Форма и функция промышленных зданий

Покрытия зданий с квадратной сеткой колонн устраивают из плоскостных или пространственных систем. В первом случае применяют системы перекрестных железобетонных или стальных ферм (рис.1), во втором — железобетонные оболочки

 

Из железобетонных ферм покрытий предпочтение отдают безраскосным. Они просты в изготовлении и позволяют лучше использовать межферменное пространство. Более простое решение имеет покрытие со стальными фермами. При системе перекрестных ферм можно применять типовые конструкции, светоаэрационные фонари и подвесной транспорт.

Покрытия из оболочек несколько  увеличивают объем здания и усложняют его профиль.

Удорожание покрытия с перекрестной системой ферм компенсируется удешевлением фундаментов, колонн и прочих элементов. Внедрение в строительство более экономичных конструкций покрытия повысит целесообразность применения квадратной сетки колонн.

В некоторых отраслях машиностроения сооружают двухэтажные здания (или одноэтажные с цокольным этажом). На первом (цокольном) этаже, имеющем сетку колонн от 6x6 до 12x12 м, размещают подсобные, вспомогательные и складские отделения, вентиляционные установки, инженерные коммуникации и средства непрерывного транспорта.

Основной этаж с сеткой колонн 12Х1В, 12x24 м и более, освобожденный от второстепенных элементов и предназначенный только для производственных помещений, отвечает требованиям технологической гибкости. Междуэтажные перекрытия монтируют из типовых железобетонных конструкций (ригелей и плит). Такие здания сооружают без кранов, с подвесными и мостовыми кранами

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.1. Примеры зданий машиностроительных предприятий:

а, 6 — одноэтажные с покрытием из плоскостных железобетонных и стальных ферм; в — одноэтажное с покрытием из железобетонных оболочек двоякой кривизны; г, д — двухэтажные с покрытием из стальных и железобетонных ферм

 

Двухэтажные здания, площадь застройки  которых меньше иа 30— 50% одноэтажных, позволяют эффективнее использовать объем, ком- пактнее расположить оборудование и укоротить технологические связи, в них не требуется подвалов и подпольных каналов, стоимость такихзданий на 5—10% меньше, в них можно улучшить интерьеры помещений.

Технологическое оборудование в двухэтажных зданиях устанавливают непосредственно на перекрытие, благодаря чему облегчается его перестановка при модернизации производства.

На рис. 2, а изображено универсальное здание для различных отраслей машиностроения. Здание с шагом колонн 12 м имеет два пролета шириной по 42 м. Покрытие состоит из преднапряженных железобетонных ферм пролетом 42 м и монолитно связанных с ними панелей размером 12X3 м. Конструкция покрытия работает как пространственная

 

Рис. 2. Примеры большепролетных универсальных зданий:

а— для машиностроительных производств; б, в — для производств тяжелой промышленности

 

 

 

 

Универсальные здания основных цехов черной металлургии

 

Быстрый моральный износ  зданий тяжелой промышленности нередко вызывается недостаточной мощностью подкрановых балок и колонн.

До недавнего времени  выплавка стали в мартеновских цехах  производилась в печах с садкой 80, 100 и 250 т; в настоящее же время емкость печей составляет 500, 900 т и более. С увеличением емкости печей потребовалось увеличить шаг колонн до 42—48 м, а грузоподъемности мостовых кранов — до 350—500 т. Были увеличены также пролеты и высота.

Дальнейшее увеличение емкости печей при существующем объемно- планировочном решении  мартеновских цехов (наличие печного, разливочного и шихтового пролетов, установка печей между колоннами среднего ряда) затрудняется из-за нецелесообразности увеличения пролетов мостовых кранов большой грузоподъемности. Увеличение собственной массы кранов снижает коэффициент их полезного действия, удорожая транспортные операции. При этом требуется большой расход стали (более 1000 кГ/м2).

В некоторых цехах  тяжелого машиностроения, где грузоподъемность кранов достигает 500т, иногда их располагают в два или три яруса, что значительно увеличивает высоту зданий.

Несмотря на сложность и специфику технологии сталелитейно-прокатного производства на металлургических заводах целесообразно блокировать отдельные цехи, создавать здания простой конфигурации в плане, применять укрупненные сетки колонн и незначительное число перепадов высот смежных пролетов.

Применение установок  непрерывной разливки стали позволяет  отказаться от цехов изложниц, стрипперных, нагревательных колодцев, обжимных и блокировать сталеплавильное и прокатное производство.

Некоторая универсальность  зданий черной металлургии, унификация строительных параметров и сокращение числа типоразмеров конструкций могут быть достигнуты на основе применения укрупненных сеток колонн: 24X30, 30x30, 30x36 и 36x36 м. Технологический процесс в таких зданиях может обслуживаться кранами, перемещающимися по подкосным эстакадам.

Дальнейшее совершенствование  зданий черной металлургии возможно при отказе от традиционных объемно-планировочных решении цехов и переходе на строительство большепролетных универсальных корпусов с шириной пролетов 60, 72, 96 и 108 м, оборудованных козловыми кранами, подвесным транспортом, транспортерами или напольными погрузчиками. Покрытия в таких зданиях можно выполнять из жестких перекрестных или вантовых ферм или других пространственных систем (рис 2, б, в).

Конструкции зданий черной металлургии должны отвечать условиям работы в агрессивной (главным образом высокотемпературной) среде.

 

Универсальные здания химической промышленности

 

Для многих производств химической промышленности, отличающихся большим разнообразием технологических процессов, целесообразен переход от линейного к пространственному расположению оборудования.

Пространственному размещению технологических  процессов удовлетворяют одноэтажные универсальные здания павильонного типа, имеющие укрупненную сетку колонн (12X24, 12X30 и 12X36 м) и высоту от 8 до 25 м. Оборудование в таких зданиях устанавливают на собственных фундаментах или этажерках, не связанных с конструкциями здания (рис.3). Этажерки выполняют из стальных или железобетонных сборно-разборных конструкций. Такие здания оборудуют подвесным, пневматическим или напольным транспортом.

 

 

Несущие и ограждающие  конструкции павильонных зданий выполняют из сборного железобетона. Фонарные надстройки в большинстве случаев отсутствуют. При сложном переплетении технологических установок и коммуникаций, когда боковой естественный свет не может в достаточной мере проникнуть в глубину помещений, предусматривают искусственное освещение или фон ар и-иллюминаторы.

Здания павильонного типа имеют много преимуществ. Они обеспечивают блокирование основных и подсобных производств, облегчают модернизацию технологических процессов без изменения конструкции здания, являются менее пожаро- и взрывоопасными. В результате упразднения тяжелых междуэтажных перекрытий, освобождения каркаса от технологических нагрузок, сокращения площади застройки, уменьшения поверхности стен и перегородок, возможности одновременного ведения строительных и монтажных работ павильонные здания по сравнению с многоэтажными имеют значительно лучшие технико-экономические показатели.

В зданиях павильонного типа можно размещать также некоторые  производства пищевой, строительной, горно-обогатительной и других отраслей промышленности.

Здания с межферменными этажами

 

В одноэтажных и многоэтажных зданиях с крупной сеткой колонн вследствие большой высоты несущих конструкций покрытия и перекрытий межферменное пространство занимает до 30% объема, не используемого в производственных целях. Кроме того, для скрытия многочисленных коммуникаций в обычных зданиях часто устраивают дорогостоящие и трудоемкие подвесные потолки.

Перечисленные недостатки отсутствуют в зданиях с межферменными этажами, которые располагают в пределах высоты ферм (балок) покрытия или перекрытий. В межферменных этажах размещают обслуживающие, складские помещения, а также коммуникации и инженерное оборудование.

Технологическая гибкость таких зданий достигается, следовательно, блокированием различных помещений  по высоте (в отличие от горизонтального блокирования обычных зданий), четким зонированием площадей различного назначения и применением сеток колонн 6x12, 6x18, 6X24, 12X12, 12X18, 12x24 м и более крупных. Высоту межферменных этажей принимают равной 2,4; 3,0 и 3,6 м.

Для удобства расположения в межферменных этажах эксплуатируемых помещений в качестве несущих конструкций покрытия и перекрытий применяют железобетонные безраскосные фермы с параллельными поясами или с криволинейным верхним поясом (рис. 4, а и рис. 5).

Ниже рассмотрены примеры  конструктивного решения зданий с межферменными этажами из сборного железобетона.

В зданиях с одним межферменным этажом по фермам укладывают ребристые  плиты покрытия размером 3X12 м. Перекрытие монтируют из пустотелых панелей  размерами 1,2x6 м, укладываемых по прогонам длиной 12 м. Последние крепят в узлах нижних поясов ферм (рис. 5,а).

В зданиях с несколькими  межферменными этажами покрытие и междуэтажные перекрытия, опирающиеся на верхние пояса ферм, собирают из ребристых плит длиной 6 м, а перекрытия, опирающиеся на нижние пояса ферм, — из пустотелых панелей, укладываемых на полки поясов (рис. 1-5, б). В шумных цехах к потолку предъявляют акустические требования.

В зданиях с межферменными  этажами целесообразно размещать  предприятия радиоэлектроники, приборостроения, точного машиностроения, а также некоторые производства химической, текстильной, пищевой и других отраслей промышленности.

Для предприятий текстильной промышленности можно сооружать бесчердачные здания с покрытием, совмещающим несущие, теплозащитные и коммуникационные функции (рис. 4, б). Бесчердачное покрытие состоит из железобетонных коробчатых или двутавровых настилов длиной 18 м, укладываемых по балкам покрытия. По настилам укладывают теплоизоляционные армированные легкобетонные плиты. Такое решение значительно повышает индустриальность работ по устройству покрытия.

Непрерывные каналы, образованные пустотами и в результате разреженной укладки настилов, используют в качестве воздуховодов приточного воздуха, для прокладки инженерных коммуникаций и размещения вентилируемых светильников. Днища каналов-воздуховводов , образованных двутавровыми балками, заполняют     металлоасбестоцементными щитами. В здании, показанном на рис. 6, а, плиты перекрытий настланы по железобетонным балкам-стенкам длиной 24 м, а в здании, изображенном на рис. 6 б, — по рамно-раскосным фермам длиной 12 м. По верхним и нижним поясам балок (ферм) уложены панели длиной 6 м.

Например, у зданий с  межферменными этажами площадь  застройки меньше на 10-16% чем у обычных, полезная площадь больше на 16— 20%, на 1 м² полезной площади в них объем меньше на 15—19% и расход железобетона сокращается на 16—31%. Общая стоимость таких зданий на 12—18% ниже.

Кроме того, по сравнению  с обычными здания с межферменными  этажами имеют следующие преимущества:

• в них рациональнее используется строительный объем и компактно расположены помещения основного, подсобного и вспомогательного назначения, полностью скрыты инженерные коммуникации; 
• они не имеют административно-бытовых и других пристроек по периметру, что позволяет беспрепятственно расширять здания и улучшает их архитектурный облик;

 

• плоский конструктивный потолок дает возможность улучшить гигиенические, акустические и эстетические качества помещений, а также уменьшить их объем, что особенно важно для зданий с искусственным микроклиматом.

 

 

Вместе с тем существенным недостатком зданий с межфермениыми этажами следует считать усложнение и утяжеление основных несущих конструкций покрытия.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Здания, имеющие  особую структуру из-за особенностей технологического процесса

 

Как уже говорилось выше к таким знаниям относят: сталелитейные и чугунолитейные заводы, конвертерные цеха,многие химические заводы, электростанции, бетонные заводы непрерывного и цикличного действия, самолето- и караблестроительные производства, где сама функция и оборудование (доменные печи, трубы, градирни, различные емкости)диктует форму здания.

 

АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЕ РЕШЕНИЯ КОМПЛЕКСА ДОМЕННОГО  ЦЕХА

Современная доменная печь представляет собой мощный тепловой агрегат для производства жидкого чугуна путем науглероживания восстановленного железа и является очень сложным комплексным инженерным сооружением (рис. 7 ).

К основным элементам  комплекса доменной печи относятся : здание доменной печи (литейные дворы и поддоменник), здание колошникового подъемника, помещение панелей системы загрузки, воздухонагреватели, пылеуловитель, здание управления печью и воздухонагревателей, лифт.

Рис 7.Перспектива комплекса  доменного цеха

 

1 и 2 — литейные дворы № 1 и № 2; 3 —доменная печь; 4 — лифт; 5 — здание управления печью и воздухонагревателями; 6 — пылеуловитель; 7 — здание воздухонагревателей; 8 — воздухонагреватели; 9 — дымовая труба; 10 — здание газоочистки; 11- скруббер; 12 — электрофильтры; 13 — коксоподача; 14— галереи; 15 — бункерная эстакада; 16 — наклонный мост; 17 — аглофабрика

Рис. 8 Схема планировочного прямоугольного решения литейного двора: