Промышленное здание

Производственное здание – здание, в котором размещены средства производства и люди, на рабочие места подведены производственные ресурсы и на них обеспечены безопасные и безвредные условия производительного труда.

Инженер-механик, разрабатывающий проект производственного участка, должен иметь представление об устройстве производственного здания. Форма, материалы и размеры элементов, методы и критерии расчета зданий регламентированы строительными нормами и правилами (СНиП).

Классификация зданий. Промышленные здания классифицируют по различным признакам:

– функциональному назначению;

– количеству пролетов и этажей;

– долговечности;

– устройству несущих элементов;

– приспособленности к установке кранов;

– форме в плане;

– соответствию климатическим условиям;

– методу застройки;

– взрывопожарной и пожарной опасности;

– способу естественного освещения.

С учетом функционального назначения здания бывают:

– основные производственные (цехи, участки и другие подразделения, выпускающие товарную продукцию);

– вспомогательные производственные, в которых размещают подразделения отдела главного механика (заготовительное, слесарно-механическое, ремонта технологического и грузоподъемного оборудования), отдела главного энергетика (котельную, трансформаторные подстанции, компрессорную, насосные, электроремонтное отделение, газовую службу), инструментальный цех (отделения заготовительное, сварочное, слесарно-механическое, прецизионной обработки), экспериментальные лаборатории и др.;

– складские (склады открытого и закрытого типа для хранения ремонтного фонда, запчастей и материалов, топлива, годовой продукции и др.);

– транспортные (гаражи для тракторов и автомобилей, зоны технического обслуживания и ремонта и др.);

– административно-бытовые (заводоуправление, столовая, буфеты, медпункты, для бытовых помещений, учебных занятий и общественных организаций).

В ряде случаев отдельные производственные здания состоят из частей, каждая из которых выполняет одну или несколько из ранее приведенных функций.

По количеству пролетов здания бывают одно- и многопролетными.

По количеству этажей здания подразделяют на одноэтажные, многоэтажные и комбинированные. В последнем случае многоэтажные административно-бытовые помещения могут быть встроены в одноэтажные производственные здания.

Строительные нормы предусматривают три степени долговечности (капитальности) конструкций зданий: первая степень – не менее 100 лет, вторая степень – не менее 50 лет и третья степень – не менее 20 лет.

По устройству несущих элементов здания подразделяют на каркасные, бескаркасные и с частичным каркасом.

В каркасном здании его несущие функции выполняет каркас, который представляет собой жесткую систему связанных между собой фундаментов, колонн, балок и ферм. Колонны и балки выполнены из железобетона или металла. В каркасных зданиях все нагрузки от собственного веса его частей, кранового оборудования с грузом, снега и ветра воспринимаются элементами каркаса, а стены из крупных железобетонных блоков и панелей только играют роль ограждающих элементов.

В бескаркасных зданиях наружные стены выполняют из кирпича или бетонных блоков, их несущие и ограждающие функции совмещены. Бескаркасные здания со стенами, усиленными пилястрами, бывают одноэтажными и имеют сравнительно небольшие размеры.

В каркасном здании стены монтируют на колонны (рис. 1.1 а), а в бескаркасном (рис. 1.1 б) подкрановые балки с рельсами монтируют на пилястрах.

Здания предприятий строят, как правило, одноэтажными каркасными.

По приспособленности к установке кранов здания бывают крановые и бескрановые. Опорные кран-балки перемещаются в крановых зданиях по рельсам, установленным на подкрановых балках прямоугольного сечения, которые, в свою очередь, установлены на консолях колонн. Здания оснащают мостовыми кранами только при необходимости перемещения грузов массой 10 и более тонн. Подвесные кран-балки перемещаются по двутавровым балкам, подвешенным на стропильных балках или фермах. Концы двутавровых балок жестко заделаны в стенах здания. В бескрановых зданиях можно использовать кран-балки на собственных опорах.

Форма здания в плане может быть различной: прямоугольной, Т-, П- или Ш-образной. Раньше строили узкие и длинные прямоугольные здания для лучшего использования естественного освещения. Т-образную форму имеют здания с административно-бытовой пристройкой. П- и Ш-образную форму имеют здания предприятий, в которых направления перемещений обрабатываемых частей агрегатов или машин перпендикулярны перемещению агрегатов или машин при сборке. Наименьшие строительные расходы и тепловые потери имеют место в том случае, если производственное здание имеет в плане форму квадрата, поэтому в настоящее время строят здания с очертанием, приближающемуся к квадрату.

По соответствию климатическим условиям здания разделяют на холодные и теплые. Холодные – это не отапливаемые здания с облегченными стенами и покрытиями. Они защищают людей и оборудование от атмосферных осадков, ветра и солнечной радиации. К ним относят, например, навесы. Теплые здания оснащены термоизолирующими стенами и отопительными системами.

По методу застройки здания делят на рассредоточенные и сплошные. Последний вид зданий более предпочтительный. В этом случае под одной крышей размещают все здания.

По взрывопожарной и пожарной опасности производственные помещения зданий относят к категориям А, Б, В, Г и Д. Устройство зданий или их частей в этом случае должно соответствовать требованиям СНиП 2.09.02-85 “Производственные здания”.

По способу освещенности естественным светом здания подразделяют с боковым, верхним и комбинированным освещением. Производственные здания следует, как правило, проектировать с комбинированным естественным освещением. В покрытиях многопролетных зданий устраиваются световые фонари. Они могут быть прямоугольной (а), пятиугольной (б), треугольной (в), М-образной (г) и пилообразной (д) формы (рис. 1.2). Широкое применение нашли прямоугольные П-образные фонари с вертикальным остеклением.

Устройство промышленного здания. В начале строительства убирают и сохраняют плодородный слой почвы и образуют основаниездания.

Основание здания – это массив грунта, находящийся в силовом взаимодействии с подземной частью здания. Основание рассчитывают на давление 0, 20–0, 25 МПа. При необходимости основание здания укрепляют цементным раствором или уплотняют вибрационными устройствами.

Производственное здание (рис. 1.3) состоит из каркаса, стен и перегородок, кровли, фонарей и водостоков, полов и отмостки, ворот, дверей и окон.

Элементы железобетонного каркаса одноэтажного здания: фундаменты и фундаментные балки, колонны и связи, подкрановые и стропильные балки, подстропильные и стропильные фермы.

Фундамент – это конструктивный элемент здания, предназначенный для передачи нагрузки на основание. Он может быть из отдельных свай, башмаков или плит. Оголовки свай служат опорой башмаков или плит. Башмаки стаканного типа являются опорой колонн, плиты, образующие сплошной ленточный фундамент, – опорой для стен. Башмаки, расположенные по периметру здания, связаны фундаментными балками.

Колонны – это вертикальные элементы каркаса здания. Колонны воспринимают нагрузку от ферм, балок, покрытия и верхнего транспорта и опираются на фундаментные башмаки, в которых закреплены бетоном. Железобетонные колонны бывают сборными или монолитными. Первые колонны более экономичны. Сборные железобетонные колонны состоят из колонн наружных и внутренних рядов, отличающихся формой элементов для установки подкрановых балок. Сечения колонн пропорциональны их высоте. В многопролетных зданиях с шириной пролета от 12 до 24 м колонны, как правило, имеют сечение 400´ 400 мм. Для увеличения жесткости каркаса применяют металлические связи колонн.

Подстропильные и стропильные фермы – горизонтальные элементы здания, которые связывают верхние концы колонн и служат опорой кровельных панелей. Кроме того, они воспринимают нагрузку от фонарных устройств, кровельного настила с осадками и подвесного транспорта с грузом. В качестве материала ферм используют сборный железобетон или металл (для пролетов 24 м и более). Указанные функции также могут выполнять стропильные и подкрановые балки.

Кровля защищает здание от дождя, снега и ветра и замыкает горизонтальную конструкцию здания. Она включает плиты, паровую изоляцию, утеплительный настил, фонари, водоизоляционные покрытия, цементно-песочные стяжки и верхние защитные покрытия. В качестве материала для утеплителей применяют пенобетон, для паровой изоляции – рубероид, для верхних защитных покрытий – толь, гравий на мастике.

Кровля может быть горизонтальной или скатной. В конструкцию горизонтальной кровли входят устройства для внутреннего отвода воды. Со скатных крыш вода стекает по наружным отводам.

Фонари обеспечивают освещение рабочих мест и естественную регулируемую вентиляцию (аэрацию) помещений. Фонари бывают только световые (для зданий с избытками явного тепла до 23 Вт/м³), только аэрационные и светоаэрационные (для зданий с избытком явного тепла от 23 до 50 Вт/м³). Длина фонарей составляет не более 120 м. Расстояние между торцами фонарей и между торцом фонаря и наружной стеной здания должно быть не менее 6 м.

В прецизионных производствах, а также в северных районах, где естественное освещение кратковременное, предусматривают бесфонарные кровли и постоянными искусственными освещением и вентиляцией.

Стены, перегородки, окна, ворота, двери и лестницы составляют вертикальное ограждение здания.

Стены – это основная часть вертикальных ограждений. В каркасных зданиях применяют навесные или подвесные стены, выполненные из панелей длиной 6 или 12 м, высотой 1, 2 и 1, 8 м и толщиной 300–500 мм. Стены бескаркасных зданий выполняют из кирпича, мелких и крупных блоков. Толщина кирпичных стен составляет 510 мм (кладка в два кирпича).

Перегородки разделяют здание на отдельные помещения, в которых размещают производственные участки, кладовые, склады, места цеховых руководителей и др. Перегородки делают из кирпича, гипсовых панелей и металлопроката.

Оконные проемы необходимы для освещения и аэрации помещений. Оконные проемы выполняют глухими или в виде открывающихся створчатых переплетов. Остекление бывает одинарным или двойным.

Ворота замыкают магистральные проезды и служат для проезда транспортных средств. Для прохода людей в них могут быть калитки. Высота ворот не менее чем на 0, 2 м превышает высоту проезжающих транспортных средств с грузом, а ширина, соответственно, на 0, 6 м. Ширина ворот должна быть достаточной для перемещения технологического оборудования. Типовые ворота имеют следующие размеры (ширина´ высота): 2, 0´ 2, 5; 3, 0´ 3, 0; 3, 0´ 3, 5; 4, 0´ 3, 0 и 4, 0´ 4, 2 м. Ворота для проезда пожарных автомобилей имеют высоту не менее 4, 2 м.

Ворота бывают створчатыми (распашными), раздвижными (откатными), подъемно-складывающимися и шторными.

Двери делятся по назначению на эвакуационные, транспортные и запасные; по расположению – на наружные и внутренние. Ширина дверей – 1, 0; 1, 5 и 2, 0 м, а высота – 2, 4 м.

Лестницы размещают у капитальных стен с лестничными клетками шириной 2, 5–3, 0 м. Лестницы и выходы из зданий размещают на расстоянии 50 м (максимум 100 м) от наиболее удаленного рабочего места.

Полы должны быть прочными, обладать малой истираемостью, несгораемостью, бесшумностью, масло- и кислотостойкостью и не образовывать пыль при движении напольного транспорта. Элементы пола:

– подстилочный слой толщиной 100–150 мм из шлака, гравия или щебня;

– гидроизоляция, которая защищает пол и помещение от грунтовых вод;

– стяжка – слой, образующий жесткую, плотную и ровную корку по нежестким или пористым элементам пола;

– прослойка – промежуточный слой между стяжкой и последующим слоем пола;

– покрытие – верхний слой, который взаимодействует с оборудованием, транспортом, изготавливаемыми или ремонтируемыми объектами и людьми. Покрытия бывают сплошными (бетонные, металлоцементные и др.) и из штучных материалов (металлических плит, керамической плитки, деревянных шашек и др.).

Общая толщина пола примерно 250 мм. На полу указанной толщины возможна установка и работа некоторого оборудования без фундаментов.

При применении в производстве агрессивных и вредных веществ (кислот, щелочей, солей, нефтепродуктов и др.) предусматривают химстойкие полы, не допускающие сорбцию указанных веществ.

Если рабочие места организуют на бетонных (в т.ч. с металлической или керамической плиткой) или асфальтовых полах, то рабочих размещают на деревянных решетках.

Требования к полам и стенам помещения определяются характером технологического процесса и применяемыми материалами. При этом должна быть обеспечена возможность механической уборки помещения.

При устройстве полов руководствуются данными табл. 1.2.

1.2. Виды покрытий полов различных производственных участков

Координационные оси. Здание в плане разделяют осями на ряд элементов. Эти оси определяют расположение основных конструкций (стен и колонн) и называются координационными осями (рис. 1.4). Координационные разбивочные оси являются основанием для разбивки и привязки здания на местности перед его строительством. Различают продольные и поперечные координационные оси. Они делят здание на его пролеты и шаги колонн. Пересечения этих осей определяют места установки колонн каркасного здания. Координационные оси наносят на основание здания в начале строительных работ. Их обозначают на плане здания следующим образом (рис. 1.5). Вертикальные оси рядов колонн нумеруются слева направо по оси абсцисс последовательными арабскими цифрами, начиная с единицы (1, 2, 3 и т.д.). Горизонтальные оси рядов колонн обозначаются снизу вверх по оси ординат последовательными заглавными буквами русского алфавита (А, Б, В, Г и т.д., кроме З, Й, О, Х, Ц, Ч, Ш, Ъ, Ы, Ь).

Привязка конструктивных элементов здания – это указание их расположения относительно координационных осей.

При проектировании каркасных зданий геометрические центры сечений колонн средних рядов совмещают с точками пересечения координационных осей.

Привязка крайних колонн каркасного здания к его координационным осям приведена на рисунке 1.6. Наружные грани колонн и внутренние поверхности стен совмещают с горизонтальной координационной осью (так называемая нулевая привязка). Оси колонн, примыкающих к торцовой стене, отступают внутрь здания на 500 мм от вертикальной координационной оси.

У бескаркасного здания внутренние грани наружных стен без пилястр привязывают как показано на рисунке 1.7.

Полеты здания. Пролет – это часть здания, ограниченная двумя смежными рядами колонн, перекрытых балками, фермами или другими конструкциями.

Пролеты здания размещаются, как правило, параллельно друг к другу. Пролет характеризуется: шириной и длиной, шагом и сеткой колонн, высотой, объемно-планировочным и планировочным элементами.

Ширина пролета – это расстояние L между смежными продольными координационными осями. Для предприятий наиболее распространены пролеты шириной 18 и 24 м.

Шаг колонн – расстояние t между смежными поперечными координационными осями. Шаг колонн должен быть кратным 6 м.

Длина пролета – это расстояние между крайними поперечными координатными осями. Длина пролета равна произведению шага колон на количество шагов.

Сетка колонн определяется произведением ширины пролета на шаг колонн (L ´ t). Для предприятий наиболее часто применяют сетку колонн 18´ 12 или 18´ 6 м. Укрупненная сетка колонн позволяет более экономно использовать производственную площадь здания.

Унифицированная типовая секция представляют собой блок, состоящий из нескольких одинаковых пролетов одной высоты. Рекомендуются следующие типы секций зданий: размерами в плане 144´ 72 м (10000 м²) и 72´ 72 м (5000 м²) с сеткой колонн 24´ 12 м и 18´ 12 м.

Высота пролета – это расстояние Н от пола до низа несущих конструкций. Кратность высоты пролета составляет 0, 6 м или 1, 2 м.

В зданиях с подвесными кран-балками принимают:

– для пролетов шириной 12 м Н = 3, 6; 4, 2; 5, 4 или 6, 0 м;

– для пролетов шириной 18 или 24 м Н = 4, 8; 5, 4; 6, 0; 7, 2; 8, 4; 9, 6 или 10, 8 м.

Высота пролетов бескрановых зданий или с подвесными талями грузоподъемностью до 5 т включительно составляет 6, 0 или 7, 2 м.

Использование зданий с одинаковыми направлением пролетов, сеткой колонн и высотой помещений в ряде случаев нецелесообразно. Высота здания в средних пролетах обычно превышает ее в крайних пролетах. Участки вспомогательного производства, складские, бытовые и административные помещения, а также участки основного производства – окрасочные и тепловые, выделяющие аэрозоли и отработавшие газы – размещают в крайних низких пролетах.

Объемно-планировочное решение здания определяется количеством, шириной, длиной и высотой пролетов, их относительным направлением и шагом колонн. Это решение должно обеспечить реализацию принятых технологических процессов, возможность реконструкции и технического перевооружения производства, изменение технологического процесса и переход на новые виды продукции.

Условные обозначения элементов производственного здания приведены на рис. 1.8.