Лекция 4 проектирование многоэтажных промышленных зданий

Унифицированные габаритные схемы и типы зданий.

Много­этажные промышленные здания по производственным площадям занимают примерно 20% от общих площадей. Положительным качеством многоэтажных зданий является их компактность, в 'связи с чем заметно сокращается протяженность инженерных и транс­портных коммуникаций. В многоэтажных зданиях размещают предприятия химической, радио- и электротехнической, легкой и пищевой промышленности, т. е. тех отраслей, в которых выпускаемая продукция и применяе­мое технологическое оборудование .имеют сравнительно небольшую массу — его можно размещать на междуэтажных перекрытиях.. В многоэтажных зданиях размещают также производства, в ко­торых технологический процесс организуется- по вертикали. В этом случае материалы поднимают на верхний этаж, откуда они перемещаются на нижележащие этажи для переработки. К таким производствам относятся предприятия по переработке и хранению зерна и др. На предприятиях химической промышленности многие цехи оборудуют вертикально расположенной аппаратурой большой 'высоты» откуда жидкие материалы транспортируются самотёком. Для таких производств целесообразно тоже строить многоэтажные здания, или этажерки.. Здания-этажерки представляют собой многоярусные металлические или железобетонные сооружения без ограждающих стеновых конструкций и покрытия . На них размещают такое технологическое оборудование химической и нефтегазовой промышленности, на которое атмосферные влияния не оказывают вредного воздействия. Для широкого строительства многоэтажных зданий разработаны их унифицированные габаритные схемы и номенклатура сборных железобетонных, конструкций заводского изготовлений (серия ИИ-20(70), ИИ-1.420-6 и ИИ-04). По этим схемам можно строить здания с сетками колонн 6x6 и 9x6 м.. Нагрузка на междуэтажные перекрытия предусмотрена 1—2,5 кПа (1000—2500 кгс/м²) для зда­ний с сеткой колонн 6X6 м и 0,5—1,5 кПа'с сеткой колонн 9X6 м.' Здания могут быть двух-, трех- и многопролетные с высотой этажей 3,6—10,8 м. Высоту 7;2 м применяют для нижних и верхних этажей, 10,8 м — только для верхних этажей зального типа. .В верхних этажах для помещений зального типа (ширина эта­жа соответствует ширине здания) высоту определяют, от уровня пола до низа несущей конструкции покрытия. Наиболее экономичной конструктивной схемой, при­меняемой при проектирова­нии многоэтажных зданий, является каркасная. Здания с внутренним каркасом" и несущими стенами строят срав­нительно редко .

Здания из сборных же­лезобетонных элементов

Многоэтажные каркасные здания сооружают по рамной схеме, с же­сткими узлами. Каркас состоит из колонн, соединенных жестко с балками (ригелями) междуэтажных перекрытий и покрытий. В со­вокупности они образуют поперечную многоярусную раму, жестко защемленную в фундаментах. В продольном направлении попереч­ные, рамы связывают настилом перекрытий и покрытия, образую­щих жесткие диафрагмы. Продольная жесткость обеспечивается также стальными вертикальными связями, которые размещают по­средине каждого температурного блока.

Колонны. Для сооружения многоэтажных зданий применяют типовые сборные железобетонные колонны. Колонны могут быть двухэтажной разрезки высотой на два этажа л поэтажной — высотой на один этаж . Для каркаса двух нижних этажей чаще всего применяют колонны двухэтажной разрезки. Для третьего и четвертого этажей высотой 3,6 и 4,8 м устанавливают колонны тоже двухэтажной разрезки. Крайние колонны имеют консоли с одной стороны, средние —с двух сторон. На консоли опирают ригели междуэтажных перекрытий и покрытия.. Колонны нижних этажей заделывают в стаканные фундаменты на 0,6 и 1 м. Стыкуют колонны на высоте 1,8 м от плоскости плит перекрытий, что обеспечивает удобство производства работ при монтаже. Такое расположение стыка объясняется также наименьшими усилиями, возникающими в стойке каркаса при эксплуатации здания.. Сечения железобетонных колонн прямоугольные 600x400 и 400X400 мм, причем колонны для нижних этажей применяют се­чением 600X400 мм. На сечение 400X400 мм переходят на уровне верхней плоскости консоли второго этажа. Колонны изготовляют из бетона марок 300—500. Для стыковки колонн предусмотрены стальные оголовки, состоящие из двух вертикальных листов и сва­ренных между ними двух прокатных уголков. Стык колонн закрепляют при помощи электросварки стыковых накладок из арматурной стали и последующей зачеканкой его раствором или бетоном марки не ниже 300. Для опирания и приварки ригеля на консолях колонн имеются закладные детали, кроме того, в колонне предусмотрены горизонтальные выпуски арматуры для соединения их с арматурой ригеля путем, ванной сварки и замоноличивания бетоном. В колоннах верхнего этажа имеются гнезда для ригелей покрытий' или креп­ления стропильных конструкций пролетом 18 м. - На консолях колонн преду­смотрены детали для крепления подкрановых балок. Ригели (балки междуэтажных перекрытий) изготовляют двух типов:: -для опирания плит на полки , II-для опирания их на верхнюю плоскость ригеля. Ригели II типа отличаются от Г формой поперечного сечения. . Длина ригелей зависит от их расположения в здании (крайние, средние), а так­же от расположения по этажам, что зависит от сечения колонн Междуэтажные перекрытия в зданиях, проектируемых по унифицированным габаритным схемам, как правило, делают сборными из типовых деталей. Несущими конструкциями являются ригели типов I и II с ограждающими элементами — ребристые желе­зобетонные плиты, образующие сплошной настил, по которому ук­ладывают пол. Железобетонные плиты имеют поперечные ребра жесткости. Выпускают два типоразмера плит основные (рядовые) шириной 1,5 м и доборные (пристенные) шириной 740 мм, которые уклады­вают у продольных стен (рис. 51). В продольных ребрах основных плит при необходимости делают отверстия диаметром 35 мм для подвески электропроводки и коробов вентиляции и технологических трубопроводов. Ригель типа II имеет прямоугольную форму и высоту 800 мм. Плиты междуэтажных перекрытий укладывают на верхнюю плос­кость ригеля (поверху). Из-за такой конструкции и большого, с веса балки внутрь помещения затрудняется использование внутреннего пространства. Ребристые железобетонные плиты имеют лоткообразную форму с внутренними поперечными ребрами жесткости и утолщенными крайними ребрами. Ширина таких плит 1,5 м. Межколонные плиты имеющие в торцах вырезы для колонны, служат распорками, пе­редающими горизонтальные продольные нагрузки на каркас зда­ния . Для пропуска через перекрытие трубопроводов и другого технологического оборудования в полках плит можно устраивать

отверстия диаметром до 200 мм.

Многоэтажные здания по проектам серии ИИ-04 можно сооружать при нагрузках на междуэтажные перекрытия до 1 кПа (1000 кгс/м²). В габаритных схемах предусмотрены сетки колонн 6X6 м с числом пролетов до десяти и количеством этажей не бо­лее 6. Каркас здания состоит из сборных железобетонных элементов колонн и ригелей. Устойчивость каркаса и здания в целом в попе­речном и продольном направлениях обеспечивается установкой вертикальных железобетонных панелей —диафрагм или стальных связей. Привязка колонн к разбивочным осям предусмотрена сим­метричная (ось колонны совпадает с пересечением разбивочных осей).Колонны для таких зданий применяют железобетонные высотой на один или два этажа.. Сечение колонн квадратное 400X400 мм, для опирания балок-ригелей имеются прямоугольные (скрытые) консоли. Ригели применяют в качестве несущих конструкций междуэтажных перекрытий двух типов: для перекрытий с многопустотными плитами (с гладкими потолками) и для перекрытий с ребристыми потолками . Ригели имеют прямоугольную форму с полочками (выступами) для опирания плит.. Плиты перекрытий в этих случаях применяют двух типов: многопустотные для помеще­ний с гладкими потолками и ребристые. Многопустотные плиты используют трех видов: рядовые шириной 1500 и 1200 мм, толщиной 220 мм, плиты-распорки и пристенные. Ребристые плиты для таких зданий можно, применять тоже трех видов: рядовые шириной 1500 мм, пристенные шириной 900 мм и плиты-распорки, ук­ладываемые между колоннами. Для, зданий серии 1.420-6 габаритными* схемами предусмотрена сетка колонн 12x12 м с нагрузками на 1 м² междуэтажных, перекрытий 0,5, 0,75 и 1 кПа. Число пролетов ограничивается пятью (ширина здания до 60 м); количество эта­жей — от трех до пяти. Такие здания -каркасные с самонесущими стенами, колонны железобетонные с консолями высотой на два этажа и одноэтажные. Междуэтажные перекрытия можно устраивать двух видов: из мно­гопустотных плит, образующих гладкий потолок, и ребристых плит шириной 1,5 и 3,0 м

Монтажные балки и панели. В случаях размещения в здании тяжёлого оборудования с большими сосредоточенными на­грузками применяют так называемые монтажные балки и панели. Монтажная панель образуется из металлических балок —главных, опираемых на полки ригеля, и второстепенных, укладываемых на главные балки. Настил делают из рифленых стальных листов. Пре­дельная величина сосредоточенной нагрузки от главной балки на ддин ригель допускается не более 13 т. Для устройства проемов больших размеров применяют мон­тажные панели. Плиты изготовляют из бетона марок 200 и 300. При расчетной нагрузке более 2 кПа арматуру в плитах_; предварительно напря­гают. Для перекрытий типа I монтажные панели могут иметь наиболь­ший размер проема поперек здания 4500 мм и-вдоль 3350 мм. Монтажные панели с проемами для перекрытий типа П устраи­вают из железобетонные балок (главных и. второстепенных).Для установки тяжелых горизонтальных аппаратов вместо плит предусматривают железобетонные балки таврового сечения с шириной полки 730 мм. Балки укладывают на ригели по одной или спаренно .

Здания с безбалочными перекрытиями. Для не­которых промышленных производств строят многоэтажные здания с безбалочными перекрытиями — сборными железобетонными. Та­кие перекрытия имеют ряд преимуществ. Гладкие потолки, не имеющие ребер, препятствуют застою воздуха, что особенно важно для производств с взрывоопасными выделениями и с высокой степенью гигиеничности. Кроме того, помещения с гладкими потолками равномернее освещаются. В таких перекрытиях на колонны с консолями надевают сборные квадратные в плане капители, служащие опорами надколонным панелям. Эти панели, укладываемые в двух направлениях, образуют замкнутый контур, на который опираются пролетные панели, имею­щие квадратную форму. Здания с безбалочными перекрытиями могут иметь и другие ре­шения. Так, при расположении межколонных плит в одном направ­лении пролетные плиты опирают на межколонные, подобно настилу в балочных конструкциях.. Здания со сборно-монолитными и монолитными перекрытиями. Многоэтажные здания универсального назначения, т. е. с большими пространствами и без перегородок, строят, как правило, из. сборных типовых конструкций, включая элементы перекрытий.. Од­нако в ряде случаев сборные перекрытия нельзя применять из-за наличия динамических нагрузок и необходимости делать многочисленные отверстия через перекрытия для прокладки технологических и инженерных коммуникаций. В таких случаях устраивают сборно-монолитные . конструкции или монолитные железобетонные. На устройство таких конструкций тратится много труда» в том числе и ручного, что удлиняет сроки строительства. В сборно-монолитных конструкциях более совершенно использу­ются сборные несущие конструкции и сборные железобетонные пли­ты в качестве опалубки, которые в дальнейшем замоноличиваются; в конечном итоге получается цельная (неразрезная) конструкция, удовлетворяющая требованиям индустриального строительства.. Оно состоит из ригелей, которые можно рассматривать как главные балки; на ригели укладывают второстепенные балки, ко­торые затем замоноличивают вместе с плитой. Такие перекрытия отличаются большей несущей способностью, и в них предусмотрено необходимое количество отверстий и проходов. Многоэтажные здания с монолитным железобетонным каркасом и перекрытиями возводят в тех случаях, когда на перекрытия дей­ствуют большие нагрузки, в том числе динамические. Монолитные железобетонные перекрытия устраивают также при большом числе отверстий для технологических трубопроводов и оборудования. Здания с монолитными железобетонными конструкциями в настоящее время строят редко в связи с большой трудоемкостью производства работ. Монолитный железобетонный каркас состоит из колонн, главных балок-прогонов и второстепенных балок, на которые опирается железобетонная плита .Прогоны обычно располагают в по­перечном направлении, а второстепенные балки —в продольном.. Толщину плит принимают 80—100 мм. .В качестве арматуры для железобетонного каркаса применяют также прокатные стальные профили. Такие каркасы легко заготовлять и монтировать. Они отличаются большой несущей способностью, долговечностью, огнестойки, так как бетон предохраняет сталь от коррозии и высоких тем­ператур, но более дороги.

Здания со стальными каркасами.

Стальной каркас имеет несколько преимуществ перед желе­зобетонным, в первую очередь благодаря меньшей собственной массе и не ­большим размерам сече­ний. К преимуществам от­носятся также простота и индустриальность изготовления, возможность вы­полнения работ по монтажу в любое время года. Вместе с тем стои­мость металлического кар­каса более высокая по сравнению с железобетон­ным, а коррозионная стой­кость и огнестойкость не­достаточны. Элементами стального каркаса многоэтажных зданий являются колонны, главные балки-ригели и второстепенные балки. Главные балки обычно располагают поперек здания, второстепенные по продольной оси. В случаях применения в качестве настила крупноразмерных же­лезобетонных плит потребность во второстепенных стальных балках отпадает. Стойки каркаса выполняют из широкополоч­ных сварных двутавров, ригели и второстепенные балки для не­больших нагрузок делают из прокатных двутавров, для больших — сварные.

Двухэтажные здания.

В промышленности довольно широко распространены двухэтажные производственные здания. По конструктивным решениям они имеют много общего с многоэтажными зданиями, но из-за специфики объемно-планировочных и конструк­тивных решений их выделяют в отдельную группу. Одной из существенных особенностей таких зданий является то, что половина производственных площадей приходится на первый этаж, причем тяжелое оборудование размещают или непосредствен­но на полу, или на специальных фундаментах. На втором этаже обычно размещают легкое технологическое оборудование, сырье и продукцию. Там же можно размещать инженерные коммуникации и помещения подсобных производств. В этих зданиях целесообразно и экономически выгодно разме­щать производства, требующие строго определенного температурно-влажностного режима со сложной и тонкой технологией. Для этого устраивают подвесные потолки и размещают инженерные и технологические коммуникации в межферменном пространстве — техническом этаже. В двухэтажных зданиях нередко размещают предприятия при­боростроения, точного машиностроения, тонкой химической техно­логии, легкой и пищевой промышленности. В практике строительства наиболее распространены здания сле­дующих типов: с одинаковой сеткой колонн на первом и втором эта­жах ; с укрупненной сеткой колонн на втором этаже; здания с укрупненной сеткой колонн на первом и вто­ром этажах и техническим полуэтажом в пределах строительной высоты перекрытия, Конструктивные схемы двухэтажных зданий аналогичны реше­ниям многоэтажных. Эти здания — каркасные с самонесущими сте­нами. Каркас монтируют из сборных железобетонных элементов за­водского изготовления. Колонны с консолями для опирания балок междуэтажных перекрытий и, балок покрытий применяют высотой на два или на один этаж. Ригели междуэтажных перекрытий по форме поперечного сече­ния аналогичны ригелям многоэтажных зданий (серии ИИ 20/70) но имеют большую высоту и рассчи­таны на нагрузки в 1,5—5 (от 1500 до 5000 кгс/м²).

В качестве несущих конструкций покрытий при укрупненной сетке колонн второго этажа применяют предварительно напряженные же­лезобетонные балки с параллельными поясами. Междуэтажные перекрытия состоят из сбор­ных железобетонных элементов — ригелей и ребристых железобетонных плит.

Лестницы и лифты. Лестницы, уст­раиваемые в многоэтажных зданиях, подразде­ляют на основные, служебные, пожарные и аварийные. Лестницы в зданий размещают так, чтобы обеспечить бо.лее короткие и удобные проходы на этажи. Лифты в многоэтажных зданиях устраивают пассажирские и грузовые в соответствии с типовыми решениями, применительно к унифицированным высотам этажей.Пассажирский лифт грузоподъемностью 500 кг (вместимостью 7 чел.) имеет кабины шириной 1100 мм, глубиной 1650 мм и высотой 2200 мм. Шахту лифта блокируют с лестничной клеткой, делаявыходы на лестничную площадку. Сзади кабины размещают ее про­тивовес. Грузовые лифты для вертикального перемещения грузов разме­щают в соответствии с техническими требованиями в любом месте здания, но чаще всего их блокируют с основными лестницами, предусматривая грузовые площадки. Шахты лифтов выкладывают из кирпича толщиной стен 250 или 380 мм. Грузовые лифты выпускают грузоподъемностью в 0,5, 1,0, 2,0, 3,0 и 5,0 т. Грузовые лифты устраивают с проходными кабинами, размещая противовесы сбоку кабин. Помещения машинных отделений рас­полагают сверху, над шахтой, .в отдельных случаях — внизу рядом с шахтой. Размеры машинных отделений предусматривают больше размеров шахт; перед входом устраивают площадки размерами 1000x1000 мм для удобства обслуживания лифта и ремонта обору­дования. Перекрытия над шахтой делают из монолитного железо­бетона.

Для самоконтроля предусмотрен чертеж