Проектирование одноэтажных промышленных зданий

На про­мышленных предприятиях строят преимущественно, одноэтажные здания. В бщем объеме возводимых зданий они занимают около 80%, что в большой степени объясняется их экономичностью по сравнению с многоэтажными. В одноэтажных зданиях несущие конструкции покрытий воспринимают сравнительно небольшие нагрузки (собственная масса и снеговые), что позволяет применять крупные сетки колонн.. Редкая расстановка опор даёт возможность более гибко организовать тех­нологический процесс: свободно размещать производства с тяже­лым оборудованием и внедрять цеховую технологию и технику без коренной реконструкции зданий. В последние годы наметился пе­реход к пролетам 18, 24 и -30 м с шагом колонн 12.м, а для не­ которых производств— 18 м, Здания подразделяют, на бескрановые, оборудованные подвес­ным подъемно-транспортным оборудованием, и оборудованные мос­товыми кранами. По особым технологическим требованиям здания без кранов можно строить, пролетами в 36м. Здание с пролетами в 6 и 9 м применяют сравнительно редко. Сюда относятся одно- и двухпролетные подсобно-производственные здания, объекты.транспортного хозяйства и др.

В унифицированных габаритных схемах пре­дусмотрены скатные и плоские покрытия. Виды покрытий применяют на основе соответствующих указаний по строительному проектированию зда­ний и сооружений для раз­личных отраслей промыш­ленности.

Наиболее про­сты двух пролетные и трех пролетные здания с наружным водостоком. В таких зданиях
имеется освещение через оконные проемы с двух сторон и естественная вентиляция (аэрация). Та­кие здания менее опасны в пожаро- и взрывоопасном отношении, так как наиболее опасные произ­водства можно размещать у наружных стен или в изолированных частях здания. При необходимо­сти можно устроить и верхнее освещение с помощью фонаря. 3 д а н и я сплошной застройки имеют большую ширину (многопролетные) и длину. Такие здания могут иметь искусственное освещение или естественное с фонарями. Естественная вентиля­ция здесь не может обеспечить необходимый температурно-влажностный режим. Поэтому в таких зданиях, как правило, устраивают иискусственную вентиляцию, а для некоторых производств — и кондиционирование воздуха, Покрытия таких зданий могут быть плоские или много скатные. В качестве несущих конструкций покрытия применяют железобе­тонные балки и железобетонные фермы. В этих зданиях водоотвод устраивают внутренний. Многопролетные здания с плоскими покрытиями без фонарей сооружают на предприятиях искусственного волокна, радиоэлектроники и некоторых других производств, где необходимо определенный температурно-влажностный режим. Одноэтажные здания, оборудованные мостовыми кранами, имеют пролеты 18, 24, 30 мм и соответственно большую высоту поме­щений, что зависит от грузоподъемности кранов и габаритов технологического оборудования. В виде исключения по требованиям технологии в зданиях, оборудованных кранами, применяют пролеты по 12 м. Здания, оборудованные Мостовыми электрическими кранами, как правило, возводят многопролетными. В трех пролетном здании с повышенным средним пролетом освещение предусматривают через оконные проемы в стенах, используя перепад высот этажей. В пятипролетном здании освещение обеспечиваете через окон­ные проемы и фонарь.

Более сложны в конструктивном отношении многопролетные здания с фонарными надстройками. Несущими конструкциями по­крытия служат железобетонные предварительно напряженные балки или фермы.

К одноэтажным производственным зданиям относятся здания павильонного типа. Они отличаются большими пролетами и боль­шой высотой помещений, что позволяет размещать производства с разнохарактерными технологическими процессами, чаще всего с вертикальными схемами: химической, пищевой промышленности (сахарные, крахмалопаточные заводы)- и др. Для размещения тех­нологического оборудования внутри здания устанавливают встроен­ные железобетонные или металлические этажерки.

Павильонные здания проектируют одно-, двух- и трехпролетные. Сетки колонн принимают 24X12, 30X12, 36x12м; колонны желе­зобетонные двухветвевые; иногда применяют стальные колонны; не­сущие конструкции покрытия, железобетонные или металлические фермы. Высота зданий может достигать 25,2 м. Как было сказано, каркас, являющийся несущей основой здания, воспринимает всё нагрузки — постоянные и временные. Он состоит из поперечных и продольных элементов. Поперечными конструкциями являются рамы, состоящие из вертикальных элементов колонн, и горизонтальных несущих конструкций покрытий (балок или ферм). К продольным элементам относят подстропильные конструкции и связевые элементы, располагаемые в уровне опорных частей не­сущих конструкций покрытий. В зданиях, оборудованных кранами, связевыми элементами в продольном направлении служат подкра­новые балки. Устойчивость и жесткость каркаса и всего здания в продольном, направлении обеспечивается также настилом покры­тия и специальными вертикальными связями.

.Колонны. При проектировании зданий используют типовые сборные железобетонные колонны. Для бескрановых зданий высотой до 10,8 м применяют колонны прямоугольного сечения. Размеры сечения железобетонных колонн применяют следую­щие: крайних и средних колонн при шаге 6 м, пролетах до 24 м и высоте этажа до 7,2 м —400X400 мм; крайних колонн при том же шаге и пролетах и высоте этажа до 10,8 м —500x500 мм, сред-. них колонн —500X600 м.м. В максимальную расчетную нагрузку включают полный вес по­крытия со световыми фонарями, снеговую нагрузку, и подвесной транспорт грузоподъемностью до 5 т.

В высоту таких колонн включают их заглубление до 900 мм ни­же отметки чистого пола; при этом верхний обрез фундамента дол­жен иметь отметку минус 0,150 м. Общая высота колонн состоит из высоты надземной части, равной высоте этажа, и подземной части, равной 900 мм.

Средние колонны при шаге 6 м имеют в верхней части двусто­ронние консоли для увеличения площади опирания под несущие конструкции покрытия. Колонны изготовляют из бетона марок 200, 300, 400; армируют их сварными каркасами из горячекатаной стали периодического профиля класса А-Ш. В колоннах предусмотрены закладные дета­ли: в голове —для крепления «несущих конструкций покрытия и по боковым плоскостям для крепления стеновых панелей не несущих стен. Для лучшей заделки колонн в стаканах фундаментов на ниж­них концах по двум сторонам устраивают горизонтальные канавки глубиной 25—50 мм через 250 мм. Для каркасов одно- и многопролетных зданий, оборудованных мостовыми и электрическими кранами грузоподъемностью 10 и 20 т с пролетами 18 и 12 ми высотой этажа 8,4—10,8 м, применяют колон­ны прямоугольного сечения. При тяжелом режиме работы используют стальные подкрановые балки, при средних режимах— разрезные железобетонные. Крайние колонны имеют односторонние консоли для опирания подкрановых балок.. Общая высота колонн слагается из надземной части, соответствующей высоте этажа, и. подземной части, равной 1000 мм. Средние колонны имеют две консоли укладки подкрановых балок.

Двухветвевые железобетонные колонны применяют для зданий, оборудованных мостовыми кранами общего назначе­ния грузоподъемностью 10-50 т, а также для бескрановых зданий с высотой этажа в 10,8—18 м при пролетах, равных 18, 24 и 36 м. Шаг колонн для крайних рядов 6 и 12 м, для средних— 6 м.. При шаге крайних колонн в 6 м несущие конструкции покрытий (стропильные) устанавливают на колонны с тем же шагом; По средним рядам. их опирают на подстропильные конструкции. В этом случае высота средних колонн, уменьшается на 700 мм. Размеры сечений ветвей колонны и над консольной части зависят от грузоподъемности крана, высоты этажей, шага колонн. Двухветвевые колонны изготовляют из бетона марки 300 или 400. Внутренние и наружные колонны имеют закладные детали для крепления связей. Колонны фахверков применяют для крепления самонесущих тор­цевых и продольных стен в одноэтажных промышленных зданиях. Такие колонны рассчитывают на вертикальную нагрузку от навес­ных стен и горизонтальную ветровую. Для изготовления фахверков торцевых стен при высоте этажа до 4,8 м при­меняют металлические прокатные профили — двутавры №24—27. Для фахверков продольных стен при высоте этажа до 6 м применяют железобетонные колонны прямоугольного сечения 400X400 или 400x500мм. При строитель­стве зданий с высотой:этажа 14,4-г-18 м применяют двухветвевые железобетонные колонны с верхней металлической частью. Колонны жестко закрепляют нижними концами в фундаментах и шарнирно в верхней части. Как пояснялось выше, сечение колонн принимают в большинстве случаев сплошное прямоугольное, из-за чего много расходуется железобетона. В настоящее время начинают применять новые типы: колонн двутаврового сечения и пустотелые. При замене прямо­угольных колонн на двутавровые из повышенной марки бетона, расход его можно сократить на 30—35%.
Обвязочные балки в каркасных зданиях предназначают для опирания на них кирпичных или мелкоблочных стен в местах перепада высот, а при устройстве ленточного остекления — для опирания части стены, расположенной над остеклением. Балки изготовляют из железобетона прямоугольного сечения или прямоугольного с полочкой. Высота таких балок 585 мм, толщина* их 250 и 380 ит для кирпичных стен и 190 и 390 мм —для стен из легкобетонньй
камней. Обвязочные балки прикрепляйте колоннам с помощью специальных столиков, из прокатных уголков. На. перемычки укладывают несущие и. самонесущие стены над; оконными или дверными проемами. Типовые железобетонные перемычки выпускают для проемов шириной в 3000 и 4500 мм, длиной соответственно, 3500 и 5060 мм. Сечение перемычек прямоугольное или прямоугольное с полочкой.

Подкрановые балки. Для промышленных зданий, обо­рудованных мостовыми кранами грузоподъемностью в 10, 20 и 30 т легкого и среднего режимов работы при шаге колонн 6 л 12 м, применяют сборные подкрановые балки из предварительна напряженного железобетона. Длина балок 6 и 12 м, высота 100Ои 1400 мм. Балки длиной 6 м имеют тавровое сечение, длиной 12 м — двутавровое; Как особенно ответственные, их изготовляют из бето­на марок 300 — 500, в качестве арматуры применяют высокопроч­ную проволоку или стержневую периодического профиля.

Несущие конструкции покрытий. При шаге колонн 6 м несущие конструкции покрытия, называемые стропильными,., располагают, как правило* поперек здания и опирают непосредст­венно на колонны При шаге колонн 12 м часто применяют подстропильные конст­рукции; располагаемые продольно, они служат опорами для стро­пильных конструкций при укладе их с шагом 6 м. Их широко применяют для зданий массового строительства с пролета­ми до 18 м.

Односкатные балки, применяют для устройства покрытия про­летов 6 и 9, м. Сечение балок тавровое, в опорных узлах имеются вертикальные ребра жесткости. Уклон верхнего пояса принимают 1:12 Двускатные балки используют для зданий с ломаным профилем покрытиям пролетами в 6-18 м. Балки пролетом 6 и-9 м имеют тавровое сечение, а в опорных узлах вертикальные ребра жест­кости. Высота в опорной узле у балок пролетом 9 м равна 600 мм, при пролете 6м — 400 мм. Балки пролетом 12 и 18 м устанавливают с шагом колонн 6 м. Сечение балок - двутавровое, вертикальная стенка имеет толщину 80 мм, в опорных узлах есть утолщения. Такие балки изготовляют из предварительно напря­женного железобетона; на­прягаемую арматуру распо­лагают в нижнем поясе и ча­стично в вертикальной стен­ке.

Балки с параллельными поясами применяет для уст­ройства плоских покрытий пролетами 12, 18 и 24 м. Се­чение балок — двутавровое с толщиной вертикальной стенки 3---8 см, в опорных узлах они имеют прямо­угольное сечение.Бал­ки рассчитаны на нагрузку от покрытий и на подвесной транспорт грузоподъемно­стью до 5 т. Такие балки из­готовляют из бетона марок. 400 и 500.

Подстропильные балки предназначают в качестве опор для стропильных /балок при шаге колонн 12 м; в зданиях с плоскими или скатными покрытиями. Длина балки соответствует пролету 12 м, высота ее 1500 мм, сечение тавровое с полкой внизу.. В опор­ных узлах и в середине нижний пояс.имеет утолщения для установ­ки концов стропильных балок. Для опирания балок на колонны или стены в опорных узлах имеются специальные закладные детали в виде металлических листов.

Сегментные стропильные фермы применяют для устройства скат­ных покрытий с фонарями или без них. Верхний пояс фермы имеет сегментное очертание с прямолинейными участками, между узлами и прямолинейный нижний пояс. Решетка состоит из стоек и наклон­ных элементов. Фермы применяют для перекрытия про­летов в 18, 24 и 30 м.. Высота в опорных узлах для всех ферм при­нята равной 800 мм, что позволяет сочетать фермы. с односкатными железобетонными балками без перепада высоты покрытия Фермы устанавливают на железобетонные колонны при их шаге 6 м или на подстропильные фермы при шаге колонн 12 м. Верхний пояс ц элементы решетки изготовляют из обычного железобетона, армируемого каркасами, нижний пояс — предварительно напряжен­ный. Марки бетона 300, 400 и 500. Фермы с параллельными поясами используют для устройства плоских покрытий зданий без фонарей. Длина ферм рассчитана на пролеты 18 и 24 м, верхний и нижний пояса располагают параллельно, решетка состоит из стоек и раскосов. Высота фер­мы 27 М. Такие фермы могут выдержать нагрузку до 30 кПа (250— 300 кгс/м²). Фермы, устанавливаемые через '6 м, рассчитаны на подвесной транспорт грузоподъемностью до 5 т. В строительстве одноэтажных производственных зданий применяют фермы с вертикальными элементами решетки-безраскосные. Такие фермы могут быть с параллельными поясами и иметь криволинейное очертание. Пространство между такими фермами можно использовать для прокладки раз­личных коммуникаций и размещения вспомогательных помещений, так как фермы имеют высоту до 3 м Подстропильные железобетонные фермы применяют в покрытиях зданий при шаге колонн 12 м для опирания на. них стропильных ферм, устанавливаемых с шагом 6 м..Фермы для скатных покрытий зданий имеют горизонтальные нижние пояса, в опорных узлах располагают вертикальные стойки. Для опирания плит по­крытий подстропильные фермы для зданий с плоскими покрытиями имеют та­кую же конфигурацию

Металлический каркас. Основные конструкции.

Металлические каркасы для одноэтажных промышленных зданий устраивают при большой.высоте этажа—.более 18 м и шаге колонн более 12 м, а также для зданий с мостовыми кранами грузоподъемностью бо­лее 75т или при двухъярусном расположении кранов. Металлические каркасы требуются также для зданий возводимых на подрабатываемых территориях и на вечномерзлых грунтах при пролетах более 12 м или при высоте этажа более 8,4 м. Металлические несущие конструкции покрытий предусматрива­ет в зданиях с легким покрытием не более 0,1 кПа (100 кгс/м²), в зданиях с пролетами более 30 м при скатных покрытиях, и более 24 м при плоских покрытиях, а также над участками металлургиче­ских цехов с большими выделениями тепла.. Металлические каркасные конструкций целесообразно устраи­вать также для зданий с большими динамическими нагрузками.. Металлический каркас состоит из колонн, ферм покрытий и горизонтальных и вертикальных связей по колоннам и фермам покрытия. Продольные вертикальные связи между колоннами устанавливают в каждом продольном ряду в середине температур­ного блока. Кроме того, что настил из железобетонных плит„ приваренных к фермам образует жесткую горизонтальную диафрагму; для. обеспечения пространственной жесткости каркаса по краям температурного блока фермы попарно соеди­няют еще горизонтальными и вертикальными связями в единый блок. Остальные фермы крепят продольными верхними распорками в плоскости верхнего пояса ферм и нижними растяжками в плоскости нижнего пояса. Вертикальные связи покрытия располагают в плоскостях продольных крайних рядов колонн и по середине, пролета, равного 24 и 30м, а при пролете в 36 м — в третях пролета..Связи, (распорки и растяжки) делают из прокатных стальных профилей, уголков или швеллеров одиночных или двойных, соединенных сваркой.

С т а л ь н ые колонны устанавливают в одноэтажных зда­ниях высотой до 23,4 м, оборудованных кранами с пролетами до 30 м. Такие колонны в сериях типовых рабочих чертежей преду­смотрены двух вариантов: с проходными отверстиями сквозь ко­лонну для возможности обслуживания кранов: во время _работы,что требуется при круглосуточной непрерывной работе кранов, и без проходных отверстий. Привязку край­них колонн с проходами принимают равной 500 мм, без проходов 250 мм. Колонны имеют ступенчатую форму, верхние части их — сплош­ного; двутаврового сечения. Нижняя часть средних колонн состоит из двух сварных двутавровых ветвей, соединенных решеткой.V крайних колонн внутренняя ветвь—двутавровая, а наружная в виде составного швеллера из двух прокатных уголков единенных листом. Элементы решетки, изготовляют из проката уголков и приваривают к полкам ветвей с внутренней стороны.

Габариты колонн выбирают с.учетом высоты этажа и грузоподъемности кранов. Заглубляют колонны ниже отметки чистого на 1000 мм, а прикрепляют к фундаментам анкерными болт которые вставляют в отверстия опорной литы башмака и закреп­ляют гайками. В соответствии с шагом колонн балки изготовляют пролетами в б, 12 и 24 м. Сечение балок —тавровое, со сплошной стенкой, уси­ленной вертикальными двусторонними ребрами. В опорных узлах торцевые ребра выступают за плоскость нижнего пояса и служат опорами балки. Высоту подкрановых балок: принимают с учетом грузоподъёмности крана, пролета здания и длины балки. Изготовляют такие балки из стали марки Ст. 3 или из низколегированных сталей путем сварки.

Несущие конст р у к ц и и по крыт и_й. В зданиях с металлическим каркасом в качестве несущих конструкций покрытия используют фермы. Фермы стропильные для скатных покрытий применяют для зда­ний с пролетами от 18 до 36 м. Геометрические очертания; ферм для всех пролетов, построены по единой схеме. Фермы подразделяют на бесшпренгельные,. рассчитанные на плиты покрытия шириной 3 м (в этом случае верхние узлы/ферм располагают на расстоянии 3 м), и шпренгельные. Последние имеют дополнительную решетку. При опорных узлах, размещаемых через 1,5 м,.на фермы укладывают плиты шириной 1,5 м.Такие фермы изготовляют путем сварки прокатных уголков различных сечений, соединяемых попарно. Фермы подстропильные используют для устройства покрытий.при шаге колонн 12 м и шаге стропильных ферм 6. м. Ферма пред­ставляет собой решетчатую конструкцию с параллельными поясами. Всё элементы фермы изготовляют из стальных прокатных уголков/соединенных попарно с зазором по толщине фасонок.

Фермы стропильные для плоских покрытий применяют в бес фонарных зданьях с пролетами 18—36 м и шаге колонн 6 и 12 м. Их" можно устанавливать как на стальные, так и на железобетонные колонны. Фермы имеют параллельные пояса с небольшим уклоном верхнего пояса (1,5%), который компенсирует небольшое провиса­ние фермы в процессе эксплуатации. Пояса фермы и решетку из­готовляют из прокатных уголков марки стали Ст. 3 на сварке Фермы подстропильные имеют такую же конфигура­цию, что и стропильные. Применяют их для шага ко­лонн 12 м и в расчете на со­средоточенную загрузку до 155 т на средний узел от стропильной фермы. Изготовляют такие фермы из прокатных угол­ков из низколегированных сталей. В последние годы широко применяют облегченные металличе­ские несущие конструкции и покрытия, изготовленные из трубча­тых элементов в комбинации с тонколистовыми профилированными стальными и из алюминиевых сплавов листами и теплоизоляцион­ных материалов на основе полимеров плотностью до 300 кг/м³.
Квадратные в плане размеры модуля позволяют компоновать из них здания различных размеров и конфигураций в плане. Колонны располагают по углам элемента на расстоянии 6 м от контура. Структурная плита типа «Кисловодск» имеет габаритные раз­меры в плане 30x30 и 36x36 м с сеткой колонн соответственно 18Х18 и 22Х 24 м. Высота плиты 2,12 м, размеры ячеек 3x3 м.Колонны проектируют из двух швеллеров можно применять и обычные железобетонные колонны. В сочетании с легкими стеновыми конструкциями типа «Сэндт вич» с металлическими обшивками и утеплителем из пенополиуре­тана строят сборные здания из полносборных легкие металличе­ских конструкций (ЛМК) в комплекте с необходимым санитарное техническим оборудованием, системами вентиляций и освещения. Общая масса зданий из таких легких конструкций в 4—5 раз меньше аналогичных, вы­полненных из железобетонных. Поточные методы производства дают возможности снизить трудовые затраты на изготовление стеновых панелей в. 10 раз и более по сравнению с железобетонными, а не­сущих конструкций покрытий в 1,3—1,5 раз. В целом снижение трудоемкости монтажа и высокая заводская готовность сборных элементов позволяют сократить сроки строительства в 2—2,5 раза.