивними заходами, використовуючи облицю-вання з цегли або бетону, покриття на основі азбесту, перлиту тощо. Для вогнезахисту несучих ригелів покриття дуже доцільні підвісні стелі.
Для забезпечення нормального освітлення і вентиляції у виробничих будівлях можуть використовуватися ліхтарі, які залежно від їх призначення бувають світлові, аераційні й світло-аераційні.
Для вибухонебезпечних виробництв з метою зменшення негативних наслідків та можливих вибухів необхідно передбачати таке прикріплення огороджувальних конструкцій до несучих, при якому вони можуть вільно від’єднуватися від останніх, що запобігатиме їх руйнуванню.
У будівлях, конструкції яких експлуатуються в умовах низьких від’єм-них температур нижче – 40оС, слід врахувати підвищену небезпечність крих-кого руйнування. Для запобігання цього за вимогами [6] необхідно вико-ристовувати конструктивні форми, які зменшують концентрацію напружень, а також відповідні сталі.
При проектуванні виробничих будівель відповідно до ГОСТ 27751-88 “Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения по расчету” необхідно враховувати їх ступінь відповідальності й господарське значення. Всього встановлено чотири класи відповідальності (и, I, II, III) та відповідні їм значення коефіцієнтів надійності за відпові-дальністю nи, n1, n2, n3, на які слід множити значення навантажень або зусиль. Виробничі будівлі у переважній більшості належать до другого класу як об’єкти, що мають важливе господарське або соціальне значення, для яких у [4] встановлено n2 = 0,95.