Типы зданий. Основные требования к решениям зданий

Дерево событий

Лекция 18

Электрические установки питающиеся от сети напряжением до 1 кВ с изолированной нейтралью.

В состав электрической установки входит несколько потребителей электроэнергии. Применяется защитное заземление, возможно применение УЗО.

А_Б – безопасное состояние

А_П – поражение электрическим током

А₁ – состояние электроустановки: находится под рабочим напряжением

А₂ – прикосновение человека к нетоковедущим частям

А₃ – замыкание фазного провода на корпус одного из потребителей электроэнергии

А₄ – отказ заземления (обрыв провода, недопустимое увеличение сопротивления заземления)

А₅ – низкое сопротивление изоляции фазных проводов относительно земли

А₆ – низкое сопротивление человека

А₇ – случайное прикосновение человека к токоведущей часте

А₈ – замыкание двух фаз проводов на различные корпуса электроустановок

А₉ – отказ максимально-токовой защиты

А₁₀ – отказ УЗО, реагирующего на оперативный ток

Состояния (перечисленные), которые формируют опасное событие (поражение электрическим током) являются случайными, следующие одно за другим в случайные моменты времени – потоки случайных событий.

1. Стационарные потоки – среднее число событий, попадающих на единичный участок времени, остающийся постоянным для всего рассматриваемого времени. Те же потоки являются потоками, составляющими события без последствий, т. е. для 2 – х любых непересекающихся участков времени число событий, попавших на один участок не зависит от числа событий, попавших на другой участок времени. Такой поток явл. ординарным, т. е вероятность попадания на один участок двух и более событий по сравнению с одним пренебрежительно мало.

Р = l × DТ

l - интенсивность – среднее число потоков в единицу времени

l = const[число событий \ ед. времени]

Конструктивные особенности одноэтажных зданий открывают большие возможности применения крупных сеток колонн. Это позволяет создавать лучшие условия расстановки оборудования и организации производственных потоков; в любом месте здания свободно размещаются производства с тяжелым оборудованием; обеспечивается большая маневренность при перестройке технологического процесса; проще и экономичнее решаются транспортные и грузоподъемные устройства.

В практике проектирования и в строительных нормах принята определенная терминология для параметров зданий:

- объемно-планировочный элемент – часть здания с размерами, равными высоте здания, пролету и шагу;

- планировочный элемент – горизонтальная проекция объемно-планировочного элемента;

- объемно-планировочные параметры – основные линейные размеры объемно-планировочных элементов: пролеты, шаги, высоты;

- пролет – расстояние между разбивочными осями отдельных опор в направлении, соответствующем пролету основной несущей конструкции покрытия;

- шаг – расстояние между разбивочными осями, определяющими расположение отдельных опор или расположение основных несущих конструкций;

- сетка колонн – расположение разбивочных осей колонн в плане; обозначается как произведение пролета на шаг колонн;

- высота одноэтажного здания – расстояние от уровня пола до условной отметки покрытия; высота помещения одноэтажного здания – расстояние от уровня чистого пола до низа несущей конструкции покрытия вблизи опирания на колонну.

Объемно-планировочные решения зданий промышленных предприятий должны удовлетворять требованиям современной технологии производства и индустриализации строительства. Этим и объясняется массовый переход к пролетам 18, 24 и 30 м; увеличение шага колонн в большинстве здания до 12 м и для определенных производств до 18 м.

Среди производственных зданий можно выделить следующие основные разновидности: здания со скатной кровлей и с плоской кровлей, с фонарями и без фонарей, крановые и бескрановые. В практике строительства встречаются различные сочетания этих признаков. Отечественные нормы относят к плоским кровли, имеющие уклон от 0 до 2,5%. С плоской кровлей без фонарей в основном здания для текстильной промышленности, искусственного волокна, радиоэлектроники и других отраслей, где требуется создание определенных температурно-влажностных режимов. Здания с фонарями в основном строятся со скатной кровлей, однако применяются также и при плоской.

Разновидность одноэтажных производственных зданий представляют здания павильонного типа. Это отдельно стоящие одно-, двух- и трехпролетные, реже многопролетные здания с встроенными этажерками для размещения технологического оборудования. Такие здания предназначены для размещения производств, в которых преобладают вертикальные схемы технологических процессов.

При проектировании промышленных предприятий следует предусматривать ограниченное число типов зданий и их конструктивных решений. Здания должны проектироваться прямоугольной формы в плане и преимущественно без перепадов высот. Целесообразны здания с одинаковыми пролетами одного направления и высоты. При соответствующем обосновании допускается минимальное количество разных унифицированных пролетов. Если по технологическим требованиям часть пролетов одного направления проектируется увеличенной высоты, то повышенные пролеты следует группировать вместе и располагать по одну сторону от пониженных пролетов. Во всех случая надо избегать пониженных средних пролетов, способствующих образованию снеговых мешков. Ширина здания устанавливается с учетом требований пожаро-и взрывобезопасности.

В директивных материалах Госстроя СССР, принятых в 1960 г. и определивших техническую политику в проектиро­вании промышленных предприятий на длительный период, ре­комендовано для одноэтажных многопролетных зданий массо­вого типа применять в цехах без кранов главным образом сетку колонн 18х12 м (в отдельных производствах и более крупную­ сетку) и в цехах с кранами сетки 18х12 и 24х12 м, а для от­дельных производств с крупногабаритным оборудованием – пролеты 30 и 36 м. При подвесном транспортном оборудовании или при подвесных потолках, а также при подвеске значительного количества различных коммуникаций рекомендовано распола­гать несущие конструкции покрытий (балки, фермы) через 6 м и применять подстропильные конструкции. При отсутствии под­весного оборудования рекомендованы стропильные балки и фермы с шагом 12 м, а для покрытия – плиты пролетом 12 м (в этом случае не требуются подстропильные конструкции).

До трех четвертей площадей всех одноэтажных производственных зданий проектируется и строится с сетками колонн 18х12 и 24х12 м. Остальная четверть площадей – с сетками колонн 9х6, 12х6, 18х6, 24х6, 30х12, 36х12 м. В проектировании производственных зданий практически полностью исключены сетки колонн 15х6 и 21х6 м. Сетка 27х6 применяется в виде исключения только для зданий электролиза алюминия.

2. Схемы каркасов зданий

Несущие конструкции одноэтажных зданий из сборных желе­зобетонных элементов принято делить на поперечные и продоль­ные. Поперечные конструкции каркаса здания называют рама­ми; они воспринимают нагрузки от покрытия, снега, кранов, вет­ра, действующего на продольные стены и фонари, а при каркасных стенах – также нагрузки от стен. В отдельных случаях ра­мы могут быть рассчитаны и на восприятие других нагрузок и воздействий, например сейсмических.

Продольные конструкции здания обеспечивают устойчивость поперечных рам и воспринимают продольные нагрузки от тор­можения кранов и от ветра, действующего на торцовые стены здания и торцы фонарей. Продольные конструкции могут вос­принимать и другие нагрузки и воздействия, в том числе сейсми­ческие.

Поперечные конструкции (рамы здания) состоят из основ­ных несущих элементов каркаса здания: стоек и ригелей. В од­ноэтажных зданиях сборные железобетонные рамы могут быть однопролетные, двухпролетные и многопролетные. В современном промышленном строительстве преобладают многопролетные здания.

Сборные железобетонные поперечные рамы собирают из сто­eк (в одноэтажных зданиях их называют колоннами) и ригелей, в качестве которых используют сплошные элементы – балки покрытия (называемые в дальнейшем стропильными балками) либо решетчатые элементы – фермы покрытия (называемые в дальнейшем стропильными фермами). Сборные элементы рам - колонны и балки, а также колонны и фермы – могут со­прягаться между собой при помощи шарнирных либо жестких соединений в узлах. В практике отечественного промышленного строительства рамы одноэтажных зданий с жесткими узлами при сборных железобетонных конструкциях практически не при­меняются; распространение получили только рамы с шарнирными верхними узлами. Колонны и ригели соединяются между собой при помощи закладных деталей, анкерных болтов и относительно небольшого количества сварных швов. Такие соединения податливы, поэтому условно рассматриваются как шар­нирные, хотя практически способны воспринимать небольшие моменты, обычно не учитываемые в расчете. Внизу колонны за­щемлены в фундаментах. Сборные железобетонные рамы дела­ют обычно из типовых элементов заводского изготовления.

Рамы зданий в продольном направлении соединяются меж­ду собой поверху жестким диском покрытия (при скатных покрытиях с небольшой высотой опорных частей стропильных ба­лок и ферм) или подстропильными конструкциями, которые обеспечивают наиболее жесткое соединение, или продольными вертикальными связевыми элементами в уровне опорных час­тей стропильных балок и ферм, а иногда и горизонтальными связями. В зданиях с мостовыми кранами соединительными эле­ментами продольной конструкции служат подкрановые балки и связи между колоннами.

1.3. Конструктивные схемы покрытий

Одноэтажные производственные здания в зависимости от их профиля и решения кровли можно разделить на две основные группы: здания со скатными кровлями и здания с плоскими кровлями.

Здания со скатными кровлями по профилю покрытия и решению каркаса имеют следующие разновидности:

а) – однопролетные с двускатной кровлей (рис. 1.1а);

б) – двухпролетные с двускатной кровлей с применением односкатных балок (рис. 1.1а);

в) – трехпролетные с перепадами и без перепадов с применением одно- и двускатных балок (рис. 1.1а);

г) – многопролетные с применением двускатных балок или ферм (рис. 1.1б).

Рис. 1.1. Каркас одноэтажных зданий

а– однопролетного, двухпролетного и трехпролетного с применением двускатных и односкатных балок; б – многопролетных с применением ферм со скатной кровлей; в – то же, с плоской кровлей

Здания первых трех видов строят с наружным отводом воды, а многопролетные – только с внутренним. Многопролетные здания со скатной кровлей могут быть с фонарями или без них.

Здания с плоской кровлей, как правило, без фонарей, многопролетные с горизонтальными ригелями в виде балок или ферм (рис. 1.1в), с минимальным количеством перепадов.

Типовые конструктивные решения зданий со скатной и плоской кровлей предусматривают применение крупнопанельных плит покрытий пролетом 6 или 12 м, опирающихся непосредственно на балки или на фермы покрытия.

Здания со скатной или плоской кровлей из типовых унифицированных конструкций имеет несколько конструктивных схем, которые могут быть сведены к четырем основным вариантам: схема 1 – соответствующая каркасам зданий с шагом всех колонн и стропильных конструкций 6 м; схема 2 – соответствующая каркасам зданий с шагом всех колонн и стропильных конструкций 12 м; схема 3 – соответствующая каркасам зданий с шагом всех колонн 12 м и шагом стропильных конструкций 6 м; схема 4 – соответствующая каркасам зданий с шагом колонн по средним продольным рядам 12 м, шагом колонн по крайним рядам 6м, всех стропильных конструкций также 6 м (эта схема представляет сочетание схем 1 и 3).

Для зданий со скатными покрытиями и типовыми стропильными балками и фермами конструктивные схемы 1 и 2 с шагом колонн и стропильных конструкций соответственно 6 и 12 м показаны на рис. 1.3, конструктивная схема 4 – на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Конструктивная схема 4 покрытия зданий со скатной кровлей при шаге колонн среднего ряда 12м и шаге стропильных ферм 6 м

1 – колонна; 2 – стропильная ферма; 3 – фонарь; 4 – подстропильная ферма; 5– плита длиной 6 м

Рис. 1.3 Конструктивная схема 2 покрытия зданий со скатной кровлей при шаге колонн и стропильных конструкций 12 м

1 – колонна; 2 – стропильная ферма; 3 – фонарь; 4 – стальные связи; 5 – стальная распорка; 6 – плита длиной 12 м

Конструктивная схема 1. Стропильные балки или фермы устанавливаются на колонны с шагом 6 м. В крайних ячейках каждого температурного блока здания, длина которого по нормам принимается 72 м, по оси колонн устанавливаются вертикальные связевые стальные фермы между смежными балками или фермами. В остальных ячейках между связевыми блоками и в уровне верха колонн устанавливаются распорки из стальных линейных элементов для развязки колонн поверху и стропильных конструкций покрытия на уровне их опорных узлов. Плиты покрытия приваривают к закладным деталям верхнего пояса балок или ферм и рассматривают совместно как жесткий диск по верхним поясам балок или ферм. Этот диск из плит покрытия замеряет горизонтальные связевые фермы; плиты служат также распорками балками или фермами. Закрепленными на опорах вертикальными связями, и остальными балками и фермами (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Конструктивная схема 1 покрытия зданий с плоской кровлей

а – вариант с балками; б – вариант с фермами; 1 – колонна; 2 – стропильная балка; 3 – стропильная ферма; 4 – подстропильная балка; 5 – подстропильная ферма; 6 – плита длиной 6 м; 7 – плита длиной 12 м; 8 – вертикальная связевая ферма; 9 – связевая распорка

Конструктивная схема 2. Стропильные балки или фермы устанавливаются непосредственно на колонны с шагом 12 м. В крайних ячейках каждого температурного блока здания, как и при схеме 2, балки и фермы соединяются попарно вертикальными связевыми стальными фермами пролетом 12 м. Далее схема повторяет схему 1 с той лишь разницей, что длина линейных стальных связевых элементов между колоннами равна 12 м вместо 6 м, плит – 12м (как правило, 12х3 м) (рис. 1.5).

Рис. 1.5. Конструктивная схема 2

1 – колонна; 2 – стропильная балка; 3 – стропильная ферма; 4 – подстропильная балка; 5 – подстропильная ферма; 6 – плита длиной 6 м; 7 – плита длиной 12 м; 8 – вертикальная связевая ферма; 9 – связевая распорка

Конструктивная схема 3. Стропильные балки или фермы с шагом 6 м устанавливаются на подстропильные балки или фермы пролетом 12 м. Работа поперечных рам обеспечивается достаточно жестким соединением опор подстропильных ферм с колоннами с условным шарнирным соединением. Стропильные балки или фермы устанавливают попеременно то в створе колонн, то на средний узел подстропильной фермы или балки с условным шарнирным соединением. Колонны вдоль здания развязываются подстропильными конструкциями, приваренными к верхним закладным листам колонн. Это обеспечивает жесткость системы конструкции вдоль здания (продольных рам) без применения стальных связей между конструкциями покрытия. Плиты покрытия пролетом 6 м приваривают к закладным деталям верхних поясов стропильных конструкций (как и в схеме 1), а расположенные у продольных осей здания закрепляют также к подстропильным конструкциям – с соблюдением ряда требований (рис. 1.6).

Конструктивная схема 4. Применяется при шаге крайних колонн здания 6 м и шаге всех средних колонн 12 м. Стропильные балки или фермы устанавливаются по средним рядам на подстропильные конструкции (как и в схеме 3), а по крайним рядам – непосредственно на колонны через 6 м. По крайним рядам предусматриваются вертикальные связевые стальные фермы длиной 6 м и связевые стальные элементы длиной по 6 м (как в схеме 1), а по средним рядам связями служат подстропильные конструкции (рис. 1.7).

Рис. 1.6. Конструктивная схема 3

1 – колонна; 2 – стропильная балка; 3 – стропильная ферма; 4 – подстропильная балка; 5 – подстропильная ферма; 6 – плита длиной 6 м; 7 – плита длиной 12 м; 8 – вертикальная связевая ферма; 9 – связевая распорка

Рис. 1.7. Конструктивная схема 4

1 – колонна; 2 – стропильная балка; 3 – стропильная ферма; 4 – подстропильная балка; 5 – подстропильная ферма; 6 – плита длиной 6 м; 7 – плита длиной 12 м; 8 – вертикальная связевая ферма; 9 – связевая распорка

Помимо описанных типовых конструктивных схем одноэтажных производственных зданий в отдельных случаях, а иногда и более широко применялись другие конструктивные схемы. До разработки типовых унифицированных конструкций одноэтажных зданий с плоской кровлей Промстройпроектом в 1959 году были составлены проекты зданий с плоской кровлей в Москве, в том числе здание текстильной фабрики в Новых Черемушках. Конструктивная схема этих зданий с сеткой колонн 24х12 м и созданные для нее конструкции использовались до последнего времени для проектирования и строительства большого количества промышленных объектов и отдельных зданий в Москве и Московской области. Эта схема представляет собой вариант схемы 4. Фермы расположены через 6 м с опиранием на подстропильные фермы (рис. 1.8). Схема с шагом колонн 12 м и подстропильными конструкциями оказалась для проектируемых в Москве предприятий наиболее рациональной, т.к. помимо применения укрупненной сетки колонн проще и экономичнее решено крепление подвесных потолков, осветительной арматуры, вентиляционных коробов и подвесного оборудования. Отличие этой схемы от типовой схемы 4 в том, что в типовой схеме стропильные фермы с восходящими сжатыми опорными раскосами опираются на нижние узлы подстропильных ферм, а в рассматриваемой схеме стропильные фермы с нисходящими растянутыми опорными раскосами опираются на верхние узлы подстропильных ферм.

Рис. 1.8. Конструкции зданий с плоской кровлей с опиранием в верхних узлах ферм

1 – стропильная ферма; 2 – подстропильная ферма; 3 – колонна; 4 – стальная связь

Схема конструкций по варианту, применявшемуся в Москве, имеет свои определенные преимущества. Поскольку стропильные фермы опираются на подстропильные верхним узлом, существенно облегчается их монтаж, при котором можно почти полностью отказаться от монтажных связей и при необходимости вести монтаж ферм независимо от монтажа панелей покрытия. Кроме того, имеются и некоторые преимущества в изготовлении подстропильной фермы с прямолинейным предварительно напряженным нижним поясом и сжатыми раскосами. Недостаток такой конструктивной схемы в том, что в ней не могли быть применены типовые колонны, используемые для зданий со скатной кровлей и в зданиях с ригелями в виде стропильных балок (при сетке колонн 18х12 м).

Для зданий с плоской кровлей с сеткой колонн 18х12 м и 24х12 м разработаны схема и конструкций покрытий с балками длиной 12 м и пустотными настилами длиной 18 и 24 м, внутренние пустоты которых используются вместо вентиляционных коробов (рис. 1.9).

Рис. 1.9. Покрытие здания из длинномерных пустотных настилов

1 – колонна; 2 – балка пролетом 12 м; 3 – длинномерный настил; 4 – плоская плита; 5 – закладные детали и монтажные сварные швы

1.4. Жесткость и устойчивость каркаса здания и конструкций покрытия. Решение связей

Дата добавления: 2014-01-11