Лекция №9. Тема 2.7.Основные принципы проектирования промышленных зданий и их конструктивные решения
Взаимное расположение, объемно-проектировочное решение зданий и сооружений производств по переработке полимерных материалов должны соответствовать требованиям строительных норм и правил СНиП 11 – П.2 – 62 "Производственные здания промышленных предприятий. Нормы проектирования " и СНиП 11 – П.1 – 62 "Складские здания и сооружения общего назначения. Нормы проектирования" [13,14].
Основной задачей размещения схемы производственного процесса в пространстве с учетом характера и размеров здания, а также габаритов и конфигурации помещений является отыскание оптимального решения, которое должно полностью удовлетворять требованиям рациональной организации технологического процесса и отвечать экономичности и целесообразности строительных приемов возведения зданий. Комплексное пространственное размещение технологической схемы с учетом транспортных, противопожарных и санитарно-технических требований определяет расположение производственных помещений и конфигурацию здания.
Качественный уровень зданий и сооружений определяется их капитальностью (степенью долговечности, степенью огнестойкости), эксплуатационными требованиями, а также предъявляемыми к ним архитектурными требованиями.
Эксплуатационные требования должны обеспечивать нормальную эксплуатацию здания или сооружения в течение всего срока их службы и определяются для производственных зданий размерами пролетов помещений, технической оснащенностью, удобством монтажа и демонтажа оборудования, а также устойчивостью против агрессивных воздействий природного или производственного происхождения.
Классификацию проектируемых зданий и сооружений производят в зависимости от следующих признаков: размеров и мощности проектируемого предприятия; концентрации материальных ценностей и уникального оборудования, устанавливаемого в здании.
По совокупности всех этих признаков здания и сооружения промышленных предприятий подразделяют на четыре класса. К первому классу относятся здания и сооружения, к которым предъявляются повышенные требования; к второму и третьему классам относят здания, удовлетворяющие средним требованиям; к зданиям четвертого класса предъявляют минимальные требования.
Долговечностью называют качество зданий, определяемое сроком их службы без потери требуемых эксплуатационных качеств.
Установлены следующие степени долговечности:
Первая степень – с повышенным сроком службы (ориентировочно более 100 лет);
Вторая степень – со средним сроком службы (ориентировочно от 50 до 100 лет);
Третья степень – с пониженным сроком службы (ориентировочно от 20 до 50 лет).
Степень огнестойкости здания и сооружения характеризуется группой возгораемости и пределом огнестойкости основных строительных конструкций и установлена СНиП 11–А.5–70 "Противопожарные нормы проектирования зданий и сооружений".
По возгораемости строительные материалы и конструкции делят на две группы: трудносгораемые и сгораемые [13].
Предел огнестойкости строительной конструкции определяется временем в часах от начала испытания ее на огнестойкость до возникновения одного из следующих признаков:
1. Образования в конструкции сквозных трещин или отверстий, через которые проникают продукты сгорания или пламени;
2. Повышение температуры на необгораемой поверхности конструкции в среднем более чем на 140оС или в любой точке этой поверхности более чем на 180оС по сравнению с температурой конструкции до испытания;
3. Потеря конструкцией несущей способности (обрушение).
По огнестойкости здания и сооружения подразделяют на пять степеней. К первой степени огнестойкости относятся здания и сооружения, все элементы которых выполнены из несгораемых конструкций. В зданиях второй степени огнестойкости все элементы выполняются из несгораемых конструкций, кроме наружных стен из навес-ных панелей и фахверка и перегородок, которые выполняются из трудносгораемых конструкций. В зданиях третьей степени огнестойкости несущие стены, стены лестничных клеток и колонны – несгораемые; несущие конструкции межэтажных перекрытий и чердачных перекрытий и перегородки – трудносгораемые; плиты, настилы и другие несущие конструкции покрытий – сгораемые. В зданиях четвертой степени огнестойкости все элементы здания трудносгораемые, за исключением сгораемых несущих конструкций покрытий. К пятой степени огнестойкости относят здания, у которых все элементы сгораемые.
Степень огнестойкости зданий должна приниматься для зданий первого класса не ниже второй степени; второго класса – не ниже второй степени; третий и четвертый – не нормируется.
Все виды производственных операций, с точки зрения пожарной опасности, разделяются на шесть категорий: А, Б, В, Г, Д, Е. В связи с этим помещениям отделений и цехов, где производятся эти операции, присваиваются те же категории.
К категории А относятся помещения, в которых производятся наиболее опасные операции производства, заключающиеся в выработке и обработке легковоспламеняющихся жидкостей (ацетон, метиловый и этиловый спирт, бензин и др.), могущих дать взрыв с температурой вспышки до 45оС. Такие операции производства разрешается производить в огнестойких и полуогнестойких одноэтажных помещениях.
К категории Б относятся помещения, в которых осуществляется производство и обработка горючих, легковоспламеняемых жидкостей и веществ (уайт-спирт, этиленгликоль, бутиловый спирт, масла и т.д.) с температурой вспышки паров свыше 45оС. Здания этой категории могут быть трехэтажными, если они выполнены из полуогнестойких материалов, и до пяти этажей при выполнении их из огнестойких материалов.
К категории В относятся помещения, в которых производится выработка и обработка твердых горючих, но трудно воспламеняемых веществ и изделий..
К категории Г относятся помещения, в которых производится выработка и обработка невозгорающихся материалов, изделий, веществ, если обработка их производится в горячем, расплавленном или раскаленном состоянии.
К категории Д относятся помещения, в которых осуществляется производство и обработка невозгорающихся материалов и изделий в холодном состоянии.
К категории Е относятся помещения, в которых осуществляется производство и обработка горючих газов или паров в таком количестве, что они могут образовывать взрывоопасные смеси в объеме, превышающем 5% объема помещения. Причем по условиям технологического процесса возможен только взрыв ( без последующего возгорания).
Объемно-планировочные и конструктивные решения вновь строящихся и реконструируемых предприятий необходимо принимать с учетом:
- максимального блокирования основных производственных цехов, вспомогательных и обслуживающих объектов, цеховых контор, конструкторских бюро, бытовых помещений и т.д.;
- унификации объемно-планировочных решений, основных строительных параметров (пролета, шага колонн, высот) нагрузок и конструкций;
- возможности изменения технологического процесса заменой и перестановкой оборудования, без необоснованного увеличения объемов и стоимости зданий;
Объем производственного помещения на каждого работающего должен составлять не менее 15 м3, а площадь не менее 4,5 м2.
Объемы строительства должны быть максимально простыми по компоновке.
Тип здания, его этажность, ширина и высота пролетов, сетка колонн определяются многочисленными факторами. Для производств с горизонтальным технологическим процессом, требующих применения тяжелого кранового оборудования, больших пролетов и высот помещения проектируют одноэтажные многопролетные здания. Многоэтажные здания проектируют для производств с легким оборудованием при нагрузке на перекрытия до 2,5 т/м2, а также в случаях вертикального технологического процесса.
К недостаткам одноэтажных зданий следует отнести увеличение площади занимаемого земельного участка и большую площадь кровельных покрытий, что влечет за собой большие теплопотери.
Размеры пролетов и шагов колонн одноэтажных зданий следует назначать кратными 6 м. Иногда допускается девятиметровые пролеты. Размеры пролетов многоэтажных зданий назначаются кратными 3 м, шаги колонн – равным 6 м.
Высоты (от пола до низа несущих конструкций покрытий на опоре) одноэтажных зданий назначаются кратными 0,6 м, но не менее 3 м. Высоты этажей многоэтажных зданий назначаются кратными 0,6 м, но не менее 3 м. Высота помещений от пола до низа выступающих конструкций покрытия должна быть не менее 2,2 м. Высоту помещения и оборудования в местах регулярного прохода людей принимают не менее 2 м, а в местах не регулярного прохода людей – не менее 1,8 м.
Производства, наиболее опасные по взрыву или пожару следует, если это допускается технологией, размещать:
- в одноэтажных зданиях у наружных стен;
- в многоэтажных – на верхних этажах.
Производства изделий из полимерных материалов могут размещаться в одном здании. При этом производства с одинаковой вредностью и пожарной опасностью необходимо группировать и размещать смежно, отделяя наиболее вредные участки от менее вредных. Производства изделий из термопластов (отделения литья, выдувных, вакуумформованных изделий, производство труб) при переработке одного и того же сырья могут размещаться в общем зале.
Производственные помещения, как правило, следует размещать у наружных стен для обеспечения естественной освещенности и аэрации.
Между производственными и бытовыми помещениями следует размещать коридоры и тамбуры.
Вновь проектируемые производства из пластмасс методом прессования, как правило, следует размещать в отдельных корпусах. То же относится к производству и переработке стекловолокнистых материалов. Отделения (участки) таблетирования должны размещаться в одноэтажных зданиях у наружных стен, а в многоэтажных – в верхнем этаже.
Участки приготовления красок и нанесения печати в производстве изделий из полимеров должны размещаться в одноэтажных зданиях.
Цехи по производству изделий из фторопластов со всеми вспомогательными отделениями рекомендуется размещать в одноэтажных многопролетных зданиях. Все производственные помещения таких цехов должны быть изолированными.
Проектированию зданий и сооружений промышленного назначения всегда сопутствует проектирование вспомогательных зданий и помещений: бытовых, общественного питания, здравпунктов, заводоуправлений, цеховых контор, кабинетов по технике безопасности. Вспомогательные помещения следует размещать, как правило, в пристройках к производственным зданиям шириной 12 м. В случаях, когда такое размещение противоречит требованиям аэрации производственных зданий и помещений или при невозможности защиты от производственных вредностей, вспомогательные помещения следует размещать в отдельных зданиях. Такие здания следует соединять с производственными помещениями отапливаемыми переходами.
При строительстве промышленных зданий применяют в основном типовые сборные элементы конструкций, деталей и узлов. К типовым конструкциям относят конструктивные элементы зданий и сооружений (колонны, плиты перекрытий и покрытий, балки, фермы, стеновые панели, ворота, двери, пролеты окон и фонарей), изготовляемые на заводах по соответствующим чертежам. Все эти конструкции унифицированы. Типизация и унификация конструктивных элементов зданий снижает стоимость промышленного строительства, ускоряет и улучшает его качество.
Основными материалами для несущих конструкций одноэтажных и многоэтажных зданий является сборный железобетон. Стальные конструкции проектируются лишь для высоких многоярусных зданий, в которых необходимо смонтировать тяжелое технологическое оборудование.
Кроме зданий на предприятии имеются инженерные сооружения, к которым относятся трубопроводы, теплотрассы, емкости (силосы, резервуары), башни, а также дороги и эстакады.
Промышленные здания состоят из отдельных частей – фундаментов, стен, перекрытий, каркаса, покрытий, перегородок, лестниц, окон, дверей и полов.
Элементы зданий, воспринимающие силовые и температурные нагрузки и передающие их через фундамент на грунт, называются несущими конструкциями.
Элементы зданий, защищающие внутренние помещения от воздействия внешней среды или отделяющие одно помещение от другого, называются ограждающими конструкциями. В качестве материала для ограждающих конструкций используют железобетон, каменную кладку, металл (сталь и алюминиевые сплавы), дерево и пластмассы.
Габаритные размеры железобетонных унифицированных колонн, балок, ферм, плит настила и покрытий, стеновых панелей и фундаментов приведены в работах [13,14].
Фундаменты и фундаментные балки. В зависимости от характера действующих на фундамент усилий, несущей способности и глубины промерзания грунтов, наличия грунтовых вод, коммуникаций, подвалов, массы оборудования и его габаритов, с учетом типа промышленного здания, требований экономики и капитальности проектируют фундаменты:
- ленточные (балочные);
- столбчатые (отдельно стоящие);
- свайные и сплошные – в виде монолитной железобетонной плиты под всей площадью здания.
Ленточные фундаменты устраивают в слабых и просадочных грунтах при тяжелых нагрузках. Их выполняют из сборного или монолитного железобетона.
Сборные ленточные фундаменты в настоящее время делают из крупных бетонных и железобетонных блоков – подушек различных размеров, которые определяют расчетом или принимают типовыми.
Свайные фундаменты проектируют в случаях залегания у поверхности земли слабых слоев грунта или с высоким расположением уровня грунтовых вод. Железобетонные сваи выпускают квадратного или прямоугольного сечения. При небольших давлениях на свайные фундаменты применяют сваи длинной 4-7 м с сечением 200-250 мм, а при длине 6-10 м 300-350 мм. После забивки свай в проектное положение головные части их выравниваются и связываются монолитным или сборным железобетонным ростверком, который одновременно служит подколонником.
Фундаменты столбчатые наиболее распространены для каркасных одноэтажных и многоэтажных зданий. В этом случае для каждой колонны каркаса здания проектируют отдельный фундамент с подколонниками стаканного типа, а стены возводят с опорой на фундаментные балки.
Железобетонные подколонники выполняют со стаканами, в которые устанавливается колонна. Подколонник устанавливается на плиту.
Фундаментные балки (рандбалки) служат для опирания самонесущих или навесных стен промышленного здания.
При шаге колонн 6 м железобетонные балки выпускают таврового сечения высотой 400 мм с шириной полки 300, 400 и 520 мм, при длине 4950 мм.
Стыковка железобетонных колонн может быть осуществлена путем выпусков арматуры, ее сварки и заделки бетоном или с помощью анкерных болтов.
Колонны служат основой каркаса зданий и они имеют квадратное или прямоугольное сечение. Заделку колонн в стакан фундамента производят на 750 мм в зданиях без мостовых кранов, а с мостовыми кранами на глубину 850 мм.
На колонны устанавливаются ригели перекрытий многоэтажных зданий для пролетов 6 и 9 м, которые имеют высоту 800 мм. Ригели имеют железную арматуру, т.е. они все армированы. Ригели служат опорами для перекрытия между этажами. На ригели устанавливают плиты перекрытий коробчатого типа.
Железобетонные балки и фермы. Их применяют для пролетов от 6 до 18 м в покрытиях промышленных зданий с односкатными, двухскатным и плоским профилем кровли (крыши). В двухскатных балках уклон скатов 1-12. С целью снижения массы в балках делают отверстия.
Стены и стеновые панели. Стены из железобетонных и ячеистобетонных панелей обладают высоким качеством и уменьшают трудоемкость на 30-40 %, чем стены из кирпича. Длина панелей 6-12 м, высота 1,2 и 1,8 м и толщина 200, 240, и 300 мм. Стеновые панели и перегородки могут быть выполнены из разных материалов.
Окна и фонари. Конструктивные решения по заполнению оконных проемов в промышленных зданиях зависят от особенностей технологии производства, температурно-влажностного режима и экономических соображений. В настоящее время заполнение оконных проемов проектируют с железобетонными, металлическими и деревянными переплетами.
Деревянные переплеты (рамы) более просты в изготовлении, дешевы, но менее долговечны, их часто надо красить и т.д.
Двери промышленных зданий ГОСТ 14624-69 по назначению делят: на эвакуационные, транспортные (для провоза изделий и оборудования) и запасные. По местоположению – на наружные и внутренние.
Полы промышленных зданий. Стоимость конструкций полов составляет 12-15 % от полной стоимости промышленного здания. Выбор типа и конструкции полов промышленных зданий зависит от технологического процесса производства с учетом его специфики и условий их эксплуатации.
Полы в одноэтажных зданиях устраивают непосредственно по грунту, а многоэтажных – по железобетонным плитам.
Конструкция пола состоит из покрытия(чистый пол, прослойки, стяжки, гидроизоляции и основания).
Покрытие – это верхний слой пола (одежда), материал которого дает наименование различным типам полов. Покрытие может быть сплошное или штучное (ленолиум – сплошное, кафель – штучное).
Прослойка является соединительным слоем (клеевым слоем) между покрытием, например, ленолиумом и стяжкой.
Стяжка – выравнивающий слой под покрытием пола. Она образует жесткую корку с ровной поверхностью для покрытий рулонного типа.
Гидроизоляцию применяют в тех случаях, когда пол подвергается воздействию сточных вод или грунтовых вод, а также агрессивных производственных жидкостей.
Основанием для полов одноэтажных зданий является уплотненный грунт и железобетонные перекрытия в многоэтажных зданиях.
Лестницы и лифты. Лестницы промышленных зданий подразделяются на:
- входные (основные) и второстепенные – для сообщения между этажами и для эвакуации людей;
- служебные (цеховые) – для обслуживания оборудования и механизмов;
- пожарные и аварийные – для случаев пожара и аварий.
По конструкции проектируют следующие типы лестниц:
1. Сборные железобетонные с отдельными маршами и площадками;
2. Сборные железобетонные из штучных ступеней со стальным или железобетонным посоурам;
3. С железобетонными маршами и площадками, выполненными монолитно;
4. Стальные с площадками (служебные, аварийные и пожарные). Стальные лестницы устанавливают внутри цехов и снаружи промышленных зданий с шириной марша не менее 0,7-0,8 м.
Лифты (пассажирские и грузовые) сблокированы с лестничными клетками, создавая транспортные узлы. Машинное помещение лифта располагают чаще всего над верхней частью шахты. В нижней части предусматривают приямок 1,3-2 м.
Важной задачей при проектировании промышленных зданий является обеспечение необходимых климатических, светотехнических и акустических условий, которые бы отвечали характеру производства. Что может повысить производительность труда.
На предприятиях таких отраслей, как производство искусственного волокна, пленок, оргстекла и т.д. технология производства требует постоянно поддерживать на заданном уровне температуру, влажность, чистоту воздуха и достаточную освещенность.
Список литературы
1. СНиП 11-01-95 "Инструкция о порядке разработки, согласования, утверждения и составе проектной документации на строительство предприятий, зданий и сооружений". – М.: Минстрой Р.Ф., 1995. – 40 с.
2. Дворецкий С.И., Кормилицин Г.С., Королькова Е.М. Основы проектирования химических производств: Учебное пособие. – Тамбов: Тамб. гос. техн. ун-т. 1999. – 184 с
3. ГОСТ 8200-87. Прессы гидравлические для пластмасс.
4. ГОСТ 11997-89. Прессы вулканизационные гидравлические.
5. ГОСТ 18767-87. Литьевые машины.
6. ГОСТ 11441-93. Машины одночервячные для переработки резиновых смесей.
7. ГОСТ 14333-79. Вальцы резинообрабатывающие.
8. ГОСТ 11993-88. Каландры.
9. Оборудование для переработки пластмасс. Каталог. М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1979. 72 с.
10. ГОСТ 11973-88. Вулканизационное оборудование для производства покрышек.
11. ГОСТ 11996-79. Резиносмесители периодического действия.
12. Оленев Б.А., Мордкович Е.М., Калошин В.Ф. Проектирование производств литьевых изделий из пластмасс. М.: Химия, 1977. – 152 с.
13. Шерышев М.А. Проектирование цехов по переработке полимерных материалов: Учебное пособие. М.: Михм, 1980. – 88 с.
14. Макаревич В.А. Строительное проектирование химических предприятий: Учебное пособие. М.: Высшая школа, 1977. – 208 с.
15. Проектирование машиностроительных заводов и цехов: Справочник в 6 т./ Под ред. Е.С. Ямпольского. М.: Машиностроение, 1974.