Проектирование и строительство производственных зданий. Требования к проекту.
Строительство предприятия черной металлургии
К числу основных предприятий металлургических заводов относятся доменные печи, сталеплавильные цехи, прокатные станы. Одноэтажные здания, строящиеся для предприятия черной металлургии, оборудованы опорными мостовыми кранами технологического назначения, в том числе специальными. Пролеты зданий 18— 42 м, причем пролеты 18 и 24 м характерны для отдельно стоящих зданий подсобного назначения (ремонтных цехов, складов, подготовительных производств, насосных станций). Кроме этого, пролеты, равные 18 м (и менее), могут быть построены для помещений подсобного назначения (ремонтных цехов, складов, подготовительных цехов и в травильных отделениях). Наиболее распространены для металлургических заводов пролеты 36, 30 и 39 м. Шаг колонн, как правило, 12 м, значительно реже 6 м, в трубных цехах — до 72 м. Высота этажа колеблется от 12 до 50 м (в конверторных цехах). Самыми повторяемыми являются высоты в пределах 25 м. Все здания отрасли — многопролетные. Среднее число пролетов в сталеплавильных цехах 3–4, в прокатных — 5–6, в уникальных — до 9.
В качестве стропильных конструкций в основных производствах используются металлические фермы, в подсобных — железобетонные. Этот тип конструкций является оптимальным, так как позволяет размещать в своих габаритах различные виды коммуникаций (максимальный диаметр вентиляционных коробов 1250 мм), устраивать галереи, переходные мостики, сети водостоков и улучшить условия для проветривания верхней зоны помещения.
Грузоподъемность опорных мостовых кранов 5–450 т, подвесных кранов (в подсобных производствах) — до 5 т. Грузы из пролета в пролет передаются с помощью передаточных тележек или манипуляторов. В качестве напольных транспортных средств применяются электрокары грузоподъемностью до 300 т, автокары, мульдовые машины. Нагрузка на полы при использовании оборудования и транспортных средств составляет 20 т/м2.
Для производства черной металлургии характерно наличие большой сети коммуникаций. Для прокладки электросетей и удаления грязной воды после смыва окалины широко используются подвальные этажи. Вентиляционное оборудование очень громоздкое и выносится в отдельные цехи. Воздух подается в рабочую зону производственных помещений, а также для охлаждения и обдувки оборудования по специальным тоннелям. В отдельных случаях венткамеры размещаются в подвальных помещениях, под различными участками цехов. Вентиляционные короба иногда подвешиваются к фермам или подкрановым балкам.
Ввиду специфических технологических требований основные производственные цехи часто имеют нетиповые конструктивные решения и соответственно неунифицированные привязки колонн к координационным осям. В качестве материала каркасов здания на 95% площадей используется металл, а для наружных ограждений — панели типа «сэндвич».
Уклон кровли основных производственных цехов назначается в зависимости от используемых конструкций и обычно равен 1/15 или 1/10. В доменных и электросталеплавильных цехах для предотвращения накапливания пыли создаются крутоуклонные кровли. Отметки обрезов фундаментов заглублены и составляют 1,100 м. Наиболее приемлемая разрезка стен — вертикальная. В основных цехах используются как аэрационные, так и светоаэрационные фонари.
Для одноэтажных зданий металлургических предприятий наиболее часто применяются пролеты, равные 24, 30 и 36 м, реже— 48 м. Шаг колонн — 6м. Здания высотой 10,8, 12 и 18 м проектируются и строятся из железобетона, 40 м — из металла. Все здания многопролетные и имеют большие размеры в плане: длина от 120–150 м до 400–500 м, ширина до 200 м. Пролеты до 24 м перекрываются железобетонными несущими конструкциями, большие пролеты — металлическими фермами и структурными конструкциями. Все здания оборудованы кранами. В качестве напольного транспорта используются автокары и автопогрузчики.
На предприятиях применяются мощные системы вентиляции. Вентустановки размещаются на антресолях, во встройках, вставках (в электролитных цехах — вдоль всего блока), а также в отдельных цехах. Кратность воздухообмена в 1 ч. — 3— 5 раз. Разводка вентиляционных каналов осуществляется в межферменном пространстве с сосредоточенной раздачей воздуха вниз из форсунок. При наличии в здании опорных мостовых кранов воздуховоды опускают в пространство между колоннами.
В здании с типовыми конструктивными решениями привязка колонн крайних рядов к продольным координационным осям принимается нулевой или равной 250 мм, в остальных случаях размеры привязок имеют неунифицированные значения. Используется верхняя разводка коммуникаций, часто применяются фонари, причем особенно большая протяженность их в электролитных цехах. Кровли в производствах отрасли проектируются малоуклонными и крутоуклонными (только в металлургическом производстве). Наружные стеновые ограждения выполняются из легких металлических конструкций с горизонтальной их разрезкой. Газовая среда в производственных помещениях в сочетании с высокими температурами агрессивно воздействует на строительные конструкции. В этих условиях расширяется применение стойких к щелочным и кислотным воздействиям полимербетонных конструкций, из которых изготавливают подставки для ванн, где размещаются электролиты. Верх фундаментов каркасов зданий фиксируется на отметках —0,150 и — 0,350 м. Для наружных стен несущими служат цокольные панели, обработанные по низу высокомарочным цементным раствором.
Строительство предприятий по добыче угля
В угольной промышленности одноэтажные производственные здания оборудованы монтажными опорными мостовыми кранами грузоподъемностью до 20 т. В качестве напольных транспортных средств применяются электрокары. Существующие типовые конструктивные решения удовлетворяют технологическим требованиям, предъявляемым к одноэтажным зданиям отрасли.
Здания имеют пролеты 18–30 м, наиболее повторяемые — 18 и 24 м. Шаг колонн равен 6 и 12 м. Высоты этажа — 6, 7,2 (самая распространенная), 8,4, 10,8 м. Здания двух- и трехпролетные. В качестве стропильных конструкций в зависимости от возможностей предприятий стройиндустрии применяются фермы и балки. Ввиду того, что межферменное пространство из-за слабой насыщенности коммуникациями практически не используется, наиболее рациональными конструкциями являются балки.
Производства отрасли, размещаемые в одноэтажных зданиях, не требуют организации подвалов и приямков, изменения отметок обреза фундаментов и привязок колонн к координационным осям. Для размещения подсобных помещений в инструментальных и заточных цехах устраиваются вставки.
Строительство завода металлоконструкций
При проектировании многоэтажного завода металлоконструкций часть основных производственных зданий шахт, разрезов и обогатительных фабрик (группа А-1 — надшахтные здания и сооружения, копры и надствольные здания; группа А-2—объекты переработки угля; группа А-3—погрузочно-складские комплексы) и часть зданий подсобного назначения (например, бетонно-растворный узел базы стройидустрии). Многоэтажными выполняются также механосборочные и электромонтажные цехи производственного объединения «Союзуглеавтоматика».
Основными видами многоэтажных зданий производств металлоконструкций являются: главный (отапливаемый) корпус обогатительной фабрики общей высотой 31,8 или 35,4 м. Каркас здания стальной. Верхний этаж с укрупненной сеткой колонн оборудован опорным мостовым краном грузоподъемностью 10–20 т. Перекрытия здания—монолитные, железобетонные; здание вагоноопрокидывателя (неотапливаемое) с ямой для негабаритных вагонов. Каркас здания выполнен из стали. Перекрытия—монолитные железобетонные. Нижние этажи заглублены, верхний имеет укрупненную сетку колонн и оборудован опорным мостовым краном грузоподъемностью 20 т; сушильный корпус обогатительной фабрики для барабанных сушилок или пневмосопловой сушилки (отапливаемый). Каркас здания стальной с монолитными железобетонными перекрытиями. Корпус оборудован подвесным краном грузоподъемностью 5 т; фильтр-прессовый корпус обогатительной фабрики. Здание отапливаемое бескрановое. Каркас стальной с монолитными железобетонными перекрытиями; пункты погрузки угля или внутренней вскрыши (отапливаемые). Каркас стальной со сборно-монолитными железобетонными перекрытиями. Верхний этаж оборудован подвесными кранами; перегрузочная станция (отапливаемая). Каркас металлургического завода стальной. Верхний этаж с укрупненной до 12 м шириной пролета оборудован специальными подвесными кранами грузоподъемностью до 10 т; бетонно-растворный узел базы стройиндустрии (отапливаемый).
Механосборочные и электромонтажные цехи производственного объединения «Союзуглеавтоматика» решены в конструкциях типовых серий с сетками колонн 9:6 и реже 6:6 и 12:6 м. Наиболее распространенная высота этажей — 4,8 и 6,0 м при регулярном их сочетании.
Доля многоэтажных зданий в отрасли составляет около 10%, из них 70%—здания с укрупненной сеткой колонн верхнего этажа. С опорными мостовыми кранами проектируется и строится около 30% всех зданий, с подвесными кранами—70%.
Установка в зданиях опорных мостовых кранов вызвана технологическими требованиями. В ряде случаев (например, в отделении копров) это специальные краны нестандартной грузоподъемности.
Во всех многоэтажных зданиях производства, запроектированных со стальным каркасом, сочетания высот, этажей при различных унифицированных и неунифицированных модульных их значениях нерегулярные. Сетки колонн также имеют различные комбинации (6:6, 9:6 и 12:6 м).
Для механосборочных и электромонтажных цехов используются типовые конструктивные решения серии 1.420. Одним из технологических требований этих производств является обеспечение рамности каркаса здания в двух направлениях. Ригели должны иметь трапециевидное сечение. Транспортными средствами на перекрытиях зданий являются электрокары и тали. При наличии в местах температурных швов вставок последние могут быть рационально использованы.
Строительство автомобильного завода
В автомобильной промышленности в одноэтажных зданиях применяется подъемно-транспортное оборудование в виде опорных мостовых (как правило, только в литейных цехах) и подвесных кранов, грузонесущих и толкающих конвейеров. Напольными транспортными средствами служат рольганги, электропогрузчики, электротягачи. По технологии производства необходима передача грузов из пролета в пролет при помощи стыкующихся балок, поэтому при типовых конструктивных решениям с 12-метровыми подстропильными фермами подвески кранов опускают ниже этих конструкций. Опорные мостовые краны имеют грузоподъемность 10–30,5 т, а подвесные — 0,5–5 т.
Сетки колонн и высота этажа в зданиях металлургических предприятий назначаются в зависимости от вида производств: в сборочно-сварочных цехах сетка колонн 18:6, 18:12, 24:12 м; высота этажа 4,8, 6, 7,2 и 10,8 м; в кузнечно-прессовых цехах сетка колонн 18:12, 24:12, 30:12, 36:12, 30:18 и 36:18 м; высота этажа 10,8, 12,6, 14,4, 16,8 и 18 м; в литейных цехах сетка колонн 18:6, 18:12, 24:6, 24:12, 30:12 м; высота этажа 12, 14,4 м; в деревообрабатывающих цехах сетка колонн 18:6, 18:12, 24:12 м; высота этажа 4,8, 6, 7,2, 10,8 м.
Наиболее часто, применяется 24-метровый пролет. Каркасы выполняются из сборного железобетона и стали (при больших нагрузках, пролетах и высоте этажа), покрытия — из безраскосных железобетонных ферм.
Инженерные коммуникации в основных производственных цехах занимают до 10% межферменного пространства. Кратность воздухообмена в 1 ч в механосборочных цехах — 3–4, в цехах металлопокрытий — 10–25 раз. Диаметр воздуховодов приточной и вытяжной вентиляции 300–1600 мм. В зависимости от расположения технологического и вентиляционного оборудования (в поперечной надстройке на кровле, в продольной многоэтажной вставке и на антресолях в торцах технологических пролетов) разводка трубопроводов осуществляется в поперечном или продольном направлении. Помимо воздуховодов в межферменном пространстве прокладывается система ливневой канализации с трубами диаметром 200–300 мм. Фонари в зданиях используются в основном для освещения.
Отметка верха фундаментов колонн каркаса назначается, как правило, равной —0,150 м. Несущие цокольные панели не применяются. Разрезка наружных стеновых панелей — горизонтальная. Рекомендуется единая, нулевая привязка колонн крайних рядов к продольным координационным осям. Модернизация технологического оборудования осуществляется не раньше чем через 10 лет после начала эксплуатации, однако этот срок необходимо сократить до 5–7 лет.
В автомобильной промышленности доля многоэтажных зданий достигает 15–20%, при этом большую часть составляют двухэтажные здания литейных цехов с укрупненной сеткой колонн верхнего этажа, оборудованные подвесными или опорными мостовыми кранами.
При проектировании многоэтажных зданий необходимо решать вопросы, связанные с размещением на перекрытиях виброопасного оборудования и возможностью пролива жидкостей и масел, поэтому многоэтажные здания рекомендуется возводить только на подшипниковых заводах.
Как правило, двухэтажные здания имеют пролеты по 24 м, реже 30 и 36 м.
В двухэтажных литейных цехах необходимо увеличивать высоту первого этажа до 9,6 м при максимальной высоте второго 20 м.
Одноэтажные здания станкостроительной промышленности обычно многопролетные (чаще 4 пролета) с крановым оборудованием и сеткой колонн 24:12 м. Применяются также сетки колонн 8:12, 30:12 м и для складов — 30:6 м. Наиболее распространенные высоты этажа 7,2 (цехи по производству гальванического и пневматического оборудования) и 8,4 м (цехи станкостроительные и по производству оборудования для порошковой металлургии), реже применяются 10,8, 12,6 и очень редко 13,2 м. Для некоторых производств (заготовительных) организуются перепады высот этажей (15–18% всех площадей).
Почти все используемые краны — подвесные грузоподъемностью 1–5 т. Применяются также и опорные мостовые краны грузоподъемностью 5–50 т. Грузы из пролета в пролет транспортируются тележками грузоподъемностью до 50 т. В качестве напольного транспорта используют тележки и электрокары. Значительная часть цехов (производственных и подсобных) блокируется в общие корпуса площадью до 100 тыс. м2. Здания проектируются из типовых сборных железобетонных конструкций. Иногда используются легкие металлические конструкции комплектной поставки.
Вентиляционное оборудование обычно размещается в продольных многоэтажных вставках. Высота магистральных воздуховодов достигает 3 м. Иногда небольшое вентиляционное оборудование компонуют непосредственно внутри корпусов. Сосредоточенная раздача воздуха осуществляется из межферменного пространства или из каналов, прокладываемых в полу. В разновысоких корпусах раздача воздуха осуществляется только снизу.
Технологические подвалы устраиваются для организаций уборки стружки, а также для гальванических и термических цехов. Разрезка панелей наружных стен предусматривается в двух вариантах — горизонтальная и вертикальная. В практике проектирования предприятий черной металлургии используются только зенитные фонари, однако их номенклатура весьма ограничена.
Строительство заводов химического и нефтехимического машиностроения
В химическом и нефтехимическом машиностроении производственные одноэтажные здания обычно многопролетные (ширина пролета 24 м), оборудованы опорными мостовыми кранами грузоподъемностью до 30 т. В качестве покрытий используются сборные железобетонные безраскосные фермы. В средних пролетах зданий располагаются продольные светоаэрационные фонари.
Межферменное пространство насыщено инженерными и технологическими коммуникациями (вентиляционными воздуховодами диаметром 1200 мм, ливневыми водостоками, технологическими трубопроводами диаметром до 150 мм, подающими сжатый воздух и газы, электротехническими кабелями, трубопроводами средств пожаротушения диаметром до 200 мм). По габаритам определяющими в системе коммуникаций являются вентиляционные воздуховоды, большой диаметр которых вызван максимально возможной глубиной вентилируемой зоны (до 90 м). Они размещаются над средней частью пролетов в местах наибольшей высоты ферм. Это в свою очередь предопределяет расположение вентиляционных помещений — в торцах зданий, у поперечных стен, устраиваемых в пролете, что часто приводит к сокращению или потерям производственных площадей, обслуживаемых кранами. В целях ликвидации такого положения разработаны компоновочные варианты зданий с продольными многоэтажными вставками, однако при этом возникают трудности с поперечной прокладкой воздуховодов из-за недостаточности надкранового габарита в местах опирания ферм на колонны, что приводит к выполнению поперечной прокладки вдоль поперечных стен в зоне крановых упоров.
Строительство шинного предприятия
При строительстве шинного завода одноэтажные здания применяются для производств шиносборки, вулканизации, ремонтных цехов и цехов оборотного водоснабжения. Все основные производственные здания бескрановые, но оборудованы большим количеством подвесных талей грузоподъемностью 1,5–2 т и толкающих конвейеров, располагаемых в различных направлениях и на разных уровнях, что позволяет передавать грузы из пролета в пролет.
Основные производственные объекты — главные корпуса — имеют размеры в плане до 800:600 м. Они состоят из многоэтажной административно-бытовой и одноэтажной многопролетной производственной (с многоэтажными продольными вставками) частей. К зданиям подсобного назначения относятся склады сырья, готовой продукции, оборудования и подготовительные цехи. Оптимальная сетка колонн для зданий 24:12 м, для подсобных производств — 12:6 м. Наиболее приемлемая высота этажа 8,4 м. В качестве несущих конструкций покрытий применяются безраскосные фермы. Намечается использование в покрытиях и железобетонных коробчатых настилов. Рассматриваемые производства относятся к категории «В» по пожароопасности. В производственных помещениях имеются подвальные этажи и приямки, в частности двухэтажный энергоподвал. Привязка колонн к координационным осям не является определяющей, так как здания не оборудуются опорными мостовыми кранами. При больших абсолютных размерах главных корпусов завода необходимо устройство плоских или малоуклонных кровель.
При возможности частого пролива жидкостей устройство цокольных панелей на отметке —0,350 м нецелесообразно. Для наружных стеновых панелей наиболее предпочтительна вертикальная разрезка.
Производственные здания шинной промышленности проектируются с зенитными фонарями. Однако при наличии конденсата на их поверхности и при отсутствии отвода воды применение их нерационально. В этом случае используются светоаэрационные фонари, но они мешают работе систем вентиляции.
Вентиляционное оборудование располагается в двух-, трехэтажных вставках через 120–14 м. Магистральные воздуховоды максимальным диаметром до 1200 мм размещаются в межферменном пространстве. Воздух подается в производственные помещения через форсунки. Кратность воздухообмена зависит от характера производства: в отделении сборки она составляет в 1 ч—4 раза, в отделении вулканизации—8, в отделении клейки—12 раз.
Модернизация технологического оборудования на предприятиях шинной промышленности происходит каждые 10–15 лет.
Источник: «Строительный Эксперт» № 13 (2003)
А.М. МАНЬКИН, канд. техн. наук.