Проектирование одноэтажного промышленного здания

Содержание Введение Основные параметры задания на проектирование одноэтажного промышленного здания Состав и объём курсовой работы Общие принципы проектирования конструктивных элементов промышленных зданий

1. Общие положения

1.1 Типизация зданий

1.2 Унификация зданий

1.3 Модульная система

1.4 Специфические особенности одноэтажных производственных зданий

1.5 Объёмно-планировочные решения одноэтажных производственных зданий и их основные параметры

1.6 Пути повышения универсальности одноэтажных производственных зданий

1.7 Конструкции промышленных зданий

1.8 Конструктивные элементы промышленных зданий

1.8.1 Классификация фундаментов

1.8.1.1 Фундамент каркасного здания

1.8.1.2 Фундаментные балки

1.9 Каркас одноэтажных промышленных здании

1.9.1 Вертикальные и горизонтальные связи в каркасных производственных зданиях

1.9.2 Совмещение нескольких функций в одном строительном элементе

1.9.3 Колонны каркаса

1.9.4 Фермы

1.10 Конструктивные решения покрытий

1.10.1 Ограждающие покрытия каркасных промышленных зданий

1.10.2 Внутренний водоотвод

1.11 Конструктивные решения фонарей

1.11.1 Шедовые и трапециевидные фонари

1.12 Стеновые конструкции

1.13 Ворота

1.14 Общая характеристика конструкций проектируемого одноэтажного промышленного здания

1.15 Объёмно-планировочные и конструктивные решения

1.16 Технико-экономические показатели проектируемого здания Список используемой литературы Введение Проект промышленного здания разработан в соответствии со СНиП 2.09.02−85. «Производственные здания промыщленных предприятий». Конструкция здания выполнена на основе крупноразмерных сборных элементов с максимальной заводской готовностью. План здания выполнен на основе модульной системы с унифицированным архитектурно — планировочным шагом колонн. Пролеты несущих конструкций выбраны в соответствии с единой модульной системой (ЕМС).

Основные параметры задания на проектирование одноэтажного промышленного здания Таблица 1

Состав и объём курсовой работы Курсовая работа по проектированию одноэтажного промышленного здания состоит из двух частей:

1) пояснительной записки на 29 листах;

2) графической части, выполненной на одном листе.

В состав графической части входят:

1) план производственного здания в масштабе 1:200;

2) перспектива продольного разреза производственного здания в масштабе 1:100;

3) план кровли производственного здания в масштабе 1:200;

4) конструктивное решение температурного шва в месте перепада высот покрытия при примыкающих параллельных пролетах в масштабе 1:20;

5) конструктивное решение крепления подвесных кранов в масштабе 1:20;

6) перспектива фасада здания в масштабе 1:100.

Общие принципы проектирования конструктивных элементов промышленных зданий Здание независимо от назначения по своей структуре представляет собой совокупность различных конструктивных элементов, взаимосвязанных между собой в определенном порядке, обеспечивающем прочность, устойчивость и долговечность как всей конструктивной системы в целом, так и ее отдельных элементов. Конструктивные элементы и сопряжение их между собой, т. е. конструктивные узлы, проектируются в соответствии с направлением внешних силовых и не силовых воздействий, величиной напряжений и других физических процессов, возникающих в конструкции. Решение конструктивных элементов, узлов, а также всей конструктивной системы промышленного здания определяется технологическим процессом, для которого здание предназначено, параметрами воздушной среды, объемнопланировочным решением отвечающим ему общим конструктивным замыслом.

Конструктивные элементы того или иного назначения в течение всего периода эксплуатации здания подвергаются различным видам внешних воздействий, которым они должны противостоять, сохраняя прочностные, изоляционные и другие эксплуатационные качества в соответствии с установленным сроком службы. При этом конструктивные решения должны удовлетворять требованиям индустриальности и экономической целесообразности. Поиск оптимального решения конструктивного элемента здания является сложной задачей, основывающейся на оптимизации решения по нескольким критериям. Во многих случаях такого решения достигнуть невозможно. Отсюда поиск сводится к выявлению некоторого компромиссного решения, которое, не являясь лучшим при оценке его по одному из критериев, оказывается оптимальным при учете всей совокупности критериев. Решения конструктивных элементов здания в ходе развития исторического процесса постоянно изменялись и совершенствовались по мере раскрытия новых законов природы, развития наук, совершенствования техники, накопления опыта строительства и эксплуатации зданий, роста потребности в различных типах зданий.

1. Общие положения К производственным зданиям вне зависимости от их назначения предъявляется ряд функциональных, технических, архитектурно-художественных, экологических и экономических требований.

Современное индустриальное строительное производство ведётся на базе развитой сети заводов-изготовителей, направляющих на строительные площадки, подготовленные к монтажу укрупнённые элементы зданий массой до 50 т, в соответствии с грузоподъёмностью монтажных кранов.

Значительная часть промышленных зданий и сооружений возводится по типовым проектам. Типизация заключается в постоянном отборе наиболее универсальных для данного периода объёмно-планировочных и конструктивных решений, дающих наибольший экономический эффект в строительстве и эксплуатации зданий.

1.1 Типизация зданий Типизируются здания отраслевого назначения, ограниченные определённой производственной мощностью, и секции зданий универсального назначения, ограниченные определёнными производственными площадями и обслуживающими их транспортными средствами.

Современные типовые здания и сооружения отличаются от своих предшественников тем, что они унифицированы — подготовлены для возведения методами строительной индустрии. Унификация проводится путём применения наиболее экономичных и универсальных элементов зданий, отобранных в соответствии с возможностями заводов-изготовителей, простотой перевозки, монтажа и тому подобными критериями.

1.2 Унификация зданий Метод проведения унификации зданий заключается в приведении к ограниченному, технически и экономически целесообразному числу их объёмно-планировочных и конструктивных решений, размеров основных строительных параметров и их взаимосочетаний и, в конечном счёте — типов и размеров несущих и ограждающих конструкций. Это достигается путём устранения необоснованных различий в назначении (свойствах, качестве), формах и размерах зданий, а также их отдельных объёмных элементов, конструкций, деталей и т. д.

В номенклатуру геометрических строительных параметров однои многоэтажных зданий массового строительства, подлежащих унификации, включены:

1.) пролёты и шаги опор (сетка колонн) основного несущего каркаса, определяющие первичную планировочную ячейку здания;

2.) высоты от пола до низа несущих конструкций покрытия в одноэтажных зданиях и расстояние между отметками полов смежных этажей в многоэтажных зданиях;

3.) высоты от головки подкрановых рельсов до низа несущих конструкций покрытия в зависимости от вида и грузоподъёмности кранов

1.3 Модульная система Оптимальный ряд производных модулей, установленный на базе основного модуля 100 мм (1 М), принят как математическая основа сокращения числа типоразмеров элементов зданий и изделий, применяемых в промышленном строительстве, которое достигается путём применения совокупности правил модульной координации размеров в строительстве (МКРС).

Производные модули разделяются на укрупнённые и дробные, получаемые путём умножения величины основного модуля М соответственно на целые и дробные коэффициенты. Оптимальный ряд производных укрупнённых модулей состоит из следующих наиболее распространённых в массовом строительстве — 3 М (300 мм), 6 М (600 мм), 12 М (1200 мм), 15 М (1500 мм), 30 М (3000 мм) и 60 М (6000 мм).

Каждый производный модуль этого ряда в свою очередь служит исходной величиной для образования рядов строительных размеров, кратных этому модулю.

Размеры конструктивных элементов, от которых не зависит их взаимоувязка и взаимозаменяемость в зданиях (например, размещение арматуры и второстепенных рёбер в железобетонных конструкциях), могут быть немодульными.

Применение производных модулей за установленными для них пределами допускается для назначения строительных размеров доборных и крайних элементов, а при наличии обоснований — также в других случаях, если это не нарушает общую систему модульной координации размеров основных элементов зданий. Например, при расстановке несущих перегородок, при назначении размеров сечений подкрановых балок и колонн, воспринимающих значительные крановые нагрузки и т. д.

Модульная система основывается на планировочном модуле 0,5 м и высотном — 0,6 м. Все элементы ограждения зданий — стеновые и оконные панели, ворота, включая обрамляющую раму, плиты покрытий и т. д. кратны по основным номинальным размерам этим модулям или их дробной части (номинальные размеры в отличие от конструктивных включают зазоры между элементами).

Правила расположения модульных координационных осей и привязки к ним элементов зданий предусматривают наиболее рациональные приёмы взаиморасположения объёмно-планировочных и конструктивных элементов.

При проектировании преимущественно используется прямоугольная модульная пространственная координационная система, плоскости которой образуют горизонтальную (планировочную) и вертикальные модульные сетки. Линии пересечения вертикальных плоскостей с горизонтальной образуют в плане сетку модульных координационных осей.

Положение сборных элементов в здании (в плане и по высоте) координируется размерами их привязок относительно пространственной прямоугольной системы модульных сеток.

Правила привязки устанавливают для характерных сочетаний объёмно-планировочных элементов зданий и сопряжений основных элементов несущих и ограждающих конструкций. Эти правила определяют из условия обеспечения минимального числа типоразмеров основных элементов, полного исключения или максимального ограничения числа доборных элементов заводского изготовления и дополнительных работ на месте строительства при монтаже зданий.

Сетка колонн, образуемая их разбивочными осями, кратна укрупнённым планировочным модулям: в направлении шага — 6 м; в направлении пролёта — 6 м для одноэтажных промышленных зданий.

Колонны крайнего продольного ряда и у продольных деформационных швов совмещаются наружными гранями с продольными осями (нулевая привязка «0») или смещаются на 250 и 500 мм наружу здания (привязки «250», «500»).

Колонны крайнего поперечного ряда (торцовые) и у поперечных деформационных швов смещаются с разбивочных осей на 500 мм внутрь температурного отсека здания.

Нулевая привязка крайних продольных рядов применяется для многоэтажных и одноэтажных бескрановых зданий и с кранами грузоподъёмностью до 30 тонн при шаге крайних колонн 6 м и высоте от пола до низа стропильных конструкций не более 14,4 м. Нулевая привязка исключает применение в покрытии доборных элементов.

Привязка «250» применяется при любой из указанных ниже характеристик — грузоподъёмность кранов 50 тонн, шаг колонн 12 м, высота здания 16,2 и 18 м.

В зданиях сплошной застройки продольные деформационные швы выполняются при железобетонном каркасе на двух колоннах. Размер вставки между продольными осями этих колонн принимается 0,5; 1,0 и 1,5 м так, чтобы за вычетом привязок, расстояние между колоннами в свету было не менее 0,5 м.

Конструктивно поперечные деформационные швы выполняются на двух колоннах, смещённых на 0,5 м с оси шва внутрь каждого отсека.

Перепады высот, как правило, совмещаются с деформационными швами.

1.4 Специфические особенности одноэтажных производственных зданий В отечественной и зарубежной практике строительства преимущественное распространение получили одноэтажные производственные здания. Они представляют собой исторически сложившийся тип сооружения, значительно отличающийся от наиболее распространённых типов жилых и общественных зданий. Этот тип зданий определился специфическими условиями развития технологии промышленного производства. В ранние периоды развития промышленного развития применяли здания небольшой ширины (15 — 25м) с боковым освещением, чердаком, двускатной кровлей и наружными водостоками. Однако необходимость в значительных площадях производственных помещений приводила к увеличению длины и усложнению эксплуатации зданий.

Более компактную застройку и увеличение ширины здания до 40 м обеспечило применение зданий базиликального типа с освещением средней части через окна, расположенные в перепаде высот пролётов. Безграничное увеличение ширины здания и переход к зданиям сплошной застройки стали возможными лишь с применением фонарей верхнего света или искусственного освещения и удалением атмосферных вод с помощью внутренних водостоков. При этом здания приобрели многоскатную и плоскую системы покрытия без чердака или с техническим этажом в пределах несущих конструкций.

Специфическими особенностями одноэтажных производственных зданий являются: размещение оборудования для определённого технологического процесса только в одной, горизонтальной плоскости, что обеспечивает самые удобные связи между цехами и позволяет использовать наиболее экономичный горизонтальный транспорт (напольный, подвесной, крановый); независимое решение строительных конструкций здания от технологического оборудования, нагрузки от которого передаются непосредственно на грунт, что позволяет применять укрупнённые сетки колонн и легко перемещать и модернизировать оборудование; возможность осуществления естественного освещения необходимой интенсивности и равномерности по всей производственной площади.

К недостаткам одноэтажных зданий относятся: значительная площадь застройки, что ограничивает применение этого типа здания в условиях затеснённой городской застройки и сложного рельефа территории; увеличение площади наружных ограждений, особенно кровли, и возрастание в связи с этим эксплуатационных расходов; трудности архитектурно-композиционного решения здания в связи с его малой высотой и большой протяжённостью.

1.5 Объёмно-планировочные решения одноэтажных производственных зданий и их основные параметры Одноэтажные производственные здания по характеру застройки территории промышленного предприятия подразделяют на здания сплошной и павильонной застройки.

Здания сплошной застройки представляют собой многопролётные корпуса большой ширины. Такие здания бывают либо бесфонарные, рассчитанные на искусственное освещение и вентиляцию, либо с различными системами верхнего света. В зданиях сплошной застройки естественное проветривание, как правило, не обеспечивает необходимого микроклимата в производственных помещениях. Эта задача может быть решена только путём искусственной механической вентиляции. Здания сплошной застройки имеют многоскатную или плоскую кровлю с внутренним водоотводом.

Здания павильонной застройки имеют сравнительно небольшое число пролётов, обеспечивающее боковое освещение и естественное проветривание с забором воздуха через проёмы в стенах и вытяжку через аэрационные фонари или шахты в кровле. Кровлю в зданиях павильонной застройки иногда устраивают с наружным водоотводом. К достоинствам павильонной застройки относят меньшую пожароопасность предприятия в целом, лучшие санитарно-гигиенические условия (благодаря возможности естественного сквозного проветривания), а также возможность большей изоляции цехов с производственными вредностями, пожарои взрывоопасных цехов.

Здания павильонной застройки можно объединять между собой в виде гребенчатых, Пи Ш-образных корпусов.

В зависимости от расположения внутренних опор одноэтажные производственные здания подразделяют на пролётные, ячейковые и зальные типы.

В практике промышленного строительства пролётный тип здания весьма распространён. Объёмно-планировочное решение зданий этого типа определяется взаимны расположением пролётов. В зданиях сплошной застройки рекомендуемой схемой взаимного расположения пролётов является параллельная. При таком расположении пролётов важно соблюдать группировку одноразмерных пролётов и распределение групп пролётов в порядке их последовательного возрастания. Случайное чередование пролётов различных габаритов усложняет конструктивное решение и условия эксплуатации кровли здания, где образуются перепады высот и снеговые «мешки» .

Иногда к ряду параллельных пролётов с одной или с двух сторон примыкают поперечные пролёты. Такие схемы усложняют конструктивное решение здания, но они необходимы для некоторых цехов по требованиям производства.

Габариты пролёта назначают в соответствии с проектируемым в нём технологическим процессом и транспортным оборудованием. Для зданий без мостовых кранов применяют пролёты 6; 9; 12; 18; 24; 30 и 36 м, а для зданий, оборудованных кранами, — 18; 24; 30 и 36 м. Шаг колонн по крайним рядам принимают обычно равным 6 м (за исключением случаев применения наружных стеновых панелей длиной 12 м), по средним рядам — 6 или 12 м. Увеличенный (более 12 м) шаг колонн основного каркаса применяют при крупных габаритах технологического оборудования, при применении некоторых систем пространственных перекрывающих конструкций, при неблагоприятных грунтовых условиях, затрудняющих устройство фундаментов, для повышения гибкости здания.

Высоту одноэтажных каркасных зданий от отметки чистого пола до низа перекрывающих конструкций на опоре назначают кратно укрупнённым модулям: 6 М (600 мм) — при высотах до 7,2 м; 12 М — (1200 мм) — при высотах более 7,2 м.

Наличие перепадов высот пролётов требует применения парных колонн, обвязочных балок для поддержания висячих стен, устройства дополнительных водостоков или карнизов. При выравнивании высот пролётов повышается единовременная стоимость здания за счёт увеличения высоты торцовых стен и длины колонн, а также эксплуатационные расходы на отопление и вентиляцию. Поэтому целесообразность выравнивания высот пролётов следует подтверждать технико-экономическими расчётами.

Здания ячейкового типа характеризуются квадратной или близкой к этому сеткой колонн и, как правило, одинаковой высотой до низа перекрывающих конструкций с возможностью подвески к ним подъёмно-транспортного оборудования, перемещающегося, в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Сетки колонн и высоту зданий ячейкового типа принимают по аналогии с унифицированными параметрами зданий пролётного типа; наиболее часто применяют сетки колонн 18 ?18 м и 24? 24 м.

Для зданий зального типа характерны большие пролёты (36 — 100 м, а иногда более), обусловливающие использование специальных конструкций. Этот тип здания применяют в случаях, когда необходима большая производственная площадь без внутренних опор (например, для ангаров, эллингов и др.). Объёмно-планировочное и конструктивное решение одноэтажного здания зального типа не является массовым, а потому жёстко не регламентируется.

Формирование новых типов одноэтажных производственных зданий идёт двумя путями. Основное направление характеризуется совершенствованием систем естественного и смешанного освещения, другое направление — развитием бесфонарных герметических зданий без естественного света.

Наиболее прогрессивными системами естественного освещения являются новые типы зенитных фонарей с заполнением из стеклопакетов, органического стекла, стеклопластика. Для южных районов рациональны различные формы шедовых покрытий. Здания, предназначаемые для размещения производств, обусловливающих автоматическое регулирование температуры и влажности воздуха или особого режима по чистоте воздуха в помещении, целесообразно проектировать без фонарей, а в отдельных случаях и без окон.

1.6 Пути повышения универсальности одноэтажных производственных зданий Требования унификации архитектурно-строительных решений предопределили необходимость проектирования и строительства производственных зданий универсального типа, обладающих повышенной приспособляемостью к различным требованиям производства. Такие качества наиболее легко достижимы в решении одноэтажных зданий сплошной застройки, где всё производство, включая складские и вспомогательные помещения, располагается под одной крышей.

Господствующим типом здания для основных отраслей промышленности стал прямоугольный или квадратный корпус больших размеров с укрупнённой сеткой колонн, собираемый из унифицированных сборных железобетонных конструкций. Некоторые здания доведены до «корпуса-завода» .

Однако, как показали проведённые исследования, попытки увеличения пролёта не всегда улучшают организацию производства, вызывая усложнение установки и эксплуатации транспортного оборудования. Было установлено, что доведение шага колонн до размера пролёта позволяет более рационально использовать площадь здания. Квадратная сетка колонн в здании позволяет организовать технологический процесс в двух взаимно перпендикулярных направлениях, упорядочить грузовые потоки и сократить их длину.

Здания с квадратной сеткой колонн требуют специальных конструкций покрытия, которые способны воспринимать нагрузки от подвесного транспорта, движущихся в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Практикой проектирования предложено покрытие из взаимно пересекающихся балок с ячейками 6? 6 и 3? 3 м. Такое покрытие работает по кессонной системе, что даёт возможность значительно сократить строительную высоту конструкций.

Экспериментальные проекты зданий с квадратной сеткой колонн размером 18?18 и 24?24 м и перекрёстным движением подвесных кранов грузоподъёмностью до 10 т для предприятий машиностроения показали, что комплексная стоимость этих зданий не превышает стоимости зданий с обычной сеткой колонн. Удорожание стоимости покрытия компенсируется полученной экономией производственной площади. Кроме того, такое здание значительно лучше удовлетворяет требованиям изменяющейся технологии.

В химической и горно-обогатительной промышленности применяют одноэтажные здания павильонного типа, имеющие большие пролёты (24; 30 м и более) и высоту, что позволяет размещать в них разнохарактерные производства с крупногабаритным, тяжёлым, провисающим или многоярусным оборудованием изолированно от строительной оболочки здания. Изоляция технологического оборудования от строительных конструкций здания обеспечивает неограниченные возможности для модернизации технологических процессов и укрупнения оборудования. В ряде случаев применение зданий павильонного типа взамен нескольких небольших одноэтажных и многоэтажных зданий позволяет сократить территорию завода, раньше начать монтаж технологического оборудования и снизить стоимость строительства. Кроме того, укрупнение зданий повышает архитектурную выразительность застройки.

1.7 Конструкции промышленных зданий Производственные здания, как правило, строят по каркасной схеме. В качестве основных схем каркасов производственных зданий приняты стоечно-балочные системы, выполняемые из унифицированных изделий. Для одноэтажных однопролётных зданий получили распространение также рамные и арочные (распорные) каркасы.

Стоимость материалов и конструкций, их транспортирование часто превышает 60% от общей стоимости строительства зданий. Поэтому одна из актуальных задач повышения технического прогресса в строительстве — снижение материалоёмкости и массы конструктивных элементов зданий.

В производственном строительстве возможны три варианта выполнения несущего каркаса зданий: железобетонный, стальной и смешанный (колонны железобетонные, фермы и балки покрытия — стальные или деревянные).

При выборе материалов и вида конструкций зданий, учитывают также специфику местной строительной промышленности, геологические и климатические условия района строительства и архитектурно-художественные требования.

Каркас одноэтажного производственного здания обычно состоит из поперечных рам, образованных колоннами и несущими конструкциями покрытия (балки, фермы, арки и др.), и продольных элементов: фундаментных, подкрановых, обвязочных балок, подстропильных конструкций, плит покрытия и связей.

Несущие конструкции производственных зданий образуют несущий остов, предназначенный для восприятия и передачи действующих нагрузок на основание здания. Поперечные рамы могут иметь либо жёсткие, либо шарнирные сопряжения элементов. В одноэтажных зданиях, как правило, применяют конструктивную систему с шарнирным сопряжением ригеля рамы с колонной и жёсткой заделкой колонны в фундаментах, например, двухшарнирную систему. Могут применяться и другие системы (трёхи бзшарнирная). Пространственная жёсткость здания в продольном направлении обеспечивается фундаментными балками, дисками покрытия, а также связями. В распорных каркасах сопряжения рам и арок с фундаментами также может быть выполнено по шарнирной схеме. Хотя рамная система требует большого расхода материалов, однако она обеспечивает большую свободу и вариантность планировочного решения. Связевая и рамно-связевая системы упрощают решение сопряжения узлов ригелей и колонн. Можно применять и смешанное конструктивное решение.

1.8 Конструктивные элементы промышленных зданий

1.8.1 Классификация фундаментов Заглубленный ниже поверхности грунта конструктивный элемент, воспринимающий нагрузки от здания и передающий их основанию, называют фундаментом. Фундаменты относятся к несущим элементам зданий, они должны обладать достаточной прочностью, устойчивостью, состоять из конструкций заводского изготовления и быть максимально экономичными. Проектирование фундаментов заключается в выборе материала, типа, размеров и способов устройства.

Фундаменты классифицируются:

1.) По материалу: из естественных материалов (дерево, бутовый камень) и из искусственных материалов (бутобетон, бетон сборный или монолитный, железобетон);

2.) По форме: оптимальной формой поперечного сечения жестких фундаментов является трапеция, где обычно угол распределения давления принимают: для бута и бутобетона — 27—33°, бетона — 45°. Практически эти фундаменты с учетом потребностей расчетной ширины подошвы могут быть прямоугольными и ступенчатыми. Блоки-подушки выполняют прямоугольной или трапециевидной формы

3.) По способу возведенияфундаменты бывают сборными и монолитными;

4.) По конструкционному решению— ленточные, столбчатые, свайные, сплошные

5.) По характеру статической работыфундаменты бывают: жесткие, работающие только на сжатие, и гибкие, конструкции которых рассчитаны на восприятие растягивающих усилий. К первому виду относят все фундаменты, кроме железобетонных. Гибкие железобетонные фундаменты способны воспринимать растягивающие усилия;

6.) По глубине заложения: фундаменты мелкого заложения (до 5 м) и глубокого заложения (более 5 м). Минимальную глубину заложения фундаментов для отапливаемых зданий принимают под наружные стены не менее глубины промерзания плюс 100—200 мм и не менее 0,7 м; под внутренние стены не менее 0,5 м.

Главными условиями при проектировании фундаментов под здания или сооружения являются определение оптимальной глубины заложения подошвы фундамента, с одной стороны, и с другой стороны — максимальное облегчение конструкций подземной части здания, что позволило бы сохранить экологическую нагрузку на природу подземного пространства.

Глубина заложения фундаментов должна соответствовать глубине залегания того слоя грунта, который по своим качествам может быть принят для данного здания за естественное основание.

В непучинистых грунтах (крупнообломочных, а также песках, крупных и средней крупности) глубина заложения фундаментов не зависит от глубины промерзания; однако она не может быть менее 0,5 м, считая от природного уровня поверхности грунта.

Если основание состоит из влажного мелкозернистого грунта (мелкого песка, супеси, суглинка или глины), то подошва фундамента должна располагаться ниже уровня промерзания грунтов на 0,15—0,2 м.

Глубина заложения фундаментов под внутренние стены отапливаемых зданий не зависит от глубины промерзания грунта и назначается не менее 0,5 м от уровня земли или пола подвала.

Во всех устройствах фундаментов должен быть обеспечен отвод поверхностных и атмосферных вод, чтобы защитить основание от увлажнения.

1.8.1.1 Фундамент каркасного здания Фундамент под колонну каркасного здания бывает монолитным и сборным. Монолитный фундамент выполняют, если его форма или размеры делают нерациональным применение сборных конструкций (очень большие ширина, высота или масса). Если фундамент проектируют под монолитную колонну, его выполняют в виде цельной конструкции со сквозной рабочей арматурой; фундамент армируют сеткой, воспринимающей усилие от отпора грунта. Основной тип стакана представляет собой ступенчатую конструкцию с местом для установки колонны, его подошву выполняют толщиной не менее 200—250 мм и проверяют на продавливание. Колонну устанавливают в стакан и замоноличивают. Уровень земли при засыпке должен быть выше верха стакана на 150 мм. По форме монолитный отдельно стоящий фундамент может быть трапецеидальным и с уступами. Уступы предусматривают при значительных размерах подошвы фундамента. Ширина уступов зависит от размера стороны колонны, высота — от общей высоты фундамента. Монолитный фундамент под сборную колонну выполняется так же, как и под монолитную колонну. В нем предусматривается место для установки колонны и заливки ее раствором. Под монолитные стаканы можно устраивать подготовку из песка с гидроизоляцией, необходимой для задержания при бетонировании влаги бетона в опалубке. Такая подготовка служит, кроме того, поддерживающей основой для нижней арматурной сетки фундамента. Она исключает возможность смешивания бетона и замоноличивания с грунтом.

Несущие стены в зданиях с неполным каркасом опирают на фундаменты, выполняемые, как и в гражданских зданиях, из сборных элементов.

Для тяжело нагруженных колонн при значительных размерах фундаментов их можно собирать на месте из отдельных элементов. Сборные железобетонные фундаментные стаканы, так же как и монолитные, выполняют трапецеидальными (при небольших размерах подошвы) и ступенчатыми. Размеры уступов определяют в зависимости от размера колонн, подошвы фундамента и его расчетной высоты. Для экономии бетона и уменьшения массы конструкции стаканы изготовляют сложной формы с ребрами жесткости и устанавливают на подкладные плиты, которые также могут иметь сложную, ребристую конструкцию. Однако сложная конфигурация сборного железобетонного изделия часто приводит к перерасходу арматуры из-за необходимости дополнительного армирования ребер и выступов. Днище стакана железобетонного фундамента (растянутая зона) армируют одним или двумя рядами сварных сеток без стыков в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

Плитные фундаменты и перекрестные ленты. Сплошные (плитные) фундаменты применяют в следующих случаях: если на площадке слабые грунты и значительные нагрузки, которые не могут воспринимать одиночные и ленточные фундаменты для создания допустимого давления на грунт; если неравномерная осадка сооружения не допускается или регламентируется, а фундаментные плиты значительно перераспределяют усилия на основание и делают осадки и давление на него равномерными; если имеется техническая необходимость в создании такого фундамента (например установка технологического оборудования) или необходимость надежной защиты основания от проникновения воды (плиту используют в качестве гидроизоляции).

Сплошные фундаменты проектируют в виде плоских плит, размеры которых определяют исходя из величины реактивного отпора грунта. Их устанавливают под здания каркасной конструкции. Для придания плите большей жесткости ее выполняют ребристой. В зданиях каркасной конструкции места пересечения ребер служат для установки колонн, при бескаркасной конструкции ребра используют в качестве стен подвала, на которые устанавливают несущие конструкции (стены, диафрагмы жесткости). Шаги и пролеты принимают равными от 3 до 6 м. Ребра соединяют опорные места колонн в единое пространственное целое. Плиты выполняются ребрами вверх либо вниз. Если плита имеет ребра вверх, пространство между ними засыпают песком или гравием и выполняют бетонную подготовку толщиной 10—15 см. Фундаментная плита с ребрами, направленными вниз, способствует уменьшению объема земляных работ, однако расположение плиты в сжатой зоне ухудшает условия ее работы и ведет к перерасходу арматуры. Для сплошных фундаментных плит, в том числе с ребрами, расположенными в сторону грунта, можно применять уширения на колоннах в верхней части перекрытия и в нижней, опорной. Уширения приводят к перерасходу бетона и металла, а также уменьшению полезного объема помещения, но позволяют более равномерно распределять нагрузку.

Кроме фундаментных плит, в каркасных зданиях с большими нагрузками и при необходимости увязки отдельно стоящих фундаментов в единую пространственную систему применяют фундаменты из перекрестных железобетонных лент, которые пересекаются в местах установки колонн. Отсутствие плиты позволяет экономить бетон и сталь. Уменьшается также объем земляных работ, однако эта конструкция имеет сложную конфигурацию. Для высотных зданий с большими нагрузками на стены при конструкции подземной части, предназначенной для бескаркасного решения, могут выполняться фундаментные конструкции подвальной части коробчатого сечения. Ребра такой плиты предусматриваются на полную высоту подвала, являются стенами и соединяются с перекрытиями, придавая конструкции исключительную жесткость. При соединении стены с плитой устраивают скосы для предотвращения возможной концентрации напряжения в углах конструкции. Армирование фундаментных плит зависит от их конструкции и нагрузок.

Фундаменты под небольшие компактные здания могут выполняться в виде бетонных массивов. Если стеновые несущие конструкции (колонны или стены) расположены на таком расстоянии друг от друга, что линии, проведенные под углом 45° от крайних точек опор, пересекаются в теле массива бетона, то массив работает как бетонный. Плоские плиты армируют плоскими сварными сетками, рабочие стержни и шаг их определяют расчетом на прочность и деформативность конструкции. Ребра фундаментных плит, а также перекрестные фундаменты армируют сварными каркасами. Количество плоских каркасов в пространственном каркасе должно быть не менее 2 при ширине ребра до 40 см, 3 — при ширине 40—80 см и 4 — при ширине 100 см. В случае грибовидной опорной части колонны в месте ее опирания необходимо укладывать дополнительные опорные сетки или перекрестно уложенные рабочие стержни. Диаметр арматурных стержней сеток должен быть не менее 5 мм, а диаметры арматурных стержней опорных сеток и отдельных стержней определяют расчетом.

1.8.1.2 Фундаментные балки Стены каркасных зданий опирают на железобетонные фундаментные балки, укладываемые между подколенниками фундаментов на бетонные столбики (приливы) сечением 300×600 мм. Отметку верха столбиков фундаментов принимают -0,35; -0,45; -0,5 и -0,65 м при высоте фундаментных балок соответственно 300, 400, 450 и 600 мм. При большой глубине заложения фундаментов, когда применяют удлинённые колонны, фундаментные балки опирают на консоли.

Фундаментные балки имеют тавровую или трапециевидную форму поперечного сечения, их размеры унифицированы. Так, при шаге колонн 6м — длина 4,95 м и высота 400 мм, при шаге 12 м — длина 10,7, 11,95 м и высота соответственно 400 и 600 мм. У торцов зданий и у температурных швов, где шаг колонн уменьшен на 500 мм, применяют укороченные балки. Верхняя грань фундаментной балки должна быть на 50 мм ниже уровня пола помещения, который в свою очередь делается на 150 мм выше отметки спланированной вокруг здания поверхности здания. Фундаментные балки могут устанавливаться как на подбетонок, представляющий собой столбик или монолитную подушку, так и наверх стакана фундамента. В последнем случае длина фундаментных балок может быть равной 5,95 м (номинальный размер 6 м), а в зависимости от конструкции опорных столбиков — 5,05 и 4,45 м. Высота фундаментных балок обычно применяется 450 мм. Крепление фундаментных балок между собой осуществляется за счетвыпусков арматуры и устройством монолитных участков на самом фундаменте. Под действием увеличивающихся в объеме при замерзании пучинистых грунтов в фундаментных балках могут возникнуть деформации. В целях защиты балок от этих деформаций и для предохранения пола от промерзания вдоль стен балку с боков и снизу засыпают шлаком, в случае пучинистых грунтов вынутый грунт заменяют песком. Поверх фундаментных балок укладывают гидроизоляцию из двух слоев рулонного материала на мастике. После установки сборных фундаментных балок зазоры между ними и между колоннами и гранями балок заполняют бетоном марки 150. Отдельно стоящие фундаменты стаканного типа соединяют с помощью фундаментных балок или цокольных соединительных панелей, опирающихся на верхнюю опорную грань фундамента. Сборные стаканы изготовляют из тяжелого бетона классов В12,5 — В15.

В местах устройства ворот для проезда автомобильного и железнодорожного транспорта фундаментные балки не предусматривают. Участок стен в пределах этого шага колонн и раму ворот опирают на бетонную подготовку.

При шаге колонн 6 м фундаментные балки в зависимости от ширины подколенников, мест укладки и способа опирания принимают длиной 5950, 5050, 4750, 4300 мм. Балки имеют тавровое и трапециевидное сечение с шириной поверхности 200 — 520 мм, в зависимости от типа и толщины стены.

Под самонесущие стены из кирпича и мелких блоков и панелей укладывают балки высотой 450 мм, а под навесные стены из панелей — 300 мм. При шаге колонн 12 м применяют балки трапециевидного сечения высотой 400 и 600 мм (последние для панельных стен с кирпичным цоколем), шириной поверху 300 и 400 мм. Длина балок 11 950,10750 и 10 300.

Верх фундаментных балок располагают на 30 мм ниже уровня чистого пола (отметка -0,03 м), устанавливая их на подливку из цементно-песчаного раствора, толщиной 20 мм.

1.9 Каркас одноэтажных промышленных здании Несущая основа одноэтажных промышленных зданий — каркас. В одноэтажных промышленных зданиях применяют в основном каркасы в виде поперечныхрам с заделанными в фундаменты колоннами и шарнирно связанными с ними стропильными балками или фермами. продольная устойчивость каркаса обеспечивается системой жёстких связей между колоннами, в состав которой (в одноэтажных промышленных зданиях), кроме рам, входят также фундаментные, обвязочные и подкрановые балки и элементы покрытий (прогоны, настилы и др.). Железобетонные каркасы одноэтажных промышленных зданий обычно сборные, реже — сборно-монолитные. Материалом для устройства каркаса служит сборный железобетон, а также сталь. В ряде случаев при устройстве каркасов сочетают железобетон и сталь. Каркас промышленных зданий подвергается сложному комплексу силовых и несиловых воздействий. Силовые воздействия возникают под действием постоянных и временных нагрузок (масса конструкций, люди, ветер, снег), а кроме того, от эксплуатационного оборудования, станков, механизмов, грузоподъемных устройств и т. д. Несиловые воздействия образуются от воздействия внешней и внутренней среды, в виде перепада положительных и отрицательных температур, жидкой и парообразной влаги, воздуха и содержащихся в нем химических веществ, действия минеральных масел, щелочи, кислот, а также блуждающего тока.

Все эти компоненты разрушают структуру строительных материалов, а следовательно, и конструкций. Поэтому элементы каркаса должны обладать термостойкостью, влагостойкостью и биостойкостью. В целом каркас должен обладать надежностью, т. е. обеспечивать те эксплуатационные требования, которые к нему предъявляются технологическим процессом производства. Большой опыт накоплен проектными и строительно-монтажными организациями в создании в промышленном строительстве систем планировочных и конструктивных решений. Рациональный выбор конструктивного решения и его экономичность определяют эффективность проектирования.

В промышленном строительстве наибольший расход материалов приходится на несущие конструкции зданий и сооружений, т. е. на конструктивные элементы, определяющие их основу. Подавляющий объем материалов расходуется на конструктивные элементы, которые изготовляются из бетона и железобетона. Поэтому снижение расхода этих материалов обеспечивает особую эффективность и направлено на более полное использование физико-механических свойств железобетона, что достигается совершенствованием конструктивной формы элементов.

Так, замена в несущих колоннах прямоугольного сечения на двухветвевое уменьшает расход железобетона на 22—26%, применение оболочек вместо плоских элементов в покрытиях сокращает расход бетона на 26 и стали до 34%. Эффективно использование материалов высокой прочности, например повышение марок бетона с 400 до 600—800 позволяет сократить его расход в балках и фермах на 8—10%, а применение высокопрочной арматуры обеспечивает экономию стали до 36%.

Именно поэтому важное значение имеет выбор конструкций из числа рекомендованных каталогами, техническими условиями и нормами проектирования.

Через каждые 72 м по длине корпуса в каркасах устраивают температурные швы, которые расчленяют его на отдельные участки, называемые температурными блоками. Этот же размер 72 м соответствует размерам унифицированных секций. В многопролетных одноэтажных зданиях ширина температурного блока не должна превышать 144 м. Каждый такой блок должен обладать самостоятельной пространственной жесткостью.

Несущие конструкции производственных зданий образуют несущий остов, предназначенный для восприятия и передачи действующих нагрузок на основание здания. Одноэтажные производственные здания, как правило, являются зданиями каркасного типа. Применяемые в практике несущие каркасы таких зданий образуют следующие основные группы:

) плоскостные рамные системы, состоящие из жёстко заделанных в фундамент колонн и шарнирно связанных с ними несущих конструкций покрытия (балок, ферм);

) плоскостные рамные системы, состоящие из жёстких рам, шарнирно или жёстко заделанных в фундаменты; пространственные системы, состоящие из тех или иных пространственных конструкций покрытия размером на ячейку, которые шарнирно связаны с колоннами, жестко заделанными в фундамент;

) пространственные оболочки.

Благодаря простоте изготовления и сборки конструкций наиболее употребительны каркасы первой группы. Образуемые колоннами и балками или фермами поперечные рамы в продольном направлении связывают обвязочными и подкрановыми балками, а также связями в пределах несущих элементов покрытия (прогоны, крупнопанельный настил и пр.). Недостатком плоскостных систем является последовательная передача нагрузок от лежащих выше элементов на лежащие ниже (плиты, прогоны, балки-фермы, колонны) при самостоятельной работе каждого элемента. Это приводит к перерасходу материала по сравнению с пространственными системами, где все элементы конструкции работают совместно, как единое целое. С увеличением пролёта недостатки плоскостных систем возрастают, а конструктивная простота их не может компенсировать непроизводительного перерасхода материалов. Переход к пространственной конструктивной схеме покрытия производственных зданий позволяет лучше использовать материалы и значительно облегчить конструкции.

В современном промышленном строительстве распространены железобетонные, стальные и смешанные каркасы (колонны железобетонные, фермы или балки покрытия — стальные или деревянные).

В отдельных случаях при соответствующем обосновании можно применять неполный каркас с несущими каменными стенами.

Вариант каркаса следует выбирать с учётом параметров пролётов, вида и грузоподъёмности внутрицехового подъёмно-транспортного оборудования, степени агрессивности среды производства, противопожарных требований, технико-экономических показателей и других факторов.

При выборе материалов и вида конструкций зданий надо учитывать специфику местной строительной промышленности, геологические и климатические условия района строительства и архитектурно-художественные требования.

Железобетонные каркасы бывают сборные, монолитные и сборно-монолитные.

Наибольшее распространение получили каркасы из сборного и сборно-монолитного железобетона. Монолитные каркасы обладают большей жёсткостью, позволяющей уменьшать сечения элементов конструкций, но более трудоёмки и менее индустриальны; их производят исключительно на строительных площадках при значительных затратах на опалубку.

Железобетон огнестоек и долговечен, ему можно придать любую форму. К недостаткам железобетонных конструкций относятся относительно большой собственный вес, трудоёмкость изготовления и монтажа. Кроме того, в ряде агрессивных сред железобетонные конструкции менее долговечны, чем, например, деревянные.

Стальной каркас применяют в зданиях с пролётами 30 м и более, высотой более 14,4 м, при наличии подвесных кранов грузоподъёмностью более 5 т, больших динамических или сейсмических нагрузках, а также в случае использования типовых лёгких конструкций комплектной поставки. Стальные несущие конструкции одноэтажных производственных зданий просты в изготовлении и монтаже и обеспечивают высокие темпы строительства. К недостаткам стальных конструкций относят их неогнестойкость — от действия высокой температуры они деформируются и разрушаются.

Деревянные конструкции, из-за недолговечности и сгораемости материала используют редко. Однако, придание этому материалу огнестойких свойств путём различных покрытий и пропиток позволяет использовать его во многих случаях, что обусловлено возможностью замены деревом металла, малой массой конструкций, хорошими термоизоляционными свойствами, большой стойкостью клееных деревянных конструкций к воздействию агрессивных сред. Поэтому наиболее рационально клееные деревянные конструкции применять в производственных и складских зданиях с агрессивной средой, а также при строительстве в труднодоступных и лесных районах.

Для очень больших пролётов и при строительстве в труднодоступных районах (Крайний Север, Сибирь), когда снижение собственного веса конструкций имеет большое значение, а также при воздействии агрессивных сред можно применять алюминиевые несущие конструкции. Однако высокая стоимость алюминия ограничивает их широкое использование в строительстве.

Смешанные каркасы с применением элементов стальных и железобетонных конструкций используют главным образом в целях экономии стали, когда некоторые строительные параметры помещений (пролёт, высота, крановая нагрузка) отличаются от унифицированных.

Одноэтажные производственные здания из типовых унифицированных конструкций плоскостных систем имеют несколько конструктивных схем, которые могут быть сведены к трём основным вариантам. Здание может иметь:

) каркас с шагом всех несущих конструкций (колонн и стропильных балок или ферм) 6 или 12 м;

) каркас здания с шагом всех колонн 12 м и шагом стропильных конструкций 6 м;

) каркас здания с шагом колонн по средним продольным рядам 12 м, а колонн по крайним рядам и всех стропильных конструкций 6 м.

При шаге колонн 12 м и более несущие конструкции покрытия могут опираться на подстропильные балки и фермы, идущие по рядам колонн вдоль пролёта.

1.9.1 Вертикальные и горизонтальные связи в каркасных производственных зданиях В поперечном направлении устойчивость зданий с железобетонным каркасом обеспечивается защемлением низа колонн в фундаменты и образованием жёсткого диска покрытия путём сварки стропильных конструкций с закладными деталями панелей. Горизонтальные силы, действующие на диск покрытия в поперечном направлении, передаются на поперечные ряды колонн.

Для повышения устойчивости зданий в продольном направлении надо предусматривать систему вертикальных связей между колоннами и в покрытии.

1.9.2 Совмещение нескольких функций в одном строительном элементе Использование плоскостных каркасных конструктивных схем, предусматривающих разделение на несущие и ограждающие элементы применяемых обычно в массовом строительстве, позволяет упростить изготовление конструкций и возведение здания, но приводит к перерасходу строительных материалов. Одним из способов более рационального использования материалов при конструировании производственных зданий является совмещение нескольких функций в одном строительном элементе.

Известно несколько приёмов совмещения функций:

) совмещение несущих и ограждающих конструкций путём применения пространственно работающих элементов (оболочек, складок) для стен и покрытия здания;

) совмещение несущих конструкций с элементами технологического оборудования (например, использование многоярусных стеллажей высотных складов или дымовых труб тепловых электростанций в качестве несущих конструкций оболочки здания);

) совмещение нескольких несущих конструкций (например, использование подстропильных конструкций в качестве подкрановых балок);

) превращение в несущую конструкцию различных функциональных элементов здания (например, фонарей верхнего света, коробов воздуховодов);

) придание отдельным строительным элементам дополнительных функций (например, использование полых колонн для размещения стояков внутреннего водостока и воздуховодов, треугольных в поперечном сечении стропильных ферм для верхнего естественного освещения и т. п.).

Иногда удаётся совместить сразу три функции. Так, постановка под углом к горизонту раздвинутых коробчатых настилов-воздуховодов позволяет получить совмещение функций несущей и ограждающей конструкции, воздуховода и фонаря верхнего света; применение светопрозрачных пластмасс для пространственно работающих конструкций позволяет получить одновременно несущий, ограждающий и светопрозрачный элемент покрытия здания. Совмещение функций позволяет не только более эффективно использовать строительные материалы, но и сокращать объём здания, освобождать интерьер от второстепенных элементов и повышать в целом архитектурно-художественные качества производственного здания.

1.9.3 Колонны каркаса Для одноэтажных производственных зданий установлена обязательная номенклатура унифицированных сборных железобетонных колонн. В бескаркасных пролетах и в пролетах с подвесным подъемно — транспортным оборудованием грузоподъемностью до 5 т унифицированные сборные железобетонные колонны при шаге 6 и 12 м выполняют: при высоте помещений 3,6—9,6 м и пролетах 12, 18, 24 м — постоянного сечения; при высоте помещения 10,8 и 12,6 м и пролетах 18, 24, 30 м, а также при высоте помещений 14,4; 16,2 и 18 м и пролетах 24, 30, 36 м — переменного по высоте сечения, в нижней части — сквозными.