ТехЛиб СПБ УВТ

Промышленные предприятия классифицируют по отраслям производства. Отрасль производства – составная часть отрасли народного хозяйства, к которой относятся промышленность, сельское хозяйство, транспорт, строительство и др.

Классификация отраслей производства в промышленности устанавливается по различным признакам, например, по однородности экономического назначения продукции (производственного или потребительского), виду обрабатываемого сырья, характеру технологического процесса и т. п. Всего насчитывается более 15 крупных отраслей (электроэнергетика, черная металлургия, цветная металлургия, машиностроение, металлообработка и др.).

Крупные отрасли промышленности, в свою очередь, делят на более мелкие по признаку назначения продукции или происхождения сырья, по однородности технологических процессов и т. п. Таких более мелких отраслей свыше 160. Например, в машиностроение, как в крупную отрасль промышленности, входят автомобилестроение, тракторостроение, станкостроение и др.

На основе отраслевой классификации производства построена и классификация промышленных зданий. Независимо от отрасли промышленности их разделяют на четыре основные группы: производственные, энергетические, здания транспортно-складского хозяйства и вспомогательные здания или помещения.

К производственным относят здания, в которых размещены цехи, выпускающие готовую продукцию или полуфабрикаты. Производственные здания по назначению разделяют на многие виды соответственно отраслям производства. Это могут быть металлообрабатывающие, механосборочные, термические, кузнечно-штамповочные, мартеновские цехи, цехи по производству железобетонных конструкций, ткацкие цехи, цехи по обработке пищевых продуктов, цехи вспомогательного производства, например, инструментальные, ремонтные и др.

К энергетическим относят здания ТЭЦ (теплоэлектроцентралей), снабжающих промышленные предприятия подстанции, компрессорные станции снабжающие электроэнергией и теплом, котельные, электрические и трансформаторные подстанции и др.

Здания транспортно-складского хозяйства включают гаражи, стоянки напольного промышленного транспорта, склады готовой продукции, полуфабрикатов и сырья, пожарные депо и т. п.

К вспомогательным относятся здания для размещения административно-конторских помещений, помещений общественных организаций, бытовых помещений и устройств (душевых, гардеробных и пр.), пунктов питания и медицинских пунктов. Вспомогательные помещения в зависимости от вида производства можно располагать непосредственно в производственных зданиях.

 

Размеры и расположение помещений, геометрическая форма, этажность и тип зданий напрямую зависят от их функционального назначения, пространственной организации происходящих в них производственных процессов, размещения и габаритов технологического оборудования, размеров изготовляемых изделий, а также режима работы в помещениях. Однако эта зависимость может быть более или менее жесткой.

В ряде производств (тяжелое машиностроение и др.) жесткие схемы производственных потоков: тяжелое оборудование, крупные габариты изделий, горизонтальность их передвижения – предопределяют их размещение в одноэтажных корпусах. Другие производства требуют вертикального решения технологических процессов (например мельница) и, соответственно, размещения в высоких зданиях. В ряде производств (например в химической промышленности) открытое или расположенное в цехах-агрегатах технологическое оборудование непосредственно определяет их форму и размещение.

Однако во многих видах производств не существует столь жесткой зависимости между технологией и типом зданий. Сравнительно небольшие вес и габариты оборудования и изделий, возможность многовариантной организации производственных потоков позволяют проводить более свободный выбор типа зданий и их этажности – от одноэтажных до многоэтажных, различной формы в плане и объемном решении.

К настоящему времени в промышленной архитектуре сложилась широкая типология промышленных зданий по назначению, объемно-планировочным и конструктивным решениям.

По функциональному признаку они делятся на производственные, подсобно-производственные (энергетические, складские, ремонтные, транспортные и др.), обслуживающие производство и вспомогательные здания (административные, санитарно-бытовые, общественного питания и др.), обслуживающие трудящихся. По объемно-планировочному решению они подразделяются:

• на одноэтажные (павильонной, сплошной застройки, пролетные, ячейковые, зальные);
  
• двухэтажные (пролетные, ячейковые, зальные, с техническим этажом и без него);
  
• многоэтажные (узкие шириной до 60 м, пролетные, ячейковые, зальные, с техническими этажами);
  
• разноэтажные (смешанной этажности, каскадного типа и др.).
  

К новым типам производственных зданий относятся здания-оболочки, здания террасного типа, закрытые (без световых проемов) моноблоки.

К особому виду производственных зданий относятся многофункциональные (производство + обслуживание), универсальные (с неизменяемой или гибкой планировкой), развивающиеся (растущие) здания.

Широкий диапазон объемно-планировочных типов зданий позволяет при проектировании сделать необходимый выбор оптимального типа исходя из особенностей производства и пространственной организации производственных потоков (горизонтальной, вертикальной или смешанной), характеристики машинного оборудования и изделий (габариты, вес, нагрузки на перекрытия) и необходимого микроклимата (освещение, температурно-влажностный режим, воздухообмен и др.).

Одноэтажные производственные здания применяются в областях тяжелого машиностроения, транспорта, строительной, энергетической, химической, пищевой, текстильной и многих других отраслях промышленности с горизонтальными технологическими процессами. Двухэтажные здания находят применение для различных производств легкой промышленности (швейной, трикотажной, галантерейной и др.), точного машиностроения, приборостроения, пищевой промышленности и др.

Многоэтажные получают все более широкое применение в предприятиях легкой промышленности, приборостроения и электроники, точной механики, некоторых видов пищевой, химической и других видов промышленности, где возможна горизонтально-вертикальная схема производственных процессов. В них также могут размещаться вспомогательные помещения: административно-бытовые, инженерно-конструкторские, научно-исследовательские и пр.

Здания, предназначенные для размещения в них производств, называют промышленными.

Промышленные здания по назначению классифицируют на:

• производственные основные, предназначенные для размещения цехов, изготавливающих продукцию (механосборочные, литейные, кузнечные и др.);
  
• производственные вспомогательные, которые обслуживают основное производство, (ремонтно-механические, инструментальные и др.);
  
• энергетические (ТЭЦ, котельные, трансформаторные и др.);
  
• транспортные (гаражи, депо и др.);
  
• складские, предназначенные для хранения готовой продукции, сырья, материалов;
  
• вспомогательные (административно-бытовые), предназначенные для размещения заводоуправления, лабораторий, столовых, поликлиник, бытовых помещений и др.).
  

На выбор ОПР и конструктивного решения здания влияет технологический процесс, который будет протекать в здании.

Технологическим процессом называется совокупность технологических, транспортных и складских операций, повторяющихся многократно и циклично в определенной последовательности.

Промышленные здания должны удовлетворять следующим общим требованиям:

• функциональным, которые обеспечивает рациональное размещение технологического оборудования;
  
• техническим, которые обеспечивают прочность, устойчивость, долговечность;
  
• противопожарным, которые предусматривают достаточную степень огнестойкости;
  
• архитектурно-художественным, которые способствуют созданию выразительного облика промышленного здания;
  
• экономическим, которые предусматривают минимальные затраты труда, средств и времени;
  
• индустриальности;
  

а также специальным требованиям:

• жаростойкости и огнестойкости;
  
• кислотостойкости и химической стойкости;
  
• взрывобезопасность
  

Для осуществления подъемно-транспортных операций внутри цеха необходимо применение различного подъемно-транспортного оборудования.
К напольному безрельсовому оборудованию относятся автопогрузчики, автокары. К напольному рельсовому оборудованию относятся козловые краны, все виды железнодорожного транспорта. К непрерывному оборудованию относятся конвейеры, лифты.

К подвижному подъемно-транспортному оборудованию для подъема и транспортировки груза в подвешенном состоянии применяют электротали.

 

Подвижным опорным подъемно-транспортным оборудованием являются подвесные и мостовые краны.

 

Подвесной кран или кран-балка грузоподъемностью до 5 т обслуживает всю площадь пролета. Кран состоит из двутавровой балки с электроталью, которая при помощи катков перемещается по монорельсам, подвешенным к несущим конструкциям покрытия. Управление краном осуществляется с пола цеха.

Мостовой кран грузоподъемностью от 5 т до 600 т обслуживает всю площадь пролета. Эти краны обеспечивают перемещение груза в продольном направлении, поперечном и по вертикали. Кран состоит из моста, образованного четырьмя параллельно расположенными фермами (общая ширина 5,5 м), который передвигается по рельсам, уложенным на подкрановых балках. По верху моста крана передвигается тележка с грузоподъемным механизмом. Управление краном осуществляется из кабины, подвешенной к мосту крана.

 

Основными объемно-планировочными параметрами здания являются:

• шаг, т.е. расстояние между разбивочными осями поперечных рядов колонн или стен, маркируется цифрами и равен 6, 9 и12 м.
  
• пролет, т.е. расстояние между разбивочными осями продольных рядов колонн или стен, маркируется буквами и равен 9, 12, 18, 24, 30,36 м и т.д.
  
• высота, т.е. расстояние от уровня чистого пола до низа главного элемента покрытия и может быть — 3,6; 4,2; 4,8; 5,4; 6; 6,6; 7,2; 8,4; 9,6; 10,8; 12; 12,6; 13,2; 14,4; 16,2; 18 м.
  
• сетка колонн, т.е. совокупность расстояний между колоннами в продольном и поперечном направлениях 6 х 6, 6 х 9 м.
  

 

Известная триада Витрувия определяет архитектуру — как пользу, прочность и красоту. Производственные здания не являются исключением.

Понятие пользы при их проектировании может быть переведено как влияние технологических факторов, а именно технологии производства, технологического оборудования и транспортных средств. Именно эти три фактора, выдвигающие свои, иногда довольно жесткие требования, открывают перечень всего, что определяет объемно-планировочную организацию производственного здания.

Принимая во внимание существование в производственных объектах двух систем – машины и человека, первостепенное значение этих трех факторов становится понятным и объяснимым. Действительно, многие здания для разных процессов изначально предопределены быть многоэтажными, как, например, элеваторы, где вся технология разворачивается по вертикали и для перемещения зерна используется сила гравитации. Башня элеватора имеет четко заданные параметры и на сегодняшний день ее высота достигает 60 м. Такое же вертикальное развитие имеют корпуса обогатительных фабрик, где добываемая порода путем самостоятельного перемещения по наклонным связям проходит последовательно через разные операции, и в результате повышается процентное содержание в ней необходимого сырья.

В то же время сборочные корпуса в автомобильной промышленности, там, где используется конвейер, располагаются в распластанных протяженных объемах. Представить их многоэтажными, с преобладанием вертикальных размеров над горизонтальными, просто нельзя. Горизонтальное развитие имеют и гидроэлектростанции, пространственное построение которых также жестко определено технологическим процессом.

Влияние приведенных трех факторов может быть неравнозначно. Иногда главным для формообразования здания является технология производства. Убедительным примером здесь служит доменная печь, как техническое сооружение металлургического комбината. Ее форма и размеры во многом обусловлены процессом выплавки металла.

В ином случае на первый план выходит используемое технологическое оборудование. Например, в производстве прокатного металла применяются такие громоздкие станки (прокатные станы), что не считаться с ними при разработке архитектурно-планировочного решения корпуса просто невозможно. Цех сушки молока в городе Угличе, Россия, имеет интересную форму двух поставленных друг на друга разных по размерам цилиндров. Такое решение было продиктовано одновременно влиянием технологии выпаривания молока и размерами оборудования, использующегося в этом процессе.

Иногда транспортные средства, применяемые для перемещения продукта или сырья внутри здания, оказывают решающее влияние на выбор его планировочных параметров. Это могут быть всевозможные механизированные устройства (транспортеры, нории) или устройства для передачи материала «самотеком»: пандусы, трубопроводы и пр. Наглядно иллюстрируют влияние транспортных средств на объемно-планировочную структуру здания разные варианты многоуровневых гаражей-стоянок для автомобилей.

К следующей группе факторов, влияющих на объемно-планировочную структуру производственного здания, относятся природно-климатические и градостроительные условия, рассматриваемые при разработке проекта. Особенности места строительства: рельеф, температурно-влажностный режим, преобладающие ветра и т. д. – оказывают влияние на формообразование любого архитектурного объема. Именно эти условия определяют традиционные, региональные подходы к архитектурному проектированию и, соответственно, определяют используемые в этом районе формы, принципы и приемы организации среды.

Интересно совместное влияние природно-климатических и технологических факторов на объемно-планировочную структуру отдельных, специфических объектов промышленной архитектуры.

Возможность использования энергии солнца, решая тем самым вопросы энергосбережения, очень актуальна именно в промышленности, где потребление энергии велико. Существует даже группа производств, которая так и называется – энергоемкие предприятия. Соединение устройств по аккумуляции солнечной, а иногда и ветровой энергии с технологией передачи и использования этой энергии в каком-либо производственном процессе может дать удивительные возможности формообразования.

Для выбора объемно-планировочного решения объектов промышленной архитектуры градостроительные условия важны так же, как и для всех прочих зданий, если предприятие располагается в городе или населенном пункте. А на сегодняшний день около 87 % производственных зданий по своим санитарно-гигиеническим характеристикам могут размещаться и размещаются в границах жилых поселений.

«Выход» производственного здания на главные или второстепенные улицы города, форма занимаемого участка, ориентация основных входов на транспортные магистрали, к остановкам пассажирского транспорта, наличие предзаводской площади со стороны основных подходов к предприятию и пр. – все это принимается во внимание при разработке архитектурно-планировочного решения. Многие производственные здания стали неотъемлемой составной частью застройки городских улиц и площадей, своеобразным ориентиром.

 

Крупный масштаб производственных зданий, делает их заметными в окружающей застройке иного функционального назначения, но, исходя из градостроительных условий, может быть и визуально уменьшен. Город предъявляет свои требования к архитектурным объектам, и производственные постройки не являются здесь исключением.

Отдельную группу факторов составляют условия труда и организация производства. Условия труда включают такие понятия как температурно-влажностные показатели внутренней среды, освещенность рабочего места, расположение оборудования, обеспеченность санитарно-бытовыми помещениями, состояние внутренней воздушной среды с точки зрения наличия токсичных веществ. Последнее обстоятельство становится очень важным для литейного, химического производств, отдельных видов пищевой промышленности. Оно обусловливает появление специальных помещений для механизмов и устройств очистки воздуха, дезактивации и санитарной обработки рабочей одежды, расширение состава помещений, бытового обслуживания рабочих.

К последней группе факторов относятся строительные материалы, время строительства и время эксплуатации, влияние которых на формообразование более ощутимо именно в производственных зданиях. Утилитарная направленность таких объектов обусловливает отсутствие в промышленной архитектуре функционально невостребованных деталей, в том числе и декора. Здесь многое зависит от пропорций, фактуры поверхностей, формы используемых конструкций.

Поскольку строительные материалы и выполняемые из них конструкции всегда влияли на величину пролета, высоту используемой фермы покрытия, арки, рамы, то они участвовали в формировании объемно-планировочной структуры всего здания.

Сегодня в промышленном строительстве используются разные материалы. Наиболее распространенный железобетон вытесняется осваиваемым как бы заново металлом, из которого выполняют не только несущие, но и ограждающие элементы. Такое использование металла оказывается намного экономичнее, чем применение его в железобетонных элементах. Объясняется это возможностью утилизации металла при реконструкции предприятия, его переплавки и повторного использования, чего нельзя сделать с железобетонными конструкциями. В отечественной архитектурной практике широкое использование легких металлических конструкций началось с 1970-х гг., когда в сочетании с эффективным утеплителем стали изготавливать стеновые панели типа «сандвич». Обладая легкостью и определенным изяществом такие панели, допускающие любую «вырезку» проемов для окон, дверей, ворот, дали новые средства трактовки фасадов, новую пластику и членения.

Со строительными материалами тесно связан вопрос времени возведения и эксплуатации производственного объекта. Существует ряд зданий и сооружений, срок службы которых может закончиться раньше, чем наступит их физический износ. Это объекты добывающей промышленности, ряд перерабатывающих производств. До недавнего времени подобные здания проектировали как временные и, соответственно, их сборность-разборность влияла на архитектурно-планировочную структуру.

Итак, объемно-планировочное решение промышленного здания зависит, прежде всего, от технологического процесса, который происходит в нем. Технологический процесс, в свою очередь, определяется производственно-технологической схемой. Технологическую часть проекта разрабатывают технологи. Задание на строительное проектирование должно содержать такие основные материалы:

• схему, определяющую последовательность операций производства;
  
• план расстановки технологического оборудования, привязанный к унифицированной сетке колонн, с указанием габаритов оборудования, проходов и проездов, технологических площадок, участков складирования, а также подземных сооружений;
  
• высотные параметры здания: высоту от уровня пола до низа основных несущих конструкций покрытия для бескрановых зданий и от уровня пола до отметки головки кранового рельса для цехов, оборудованных кранами; высоту этажа для многоэтажных зданий. Кроме того, должны быть указаны отметки рабочих и технологических площадок и этажерок;
  
• данные о средствах внутрицехового подъемно-транспортного оборудования;
  
• данные о производственных вредных отходах, которые могут выделяться (газы, дым, пыль и др.), и их источниках, а также о необходимом температурно-влажностном режиме в отдельных помещениях;
  
• характер работ с точки зрения их санитарной характеристики и степени точности;
  
• численность рабочих и административно-управленческого персонала по каждой смене (мужчин и женщин) и в отдельности по санитарной характеристике выполняемых работ;
  
• категорию производства по степени пожарной опасности;
  
• данные о районе и участке строительства;
  
• топографический план территории строительства;
  
• материалы гидрогеологического исследования и испытания грунтов;
  
• особые условия (сейсмичность, вечная мерзлота, наличие горных выработок и др.).
  

Наличие этих данных дает возможность приступить к строительному проектированию, основными задачами которого являются:

• разработка и выбор наиболее рационального объемно-планировочного и конструктивного решение здания в целом и отдельных его элементов с учетом осуществления строительства индустриальными методами. При этом широко используют унифицированные типовые секции (УТС) и унифицированные типовые пролеты (УТП), осуществляют расчеты и обоснования всех изделий и деталей, принимая во внимание район строительства и класс здания;
  
• обеспечение требуемой пожарной безопасности в соответствии с установленной степенью огнестойкости здания;
  
• создание наиболее благоприятных условий работы (организация рабочих мест, температурно-влажностный режим в помещениях, условия безопасности и гигиены, освещенности);
  
• расчет и проектирование административных и бытовых помещений;
  
• решение вопросов технологии и организации строительства, его сметной стоимости и вопросов охраны работы и окружающей среды.
  

Производственные здания должны иметь простую конфигурацию в плане, при этом целесообразно избегать пристроек к корпусу, которые в дальнейшем могут усложнить расширение и реконструкцию производства. Современная практика показывает, что производства с однотипными, а иногда и различными технологическими процессами целесообразно блокировать в одном здании.

Такое объединение не должно противоречить санитарно-гигиеническим требованиям, пожаро- и взрывобезопасности. Современные методы типизации основаны на применении единой модульной системы и сквозной унификации всех строительных параметров зданий и сооружений. Разработки комплексных типовых проектов, типовых проектных решений, чертежей типовых конструкций и изделий, типовых монтажных и архитектурных деталей дают возможность при выполнении конкретных проектов ограничиваться составлением монтажных схем со ссылкой на соответствующие рабочие чертежи типовых конструкций, изделий и деталей. Для каждой области промышленности на этой основе определены оптимальные размеры блоков, из которых можно компоновать производственные здания нужных размеров.

Так, для предприятий машиностроения рекомендованы такие типы УТС:

• размерами в плане 144х72 и 72х72 м с сеткой колонн 24х12 и 18х12 м;
• высота пролетов бескрановых и с подвесным транспортом грузоподъемностью до 5 т включительно 6 и 7,2 м;
• высота пролетов с мостовыми кранами грузоподъемностью до 30 т включительно 10,8 и 12,6 м.

Приняты также дополнительные секции. УТС многоэтажных зданий разработаны для зданий в 2, 3, 4, 5 этажей, следует принимать сетку колонн 6х6 и 6х9 м. Высота этажа может быть кратной 1,2 м, в зависимости от технологических условий и габаритов оборудования выбирают 3,6; 4,8; 6,0 м. В пределах одного здания допускается не более двух высот. Одним из важных вопросов при проектировании производственных зданий является организация людских и грузовых потоков и эвакуация людей из здания. Цех надо проектировать так, чтобы люди имели возможность перемещения по кратчайшим, удобным и безопасным путям. Рабочие места должны иметь свободный доступ. Не следует допускать пересечений в одной плоскости напряженных грузовых и людских потоков. В местах неизбежных пересечений предусматривают туннели, переходы и проходы. Для перехода рабочих на другую сторону конвейеров, транспортеров, рольгангов и других движущихся устройств предусматривают переходные мостики.

 

 

При проектировании и строительстве производственных зданий обязательно предусматривают пути вынужденной (аварийной) эвакуации людей из помещений. Время эвакуации определяется нормами и зависит от характера производства. Аварийная эвакуация людей из зданий обычно происходит в условиях высоких температур, задымления и загазованности. Для быстрой и безопасной эвакуации людей необходимы достаточное количество выходов, определенная протяженность и ширина путей эвакуации и эвакуационных выходов. При этом учитывают, что время эвакуации зависит от плотности потока, т.е. количества людей (или суммы площади их проекций, м2) на единицу площади (м2), а также длины пути эвакуации. Пути эвакуации должны быть по возможности прямыми и без пересечения другими потоками. Двери на путях эвакуации должны открываться по направлению выхода из здания.

Обычно разрабатывают специальную схему эвакуации людей из здания, а всех работающих в здании люди предварительно оповещают о порядке эвакуации в случае возможных аварийных условиях. Проектируя производственные здания, наряду с технологическими факторами надо учитывать ряд физико-технических вопросов, играющих при эксплуатации здания исключительно важную роль. К ним относятся вопросы: строительной теплотехники, вентиляции, в том числе аэрации; освещенности, борьбы против чрезмерной инсоляции; борьбы со снежными заносами; изоляции от агрессивных воздействий; борьбы с производственными шумами и вибрацией. При чрезмерной инсоляции, когда прямые и отраженные солнечные лучи, попадая в глаза, мешают работе и бывают причиной травматизма, а также, нагревая облученные поверхности, вызывают перегрев помещений, ориентированных соответствующим образом, или здания в целом предусматривают устройство остекленных поверхностей или применяют конструктивные меры против инсоляции. Важным вопросом является защита конструкций от агрессивных химических воздействий путем рационального выбора материалов, а также окраски специальными составами.

Шумы и вибрации, которые возникают от работы машин и транспорта, вредно отражаются на организме человека, снижают его трудоспособность и могут вызывать деформации в конструкциях здания. Основными мерами борьбы при этом являются:

• установка оборудования на самостоятельных, обособленных от конструкций здания опорах и фундаментах;
• устройство под машинами в толщи фундамента упругих прокладок и «экранов» из шпунтованных свай или траншей, засыпанных рыхлым материалом; надежная изоляция помещений с значительными сотрясениями и вибрациями от других помещений и их размещение на первых этажах или в крайних пролетах и др.

Как уже отмечалось, промышленные здания проектируют на основе УТС и УТП. Типовые проекты привязывают к конкретным условиям строительства. Проектирование производственных зданий имеет две стадии: проектное задание и рабочие чертежи. Привязку основных конструкций зданий к координационным осям делают с соблюдением правил, изложенных дальше.

Разработанный проект может отвечать всем действующим нормам, каталогам и ГОСТам, а также указаниям по проектирования промышленных зданий.

В промышленных зданиях целесообразно применение сборного ж/б каркаса. Если в соответствии с технологическим процессом необходимо увеличить высоту, то конструкции каркаса выполняют из металла.

Одноэтажные здания могут иметь в плане простые и сложные формы. Одноэтажные промышленные здания предназначены для производств с горизонтальными схемами технологического процесса (например, тяжелое машиностроение). В основном преобладает прямоугольная форма, а сложные формы характерны для производств со значительными тепло- и газовыбросами, если нужна организация притока и удаления воздуха.

Одноэтажные здания являются сегодня самым распространенным типом производственных зданий как в нашей стране, так и за рубежом. Примерно 70 % из построенных зданий для производства в бывшем СССР относилось к этому типу. В странах Западной Европы 80 % ежегодно вводимых производственных зданий сегодня выполняются одноэтажными.

В таком здании можно разместить практически все технологические процессы. Более того, некоторые из процессов нельзя размещать ни в каком ином типе производственных зданий, кроме как в одноэтажном. Это процессы с тяжелым оборудованием, большие нагрузки которого должны передаваться непосредственно на грунт. К достоинствам такого производственного здания относится возможность размещать тяжелое оборудование. Расположение оборудования в одной плоскости обеспечивает простые и надежные технологические связи.

Экономически такие связи наиболее выгодны, поскольку горизонтальный транспорт (напольный, подвесной, крановый) относится к самым дешевым. Несомненным преимуществом одноэтажного здания является также и возможность его верхнего естественного освещения через фонари покрытия, что дает равномерный уровень освещенности внутренней среды. Главным же недостатком этого типа здания следует признать трудности архитектурно-художественного плана. Плоские, протяженные, имеющие небольшую высоту и значительные размеры в плане объемы нелегко вписываются в городскую среду; непросто решаются композиционные вопросы, достижение выразительности облика, его индивидуальности. К недостаткам архитектурно-художественного плана добавляются сложности строительства и эксплуатации. Большие по площади одноэтажные здания требуют ровных, практически без уклона площадок (до 3 % ), найти которые в населенном пункте и даже в его пригородах достаточно трудно. Большие поверхности наружных стен и покрытия приводят к теплопотерям и повышенным расходам на отопление. Тем не менее, недостатки одноэтажного здания могут быть устранены мастерством архитектора и использованием дополнительных источников и средств энергосбережения.

По характеру застройки одноэтажные здания подразделяются на два подтипа: павильонной и сплошной застройки. Первая характеризуется тем, что здание представляется одним, мало расчлененным объектом.

Вторая, павильонная, застройка отличается изрезанной формой плана. Здание состоит как бы из отдельных частей (павильонов), соединенных переходами. Такие строения применяются для производств, технологический процесс которых неоднороден по микроклиматическим, санитарно-гигиеническим, пожаро-, взрывоопасным или прочим условиям (например, в химической, микробиологической промышленности, где требуется большая изоляция отдельных цехов).

П- и Ш-образные или гребенчатые здания используются для кузнечных цехов, Т-образные – для литейных (их тоже относят к павильонным). Наличие данной формы объясняется необходимостью изолировать технологические операции, приводящие к значительным шумовым, вибрационным и тепловым выделениям, а также загазованности среды.

В зданиях павильонной застройки естественное освещение часто ограничивается боковыми оконными проемами, которые не только экономичнее и проще в эксплуатации, чем фонари покрытия, но и обеспечивают визуальную связь с окружающей средой, что требуется для формирования среды, в психофизиологическом отношении нормальной для работающих. Павильонная застройка имеет преимущества в архитектурно-композиционном плане. Большой распластанный объем в данном случае членится на отдельные составляющие, иногда разные по высоте, восприятие которых с учетом неодинаковой приближенности частей формирует более интересное, пластичное целое.

В итоге выбор того или другого подтипа одноэтажного здания (сплошной или павильонной застройки) зависит от ряда технологических, технических, природно-климатических факторов, а также оценивается, исходя из соображений экономичности строительства и эксплуатации. Наиболее распространена павильонная застройка для предприятий химической и нефтехимической промышленности и для отдельных корпусов металлургических и машиностроительных заводов.

В зависимости от характера технологического процесса одноэтажные здания по объемно-планировочному решению могут быть пролетного, зального, ячейкового и комбинированного типа.

Здания пролетного типа проектируют в тех случаях, если технологические процессы направлены вдоль пролета и обслуживаются кранами или без них.

Основными конструктивными элементами современного одноэтажного пролетного промышленного здания являются: колоны, которые передают нагрузки на фундаменты; конструкции покрытия, которые состоят из несущей (балки, фермы, арки) и ограждающей (плиты и элементы покрытия) части; подкрановые балки, которые устанавливают на консоли колонн; фонари, которые обеспечивают нужный уровень освещенности и воздухообмен в цехе; вертикальные ограждающие конструкции (стены, перегородки, конструкции остекления), причем конструкции стен опираются на специальные фундаментные и обвязочные балки; двери и ворота для движения людей и транспорта; окна, которые обеспечивают необходимый световой режим.

Одноэтажные промышленные здания проектируют чаще всего в каркасной системе, образованной стояками (колоннами), вмонтированными в фундамент, и ригелями (фермами или балками). Специальные связи (горизонтальные и вертикальные) обеспечивают пространственную жесткость каркаса.

Габариты сборных элементов для промышленных зданий унифицированы, и соответственно унифицированы габариты конструктивных элементов на основе укрупненного модуля. Пролет зданий (поперечное расстояние между колонами) принимают 12, 18, 24, 30 , 36 м и др.

Высота от пола до низа несущей конструкции покрытия устанавливают кратной модулю 0,6 м (от 3,6 до 6,0 м), укрупненному модулю 1,2 м (от 6,0 до 10,8 м) и модулю 1,8 м (от 10,8 до 18,0 м).

По размещению внутренних опор одноэтажные здания также разделяют на пролетные, ячейковые, зальные.

Здания зального типа применяют тогда, когда технологический процесс связан с выпуском крупногабаритной продукции или установкой большеразмерного оборудования (ангары, цеха сборки самолетов, главные корпусы мартеновских и конверторных цехов и др.). Пролеты зданий зального типа могут быть 100 м и более.

Развитие и внедрение средств автоматизации и механизации технологических процессов создает потребность передвижения транспортных средств в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Необходимость частой модернизации технологического процесса легко осуществима в одноэтажных зданиях сплошной застройки с квадратной сеткой колонн. Такое объемно-планировочное решение получило название ячейкового, а здания – гибких, или универсальных.

В зданиях комбинированного типа сочетаются основные признаки зданий зального, пролетного или ячейкового типа.

 

Пролетный подтип обеспечивает хорошие технологические связи, однако только вдоль пролета. Весь технологический процесс выстраивается последовательно, цепочкой, от одного пролета к другому. Потому пролетные здания хорошо приспособлены для конвейерного производства.

Использование мостового крана, передающего нагрузки непосредственно на грунт, позволяет здесь работать с достаточно тяжелыми изделиями. Примерно 35 % всех одноэтажных пролетных зданий оснащено мостовыми кранами, 15 % – подвесными. Этот подтип незаменим для производств тяжелого машиностроения, выпускающих турбины, большегрузные автомобили, крупногабаритные станки и пр.

Пролеты могут располагаться как в одном, так и в разных направлениях, иметь одну или разную ширину и высоту. Ограничением является величина перепада высот пролетов меньше 1,8–2,4 м. При меньшем перепаде все пролеты выравниваются во избежание образования снегового мешка. Разновысокие и расположенные взаимно перпендикулярно пролеты часто применяются при введении железнодорожного транспорта в здание. Такой пролет имеет другие линейные размеры и устраивается, как правило, с краю, не внутри здания

Число пролетов не ограничивается, однако большое их количество ведет к чрезмерной площади здания, что вызывает сложности при строительстве и эксплуатации.

а	б	в
Схемы пролетного (а), ячейкового (б) и зального (в) типов одноэтажного производственного здания

Для перекрытия пролетов используются различные конструкции, наиболее часто – фермы разных очертаний. Возможно применение и шедового покрытия. Абрис кровли может быть как плоским, простым, так и более сложным. Форма покрытия для одноэтажного здания играет существенную роль при формировании его внешнего облика. Часто именно линия кровли, выразительная, напряженная, может выделить довольно большое и в то же время относительно невысокое производственное здание из окружающей застройки, сделать его интересным и запоминающимся.

Верхний свет в здании устраивается расположенными вдоль пролета линейными либо точечными зенитными фонарями. Световые фонари способны быть одновременно и аэрационными, обеспечивая естественную вентиляцию корпусов. Довольно часто это используется в цехах с большими тепловыделениями – кузнечных, литейных. Нагретый воздух вместе с вредными газами, парами и аэрозолями поднимается вверх естественным образом и без дополнительных затрат удаляется через светоаэрационные фонари.

Размеры пролетов выбираются в зависимости от технологии производства, выпускаемой продукции, используемых станков и оборудования, и бывают 12, 18, 24, 36 и более метров. Известный завод Атоммаш в России, производящий турбины для атомных электростанций, имеет пролет 42 м, оснащенный мостовыми кранами грузоподъемностью 1200 т.

Ячейковый подтип одноэтажного здания появился в 1940-х гг. в связи с необходимостью усложнить поточное движение производственной цепочки, перейти от однонаправленного перемещения технологического потока к движению потока в двух, взаимоперпендикулярных направлениях. Этот подтип характеризуется квадратной или близкой к нему сеткой колонн; несущими конструкциями покрытия являются взаимопересекающиеся балки, фермы, коробчатые настилы, грибовидные монолитные или сборные перекрытия (сетка колонн – 12x×12, 15×15, 18×18, 24×24 м). Одним словом, возможно любое сочетание конструктивных элементов, работающее в двух направлениях.

Мостовые краны здесь не используются, их заменяют всевозможными подвесными устройствами, кран-балками, подвесными конвейерами. Отличие этих механизмов от мостовых кранов заключается в передаче нагрузки на грунт через конструкцию перекрытия, а не непосредственно, как это происходит с мостовым краном. Поэтому грузоподъемность таких устройств значительно ниже.

Возможность передвигаться по технологической цепочке в обоих направлениях позволяет иметь внутри здания более гибкое производственное пространство, легко перестраивающееся, изменяющееся. Поэтому здания ячейковой структуры используют, прежде всего, для производств, технологический процесс которых довольно часто претерпевает изменения, например, на предприятиях электронной промышленности, приборостроения. Преимущества более гибкого внутреннего пространства способствуют также широкому распространению этого типа зданий в отраслях промышленности, не требующих больших пролетов и оборудования большой грузоподъемности.

Зальное здание представляет собой практически однопролетное строение с очень большим пролетом. Перекрывают такой пролет фермы, арки, своды, ванты, пространственно-стержневые структуры или их сочетания. Основная цель применения большепролетных и довольно дорогих конструкций – создание внутри свободного безопорного пространства, необходимого для производств с крупногабаритным оборудованием или выпускаемой продукцией. Ангары для самолетов, цехи прокатки металла, сборочные корпуса машиностроительных заводов – вот основные области применения зального одноэтажного здания. В то же время часто можно встретить этот тип здания на малых производствах, где объемы невелики, конструкция перекрытия имеет небольшой пролет (не более 24–36 м) и потому относительно недорогая. Так, станцию технического обслуживания, выполненную в зальном варианте, отличают хорошие условия организации внутренней среды, свободное передвижения автомобилей, переоборудования и переоснащения постов.

Внутреннее пространство одноэтажных зданий (пролетных, ячейковых, зальных) зонируется по вертикали и горизонтали. Горизонтальное зонирование включает выделение зон основного производства, обеспечения производства вентиляционных и энергетических установок, складов и обслуживания рабочих (бытовые помещения). Все эти зоны размещаются параллельно друг другу вдоль или поперек здания (продольное или поперечное горизонтальное зонирование). Планировочные зоны разделяются между собой проездами, которые выполняют роль проходов для людей и путей перемещения напольного транспорта. В связи с этим их ширина может достигать 3–4,5 м.

Проезды – основные горизонтальные коммуникации одноэтажного здания. Их система становится главной в планировочной организации внутреннего пространства, размещении всех цехов и участков производства. Проезды – своеобразный планировочный каркас здания, от которого зависит рациональное устройство его внутренней среды. В то же время проезды изымают производственные площади здания – площади, обеспечивающие выпуск продукции, – и, соответственно, экономические показатели предприятия – стоимость эксплуатации материальных фондов, их окупаемость, стоимость выпускаемой продукции и пр. Поэтому система проездов должна быть рациональной, технологически и технически обеспечивать оптимальную организацию внутреннего пространства здания с минимальной длиной пути перемещения транспорта.

Вертикальное зонирование заключается в использовании нескольких уровней внутри одного этажа. Верхний уровень, зона перекрытия, предназначается для размещения инженерного оборудования в виде открытых установок или в виде надстроек на крыше; здесь проходят также технологические и технические коммуникации. Их прокладка осуществляется в межферменном пространстве либо в каналах и полостях специальных несущих конструкций – коробчатых настилов, пустотелых балок коробчатого сечения и пр.

Внутри здания возможно устройство антресолей, предназначенных для размещения оборудования как основного, так и вспомогательного производственных процессов. Здесь также можно располагать склады и бытовые помещения для работающих.

Нижний уровень иногда представлен подвалом, в котором могут размещаться установки первичной очистки выбросов, отдельное вспомогательное оборудование, склады и даже бытовые помещения.

Все участки, цехи и сопутствующие помещения размещают в соответствии с технологической схемой производства; желательно, чтобы каждый из них выходил одной или несколькими сторонами на проезды. Помещения с взрывоопасными процессами располагают у наружной стены, не внутри здания.

Производственные цехи и прочие помещения в одноэтажном здании выделяются перегородками, часто не доходящими до низа покрытия. Конструкция же покрытия, как правило, не скрывается подвесным потолком. Исключение составляют некоторые производства пищевой промышленности и микробиологии, где требуется чистая поверхность стен и потолка во избежание оседания пыли и прочих, вредных для процесса или выпускаемой продукции веществ. Высота этажа одноэтажного здания считается от отметки чистого пола до низа несущих конструкций покрытия и бывает кратна 0,6 м или 1,2 м – 4,2; 4,8; 6 м и более до 30 м.

Пространство внутри одноэтажного здания человек воспринимает как единое, цельное, причем это пространство наполнено множеством технических элементов, движущихся в разных направлениях, стучащих и гремящих. Высота этого пространства намного меньше его размеров в плане. Все это способно вызывать специфические психические реакции у находящегося в помещении, а тем более занятого на производстве человека. Поэтому особого внимания архитектора требует разработка интерьеров цехов и помещений. Формирование комфортной среды достигается специальным применением цвета, выбор которого зависит в большой мере от характера технологического процесса – горячие или холодные цехи. Иногда архитектор умышленно завышает высоту одноэтажного здания, чтобы у находящихся внутри людей не формировался эффект сдавливания, тяжести нависающего перекрытия.

По конструктивной схеме одноэтажные здания бывают:

• каркасные с полным каркасом, которые представляют собой систему колонн, связанную с покрытием;
  
• каркасные с неполным каркасом, которые имеют наружные несущие стены и внутренние опоры в виде колонн или кирпичных столбов;
  
• бескаркасные, которые имеют наружные несущие стены, усиленные пилястрами;
  
• шатровые, которые не имеют вертикальных опор и наружных стен, а покрытия опираются на фундамент.
  

   

 

В практику строительства все шире внедряются прогрессивные методы возведения зданий, увеличивается заводская готовность строительных конструкций, применяются новые материалы и облегченные конструкции, снижается себестоимость строительства, улучшается его качество. Все это требует применения типового проектирования.

 

 Типовое проектирование позволяет многократно применять опробованные и экономически выгодные объемно-планировочные и конструктивные решения промышленных зданий. При этом типизация зданий неразрывно связана с унификацией его конструктивных элементов, т.е. с ограничением выбора и применением единообразных по форме и размерам строительных конструкций, изготовляемых индустриальными методами.

 

 

Типовые и унифицированные детали и конструкции, хорошо зарекомендовавшие себя в эксплуатации, включены в каталоги типовых изделий и обязательны для применения. Существует «Каталог типовых индустриальных железобетонных и бетонных изделий», в который включены следующие сборники: К-1 «Одноэтажные здания»; К-2 «Многоэтажные здания»; К-3 «Инженерные сооружения».

На основе этого каталога проектировщиками определены оптимальные размеры блоков, из которых можно компоновать производственные здания необходимых размеров для вполне определенного вида производства. Например, для цехов механосборочного производства на заводах авиадвигателестроения приняты следующие типы основных секций зданий:

1. Размеры в плане – 144×72 и 72×72 м с сеткой колонн 24×12 и 18×12 м;
   
2. Высота пролетов бескрановых и с подвесным транспортом грузоподъемностью до 5т – 6 м и 7,2 м;
   
3. Высота пролетов с мостовыми кранами грузоподъемностью до 30т – 10,8 м и 12,6 м.
   

Помимо основных секций зданий приняты и дополнительные секции для поперечных пролетов. В некоторых случаях компонуют здания с разнообразными объемно- планировочными решениями. На рис. 2.3 в качестве примера приведены схемы компоновки зданий из унифицированных типовых секций.

 

 

Многоэтажные промышленные здания применяют в легкой, пищевой, электротехнической и других видах промышленности.

По конструктивной схеме многоэтажные промышленные здания бывают с неполным каркасом и несущими внешними стенами или с полным каркасом (рис.12.4). Основными элементами каркаса являются колонны, ригели, плиты перекрытий и связи. Междуэтажные перекрытия выполняют из сборных железобетонных конструкций двух типов: балочные и безбалочные.

Сборные каркасы могут быть решены по рамной, рамно-связевой или связевой системе. При рамной системе каркаса пространственная жесткость здания обеспечивается работой самого каркаса, рамы которого воспринимают как горизонтальные, так и вертикальные нагрузки. При рамно-связевой системе вертикальные нагрузки воспринимаются рамами каркаса, а горизонтальные — рамами и вертикальными связями (диафрагмами). В случае связевой системы вертикальные нагрузки воспринимаются колонами каркаса, а горизонтальные -вертикальными связями.

Сетку колонн многоэтажных зданий принимают 6х6 или 6х9 м, в последнее время разработаны проекты с сеткой 6х12, 6х18 и даже 6х24 м.

Высоты этажей многоэтажных производственных зданий унифицированные и могут быть 3,6; 4,8; 6,0 м, для первых этажей допускается высота 7,2 м (модуль 12 м).

Для вертикального транспорта в многоэтажных зданиях предусматривают грузовые и пассажирские лифты, которые вместе с лестницами объединяются в узлы.

При выборе конструктивных решений промышленных зданий необходимо иметь в виду экономическую значимость стоимости отдельных конструктивных элементов в общей сметной стоимости здания. Для многоэтажных зданий наибольшее влияние на стоимость оказывают стены, каркас, полы и проемы, в одноэтажных – каркас, конструкции кровли, полы и стены.

Многоэтажные промышленные здания предназначены для производств с вертикальными схемами технологического процесса (легкая промышленность).

По назначению многоэтажные здания подразделяются на производственные, лабораторные и административно-бытовые.
Большинство многоэтажных зданий возводятся каркасными.

 

По ОПР различают многоэтажные здания:

• унифицированного типа с сеткой колонн 6 х 6 м или 6 х 9 м, с высотой этажа 3,6; 4,8 м и до пяти этажей;
  
• с верхним этажом, оборудованным подвесным или мостовым краном;
  
• двухэтажные, в которых тяжелое технологическое оборудование размещают на первом этаже, а легкое на верхнем.
  

 

Список использованной литературы

• Костов К. Типология промышленных зданий/Сокр. пер.с болг. Ц.М. Симеонова: Под ред. Н.Н. Кима. – М.: Стройиздат, 1987.
  
• Справочник проектировщика. Архитектура промышленных предприятий, зданий и сооружений/Под. ред. заслуженного деятеля науки и техники РСФСР К.Н. Карташова. – М.: Стройиздат, 1975.
  

Читать по теме:

• Технология как основа объемно-планировочного решения промышленных зданий
• Классификация промышленных предприятий
• Архитектурно-композиционные решения промышленных зданий
• Одноэтажные промышленные предприятия
• Многоэтажные промышленные здания
• Объемно-планировочные и конструктивные решения промышленных зданий
• Вспомогательные здания и помещения промышленных предприятий
• Унификация и типизация. Привязка к осям
• СП 56.13330.2011 Производственные здания