Форма и функция промышленных зданий
Министерство науки, образования, молодежи и спорта
ГВУЗ Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры
Архитектурный факультет
Кафедра архитектурного проектирования
Реферат на тему:
«Форма и функция промышленных
зданий»
Выполнила: студентка 627 гр.
Проверил: ст.преподаватель
Днепропетровск 2012
Требования к промышленному зданию или сооружению: функциональная целесообразность, учет достижений современной науки и техники при проектировании и строительстве, эстетические и экономические требования.
Специфика проектирования промышленных зданий вытекает из особенностей их функции. В промышленных зданиях определяющим является технологический процесс производства. Поэтому основой для архитектурной разработки проекта является технологическая схема.
Технология производства определяет габариты здания, его насыщенность инженерным и транспортным оборудованием. Технологический процесс может предъявлять специальные требования к вентиляции, степени и характеру освещенности, чистоте, температуре и влажности воздуха и т. д. Поэтому при проектировании промышленных зданий необходимо тесное сотрудничество архитекторов, инженеров, механиков, технологов и экономистов.
Таким образом, объемно-планировочные решения производственных зданий целиком вытекают из специфических условий тех или иных отраслей промышленности.
По принципу архитектурно-
Другие имеют ярко выраженные специфические черты промышленной архитектуры. Так для многих промышленных предприятий характерны большие внутренние пространства, большая высота этажей, что вызывает необходимость специальных решений конструкций покрытий, особых приемов наружных ограждений - стен, витражей и т. д. Это придает таким зданиям особые черты и требует иных, чем в гражданских зданиях, средств художественной выразительности.
Если же для производства требуются машины и оборудование, которые по своему характеру и габаритам выходят за пределы рамок обычной строительной коробки, то такие сооружения резко отличаются от привычных представлений о здании. К таким производствам относятся сталелитейные и чугунолитейные заводы, многие химические заводы, электростанции и др. Здесь само оборудование - доменные печи, трубы, градирни, различные емкости становятся своеобразным средством художественной выразительности. Наиболее характерным для архитектуры таких сооружений является преодоление привычных архитектурных представлений. В качестве одного из примеров влияния производственного процесса на структуру здания можно привести бетонные заводы непрерывного и цикличного действия, где различная организация технологического процесса приводит к своеобразным объемно- пространственным решениям.
Бетонный завод цикличного
действия с вертикальным технологическим
процессом представляет собой компактное
и высокое здание. Завод непрерывного
действия, имеющий тот же состав узлов
и механизмов, но с технологическим процессом,
расположенным по горизонтали, решается
по иному композиционно-
Перед промышленной архитектурой стоит задача создания среды, в которой протекает процесс производства, задача создания форм, отвечающих специфическим требованиям этого производства и композиционного объединения, согласования этих форм.
Однако, основным законом композиции является единство, но отдельные же средства композиции приобретают здесь свою специфику. В промышленном строительстве мерой всего является машина, которая может быть любых размеров. В связи с этим в промышленной архитектуре проблема масштабности решается значительно сложнее, чем в гражданской архитектуре.
Если в общественных сооружениях мы чаще встречаемся с ритмическими построениями, которые характеризуют разнообразие внутреннего содержания, акцентируют главное, иногда выражают движение, то для промышленной архитектуры более характерен прием метрического ряда, вытекающий из повторного применения одинаковых строительных элементов.
В промышленной архитектуре используются достаточно простые архитектурные формы. Поэтому особое значение приобретают
такие композиционные средства, как цвет и фактура.
Объемно-планировочные решения промышленных зданий
Объемно-планировочные параметры промышленных зданий назначают, исходя из необходимости создания в них оптимальных пространственных условий для организации определенных производственных и технологических процессов. В проектируемом объеме промышленного здания следует разместить необходимое технологическое и подъемно-транспортное оборудование, которое определяет основные координационные размеры объемно-планировочных параметров производственного здания и его габаритную схему. Так же следует учитывать природно-климатеческие условия, санитарно-гигиенические требования, степень пожаро-взрыво опасности, а так же другие требования к производственной среде и рабочему пространству.
Так многолетний опыт массового строительства промышленных зданий позволил выделить 2 основные группы различные по степени функциональной зависимости, особенности технологического процесса и возможности модернизации;
I группа- зависят от особенностей технологического процесса, имеют ярко-выраженный индивидуальный характер (сталелитейные и чугунолитейные заводы, химические заводы, электростанции, ТЭС, бетонные заводы непрерывного и цикличного действия)
II группа- предназначена для зданий без специальных требований, такие здания называются универсальными.
Объемно-планировочное и конструктивное решения промышленного здания, как отмечалось, определяются характером технологического процесса. Изменения технологии, вызываемые совершенствованием способов производства и оборудования, сменой номенклатуры и повышением требований к качеству продукции, а также экономическими факторами, часто влекут за собой переустройства зданий заводских цехов.
В современном производстве в различных отраслях промышленности периоды модернизации технологии колеблются в пределах от 2—3 до 20—25 лет. При этом часто изменяются и габариты технологического оборудования.
Следовательно, промышленные здания, запроектированные только на заданный технологический процесс, в результате непрерывного технического прогресса через несколько лет требуется реконструировать. При этом неизбежны большие материальные затраты, а отдельные цехи выходят на долгое время из эксплуатации.
Переустройства и реконструкция зданий для приспособления их к измененной технологии производства часто необходимы и в тех случаях когда здания еще имеют нормальное физическое состояние и могли бы служить десятки лет. Иначе говоря, здание, перестав удовлетворять требованиям новой технологии производства, считается морально устаревшим или изношенным.
Срок морального износа промышленного здания (период соответствия его модернизированному производству) можно определить ориентировочно на основе анализа развития данного производства с учетом темпов развития промышленности в будущем. Срок физического износа здания подсчитывают более точно, так как он регламентируется степенью капитальности здания. Наиболее экономичными здания будут в том случае, когда предельно сближены сроки их морального и физического износа. После этого периода эксплуатации здание должно подлежать сносу или коренной реконструкции.
При современных темпах развития промышленности наиболее целесообразны здания, легко приспособляемые к изменениям технологии производства или позволяющие размещать в них различные производства без нарушения архитектурно-строительной основы. Такие здания, впервые разработанные советскими инженерами, получили название «гибких» или универсальных. Универсальные промышленные здания практически не претерпевают морального износа и поэтому их проектируют высокой капитальности, обеспечивающей длительный срок, эксплуатации.
Главной особенностью гибких или универсальных зданий является укрупненная сетка колонн. Меньшее количество внутренних опор позволяет облегчить процесс модернизации технологии, расставлять оборудование более экономно, организовать технологический поток вдоль или поперек пролетов, улучшить условия труда в цехах. Кроме того, резкое уменьшение количества несущих элементов здания позволяет уменьшить трудоемкость и сократить сроки строительства, а в отдельных случаях и снизить стоимость зданий.
Экономия площади при укрупнении сетки колонн зависит от габаритов станочного оборудования. Если для производства с мелким оборудованием такая экономия незначительна, то в зданиях с крупногабаритным оборудованием укрупнение сетки колонн экономит до 20% площади.
Замена сетки колонн 6X6 м сеткой 6X12 м в многоэтажных зданиях приборостроительных и радиоэлектронных предприятий позволяет при лучшем размещении технологического процесса увеличить съем продукции с той же площади в среднем на 12%, а сеткой 6Х 18 м — на 20—25%.
Исходным фактором при выборе сетки колонн является степень требуемой технологической маневренности производства, которая зависит от габаритов оборудования и выпускаемых изделий-—от «динамичности» производства.
По степени гибкости одноэтажные универсальные здания можно разделить на три группы:
малой гибкости с сеткой колонн 12X12 и 12x18 м;
средней гибкости с сеткой колонн 12X24, 12X30, 18X18, 18X24 и 18X30 м;
большой гибкости с сеткой колонн 12X36, 12x48, 12x60, 18x36, 18X48, 18X60, 24X24, 24X30, 24X36, 24X48, 24x60, 36X36, 36X48. 36X60, 48x48, 48x60, 60x60 м и более.
В многоэтажных универсальных зданиях целесообразно применять сетки колонн 6X12, 6x18, 6x24, 9X9, 9X18, 9X24, 12x12, 12X18, 12X24, 12X36, 18X18, 18X24, 18x36, 18X48 м и более.
Универсальные здания оборудуют преимущественно подвесным транспортом. Так как мостовые краны передвигаются лишь вдоль пролетов, в большинстве случаев они неприемлемы для универсальных зданий, одним из преимуществ которых является возможность организации технологического потока в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Замена мостовых кранов подвесным транспортом приводит к экономии материалов и снижению стоимости здания
В универсальных зданиях целесообразно применять и напольный транспорт.
Наличие внутри универсальных зданий преимущественно подвесного подъемно-транспортного оборудования и необходимость движения его во взаимно перпендикулярных направлениях предопределяет одинаковую высоту всех пролетов здания или большинства их. Простой и спокойный профиль таких зданий способствует их типизации, унификации конструкций, снижению стоимости строительства и эксплуатационных расходов.
«Гибкие» здания для производств с быстро изменяемой технологией иногда целесообразно проектировать с резервом высоты или с легко регулируемыми по высоте подвесными потолками для установки более высокого оборудования.
В обычных зданиях под технологическое оборудование предусматриваются индивидуальные фундаменты, и перестановка оборудования сопряжена с трудоемкими и дорогими работами по переустройству фундаментов. В универсальных зданиях целесообразнее предусматривать сплошную фундаментную плиту, которая позволяет располагать оборудование в любом месте плана. Фундаментные плиты можно выполнять из монолитного или сборно-монолитного железобетона. В них предусматривают часто расположенные отверстия для анкеровки оборудования. Толщина плиты определяется расчетом и находится в пределах 150— 300 мм. В местах опирания колонн плиты утолщают на 150—200 мм.
Легкое технологическое
Ниже рассмотрены основные типы
универсальных зданий и пути их совершенствования
применительно к отдельным
Универсальные здания для машиностроительных производств
Основным типом здания для большинства машиностроительных производств является одноэтажный сблокированный корпус с одинаковой высотой всех или большинства пролетов и с сеткой колонн 12X18, 12x24 м и более. Объемно-планировочное и конструктивное решение зданий с указанными сетками колонн является типично пролетным.
Для таких зданий характерно оборудование пролетов мостовыми кранами, допускающими ход технологического процесса в одном продольном направлении, и наличие напольных средств транспорта (тележек, вагонеток).
Как показывают исследования, для многих крановых цехов укрупнение шага колонн дает больший эффект, нежели увеличение ширины пролетов, так как в последнем случае ухудшается транспортное обслуживание производственных линий. Поэтому наряду со зданиями пролетного типа для машиностроительных производств универсальными являются и здания с квадратной сеткой колонн (12X12, 18X18, 24X24 м и более) и перекрестным движением подвесного или напольного транспорта.
В зданиях с квадратной сеткой колонн
отпадает необходимость в поперечных
пролетах, сокращается число колонн,
создаются возможности
Покрытия зданий с квадратной сеткой колонн устраивают из плоскостных или пространственных систем. В первом случае применяют системы перекрестных железобетонных или стальных ферм (рис.1), во втором — железобетонные оболочки
Из железобетонных ферм покрытий предпочтение отдают безраскосным. Они просты в изготовлении и позволяют лучше использовать межферменное пространство. Более простое решение имеет покрытие со стальными фермами. При системе перекрестных ферм можно применять типовые конструкции, светоаэрационные фонари и подвесной транспорт.
Покрытия из оболочек несколько увеличивают объем здания и усложняют его профиль.
Удорожание покрытия с перекрестной системой ферм компенсируется удешевлением фундаментов, колонн и прочих элементов. Внедрение в строительство более экономичных конструкций покрытия повысит целесообразность применения квадратной сетки колонн.
В некоторых отраслях машиностроения сооружают двухэтажные здания (или одноэтажные с цокольным этажом). На первом (цокольном) этаже, имеющем сетку колонн от 6x6 до 12x12 м, размещают подсобные, вспомогательные и складские отделения, вентиляционные установки, инженерные коммуникации и средства непрерывного транспорта.
Основной этаж с сеткой колонн 12Х1В, 12x24 м и более, освобожденный от второстепенных элементов и предназначенный только для производственных помещений, отвечает требованиям технологической гибкости. Междуэтажные перекрытия монтируют из типовых железобетонных конструкций (ригелей и плит). Такие здания сооружают без кранов, с подвесными и мостовыми кранами
Рис.1. Примеры зданий машиностроительных предприятий:
а, 6 — одноэтажные с покрытием из плоскостных железобетонных и стальных ферм; в — одноэтажное с покрытием из железобетонных оболочек двоякой кривизны; г, д — двухэтажные с покрытием из стальных и железобетонных ферм
Двухэтажные здания, площадь застройки
которых меньше иа 30— 50% одноэтажных,
позволяют эффективнее
Технологическое оборудование в двухэтажных зданиях устанавливают непосредственно на перекрытие, благодаря чему облегчается его перестановка при модернизации производства.
На рис. 2, а изображено универсальное здание для различных отраслей машиностроения. Здание с шагом колонн 12 м имеет два пролета шириной по 42 м. Покрытие состоит из преднапряженных железобетонных ферм пролетом 42 м и монолитно связанных с ними панелей размером 12X3 м. Конструкция покрытия работает как пространственная
Рис. 2. Примеры большепролетных универсальных зданий:
а— для машиностроительных производств; б, в — для производств тяжелой промышленности
Универсальные здания основных цехов черной металлургии
Быстрый моральный износ зданий тяжелой промышленности нередко вызывается недостаточной мощностью подкрановых балок и колонн.
До недавнего времени выплавка стали в мартеновских цехах производилась в печах с садкой 80, 100 и 250 т; в настоящее же время емкость печей составляет 500, 900 т и более. С увеличением емкости печей потребовалось увеличить шаг колонн до 42—48 м, а грузоподъемности мостовых кранов — до 350—500 т. Были увеличены также пролеты и высота.
Дальнейшее увеличение емкости печей при существующем объемно- планировочном решении мартеновских цехов (наличие печного, разливочного и шихтового пролетов, установка печей между колоннами среднего ряда) затрудняется из-за нецелесообразности увеличения пролетов мостовых кранов большой грузоподъемности. Увеличение собственной массы кранов снижает коэффициент их полезного действия, удорожая транспортные операции. При этом требуется большой расход стали (более 1000 кГ/м2).
В некоторых цехах тяжелого машиностроения, где грузоподъемность кранов достигает 500т, иногда их располагают в два или три яруса, что значительно увеличивает высоту зданий.
Несмотря на сложность и специфику технологии сталелитейно-прокатного производства на металлургических заводах целесообразно блокировать отдельные цехи, создавать здания простой конфигурации в плане, применять укрупненные сетки колонн и незначительное число перепадов высот смежных пролетов.
Применение установок непрерывной разливки стали позволяет отказаться от цехов изложниц, стрипперных, нагревательных колодцев, обжимных и блокировать сталеплавильное и прокатное производство.
Некоторая универсальность зданий черной металлургии, унификация строительных параметров и сокращение числа типоразмеров конструкций могут быть достигнуты на основе применения укрупненных сеток колонн: 24X30, 30x30, 30x36 и 36x36 м. Технологический процесс в таких зданиях может обслуживаться кранами, перемещающимися по подкосным эстакадам.
Дальнейшее совершенствование зданий черной металлургии возможно при отказе от традиционных объемно-планировочных решении цехов и переходе на строительство большепролетных универсальных корпусов с шириной пролетов 60, 72, 96 и 108 м, оборудованных козловыми кранами, подвесным транспортом, транспортерами или напольными погрузчиками. Покрытия в таких зданиях можно выполнять из жестких перекрестных или вантовых ферм или других пространственных систем (рис 2, б, в).
Конструкции зданий черной металлургии должны отвечать условиям работы в агрессивной (главным образом высокотемпературной) среде.
Универсальные здания химической промышленности
Для многих производств химической промышленности, отличающихся большим разнообразием технологических процессов, целесообразен переход от линейного к пространственному расположению оборудования.
Пространственному размещению технологических процессов удовлетворяют одноэтажные универсальные здания павильонного типа, имеющие укрупненную сетку колонн (12X24, 12X30 и 12X36 м) и высоту от 8 до 25 м. Оборудование в таких зданиях устанавливают на собственных фундаментах или этажерках, не связанных с конструкциями здания (рис.3). Этажерки выполняют из стальных или железобетонных сборно-разборных конструкций. Такие здания оборудуют подвесным, пневматическим или напольным транспортом.
Несущие и ограждающие конструкции павильонных зданий выполняют из сборного железобетона. Фонарные надстройки в большинстве случаев отсутствуют. При сложном переплетении технологических установок и коммуникаций, когда боковой естественный свет не может в достаточной мере проникнуть в глубину помещений, предусматривают искусственное освещение или фон ар и-иллюминаторы.
Здания павильонного типа имеют много преимуществ. Они обеспечивают блокирование основных и подсобных производств, облегчают модернизацию технологических процессов без изменения конструкции здания, являются менее пожаро- и взрывоопасными. В результате упразднения тяжелых междуэтажных перекрытий, освобождения каркаса от технологических нагрузок, сокращения площади застройки, уменьшения поверхности стен и перегородок, возможности одновременного ведения строительных и монтажных работ павильонные здания по сравнению с многоэтажными имеют значительно лучшие технико-экономические показатели.
В зданиях павильонного
типа можно размещать также
Здания с межферменными этажами
В одноэтажных и многоэтажных зданиях с крупной сеткой колонн вследствие большой высоты несущих конструкций покрытия и перекрытий межферменное пространство занимает до 30% объема, не используемого в производственных целях. Кроме того, для скрытия многочисленных коммуникаций в обычных зданиях часто устраивают дорогостоящие и трудоемкие подвесные потолки.
Перечисленные недостатки
отсутствуют в зданиях с
Технологическая гибкость
таких зданий достигается, следовательно,
блокированием различных
Для удобства расположения в межферменных этажах эксплуатируемых помещений в качестве несущих конструкций покрытия и перекрытий применяют железобетонные безраскосные фермы с параллельными поясами или с криволинейным верхним поясом (рис. 4, а и рис. 5).
Ниже рассмотрены примеры конструктивного решения зданий с межферменными этажами из сборного железобетона.
В зданиях с одним межферменным этажом по фермам укладывают ребристые плиты покрытия размером 3X12 м. Перекрытие монтируют из пустотелых панелей размерами 1,2x6 м, укладываемых по прогонам длиной 12 м. Последние крепят в узлах нижних поясов ферм (рис. 5,а).
В зданиях с несколькими межферменными этажами покрытие и междуэтажные перекрытия, опирающиеся на верхние пояса ферм, собирают из ребристых плит длиной 6 м, а перекрытия, опирающиеся на нижние пояса ферм, — из пустотелых панелей, укладываемых на полки поясов (рис. 1-5, б). В шумных цехах к потолку предъявляют акустические требования.
В зданиях с межферменными
этажами целесообразно
Для предприятий текстильной промышленности можно сооружать бесчердачные здания с покрытием, совмещающим несущие, теплозащитные и коммуникационные функции (рис. 4, б). Бесчердачное покрытие состоит из железобетонных коробчатых или двутавровых настилов длиной 18 м, укладываемых по балкам покрытия. По настилам укладывают теплоизоляционные армированные легкобетонные плиты. Такое решение значительно повышает индустриальность работ по устройству покрытия.
Непрерывные каналы, образованные пустотами и в результате разреженной укладки настилов, используют в качестве воздуховодов приточного воздуха, для прокладки инженерных коммуникаций и размещения вентилируемых светильников. Днища каналов-воздуховводов , образованных двутавровыми балками, заполняют металлоасбестоцементными щитами. В здании, показанном на рис. 6, а, плиты перекрытий настланы по железобетонным балкам-стенкам длиной 24 м, а в здании, изображенном на рис. 6 б, — по рамно-раскосным фермам длиной 12 м. По верхним и нижним поясам балок (ферм) уложены панели длиной 6 м.
Например, у зданий с межферменными этажами площадь застройки меньше на 10-16% чем у обычных, полезная площадь больше на 16— 20%, на 1 м2 полезной площади в них объем меньше на 15—19% и расход железобетона сокращается на 16—31%. Общая стоимость таких зданий на 12—18% ниже.
Кроме того, по сравнению
с обычными здания с межферменными
этажами имеют следующие
- в них рациональнее используется строительный объем и компактно расположены помещения основного, подсобного и вспомогательного назначения, полностью скрыты инженерные коммуникации;
- они не имеют административно-бытовых и других пристроек по периметру, что позволяет беспрепятственно расширять здания и улучшает их архитектурный облик;
- плоский конструктивный потолок дает возможность улучшить гигиенические, акустические и эстетические качества помещений, а также уменьшить их объем, что особенно важно для зданий с искусственным микроклиматом.
Вместе с тем существенным недостатком зданий с межфермениыми этажами следует считать усложнение и утяжеление основных несущих конструкций покрытия.
Здания, имеющие особую структуру из-за особенностей технологического процесса
Как уже говорилось выше к таким знаниям относят: сталелитейные и чугунолитейные заводы, конвертерные цеха,многие химические заводы, электростанции, бетонные заводы непрерывного и цикличного действия, самолето- и караблестроительные производства, где сама функция и оборудование (доменные печи, трубы, градирни, различные емкости)диктует форму здания.
АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЕ РЕШЕНИЯ КОМПЛЕКСА ДОМЕННОГО ЦЕХА
Современная доменная печь представляет собой мощный тепловой агрегат для производства жидкого чугуна путем науглероживания восстановленного железа и является очень сложным комплексным инженерным сооружением (рис. 7 ).
К основным элементам комплекса доменной печи относятся : здание доменной печи (литейные дворы и поддоменник), здание колошникового подъемника, помещение панелей системы загрузки, воздухонагреватели, пылеуловитель, здание управления печью и воздухонагревателей, лифт.
Рис 7.Перспектива комплекса доменного цеха
1 и 2 — литейные дворы № 1 и № 2; 3 —доменная печь; 4 — лифт; 5 — здание управления печью и воздухонагревателями; 6 — пылеуловитель; 7 — здание воздухонагревателей; 8 — воздухонагреватели; 9 — дымовая труба; 10 — здание газоочистки; 11- скруббер; 12 — электрофильтры; 13 — коксоподача; 14— галереи; 15 — бункерная эстакада; 16 — наклонный мост; 17 — аглофабрика
Рис. 8 Схема планировочного прямоугольного решения литейного двора:
- Формакология и питание спортсменов
- Форма кредита
- Формализация изображения. Растровая графика
- Формализация как тип системного исследования проблемы
- Формализация модели внешнеэкономической и таможенной деятельности
- Формализация научного знания, языки науки
- Формализованное интервью
- Форма доверенности
- Форма договора дарения квартиры и предъявляемые к ней требования
- Форма и виды францайзинга
- Форма и система оплаты труда, применяемые в западноевропейских компаниях
- Форма, источники права
- Форма и функции костей скелета человека
- Форма и функции костей скелета человека
