книги / Справочник проектировщика инженерных сооружений

Решениями XXVII съезда КПСС предусмот­ рены коренная перестройка капитального строи­ тельства и повышение его эффективности. Тре­ буется поднять на новый индустриальный и орга­ низационный уровень весь строительный комп­ лекс, сократить минимум в 2 раза инвестиционный цикл при реконструкции предприятий и воз­ ведении новых объектов. При этом капитальные вложения прежде всего должны направляться на реконструкцию и техническое перевооружение действующих предприятий. Вместе с тем строи­ тельство новых предприятий и ввод в действие но­ вых объектов должны осуществляться в норма­ тивные сроки.

Стоимость строительно-монтажных работ для возведения инженерных сооружений на площад­ ках промышленных предприятий для различных отраслей промышленности колеблется от 30 до 50 % от общей стоимости строительно-монтажных работ. Такими же соотношениями характеризуют­ ся материалоемкость и трудоемкость возведения инженерных сооружений.

Работа промышленных предприятий требует надежной и бесперебойной эксплуатации инже­ нерных сооружений, ремонт которых более за­ труднителен, чем ремонт зданий, и в ряде случаев необходима остановка производства.

Вследствие многообразия технологических тре­ бований инженерные сооружения плохо под­ даются унификации и типизации, проектирова­ ние их весьма трудоемко и сложно. Для облегче­ ния работы проектировщика в справочнике при­ ведены таблицы и вспомогательные материалы.

Авторы стремились обобщить и систематизи­ ровать разработки по инженерным сооружениям, составить рекомендации по выбору наиболее про­ грессивных решений и методов расчета.

На площадках промышленных предприятий возводятся следующие инженерные сооружения (перечень приведен в алфавитном порядке):

башни вытяжные, водонапорные, угольные; бункера; галереи пешеходные, транспортерные; градирни; закрома; каналы кабельные, трубо­ проводные, технологические; коллекторы; ко­ лодцы опускные; копры шахтные, металлургиче­ ские; опоры трубопроводов отдельно стоящие, опоры электросети; оснащение технологических аппаратов; площадки обслуживания; подвалы; резервуары для газа (в том числе газгольдеры) и жидкостей; силосы; стены подпорные; тоннели; трубы дымовые; фундаменты под оборудование; эстакады железнодорожные разгрузочные, кра­ новые, трубопроводные; этажерки.

Классифицировать инженерные сооружения

можно: по назначению — для размещения стацио­ нарного оборудования (подвалы, фундаменты под оборудование, этажерки и др.), коммуникацион­ ные (каналы, коллекторы), теплотехнические (опоры отдельно стоящие, резервуары и др.), транспортные (галереи, тоннели, эстакады и др.), хранилища (резервуары, бункера, закрома и др.), разные; по расположению — подземные (закрома, подвалы фундаменты и др.), надземные (бункера, этажерки, эстакады и др.), высотные (башни, коп­ ры, силосы и др.); по протяженности компакт­ ные (башни, бункера, закрома и др.), протяжен­ ные (галереи, каналы, эстакады и др.); по конст­ руктивному решению — пространственные (бун­ кера, резервуары, силосы и др.), плитные (закро­ ма, подвалы, стены подпорные и др.), каркасные (галереи, опоры трубопроводов, эстакады и др.); комбинированные (водонапорная башня с решет­ чатым стволом и т. п.); по материалу — железобе­ тонные, стальные, деревянные, комбинированные:

по условиям эксплуатации — сложные инженер­ но-геологические условия; агрессивная среда, нестационарные воздействия оборудования и тем­ пературные, опасность эксплуатации. При проек­ тировании учитываются, особенности, присущие каждой классификационной группе.

1.1. Требования к инженерным сооружениям

Инженерные сооружения на промышленных площадках должны отвечать требованиям: техно­ логии; надежности и долговечности сооружения; индустриальных методов возведения, а также бесперебойной и безопасной эксплуатации соору­ жения; эстетическим и по созданию нормальных условий труда.

Технологические требования к объемно-плани­ ровочным и конструктивным решениям сооруже­ ний определяются в задании на строительное проектирование. Состав и объем задания техноло­ гов на проектирование строительной части раз­ личны для каждого вида инженерных сооружений

иподробно указаны в последующих главах. Надежность и долговечность сооружения на

стадии проектирования определяются строитель­ ной частью проекта и обеспечиваются соблюде­ нием требований норм на строительное проектиро­ вание, в том числе:

СНиП 2.09.03-85 «Сооружения промышленных предприятий»;

СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия»; СНиП 2.02.01-83 «Основания зданий и соору­

жений»; СНиП 2.03.01-84 «Бетонные и железобетонные

конструкции»; СНиП И-22-81 «Каменные и армокаменные

конструкции»; СНиП И-23-81* «Стальные конструкции».

При проектировании инженерных сооружений особое внимание уделяют полноте и качеству от­ чета об инженерно-геологических изысканиях, ко­ торые должны быть выполнены в соответствии с требованиями СНиП II-9-78 и СН 225-79 (непол­ ноценные данные инженерных изысканий неодно­ кратно являлись причиной аварий и разрушений зданий и сооружений).

Долговечность сооружений обеспечивается рас­ четом по второй группе предельных состояний, мероприятиями по антикоррозионной защите в соответствии со СНиП 2.03.11-85, а также надеж­ ной гидроизоляцией подземных частей сооруже­ ний, выполняемой по СН 301-65*. При этом вы­ бор материалов и конструкций должен соответст­ вовать требованиям технических правил по эко­ номному расходованию основных строительных материалов ТП 101-81*.

При проектировании инженерных сооружений на данной площадке или в промузле, нерацио­ нально создавать специальную номенклатуру

сборных железобетонных конструкций для каж­ дого вида сооружений. Целесообразно применять конструкции, имеющиеся в номенклатуре изделий для производственных и общественных зданий или родственных инженерных сооружений с со­ хранением габаритных размеров и изменением ар­ мирования. Принципы применения материалов и конструкций изложены в п. 1.2 настоящей главы и более подробно в соответствующих главах спра­ вочника.

Требования по бесперебойности и безопасной эксплуатации обеспечиваются технологической и строительной частью проекта в соответствии со СНиП 2.01.02-85 и СНиП Ш-4-80.

Особые эстетические требования предъявляют­ ся к высотным сооружениям, которые сущест­ венно влияют на архитектурный облик предприя­ тия и промышленного узла в целом. При удачном решении они служат архитектурным акцентом, улучшающим архитектурную композицию окру­ жающей застройки.

Высотные сооружения, расположенные вблизи аэропортов и аэродромов, рассматривают как ис­ кусственные препятствия и проектируют с соблю­ дением требований НТП-2-73/МГА, регламенти­ рующих их предельную высоту, раскраску и осве­ щение в ночное время, и СН 305-77 по молниезащите.

В соответствии со СНиП II-92-76 «Вспомога­ тельные здания и сооружения промышленных предприятий» для сооружений, расположенных вне зданий и требующих постоянного обслужива­ ния, должны быть предусмотрены помещения бы­ товые и для обогрева работающих. Бытовые поме­ щения разрешается располагать в бытовых корпусах близлежащих цехов, если расстояние до этих корпусов не превышает 300 м.

1.2. Общие положения проектирования

Инженерные сооружения проектируют на осно­ ве Единой модульной системы (ЕМС), представ­ ляющей собой совокупность правил координации размеров объемно-планировочных и конструктив­ ных элементов зданий и сооружений на базе ос­ новного модуля 100 мм (1 М). Укрупненные моду­ ли, полученные умножением основного на целые коэффициенты,— 6000, 3000, 1500, 1200 мм,— обозначают соответственно 60М, ЗОМ, 15М, 12М; дробные, полученные умножением основного на дробные коэффициенты, — 50, 20, 10 мм — 1/2М, 1/5М, 1/10М. Основные и дробные модули

применяют главным образом при назначении раз­ меров поперечных сечений элементов; укрупнен­ ные — длины пролетов, расстояний между разбивочными осями и высотных размеров сооруже­ ний. Для назначения размеров сооружения ис­ пользуют модуль: в плане при размерах до 18 м — 60М, допустим ЗОМ; до 12 м — 15М; по вертикали при высоте до 3,6 м — ЗМ; при большей — 12М

и6М.

Конструктивный размер элементов выполняют

меньшим, чем их номинальный (модульный) с уче­ том зазора между торцами и боковыми гранями элементов или допусков на изготовление конст­ рукций. Применение материалов и конструкций регламентируется ТП 101-81*.

Подземные инженерные сооружения возводят из сборного и реже монолитного железобетона. При индустриальных методах укладки бетона, если не требуется устройство высоких лесов и подмостей, целесообразно применять монолитный железобетон, конструкции из которого экономич­ ны и в ряде случаев (например, при наличии грун­ товых вод) более надежны в эксплуатации.

Фундаменты сооружений и под оборудование выполняют сборными, сборно-монолитными же­ лезобетонными и монолитными бетонными и же­ лезобетонными.

Емкостные сооружения водоснабжения и кана­ лизации, силосы (за исключением силосов для ма­ териалов, хранение которых недопустимо в желе­ зобетонных емкостях), закрома и резервуары для воды проектируют железобетонными из сборных, сборно-монолитных и монолитных конструк­ ций.

Бункера выполняют железобетонными (сборны­ ми и монолитными), стальными, а также смешан­ ными. Из стали их выполняют в случаях, когда по механическим, химическим или температурным воздействиям применение железобетона недопус­ тимо. Кроме того, стальными могут быть висячие (параболические) бункера и воронки для всех типов бункеров. В бункерах смешанной конст­ рукции призматическую или цилиндрическую части проектируют из железобетона, сужающую­ ся — из стали.

В ряде надземных сооружений могут быть вы­ делены три основных вида конструктивных эле­ ментов: фундаменты, опоры и пролетные строе­ ния.

Фундаменты выполняют преимущественно из монолитного железобетона.

Опоры и колонны проектируют, как правило, сборными железобетонными:

колонны открытых крановых эстакад высотой до 13 м включительно, при крановом оборудова­ нии в виде мостовых кранов общего назначения грузоподъемностью до 32 т включительно;

отдельно стоящие опоры под технологические трубопроводы и колонны одноярусных эстакад под коммуникации различного назначения при высоте от планировочной отметки земли до 9 м включительно и при пролетах эстакад до 24 м включительно;

опоры транспортерных, пешеходных и других галерей на горизонтальных участках при высоте опор и пролетах до 12 м.

При параметрах, превышающих указанные, опоры допускается выполнять из стальных кон­ струкций.

Этажерки под технологическое оборудование применяют сборные железобетонные в случаях, когда могут быть использованы железобетонные элементы из номенклатуры каркасов многоэтаж­ ных зданий.

Пролетные строения пешеходных, транспортер­ ных и коммуникационных галерей при пролетах до 12 м выполняют железобетонными, при боль­ ших — стальными; крановых эстакад под краны тяжелого режима работы любой грузоподъемно­ сти и среднего грузоподъемностью более 32 т — стальными, до 32 т — стальными и железобетон­ ными.

Указания и рекомендации по выбору материала и типа конструкций, а также требования, предъ­ являемые к материалам, приведены в соответст­ вующих главах справочника для каждого вида инженерных сооружений. Если возможно приме­ нение различных материалов, выбор материала конструкций должен быть сделан на основании технико-экономического сравнения с учетом мест­ ных условий и возможностей строительных орга­ низаций.

Для индустриализации строительства инженер­ ных сооружений необходима их унификация с разработкой на ее основе габаритных схем и ти­ повых конструкций. Унификация инженерных сооружений — сложная задача, так как схемы и размеры их обусловливаются взаимосвязью тех­ нологических процессов и конструктивных реше­ ний.

В настоящее время имеются унифицированные параметры и габаритные схемы для большинства инженерных сооружений, разработанные ЦНИИпромзданий, на базе которых институтами Гос­ строя СССР выполнены типовые конструкции

подвалы — Приднепровский ПрОхМстройпроект, ЦНИИпромзданий, Гипромез;

тоннели и каналы — Харьковский ПромстройНИИпроект;

емкостные сооружения водоснабжения и кана­ лизации — Союзводоканалпроект, Гипроводхоз; фундаменты под оборудование — Фундаментпроект, ЦНИИпромзданий, Харьковский Пром-

стройНИИпроект; открытые крановые эстакады — Киевский

Промстройпроект, НИИСК; транспортерные и пешеходные галереи — Харь­

ковский ПромстройНИИпроект; отдельно стоящие опоры и эстакады паромате-

риалопроводов — Харьковский ПромстройНИИ­ проект;

этажерки и площадки — ЦНИИпромзданий; бункера — Ленинградский Промстройпроект; закрома — Харьковский ПромстройНИИпро­

ект; силосы — Ленинградский Промстройпроект;

водонапорные башни — ЦНИИЭП инженерного оборудования, Киевский Промстройпроект.

Типовая рабочая документация унифицирован­ ных стеновых панелей подземных сооружений (рис. 1.1), предназначенных для использования без изменения габаритных размеров в подпорных стенах, стенах подвалов, тоннелях и емкостных Сооружениях водоснабжения и канализации, раз­ рабатывается в ЦНИИпромзданий.

При проектировании инженерных сооружений, для которых разработаны типовые конструкции, следует применять типовые решения.

Индивидуальное проектирование допускается в тех случаях, когда технологическим заданием при соответствующем обосновании предусматри­ вается сооружение с параметрами (геометрические размеры, нагрузки), отличающимися от типовых.

Для подземных сооружений, рассчитываемых на давление грунта, основанием для индивидуаль­ ного проектирования могут служить характерис­ тики грунтовых условий, отличающиеся от приня­ тых в типовых сериях, если они не позволяют по­ добрать типовое решение с учетом дополнитель­ ных поверочных расчетов и незначительных кон­ структивных доработок.

При индивидуальном проектировании следует: основные габаритные размеры и размеры сече­

ний принимать в соответствии с ЕМС; в максимальной степени использовать имею­

щиеся габаритные схемы; стремиться к применению типовых конструк­

ций, чтобы избежать создания нового парка форм.

При проектировании ряда сооружений на одной площадке или в пределах промышленного узла обязательно проведение общеплощадочной уни­ фикации.

Для разработки проекта инженерного сооруже­ ния до начала проектирования должны быть полу­ чены следующие исходные данные: технологиче­ ское задание; генеральный план (горизонтальная и вертикальная планировка) либо выкопировки из него с нанесением всех расположенных вблизи зданий, сооружений и коммуникаций; отчет об инженерно-геологических изысканиях е данными лабораторных испытаний грунтов; сведения о ген­ подрядной и субподрядных строительных органи­ зациях, базе стройиндустрии и о применяемых в данном районе в соответствии с утвержденным Госстроем СССР территориальным каталогом сборных железобетонных конструкциях.

Для особо ответственных и высотных сооруже­ ний скважины (не менее трех) и шурфы для полу­ чения данных о грунтах выполняют на пятне сооружения, что должно быть оговорено в зада­ нии на производство инженерно-геологических изысканий.

Некоторые исходные данные, указания и реко­ мендации для проектирования, помещенные в справочнике, являются общими для ряда соору­ жений. К ним относятся характеристики грунтов, указания по взаимодействию сооружений с грун­ том, данные о нагрузках от транспортных средств, о коэффициентах надежности по нагрузке, общие рекомендации по гидроизоляции подзем­ ных сооружений. Во избежание повторений они приведены в первой главе.

1.3.Характеристики грунтов

исыпучих материалов

Согласно СНиП 2.02.01-83 основными парамет­ рами механических свойств грунтов, определяю­ щими несущую способность оснований, их дефор­ мации и взаимодействие грунта с сооружением, служат прочностные и деформативные характе­ ристики; угол внутреннего трения ф, удельное сцепление с, модуль деформации £, предел проч­ ности на одноосное сжатие скального грунта R c,. удельный вес грунта у, коэффициент его пористо­ сти е и др.

Нормативные и расчетные характеристики грунтов в ненарушенном состоянии устанавли­ ваются на основе статистической обработки ре­ зультатов испытаний и должны быть приведены в отчете об инженерно-геологических изысканиях на площадке строительства.

При отсутствии опытных данных допускается принимать нормативный удельный вес грунта уп = 18 кН/м3.

Расчеты выполняют с использованием расчет­

где Х п — нормативное значение данной харак­ теристики; уg — коэффициент надежности по грунту.

Расчетные значения характеристик грунтов ф, с и у для расчетов по несущей способности обозна­ чаются ф|, схи Yj, по деформациям — фп , сп и уп .

Нормативные значения срп, сп и Е допускается определять по табл. 1.1 и 1.2, расчетные находят по (1.1), при следующих значениях у^:

В расчетах по деформациям . . . . . . 1

»по несущей способности:

При проектировании инженерных сооружений в ряде случаев приходится вести расчет на воз­ действие грунтов в нарушенном состоянии, на­ пример засыпки в пазухи стен и фундаментов, воз­ действующие на подпорные стены, подвалы, тон­ нели и т. д. Грунты засыпок должны быть уп­ лотнены до 95 % от удельного веса грунта в не­ нарушенном состоянии, о чем делают соответст­ вующие указания на чертежах. При выполнении

этого требования характеристики грунтов за­

Характеристики ряда сыпучих материалов при­ ведены в табл. 1.3.

1.4. Нагрузки на подземные сооружения

В общем случае подземное сооружение загруже­ но на уровне контакта подошвы фундамента с грунтом: весом грунта, боковым давлением, реак­ тивным давлением по подошве, а также располо-

женными на поверхности нагрузками. Боковое давление грунта и нагрузки от транспортных средств определяются в соответствии с указания­ ми СНиП 2.09.03-85.

Боковое давление грунта на удерживающую конструкцию может быть активным и пассивным.

Активное определяется, исходя из предполо­ жения об образовании призмы обрушения — массива грунта, находящегося в состоянии пре­ дельного равновесия. Эта призма (рис. 1.2, а) ограничена тыльной гранью удерживающей кон­ струкции, поверхностью засыпки и плоскостью

возможного скольжения, наклоненной к верти­ кали под углом

должно приниматься положительным; его рас­ пространяют на всю высоту сооружения (см. рис. Î.2, г, д).

При этом давление:

от нагрузки на поверхности грунта q

от дополнительного воздействия грунтовых вод при высоте их подъема на hw от низа соору­ жения

где удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды

Рис. 1.2. Схема давле­ ния грунта:

> р^д‘, à — заменяющая

(расчетная) эпюра (вер­ шина суммарной эпюры из точки а переносится в ах).

здесь ус — удельный вес скелета грунта, который в случае отсутствия опытных данных может быть

сложная для вычисления функция от 8, р (см. рис. 1.2), углов внутреннего трения <р и трения грунта на контакте с материалом сооружения ô.

Для удобства пользования значения Х^ и приведены соответственно в табл. 1.4, 1.5. При горизонтальной поверхности грунта, вертикаль­ ной поверхности сооружения и отсутствии тре­ ния грунта р = 8 = о = 0

Т а б л и ц а 1.4. Значения коэффициента Xfo

углы, град (Руководство по проектированию подпорных стен и подвалов для промышленного и гражданского строительства / ЦНИИпромзданий,— М.; 1984)