Проектирование промышленного здания: рельсосварочный завод

Московский государственный университет путей сообщения

(МИИТ)

Кафедра «Здания и сооружения»

Курсовой проект

«Проектирование промышленного здания: рельсосварочный завод»

Выполнил: студент гр. СГС — 311

Козырев Юрий Александрович Проверил: доц. Пинская Надежда Петровна Москва 2010 г.

1 Исходные данные

2 Внешние воздействия на здание

3 Характеристика технологического процесса

4 Расчетные параметры производственной среды

5 Конструктивное решение ПЗ

6 Противопожарные мероприятия в ПЗ

7 АБК и его расчет

8 Физико-технические расчеты ограждающих конструкций

9 Расчет естественного освещения здания Список используемой литературы

В данном курсовом проекте разработан главный корпус рельсосварочного завода для города Белгород. Завод сваривать как и новые рельсы в плети по 800 м, так и исправлять старые. Сегодня в РФ 156 тыс. км скоростных железнодорожных магистралей. Безопасность движения по ним во многом зависит от качества рельсов и прочности их соединений. Качество сварных швов проверяется на одном случайно выбранной плети в мастерской, электроникой, практически без участия человека. Сама сварка происходит на контактной машине МСР-8001, расположенных в цеху. Перед тем как сваривать рельсы в плети они их подготавливают, т. е. производят правку, острожку и сверление. Перемещают рельсы в цеху с помощью конвейеров и рольгангов, также имеется мостовой кран, предназначенный для снятия с конвейера бракованных рельсов и перемещения их на повторные операции.

Задание на проектирование

В данном курсовом проекте нам задано запроектировать промышленное здание из крупных элементов заводского изготовления. Бланк задания на проектирование прилагается.

1 Исходные данные

Назначение здания. Здание предназначено под главный корпус рельсосварочного завода.

Пункт строительства здания: г. Белгород, Белгородская область, РФ.

Габаритная схема здания.

Экспликация основных помещений: 1) приемное стеллажное отделение, 2) производственное подготовительное (правка, сверление, острожка), 3) сварочное отделение; также к главному корпусу примыкает 4) мастерские и 5) административно-бытовой комплекс.

Параметры габаритной схемы (вар. 8а).

Геометрические параметры габаритной схемы.

Транспорт напольный: конвейеры, рольганги.

Наличие кранового оборудования: Мостовой кран в количестве 1 шт.

Характеристика производства.

Группа производственного процесса по санитарной характеристике — 1 В Списочное количество работающих человек — 80 чел. Из них: рабочих — 70%; в том числе женщин — 10%; мужчин — 90%; служащих — 20%, в том числе женщин — 40%, мужчин — 60%;

Количество рабочих в наиболее многочисленной смене — 60%; В том числе женщин — 20%; мужчин — 90%.

Разряд зрительной работы — IV

Воздействие на пол: агрессивная нагрузка — температурное воздействие; статическая нагрузка — вес оборудования, сырья.

Основная конструкция — сборный железобетонный каркас.

Панели наружных стен — железобетонные, трехслойные.

Материал теплоизоляционных панелей и его плотность — пенополистерол Теплоизоляционные покрытия и их плотность — минеральная вата 175 кг/м³.

Условия строительства здания — обычные.

Грунты, основания: сухие, непучинистые, однородного напластования.

Уровень грунтовых вод от поверхности земли: 2 м

2 Внешние воздействия на здание (дополнит. исходные данные)

Климатический район и подрайон Пункт строительства г. Белгород. Климатический район — II, подрайон — В.

Расчетная температура наружного воздуха. Наиболее холодной пятидневки: t_нро= - 23 ^оC, обеспеченностью 0,92. Наиболее холодных суток: t_нро= - 28 ^оC, обеспеченностью 0,92. Продолжительность отопительного периода и средняя суточная температура воздуха, ^оС (не более 8 ^оС) = 191 сут. и -1,9 ^оС соответственно.

Зона влажности. Зона влажности нормальная.

Парциальное давление наружного воздуха.

Таблицы парциального давления наружного воздуха по месяцам

Характеристики ветра. Роза ветров.

Ветер

Роза ветров по повторяемости

.

Вывод: В данном районе преобладают летом северо-западные и северо-восточные ветра, а в зимний период западные и юго-западные ветра.

Солнечная радиация.

Максимальное значение суммарной радиации прямой и рассеянной для наружных стен западной ориентации.

Географическая координата г. Белгорода: 36°36' с. ш. над уровнем моря.

Для западной ориентации:

Максимальное значение суммарной радиации для покрытий.

Нагрузки Снеговой район. Нормативное значение веса снегового покрытия. S₀=0,7*S=1,8*0,7=1,26; где S=S_g*м=1,8*1=1,8; S — полное расчетное значение снеговой нагрузки.

S_g — расчетное значение веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли.

м — коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие.

Ветровой район. Нормативное значение ветрового давления: w₀ = 0,3 кПа.

Световой климат.

Номер группы административного района по ресурсам светового климата: N — 2.

Коэффициент светового климата m. Для окон ориентированных на запад и на восток m=0,9. Для прямоугольных светоаэрационных фонарей с проемами той же ориентации: m=0,9.

Значение кео в зависимости от характеристики зрительной работы: при боковом приеме естественного освещения е^б= 1,5%; при верхнем и комбинированном приемов освещения е^в=4%

Нормируемое значение Кео.

е= е*m :

при боковом приеме освещения е^б=1,5*0,9=1,35%

при верхнем и комбинированном приеме освещения е^в=4*0,9=3,6%

3 Характеристика технологического процесса

Свариваются как правило 25-метровые куски рельсов. Эти рельсы поставляются на РСП и складируются в первом цеху. Отсюда эти рельсы подаются во внутрь, в рабочее помещение. Там концы рельсов зачищают и подают на сварку. Процесс сварки заключается в том, что на специальном машине два стыка надвигают друг на друга, при этом разогревают и пропускают ток. Это занимает около 1,5 минуты и сопровождается сильным искрением. В итоге кристаллические решетки двух концов смешиваются между собой, в итоге прочность такого сварного стыка составляет 90−110%, то есть иногда прочнее самого рельса. Далее машинист рельсосварочной машины очищает стык от лишних частей. После сварки рельс охлаждают и он поступает на шлифовку. Далее стык попадает на следующий этап. Тут контролируют его правильность состыковки — прямолинейность. Т. е. нет ли угла между осями сварившихся концов рельса. В случае если обнаруживается не прямолинейность, то ее устраняют при помощи специальных прессов. Если стык геометрически правильный, то он проходит температурную закалку. Для этого его опять разогревают до температуры 850 градусов, в течении 3-х минут. В результате этой операции значительно увеличивается прочность стыка. После этого рельс перемещается дальше. Далее он попадает следующее рабочее помещение, где работают дефектоскописты. Чтобы выполнить проверку на внутренние дефекты, стык покрывают специальным минеральным маслом, по нему водят ультразвуковым дефектоскопом, выявляя неисправности. Если обнаруживается дефект, то стык отправляют обратно в предыдущий цех. Там неисправный стык вырезают и рельсы свариваются заново. В случае если все хорошо, то рельс движется дальше. Проходит тяговый трансформатор — он управляет движением рельса. И далее рельс выходит наружу, где подается сразу на платформы, которые предварительно стоят в тупике, длиной не менее стандартной плети (800 метров). Каждую смену два раза выполняется контрольный стык. Этот стык который делают для контроля качества сварки. Свариваются два рельса по стандартной схеме и далее такой стык проверяют на гидравлическом прессе. Определяют силу при которой произошел разрыв и сравнивают ее с нормативной.

Рабочая технологическая диаграмма.

План расположения технологических участков, организация людских и грузовых потоков.

4 Расчетные параметры производственной среды.(«Внутренние воздействия на здание»)

Температурно-влажностный режим., расчетная t рабочего воздуха в расчетной зоне, ⁰С.

расчетная относительная влажность внутреннего воздуха.

нормативный температурный перепад между температурой наружного воздуха и температурой на внутренней поверхности ограждающей конструкцией, принимаемый по СНиП, по табл. 5, СНиП «Тепловая защита зданий».

= 15 ⁰С — внутренняя расчетная температура в расчетной зоне.

Условия эксплуатации по температурно-влажностным воздействиям — Б (нормальный).

Коррозионный, тепловые механические воздействия на полы, подлежащие учету при проектировании. Соглачно задания, на полы производственной части здания, оказывают следующие воздействия: 1) Статическая нагрузка — вес оборудования и сырья 2) Динамическая нагрузка — отсутствует 3) Агрессивная нагрузка — температурное воздействие 4) Механические воздействия — интенсивные движения пешеходов и транспорта.

Компоновка производственного здания и административно-бытового здания, эскиз их взаимного расположения

АБК является угловой частью мастерского цеха (дано по заданию). Влечет ограничение по естественному освещению.

Общая характеристика производственного здания

Класс здания — II

Степень долговечности — II

Для второй степени зданий срок службы зданийот 50 до 100 лет.

Требуемая степень огнестойкости — 2 (в разделе «Противопожарные требования»)

Назначение здания — рельсосварочный завод.

Общие параметры здания

Форма здания в плане — ступенчатая.

Габаритные размеры цехов: длинна -108 м, ширина -18 м, высота -8,4 м, шаг колонн (6м или 12м) Внутренняя структура зданий: пролетная. Их количество: 2 .

Здание: одноэтажное.

Если здание превышает 60м — устраивается температурный шов.

В проектируемом здании предусматривается следующее крановое оборудование: мостовых кранов — 1, грузоподъемностью — 10 т. Подвесных кранов — нет.

Освещение в здании: естественное.

5 Конструктивное решение здания

Общая характеристика конструктивной системы и конструктивной схемы здания.

Конструктивная система здания — полный железобетонный каркас. Конструктивная схема здания — поперечные рамы.

Обеспечение пространственной жесткости здания.

В каркасных зданиях пространственная жесткость обеспечивается:

· совместной работой колонн, ригелей и перекрытий, образующих геометрически неизменяемую систему;

· устройством между стойками каркаса специальных стенок жесткости;

· стенами лестничных клеток, лифтовых шахт;

· укладкой в перекрытии настилов-распорок;

· надежными соединениями узлов.

Основные конструктивные элементы здания.

Все марки и размеры конструктивных элементов приведены в спецификации основных сборных элементов.

Фундаменты под колонны, стаканного типа

Фундаментные балки:

Колонны под мостовой кран:

Колонны для мастерской и АБК:

Подкрановые балки:

Фахверковые колонны:

Фермы ж/б раскосные:

Балки скатного покрытия:

Панели покрытия:

Стеновые панели:

Световые фонари. Так как в здании незначительные технологические тепловыделения — до 23 Вт/(м²*ч), а высота здания равняется 8,4 м, наиболее целесообразно использование зенитных фонарей панельного типа.

Окна — металлические однокамерные:

Ворота. Для проезда транспорта нужно предусмотреть ворота. Тип ворот: распашные с полотнами из панелей типа сэндвич.

Конструктивное решение пола. Покрытие на основе портландцемента с тонкомолотыми добавками, так как оно жаростойкое (до 1000 ^оС)

Пол принимается согласно СНиП 2.03.13−88.

6 Противопожарные требования в здании

Определение степени огнестойкости здания. Степень огнестойкости здания определяется на основе сопоставления расчетных (фактических) показателей пределов огнестойкости, основных строительных конструкций здания с нормативными. (табл. А)

Табл. А.

Определение класса конструктивной пожарной безопасности. Класс конструктивной пожарной опасности определяется с учетом фактических и номративных значений, см. табл. 5 СНиПа 21−01−97*.

Определение площади пожарного отсека. Площадь пожарного отсека с учетом табл. 5 СНиП 31−03−2005 в зависимости от категории производства пожарной опасности, этажности и степени огнестойкости здания.

Табл. В)

Категория | Высота | Степень | Класс | Площадь этажа, м2, в |

|зданий или |здания*, |огнестой-|конструкти-| пределах пожарного отсека |

| пожарных | м | кости | вной | зданий |

| отсеков | | здания | пожарной +————-+————+————+

| | | | опасности |одноэтаж- |

| | | | здания | ных |

+—————-+————-+————-+—————-+————-+————+————+

| А | 36 | II | С0 | Не огр. |

Вывод: Так как по проекту здание одноэтажное, следовательно площадь этажа в пределах пожарного отсека зданий не ограниченна.

Обеспечение требований к путям эвакуации.

Количество эвакуационных выходов из здания. Требуемое количество эвакуационных выходов согласно СНиП 21−01−97* для класса зданий Ф 5.1 (Производственные здания и сооружения, производственные и лабораторные помещения, мастерские):

· Требуемыене менее 2

· Принимаем — 2

Обеспечение выходов на кровлю.

Для одноэтажных зданий предусматривается наружные пожарные лестницы, требуемые по нормам. Принимаем 2 лестницы, расстояние между которым 107 м. Лестницы расположены в торцах здания здания. Также предусмотрена вертикальная лестница между разноуровневыми частями здания.

7 Расчет АБК

Принятый состав АБК в соответствии с группой производственного процесса.

Группа производственного процесса — 1 В.

Основной нормативный документ СНиП 2.09.04−87* для определения состава и площади административно-бытовых помещений.

Размеры шкафов для одежды: высота — 1,95; ширина 0,33; глубина 0,5, высота ножек 0,13, в соответствии с табл. 5.

Душевые с преддушевыми: кабины открытые и со сквозным проходом (размеры кааб. 0,9 на 0,9), преддушевые при открытых кабинах и со сквозным проходом принимается из расчета 0,7 м² на ед. оборудования.

Помещение для водоснабжения принимают из расчета одно устройство на 180 чел.

Медпункт принимается в соответствии с 2.30. Площадь пункта от 50 до 151 чел. — 12 м². Также имеется комната психологической разгрузки при медпункте. (18 м²)

Следует предусмотреть столовую раздаточную (до 200 чел.).

Помещения личной гигиены женщин (75 чел. на одну установку) -1.

Перечень административных помещений: 1) кабинет директора (каб. главного инженера, каб. секретаря, архив) 2) Рабочие комнаты инженерно-технических работников 3) диспетчерская 4) бухгалтерия 5) конструкторское бюро.

Расчеты производственного штата предприятия.

Расчет необходимой комплектации административно-бытовых помещений сантехническим оборудованием.

8 Физико-технические расчеты ограждающих конструкций

Расчет толщины наружной стены стены заданной конструкции. Конструкция наружной стены: трехслойная, железобетон.

Расчетная схема:

a, b — коэффициенты. Принимаемые 0,0002 и 1,0 соответственно.

— градусосутки отопительного сезона;

— средняя температура наружного воздуха, продолжительность отопительного периода со средней температурой не более 10 ^оС;

— расчетная средняя температура внутреннего воздуха;

С учетом неоднородности стены: R_reg/0,7=2,36

Рассчитываем сопротивление теплопередачи конструкции:

X= 25 см

R₀ — приведенное сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, м²*⁰С/Вт.

Общая толщина ограждающих стен составляет — 400 см.

Определение расчетного температурного перепада:

; ;

условие выполняется.

Расчет толщины утеплителя чердачного перекрытия.

Расчетная схема:

a, b — коэффициенты. Принимаемые 0,0002 и 1,0 соответственно.

— градусосутки отопительного сезона;

— средняя температура наружного воздуха, продолжительность отопительного периода со средней температурой не более 10 ^оС;

— расчетная средняя температура внутреннего воздуха;

Рассчитываем сопротивление теплопередачи конструкции:

X= 20 см

R₀ — приведенное сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, м²*⁰С/Вт.

Условия эксплуатации наружной стены.

Таблица 1 — Влажностный режим помещений зданий

Таблица 2 — Условия эксплуатации ограждающих конструкций

Проверка теплоусвоения пола в заданном помещении.

Расчетная схема:

Определение тепловой инерции слоев:

0,09*12,33=1,11;

Тепловая инерция первого слоя D₁=1,11>0,5, поэтому показатель теплоусвоения поверхности пола рассчитывается по формуле:

ВЫВОД: Поскольку Y₁=24,66>Y_f^reg=17 Вт/(м²*⁰С) данный пол не удовлетворяет нормативным требованиям пот теплоусвоению для производственных зданий, в связи с этим на таких участках необходимо устройство деревянных щитов или теплоизолирующих ковриков.

Проверка сопротивления паропроницанию конструкции покрытия.

Расчетная температура в цехе 15 ⁰С, относительная влажность воздуха 50%.

Установление дополнительных исходных данных:

Упругость насыщенного водяного пара Е_int=1705 Па (табл. Б2, Серков) Действительная упругость водяного пара:

e_int=(50/100)*1705=852,5 Па.

Сопротивление паропроницанию внешних слоев пократия от наружного воздуха до плоскости возможной конденсации:

R_vp^e=R_vp(вк)+д₂/м₂=5,6+0,03/0.09=5,93 м²*ч*Па/мг;

Где R_vp(вк) — сопротивление паропроницания четырехслойного ковра на битумной мастике соглсасно приложению Е (Серков), составляет: R_vp(вк) = 1.1*4+0,3*4=5,6 м²*ч*Па/мг.

Для города Белгород среднее парциальное давление водяного пара наружного воздуха составляет e_ext=809,2 Па (CНиП 2.01.01−82, табл. 3)

Среднемесячные температуры наружного воздуха и продолжительность сезонных периодов составляют соответственно (CНиП 2.01.01−82, Табл. 1):

— зимний период: t₁=-(5,3+7,6+7,4)/3= - 6,8 ⁰С; z₁=3 мес.

— осеннее-весенний период: t₂=(-0,1−2,2)/2= -1,2 ⁰С; z₂=2 мес.

— летний период: t₃=(6,8+14,7+18,4+20,2+19+13,1+6,3)/7= 14,1 ⁰С; z₃=7 мес.

С учетом примечания к п. 9.1 (СНиП 23.02.2003):

ф_i1=-6,8 ⁰C; ф_i2=-1,2 ⁰C; ф_i3=14,2 ⁰C.

Им соответствуют след. Макс. Упругости водяного пара:

E₁= 344 Па; Е₂= 553 Па; Е₃= 1619 Па.

Парциальное давление в плоскости возможной конденсации за годовой период эксплуатации:

E=(E₁*z₁+ E₂*z₂+ E₃*z₃)/12= (344*3+553*2+1619*7)/12=1122,6 Па Нормируемое сопротивление паропроницанию покрытия из условия недопустимости накопления влаги в покрытии за годовой период эксплуатации:

Дополнительные исходные данные для определения R_vp2^e:

E₀=344 Па (t₁=- 6,8 ⁰С, по приложению Б1 Серкова)

e₀^ext=(4,1+3,4+3,5)/3=3,67 гПа — среднее парциальное давление водяного пара наружного воздуха периода месяцев с отрицательными среднемесячными температурами температурами.

Плотность материала увлажняемого слоя (мин. вата) с_w=200 кг/м³.Толщина увлажняемого слоя, равна толщине утеплителя д_w=0,18 м. Предельно допустимое приращение расчетного массового отношения влаги в материале утеплителя за период влагонакопления, принимается по табл. 12 СНиПа 23−02−2003: Д_av=3%.

Определяется коэффициент

Ю=0.0024*(E_o-e_o^ext)*z₀/R_vp^e=0,0024*(344−367)*147/5,93=-1,37.

Нормируемое сопротивление паропроницанию покрытия:

Расчетное сопротивление паропроницанию покрытия:

Вывод: Рассмотренная конструкция покрытия не удовлетворяет нормативным требованиям по влагонакоплению за годовой период эксплуатации и требуется в связи с этим устройство дополнительной пароизоляции, сопротивление паропроницанию которой 0,51 м²*ч*Па/мг. Этому условию удовлетворяет дополнительно покрытие изольной мастикой, толщиной 2 мм и сопротивление паропроницанию 0,60 м²*ч*Па/мг.

9 Расчет освещения

1) Определение общей площади остекления при боковом освещении:

Так как в каждом 6 м пролете одно окно, следовательно:

S_окон=4,8*1,8*20=172,8 м²

2) Расчет значения КЕО по формуле Гусева, для бокового освещения:

е_н =(S₀^тр*100*ф₀*r₁)/(S_п *Ю₀*К_зд*К_з) = (172,8*100*0,52*3,22)/(3816*8,5*1*1,5)=0,6

Где, S₀^тр и S_ф^тр — требуемая площадь световых проемов при боковом освещении и верхнем освещении, соответственно, м².

S_п — площадь пола расчетной зоны, м²; е_н= 1,35% - нормированное значение КЕО; Ю₀ и Ю_ф — световая характеристика окна и фонаря, соответсвенно (табл. 7,8 и 9); К_зд — коэффициент, учитвыающий затемнение окон противостоящими зданиями, принимаемый за 1; К_з — коэффициент запаса (по табл. 1), принимаемый 1,5;

ф₀= ф₁*ф₂= 0,8*0,65=0,52

ф₀ — общий коэффициент светопропускания; ф₁ — коэффициент, светопропускания материала, определяемый по табл. 11; ф₂ — коэффициент, учитывающий потери света в переплетах светопроема, определяемый по табл. 12; ф₃ — коэффициент, учитывающий потери света в несущих конструкциях, определяемый по табл. 12; ф₄ — коэффициент, учитывающий потери света в солнцезащитных устройствах (по табл. 12); ф₅ — коэффициент, учитывающий потери света в защитной сетке, устанавливаемый над фонарями и принимаемый равным 0,9;

r₁ — коэффициент, учитывающий повышение КЕО при боковом освещении благодаря свету, отраженному от поверхности помещения и от постилающего слоя прилегающего к зданию, принимаемый по табл. 13.

Вывод: Бокового освещения не достаточно, нужно дополнительно верхнее освещение.

Расчет верхнего освещения:

Sф^тр=(S_п^/*е_доп.*Ю_ф*К_з)/(100*ф₀*К_ф*r₂)=2844*3*5,6*1,5/(100*0,47*1,1*1,2)=1155 м²

ф₀= ф₁*ф₂*ф₃*ф₄*ф₅= 0,8*0,65*1*1*0,9=0,468

S_п^/ — площадь пола, неосвещенная боковым освещением. Ю_ф, К_з, ф₀ — см. выше.

е_доп=е_н^верх.-е_р=3,6−0,6=3 — дополнительное КЕО.

К_ф — коэффициент учитывающий тип фонаря, принимаемый по табл. 15.

r₂ — коэффициент, учитывающий повышение КЕО при верхнем освещении благодаря свету, отраженному от певерхности помещения, принимаемый по табл. 14.

Размеры одного фонаря: S_о.ф.= 1,5*6=9 м²

Необходимое количество фонарей: S_ф^тр/S_о.ф.=1155/9=129 шт.

Вывод: Максимальное возможное число фонарей на крыше — 13 фонарей общей площадью 234 м², компенсирующих недостаток естественного освещения, включая совмещенной освещение в светлое время суток.

Спецификация основных сборных элементов

Колонны:

Балки фундаментные:

Фундаменты под колонны

Подкрановая балка

Фахверковая колонна:

Ферма:

Балка скатного покрытия:

Плиты покрытия:

Стеновые панели:

Технико-экономические показатели

1. Площадь застройки: П_з = 4104 м²

2. Строительный объем: О_осн =27 216 м³; О_м+АБК=6220,6; О=33 436,8.

3. Полезная площадь: П_п = 4272 м²

4. Рабочая площадь: П_р =3696 м²

Список использованной литературы

1.СНиП 23−02−2003 Теплозащита зданий.

2.СНиП 23−101−2004 Проектирование теплозащиты зданий.

3.СНиП 31−01−99* Строительная климатология.

4.СНиП 31−03−2001 Производственные здания.

5.СНиП 2.09.04−87 Административные и бытовые здания.

6.СНиП 21−01−97* Пожарная безопасность зданий и сооружений.

7.СНиП 2.03−13−88* Полы.

8.СНиП 23−05−95* Естественное и искусственное освещение .

9.СНиП 2.01.07−85* Нагрузки и воздействия.

11. Годин А. М., Серков Б. П., альбом чертежей «Типовые конструкции и изделия для зданий промышленный предприятий. Раздел 1»

12.Трепененков Р. Н., учебник «Альбом чертежей конструкций и деталей промышленный зданий».

13.C.В.Дятков, А. П. Михеев, учебник «Архитектура промышленных зданий.»

14.М. А. Шерешевский, учебник «Конструирование промышленных зданий и сооружений.»

15. Серков Б. П., учебное пособие «Проектирование и теплотехнические расеты наружных ограждающих конструкций зданий».

16. Годин А. М., Пинская Н. П., учебное пособие «Проектирование и расчет естественного и совмещенного освещения производственных ж/д зданий с вводом подвижного состава»