Унификация и типизация. Привязка к осям
Унификация и типизация при проектировании промышленных комплексов, зданий и сооружений независимо от их технологического профиля осуществляется на единой научно-методической основе с соблюдением принципов индустриализации и модульной координации.
Унификация объемно-планировочных и конструктивных решений промышленных зданий имеет две формы — отраслевую и межотраслевую. Если в прошлом унификация объемно-планировочных и конструктивных решений промышленных зданий проводилась в рамках данной отрасли промышленности, то в настоящее время создаются унифицированные промышленные здания для разных отраслей промышленности. Создание межотраслевой системы унификации объемно-планировочных и конструктивных решений промышленных зданий позволяет сократить число типоразмеров конструкций, снизить стоимость строительства и создать условия для повышения уровня его индустриализации.
Для удобства унификации объем промышленного здания расчленяют на отдельные части или элементы.
Объемно-планировочным элементом или пространственной ячейкой называют часть здания с размерами, равными высоте этажа, пролету и шагу.
Планировочным элементом или ячейкой называют горизонтальную проекцию объемно-планировочного элемента. Объемно-планировочные и планировочные элементы в зависимости от расположения их в здании могут быть угловые, торцевые, боковые, средние и элементы у температурного шва . Температурным блоком называют часть здания, состоящую из нескольких объемно-планировочных элементов, расположенных между продольными и поперечными температурными швами или между температурными швами и торцевой или продольной стеной здания.
С момента своего возникновения унификация прошла несколько стадий: линейную, пространственную и объемную.
Линейная унификация позволила установить вначале частично, а затем в комплексе величины отдельных параметров производственных зданий и некоторых их сочетаний. Так были унифицированы пролеты и высоты зданий, шаг колонн, а также нагрузки, действующие на конструкции и грузоподъемность мостовых кранов.
Путем пространственной унификации было сокращено число сочетаний параметров по пролетам, высотам и шагам колонн и получены унифицированные объемно-планировочные элементы, применение которых дает возможность создавать множество схем промышленных зданий, различных по габаритам. В зависимости от характеристик технологических процессов унифицированная габаритная схема промышленного здания может быть использована для разных отраслей промышленности.
Объемная унификация позволила сократить число типоразмеров конструкций и деталей зданий и тем самым повысить серийность и снизить стоимость их изготовления, кроме того, было сокращено число типов зданий, созданы условия для блокирования и внедрения прогрессивных технологических решений.
Рис.1. Членение унифицированной габаритной схемы промышленного предприятия на температурные блоки и объемно-планировочные элементы
Для некоторых отраслей промышленности производственные здания выполнялись со сборным железобетонным каркасом и оснащались подвесными или мостовыми кранами грузоподъемностью до 50 т. Для таких отраслей разработка проектов зданий велась на основе применения унифицированных типовых секций (УТС) или унифицированных пролетов (УТП).
Унифицированная типовая секция — объемная часть здания, состоящая из нескольких пролетов постоянной высоты. Габариты секции зависят от характера технологического процесса и конструктивного решения здания. Чаще всего такая секция представляет собой температурный блок здания. Поэтому максимальная ее длина равна расстоянию между поперечными температурными швами, а максимальная ширина — предельному расстоянию между продольными температурными швами.
Блокируя унифицированные типовые секции и пролеты между собой, можно получить объемно-планировочное и конструктивное решение промышленного здания требуемой величины с параметрами (пролета, шага, высоты), отвечающими технологическим условиям.
Рис.2. Основные параметры одноэтажного кранового каркасного промышленного здания
Рис.3. Примеры компоновки одноэтажных промышленных зданий из унифицированных типовых секций.
Длины температурных блоков составляют 72 или 144 м. В зависимости от приема компоновки в здании применяют три типа УТС: I — блокируемые по длине и ширине; II — блокируемые только по длине; III — одно- и двухпролетные УТС, пристраиваемые к многопролетным секциям. Наибольшее применение в проектировании одноэтажных зданий получили УТС с размерами в плане 144 х 72 и 72 X х 72 м, с сетками колонн 24 X 12 и 18 х 12 м .
Отступления от габаритов унифицированных типовых секций и унифицированных типовых пролетов возможны только при соответствующем технико-экономическом обосновании.
Использование типовых секций сокращает объем проектной документации, уменьшает стоимость проектных работ, сокращает сроки проектирования, позволяет поднять качество проектов и применять минимальное число типов конструктивных элементов.
В целях упрощения конструктивного решения одноэтажные промышленные здания проектируют в основном с пролетами одного направления, одинаковой ширины и высоты. Применение в одном здании различных по величине и высоте пролетов возможно только в том случае, если это обусловливается технологическим процессом и необходимостью удовлетворить требования, связанные, например, с блокированием цехов. В тех же случаях для отдельных производств может быть допущено взаимно перпендикулярное расположение пролетов.
Перепады высот в многопролетных зданиях менее 1,2 м обычно не устраивают, поскольку они значительно усложняют и удорожают решение здания. Перепады более 1,2 м, необходимые по технологическим условиям, обычно совмещают с температурными швами.
Шаг колонн по крайним и средним рядам принимают на основании технико-экономических соображений с учетом технологических требований. Обычно он составляет 6 или 12 м. Возможен и больший шаг, но кратный укрупненному модулю 6 м, если допускает высота здания и величина расчетных нагрузок.
В зданиях, оборудованных мостовыми кранами, создающими значительные нагрузки, высоту помещения и отметку верха крановой консоли колонн увязывают не только с пролетом, но и с грузоподъемностью крана и шагом колонн каркаса .
В многоэтажных промышленных зданиях сетку колонн каркаса назначают в зависимости от нормативной полезной нагрузки на 1 м2 перекрытия. Размеры пролетов назначают кратными 3 м, шаг колонн кратным 6 м. Так, при нагрузке до 10000 Н/м2 (1000 кг/м2) применяют сетку колонн 9x6 м, а при нагрузках 20000 и 25000 Н/м2 (2000 и 2500 кг/м2) — 6x6 м. Применение других сеток колонн возможно лишь при соответствующем технико-экономическом обосновании. Высоты этажей многоэтажных зданий устанавливают кратными укрупненному модулю 0,6 м, но не менее 3 м.
Образование объемно-планировочной структуры многоэтажных промышленных зданий достигают аналогично одноэтажным зданиям, т. е. путем блокирования унифицированных объемно-планировочных элементов или секций
Длину многоэтажного промышленного здания назначают в зависимости от технологического процесса. Объемно-планировочные решения (габаритные схемы) многоэтажных зданий характеризуют число пролетов, их размер, этажность и наличие подвесного транспорта или мостовых кранов.
Рис.4. Габаритные схемы многоэтажных промышленных зданий
Большое влияние на сокращение числа типоразмеров конструктивных элементов, а также на их унификацию оказывает расположение стен и других конструкций здания по отношению к модульным разбивочным осям.
Унификация промышленных зданий предусматривает определенную систему привязки конструктивных элементов к модульным разбивочным осям. Она позволяет получить идентичное решение конструктивных узлов и возможность взаимозаменяемости конструкций.
Сказанное относится к промышленным зданиям со сборными железобетонными или стальными каркасами. Возможны и другие способы привязки, если они не усложняют решение здания, не увеличивают число типоразмеров сборных элементов и не повышают стоимость строительства. При применении монолитных железобетонных конструкций или покрытий в виде пространственных систем привязку к разбивочным осям и решение деформационных швов (осадочных и температурных) подвергают проработке.
Перепады высот необходимо совмещать с продольными температурными швами. При невозможности такого совмещения перепады величиной 1,8 м допускаются в тех случаях, если ширина низкой части здания при 6-метровом шаге колонн превышает 60 м, а при 12-метровом шаге колонн и при наличии подстропильных конструкций превышает 90 м. Перепады величиной 2,4 м допускаются, если ширина низкой части здания при 6-метровом шаге колонн превышает 36 м, а при 12-метровом шаге колонн и наличии подстропильных конструкций превышает 60 м.
В целях унификации объемно-планировочных решений размеры пролетов одноэтажных промышленных зданий следует назначать: для зданий без мостовых кранов равными 12, 18 и 24 м, а для зданий с мостовыми кранами — 18, 24 и 30 ж и более — кратными 6 м.
Высоты помещений (от поверхности чистого пола до низа несущих конструкций покрытия на опоре) следует назначать: в зданиях без мостовых кранов для пролетов 12 м — 3,6; 4,2, 5,4 и 6 м; для пролетов 18 и 24 м — 5,4; 6,0; 7,2; 8,4; 9,6; 10,8; 12,6 м; для пролетов 18 м допускается, кроме того, высота 4,8 м.
В зданиях с мостовыми кранами высоту помещений следует принимать :
В зданиях со сборным железобетонным каркасом при высоте помещений до 18 м, оборудованных мостовыми кранами грузоподъемностью до 50 т, отметку верха консолей колонн следует назначать:
Отметка верха консолей в зданиях со сборным железобетонным каркасом, оборудованных мостовыми кранами
Высоту пролета цеха с мостовыми кранам и определяют, исходя из габаритных размеров высоты оборудования и размеров транспортируемых краном изделий
Рис. 5. Схема для определения высоты пролета цеха, оборудованная мостовым краном
Величина h (от уровня пола до верха головки подкранового рельса) определяется по формуле
h= К+z+е+f+c
где К — высота наиболее высокого станка или агрегата (принимают не менее 2,3 м); z — размер промежутка между транспортируемым изделием, поднятым в крайнее верхнее положение, и верхней точкой наиболее высокого объекта оборудования (принимают не менее 400—500 мм); е — высота наибольшего по размеру изделия в положении транспортирования; f — расстояние от верхней кромки наибольшего транспортируемого изделия до центра крюка крана в верхнем его положении (принимают не менее 1 м); с — расстояние от предельного верхнего положения крюка до верха головки подкранового рельса. Размеры расстояния с для кранов различной грузоподъемности приведены ниже.
Ширина пролета.
Величины пролетов мостовых кранов
При расстановке станков и оборудования необходимо учитывать эти расстояния, в противном случае крюк не будет подходить к середине станка и использовать крюк невозможно, так как при подъеме груза краном оттяжка крюка от вертикальной оси не допускается правилами техники безопасности. При проектировании промышленных зданий, оборудованных мостовыми кранами, необходимо учитывать зависимость между пролетом крана (расстояние между вертикальными осями подкрановых рельсов) LK и пролетом цеха L, которая приведена.
Рис.6. Зависимость меду пролетами мостовых кранов Lк и пролетами цеха L
Для того чтобы можно было ремонтировать кран без перерыва его работы, предусматривают проходы вдоль подкрановых путей.
Для I группы кранов грузоподъемностью до 50 т пролет крана должен быть меньше пролета цеха на 1,5 м при отсутствии прохода и на 2 м — при наличии прохода; для II группы кранов грузоподъемностью более 50 т — на 2 м при отсутствии прохода и на 2,5 — 3 м меньше пролета цеха — при наличии прохода.
Рис.7. . Схема расположения одного подвесного крана для пролетов а-12 и 18м, б-18 и 24м, в-30 и 36м
Рис.8. Схема расположения двух подвесных кранов для пролетов 30 м
Шаг колонн. Шаг колонн по крайним и средним рядам следует назначать равным 6 и 12м на основании технико-экономических требований.
При этом в зданиях с железобетонным каркасом, пролетом 12 м и высотой до 6 м включительно следует принимать шаг наружных колонн равным 6 м; в зданиях без кранов высотой 8,4 м и более и в зданиях, оборудованных кранами, высотой 12,6 м и более следует принимать шаг средних колонн равным 12 м.
Если необходимо получить шаг колонн более 12 м, его принимают кратным 6 м.
Высота помещений. Высота производственных помещений от пола до потолка по санитарным требованиям должна быть не менее 3,2 м, а помещений энергетического и транспортно-складского хозяйства — не менее 3 м, при этом высота помещений от пола до низа выступающих конструктивных элементов покрытия или перекрытий должна быть не менее 2,6 м.
В зданиях с несущими наружными стенами высоту помещений от уровня пола до низа несущих конструкций покрытий на опоре следует принимать кратными 0,6 м.
Рис.9. Привязка колонн и стен к продольным разбивочным осям: а — в зданиях без мостовых кранов; б — в зданиях с мостовыми кранами (нулевая); в — то же, равная 250 мм
Для многоэтажных зданий при нормативных полезных нагрузках в 500, 1000 и 1500кг/м2 следует принимать сетку колонн 6х6 и 9х6м; при нагрузке до 1000 кг/м2 рекомендуется преимущественно сетка колонн 9x6 м.При нагрузке 2000 и 2500 кг/м2 следует принимать сетку колонн 6x6 м.
Высоты этажей многоэтажных зданий от отметки чистого пола до отметки чистого пола следующего этажа следует принимать равными 3,6. 4,8 или 6 м; для первого этажа допускается максимальная высота 7,2 м.
Примечания:
1. В случаях, когда по технологическим условиям требуется высота этажа более 6 м, ее следует назначать кратной 1,2 м.
2. При специальном обосновании допускается применять высоту этажа 4,2 м.
Многоэтажные здания следует проектировать шириной не менее 24 м; лишь для зданий химической промышленности допускается ширина 18 м.
Большое влияние на упрощение конструктивных узлов и на сокращение количества типоразмеров сборных элементов имеет привязка колонн, стен и ферм по отношению к разбивочным осям.
Под привязкой понимают расстояние от модульной разбивочной оси до грани или геометрической оси конструктивного элемента.
Привязка к продольным разбивочным осям. Правила привязки к продольным разбивочным осям следующие:
а) наружные грани крайних колонн и внутренние поверхности стен совмещают с продольными разбивочными осями («нулевая привязка») в зданиях без мостовых кранов и в зданиях, оборудованных мостовыми кранами грузоподъемностью до 30 т включительно, — при шаге колонн 6 м и высоте от пола до низа несущих конструкций покрытия менее 16,2 м;
б) наружные грани крайних колонн и внутренние поверхности стен смещают с продольных разбивочных осей на 250 мм в зданиях, оборудованных мостовыми кранами грузоподъемностью до 50 т включительно, при шаге колонн 6 м и высоте от пола до низа несущих конструкций покрытия 16,2 и 18 м, а также при шаге колонн 12 м и высоте от 8,4 до 18 м ); при соответствующем обосновании допускается смещать наружные грани колонн и внутренних поверхностей стен с продольных разбивочных осей на 500 мм;
в) колонны средних рядов, за исключением колонн, примыкающих к продольному температурному шву, и колонн, установленных в местах перепада высот пролетов одного направления, следует располагать так, чтобы оси сечения и подкрановой части колонн совпадали с продольными и поперечными разбивочными осями.
Продольные температурные швы в зданиях с железобетонным каркасом следует осуществлять на двух колоннах со вставкой, при этом шаг колонн должен быть равен шагу колонн по средним рядам.
Продольные температурные швы в зданиях с цельнометаллическим и смешанным каркасом (железобетонные колонны и стальные формы) следует, как правило, размещать на одной колонне.
Рис.10. Привязка колонн в местах продольных температурных швов в зданиях нри разных размерах между осями: а — без подстропильных конструкций; б —с подстропильными конструкциями
Колонны, примыкающие к продольному температурному шву, и колонны, устанавливаемые в месте перепада высот пролетов одного направления, следует привязывать к продольным разбивочным осям, руководствуясь следующими правилами:
а) при шаге колонн средних рядов, равном шагу колонн крайних рядов (6 или 12 м), т. е. при конструкции покрытия без подстропильных конструкций, колонны привязывают к продольным разбивочным осям в соответствии с правилами, установленными для колонн крайних рядов ;
б) при шаге колонн средних рядов, равном 12 м, и шаге крайних колонн 6 м, т. е. при покрытии с подстропильными конструкциями, колонны следует устанавливать так, чтобы расстояние между продольными разбивочными осями и гранями колонн, обращенными в сторону температурного шва, были равны 250 мм.
а)
б)
Рис. 11. а- привязка торцовой колонны к разбивочной оси; б- привязка колонн среднего ряда к поперечной разбивочной оси в месте поперечного температурного шва
Привязка к поперечным разбивочным осям. Привязка колонн и торцовых стен к поперечным разбивочным осям должна выполняться по следующим правилам.
Геометрические оси сечения колонн, за исключением колонн в торцах зданий и примыкающих к температурным швам, должны совмещаться с поперечными разбивочными осями.
Геометрические оси торцовых колонн основного каркаса нужно смещать с поперечных разбивочных осей внутрь здания на 500 мм, внутренние поверхности торцовых стен должны совпадать с поперечными разбивочными осями («нулевая привязка»).
Поперечные температурные швы следует располагать на парных колоннах. При этом ось температурного шва совмещают с поперечной разбивочной осью, а геометрические оси парных колонн смещают с разбивочной оси на величины, равные размеру привязки торцовых колонн основного каркаса.
Перепад высот между пролетами одного направления в здании с железобетонным каркасом рекомендуется осуществлять на двух колоннах со вставкой.
Размер вставки в зависимости от величины привязок колонн принимают равным 500, 1000 и 1500 мм.
Перепады высот между пролетами одного направления в зданиях с цельнометаллическим каркасом, как правило, следует решать на одной колонне.
Рис.12 . Привязка колонне местах перепадов высот между пролетами одного направления: а — со вставкой 1000 мм; 6 — то же, 500 мм; 1 — балка покрытия; 2 — колонна
Рис.13. Привязка колонн в местах перепадов высот между взаимноперпендикулярными пролетами: а — со вставкой 500 мм; б — то же, 1000 мм
Конструкцию примыкания двух взаимно перпендикулярных пролетов следует осуществлять на двух колоннах со вставкой. При этом ось колонн продольных пролетов, примыкающих к поперечному пролету, смещают с поперечной разбивочной оси на 500 мм. Размер вставки в зависимости от величины привязок колонн следует принимать равным 500 или 1000 мм.
