Некоторые прогрессивные решения конструкций промышленных и административных зданий
Институт Ленинградский Промстройпроект занимается, в основном, проектированием объектов черной металлургии. Основные производственные цехи эгой отрасли характеризуются большой высотой, значительными нагрузками, тяжелым крановым оборудованием и сложными, глубоко заложенными подземными сооружениями. Такие цехи в настоящее время решаются, как правило, в стальном каркасе, а основной объем железобетона сосредоточен в подземном хозяйстве, которое зачастую представляет собой сложный комплекс различных сооружений, включающий фундаменты под колонны, под оборудование, подвалы, тоннели, складские сооружения, опускные колодцы и т. д., рациональное решение которых имеет важное значение.
Наряду с такими з едущим и критериями эффективности проектных решений, как стоимость сооружения, материалоемкость, общая трудоемкость возведения, современная практика выдвигает еще один, на наш взгляд, справедливый критерий— минимум построечной трудоемкости. Нельзя не отметить, что за последние годы проектные организации испытывают большое давление строительных организаций в этом направлении. В связи с этим заметно возрастают преимущества сборного железобетона.
Монолитный железобетон составляет и будет составлять основную долю в общем объеме работ нулевого цикла; между тем проблемой совершенствования его возведения занимаются недостаточно. Нам представляется, что необходимы решительные меры по разработке методов индустриального возведения монолитного железобетона.
Сформулировать основные направления поисков прогрессивных технических решений железобетонных конструкций можно приблизительно следующим образом: отыскание эффективных компоновочных и конструктивных схем сооружений, повышение достоверности определения несущей способности, снижение общей и построечной трудоемкости воз- ведения. При этом мы не упоминаем регламентированные Госстроем СССР пути повышения технического уровня железобетонных конструкций — применение высокомарочных бетонов, сталей повышенной прочности и т. д.
В цехах с развитым подземным хозяйством существенную долю составляют фундаменты глубокого заложения под стальные и железобетонные колонны. Они должны быть рассчитаны на большие вертикальные и горизонтальные нагрузки, по условиям опирания колонн они требуют развитых в плане подколонников (1,5—3 м при высоте их 5—10 м и более). Поиски экономически целесообразных форм таких подколонников и разработка рекомендаций по их расчету привели к созданию двухветвевых конструкций (рис. 1). Технико-экономическое сравнение их со сплошными показало, что расход бетона снижается на 20— 40%, а стоимость на 10—15%. Пространство между ветвями подкодонника может служить для пропуска коммуникаций, что было использовано на строительстве ряда цехов, например на крупнейшем прокатном стане «2000» Череповецкого металлургического завода и других объектах.
В настоящее время такие подколенники проектируются на прокатном стане «5000» Ижорского завода им. Жданова. На этом объекте они намечаются сборно-монолитными — из двух сборных стоек и верхней плиты, бетонируемой на месте.
Институт выполнил работу по усовершенствованию методики расчета фундаментов глубокого заложения с учетом бокового отпора грунта; даже при весьма осторожном подходе, т. е. при заниженных упругих характеристиках боковой засыпки, эффект от учета бокового отпора существенный; изгибающие моменты в уровне подошвы снижаются на 20— 50%.
В большинстве разработанных к настоящему времени типовых сборных железобетонных конструкций многоэтажных зданий разрезка каркаса осуществляется на линейные элементы — колонны и ригели. Соединение колонн осуществляется, как правило, с помощью стальных обойм; ригели с колоннами соединяются сваркой арматурных стержней, и те и другие с последующим омоноличиванием узлов.
Для сокращения трудоемкости монтажа при одновременном повышении надежности рамных узлов институт спроектировал несколько зданий подобного типа из укрупненных элементов в виде целых однопролетных рам. Например, в многоэтажном административном здании Обуховского ДСК каркас запроектирован из Н-образных железобетонных элементов. Стыки колонн решены при помощи стальных обойм, свариваемых продольными стерженьками. Зазоры между торцами колонн зачеканены раствором. Предложенная схема каркаса позволила сократить количество стыков на монтаже примерно в 2,5 раза; отпала необходимость в выполнении сложных и ответственных стыков ригелей с колоннами.
При проектировании многоэтажного здания института Тяжиромэлектропроехт каркас был решен из однопролетных П-образных железобетонных рам, опирающихся друг на друга при помощи сферических шарниров без применения металла (рис. 2). Торцы колонн размерами 360X400 мм имели сферические поверхности: верхнюю вогнутую радиусом 600 мм, нижнюю выпуклую радиусом 550 мм. Стыки колонн рамных элементов расположены на уровне перекрытия. Пространственная жесткость здания в обоих направлениях обеспечивалась вертикальными диафрагмами жесткости и горизонтальными дисками перекрытия.
Отмечается заметное сокращение по строечной трудоемкости за счет ликвидации работ по обеспечению прочности и надежности монтажных соединений Экономический эффект достигнут также за счет уменьшения расхода стали в закладные элементы и сокращения сроков монтажа.
В настоящее время часть корпуса находится в эксплуатации, а другая часть продолжает строиться.
Прокатные цехи объектов черной металлургии имеют обычно большое количество подвалов. Иногда под основной площадью таких цехов устраивается сплошной подвал. Как правило, при расположении линии прокатки на уровне пола первого этажа подвалы имеют большую глубину (6—8 м и более), а подпорные стены имеют высоту 7—10 м.
При проектировании таких сооружений необходимо учитывать большую полезную нагрузку как на самом перекрытии подвала, так и в прилегающих зонах пола.. Стены из монолитного железобетона проектируются защемленными в фундаментные ленты и опертыми на перекрытие подвала, а иногда и как свободные подпорные стены, не опертые в уровне перекрытия. Весьма целесообразной и экономически выгодной является конструктивная схема ее в виде свободно опертой стены как на перекрытия подвала, так и на нижнюю фундаментную плиту (см. рис. 3). По сравнению со свободно стоящей подпорной стеной усилия в ней уменьшаются более чем в 3 раза. Падают и максимальные поперечные силы и сечение железобетонной стенки и сечение арматуры в результате уменьшения на 30—40%; соответственно снижается стоимость сооружения. Одновременно уменьшаются усилия на нижнюю фундаментную плиту. Подпорные стены легко выполняются из сборного железобетона в виде плоских или ребристых плит. Плоские сборные плиты заложены в проект прокатного стана «5000» Ижорскосо завода.
Одним из важных вопросов проектирования железобетонных конструкций прокатных цехов является проблема возведения фундаментов под прокатное оборудование. -Раньше их проектировали массивными, что приводило к колоссальным расходам железобетона, исчислявшимся десятками, а иногда и сотнями тысяч кубометров. Возведение таких фундаментов было весьма сложным, не индустриальным
В последние годы начались шиски новых технических решений, которые пригодятся по двум направлениям: совершенствование компоновки фундаментов— отказ от массивной формы, решение их стенчатьши и столбчатыми; а также индустриализация возведения путем выполнения их в сборно-монолитном железобетоне.
Примером является вариант проектного решения фундаментов под некоторые участки рольгангов прокатного стана «5000» Ижорского завода им. Жданова. Фундаменты проектируются стеичатыми в сборно-монолитном железобетоне (рис. 4). Основание — в виде плиты из монолитного железобетона, верхнее строение, на котором непосредственно устанавливается и крепится оборудование, также из монолитного железобетона; стенки в виде вертикальных плоских сборных плит, устанавливаемых в гнезда монолитных фундаментных лент; с верх-i ним строением они соединяются при помощи выпусков арматуры. Стенки соединяются между собою петлевыми стыками. Для усиления жесткости конструкции продольные стенки соединяются между собой через каждые 6 м сборными поперечными стенками, соединенными с продольными также петлевыми стыками. Фундаменты под клети проектируются с облегченными стенками, выполняемыми в монолитном железобетоне. Такое решение фундаментов привело к уменьшению объема железобетона по сравнению с массивными конструкциями, построечная трудоемкость сократилась более чем в 2 раза и снизилась стоимость сооружения.
Ленинградский Промстройпроект является ведущей организацией Госстроя СССР, проектирующей силосные склады. Институт разработал типовые конструкции силосов диаметром 6 и 12 м из монолитного железобетона, возводимых в скользящей опалубке, а также сборные железобетонные силосы диаметром 6 м и сборные преднапряженные силосы диаметром 12 м. Силосы собирают из криволинейных элементов длиной в XU окружности, высотой 1200 мм, толщиной 120 мм (для силосов диаметром 6 м) и 160 мм (для силосов диаметром 12 м). Элементы располагают по ярусам в шахматном порядке и соединяют в вертикальных швах сваркой выпусков рабочей кольцевой арматуры (рис. 5) либо приваркой полосовых накладок к закладным деталям.
Институт разработал сил осы диаметром 6 и 12 м для районов с сейсмичностью 8 и 9 баллов.
Силосы, как правило, опираются на сборные железобетонные колонны, располагаемые либо только по периметру, либо по периметру и под днищем. Для монолитных силосов разработана подсилосная конструкция также в виде круглого цилиндрического железобетонного стакана, начиная с обреза фундамента. В настоящее время выполнены проекты силосов диаметром 18 м; они осуществляются на Новоспасском цементном заводе. Запроектированы также двухъярусные силосы диаметром 18 м, осуществляемые на Новокарагандинском цементном заводе. Фундаменты силосов целесообразно проектировать в виде сплошных плит без ребер.
В настоящее время институт готовит руководство по проектированию силосов для сыпучих материалов с участием НИИЖБ, ЦНИИСК и НИИОСП.
Общеизвестно, что виброизоляция является самым эффективным путем снижения динамических нагрузок. Многие машины, например -вентиляторы, центрифуги, поставляются заводами с серийной виброизоляцией, которая позволяет снизить динамические нагрузки и облегчить поддерживающие конструкции.
До недавнего времени отсутствовали конструктивные решения виброизоляция тяжелого низко- и среднечастотного оборудования. В настоящее время Харьковский Промстройниипроект разработал и провел промышленные испытания опорной и подвесной виброизоляции.
Ленинградский Промстройпроект применил виброизоляцию для установки конусных дробилок на Днепровском горно-обогатителыном комбинате, на Смоленском гравийно-щебеночном заводе. Общая экономия в обоих случаях составила 250 тыс. руб.