Раздел II. КОНСТРУКЦИИ ОДНОЭТАЖНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ
ГЛАВА 10. ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОНСТРУКЦИЙ КАРКАСА ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ
10.1. Общая характеристика каркасов производственных зданий и основные требования, предъявляемые к их конструкциям
Современные производства размещаются в многоэтажных и одноэтажных зданиях, схемы и конструкции которых достаточно многообразны.
По числу пролетов одноэтажные здания подразделяются на однопролетные и многопролетные (с пролетами одинаковой и разной высоты). В настоящее время строится больше многопролетных (с числом пролетов два и более) зданий.
Ограждающие конструкции, защищающие помещение от влияния внешней среды, пути внутрицехового транспорта, различные площадки, лестницы, трубопроводы и другое технологическое оборудование крепятся к каркасу здания.
Каркас, т.е. комплекс несущих конструкций, воспринимающий и передающий на фундаменты нагрузки от веса ограждающих конструкций, технологического оборудования, атмосферные нагрузки и воздействия, нагрузки от внутрицехового транспорта (мостовые, подвесные, консольные краны), температурные технологические воздействия и т.п., может выполняться из железобетона, смешанным (т.е. частично конструкций - железобетонные, частично - стальные) и стальным. Выбор материала каркаса является важной технико-экономической задачей.
Пример конструктивной схемы стального каркаса двухпролетного производственного здания показан на рис. 10.1.
По виду внутрицехового транспорта здания подразделяются на бескрановые, с мостовыми кранами, с подвесными кранами, с подвесными конвейерами. Выбор вида транспорта определяется массой грузов и траекториями их перемещения.
При стабильных, многократно повторяющихся траекториях наиболее удобны наземные и подвесные конвейеры, и значительное число современных зданий оборудуется именно таким транспортом. Для перемещения грузов с большой массой по разнообразным траекториям оказываются более целесообразными мостовые и подвесные краны, с помощью которых груз может быть доставлен в любую точку цеха. Такие же перемещения могут обеспечивать козловые и полукозловые краны, но их использование требует исключения части площади цеха из технологического процесса в целях безопасной эксплуатации.
Многие современные производственные здания характеризуются большими пролетами, большой высотой помещений, большими нагрузками от мо-
Рис. 10.1. Конструктивная схема каркаса двухпролетного производственного здания
стовых кранов. Например, конвертерный цех (с тремя конвертерами объемом 400 м) занимает площадь около 3 га и представляет собой лтогопролетное многоэтажное здание с пролетами шириной 15-30 м и высотой до 80 м. Здание оборудовано мостовыми кранами грузоподъемностью до 450 т. В машиностроительной промышленности есть здания высотой 40-60 м с мостовыми кранами грузоподъемностью до 1200 т.
Конструкция здания должна полностью удовлетворять назначению сооружения, быть надежной, долговечной и экономичной.
10.1.1. Эксплуатационные требования, требования надежности и долговечности. В промышленных зданиях по сравнению с другими наиболее существенно влияние технологии производства на конструктивную схему каркаса, поэтому конструктивная форма часто полностью определяется габаритами и расположением оборудования, внутрицеховым транспортом, путями перемещения деталей и готовой продукции. Технологии производства различной продукции весьма разнообразны, а эксплуатационные требования почти всегда конкретны, специфичны именно для данного производства. Однако некоторые требования являются общими для всех производств:
удобство обслуживания и ремонта производственного оборудования, что требует соответствующего расположения колонн, подкрановых путей, связей и других элементов каркаса;
нормальная эксплуатация кранового оборудования и других подъемных механизмов, включая доступность его осмотра и ремонта;
необходимые условия аэрации и освещения зданий;
долговечность конструкций, которая зависит в основном от степени агрессивности внутрицеховой среды;
относительная безопасность при пожарах и взрывах.
Чрезвычайно большое влияние на работу каркаса здания оказывают краны. Динамические многократно повторяющиеся и значительные по величине крановые воздействия часто приводят к раннему износу и повреждению конструкций каркаса, особенно подкрановых балок. Поэтому при проектировании каркаса здания необходимо особо учитывать режим работы мостовых
кранов, который зависит от назначения здания и производственного процесса в нем.
Мостовые краны могут иметь ручной (при малой грузоподъемности) и электрический привод. Режим работы кранов определяется интенсивностью и условиями их работы. Интенсивность оценивается рядом показателей (общим число циклов работы, коэффициентом нагружения, числом включений механизма в час) и не зависит от грузоподъемности. Условия работы характеризуются типом транспортируемых средств (расплавленный металл, шлак, ядовитые, взрывчатые вещества и другие опасные грузы). В соответствии с правилами Госгортехнадзора и ГОСТа на грузоподъемные краны (ГОСТ 25546-82) все краны разделены соответственно на четыре режима и восемь режимных групп.
К кранам легкого режима работы (Л) относятся краны режимных групп 1К-ЗК (в том числе все краны, имеющие ручной привод), работающие с большими перерывами, не связанные с технологией производства и предназначенные для монтажных и ремонтных работ.
К среднему режиму работы (С) относятся краны режимных групп 4К, 5К, 6К, участвующие в технологическом процессе в механических цехах со среднесерийным производством. Для кранов, транспортирующрв? груз, нагретый свыше 300°С, расплавленный металл и другие опасные грузы, должна быть установлена группа режима не менее 6К.
К тяжелому режиму работы (Т) относятся краны режимной группы 7К (частично 6К), работающие в цехах с крупносерийным производством, а также в цехах металлургического производства.
К весьма тяжелому режиму работы (ВТ) относятся краны группы режима 8К, оборудованные жестким подвесом, грейфером или магнитом, эксплуатирующиеся в металлургических и других цехах с круглосуточной работой.
Режим работы кранов и тип подвеса груза учитываются при проектировании каркасов. Например, при использовании кранов тяжелого и весьма тяжелого режима работы должны быть обеспечены большая поперечная же-, сткость каркаса, большая надежность и выносливость подкрановых балок, а также устроены проходы вдоль подкрановых путей.
На работу и долговечность строительных конструкций здания большое влияние оказывает внутрицеховая среда. Степень агрессивного воздействия внутрицеховой среды на стальные конструкции оценивается скоростью коррозионного поражения незащищенной поверхности металла, мм/год. В зависимости от концентрации агрессивных газов и относительной влажности установлены четыре степени агрессивности среды для стальных конструкций: неагрессивная (скорость коррозии незащищенного металла до 0,01 мм/год), слабая (до 0,05 мм/год), средняя (до 0,1 мм/год) и сильная (свыше 0,1 мм/год).
При проектировании зданий с сильной степенью агрессивности среды особое внимание обращают на выбор марки стали, достаточно стойкой против коррозии при определенном составе агрессивной среды, на конструктивную форму элементов каркаса и на эффективные защитные покрытия.
В некоторых зданиях стальные конструкции подвергаются высоким тепловым воздействиям (нагрев до температуры 150°С и выше), и случайным воздействиям расплавленного металла или огня. При нагреве стальных конструкций до температуры свыше 100-150°С разрушается их защитное ла-
