Проектирование промышленного здания механического цеха

На разных этапах развития человеческого общества, в зависимости от его потребностей и материальных возможностей, архитектура решала все более сложные функционально-технические, социальные и эстетические задачи. Повысить качество строительства и архитектурных решений, а также экономичность застройки населенных пунктов, жилых районов, промышленных и сельскохозяйственных комплексов, возведения зданий и сооружений.

Основными направлениями развития промышленной архитектуры являются разработка внедрение методов формирования промышленных узлов с учетом схем развития и размещения производственных сил страны, требований рационального использования земли и охраны окружающей среды, новых принципов решения генеральных планов предприятий и типов зданий и сооружений основных отраслей промышленности, направленных на повышение эффективности капитальных вложений, улучшение условий труда и повышение эстетических качеств производственной среды.

Литые, штампованные и прессованные детали, как правило, подвергаются дальнейшей обработке в механических, термических, гальванических, химических цехах и в цехах покрытий.

В механических цехах методом резания обрабатываются различные заготовки (катаные, литые, кованые, штампованные, прессованные) и изготавливаются детали различной конструкции.

Механической обработке присущи следующие особенности:

значительное количество технологических операций;

относительно высокая длительность производственного цикла;

высокая (до 95%) доля межоперационного пролеживания деталей;

широкая номенклатура производимой продукции;

дискретный характер производства;

большое разнообразие металлорежущих станков;

высокая трудоемкость механической обработки.

В механических цехах обрабатывается широкая номенклатура деталей, отличающихся видом материала, методом получения заготовки, серийностью производства, сложностью, габаритными размерами, конфигурацией, массой, точностью обработки, чистотой поверхности и другими характеристиками. Широкая номенклатура выпускаемой продукции, а также многооперационность технологических процессов выдвигают на первый план необходимость целесообразной специализации цехов и участков, типизации технологических процессов, рационального кооперирования предприятий. Несмотря на то, что в механических цехах осуществляется, как правило, лишь обработка металлов резанием, различие продукции и масштабов ее производства требуют применения разнообразного металлорежущего оборудования, что создает дополнительные трудности при организации производства.

Пути совершенствования работы механических цехов определяются общими тенденциями развития машиностроения. Создание новых высокопроизводительных и точных машин и приборов повышает требования к точности обработки деталей, чистоте их поверхности, стабильности признаков качества в партии одинаковых деталей. В то же время стремление к снижению затрат на производство обязывает сокращать трудоемкость механической обработки. Решение этой задачи идет по пути как организации производства наиболее точных заготовок, максимально приближающихся по форме и размерам к готовой детали, так и совершенствования самой механической обработки.

1. Исходные данные

Создан проект цеха механической обработки мелких и средних деталей. Исходные данные проекта:

1. Город - Калуга;

2. Климатический район II В;

3. Продолжительность отопительного периода Z_ht – 210 сут.;

4. Средняя температура отопительного периода t_ht – -2,9 °С;

5. Температура холодной пятидневки t_ext – -27 °С;

6. Зона влажности территории – нормальная;

7. Относительная влажность воздуха наиболее холодного месяца – 83;

8. Годовое парциальное давление водяного пара – 7,8 гПа;

9. Количество осадков за ноябрь-март - 213 мм;

10. Преобладающее направление ветра за декабрь-февраль – Ю;

11. Средняя скорость ветра, м/с, за период со средней суточной темп. – 3,9 м/с;

12. Влажностный режим помещений – нормальный;

13. Внутренняя температура воздуха в цехе - +16⁰ С;

14. Относительная влажность воздуха в цехе - φ = 55%;

15. Санитарная характеристика процесса – I Б;

16. Общее количество работающих – 250;

17. Процент женщин – 30;

18. Количество смен – 2;

19. Точность работ – средняя;

20. Производственные процессы по взрывной, взрывопожарной и пожарной опасности относятся к категории Д;

21. Здание II уровня ответственности.

2. Технологический процесс

Цех предназначен для механической обработки мелких и средних деталей. Все детали поступают сначала в заготовительное отделение, а затем распределяются в пролёты 2 и 3 для механической обработки на соответствующих станках. В соответствии с этим пролёты 2 и 3 оборудованы подвесными кранами (кран-балками). Подвесные краны (кран-балки) установлены как вдоль этих пролётов, так поперёк, в одну или две нитки, по две кран-балки в каждой нитке.

Пролёт 1 оборудован двумя электрическими опорно-мостовыми кранами. Для подачи материалов и отгрузки готовых изделий в пролёт 1 вводится железнодорожный путь нормальной колеи (1520 мм на длину 18 м), для чего предусмотрено устройство ворот размером 4,8х5,4м., местонахождение которого ориентировочно показано на планировочной схеме. Так же запроектированы ворота для автомобильного транспорта в пролёте 3, размерами 3,6х3,6м. Основным оборудование цехов являются металлообрабатывающие станки: токарные, строгальные, сверлильные, фрезерные и т.п. Эти станки, за небольшими исключениями, имеют относительно малый вес и устанавливаются на полу без устройств особых фундаментов.

3. Объёмно-планировочное решение

Здание цеха механической обработки деталей является одноэтажным, в плане представляет собой три продольных прямоугольных пролета. Первый пролёт – заготовительное отделение, второй и третий – механическое отделение. Схема цеха приведена в задании на проектирование.

Основные параметры здания:

- Общая длина здания 73,1м, ширина 60,6м

- Шаг колонн: 12м – среднего ряда, 6м - крайнего ряда

- 1 пролёт - 24 метра

- 2 пролёт – 18 метров

- 3 пролёт – 18 метров

- Одноэтажное здание с высотой отделений

13,2 м – заготовительное отделение

9,6 м – механические отделения

- Рабочая площадь -4320м²

- В цехе имеются одни ворота для автомобильного транспорта 3,6×3,6(h) м и одни ворота для железнодорожного транспорта 4,8×5,4(h) м

- Опорно-мостовые краны г/п 20т (2шт.) в первом пролёте

- Подвесные кран-балки г/п 5 т (4шт.) во втором и третьем пролёте

- Привязка колонн к продольным осям:

Колонны крайних продольных рядов имеют «нулевую» привязку, т.к. здание с кранами грузоподъемностью до 30т, при шаге крайних колонн 6 м и высоте от пола до низа стропильных конструкций не более 14,4м.

- Привязка колонн к поперечным осям:

колоны крайнего поперечного ряда смещают с разбивочных осей на «500» внутрь

привязка рядовых колонн симметрична.

- Привязка колонн фахверка нулевая.

- Заготовительное отделение отделяется деформационным (осадочным) швом, так как существует перепад высот 3,6 м. Расстояние между осями деформационного шва 350 мм, к которым привязываются колонны с «нулевой» привязкой.

- Над вторым пролетом установлен световой фонари.

- В поперечном направлении устойчивость здания обеспечивается жесткостью заделанных в фундамент колонн и жестким диском покрытия.

- В продольном направлении - дополнительно стальными связями:

- крестовые связи - в осях А/6-7, Б/6-7, В/6-7, Д/6-7;

- портальные - в осях Г/5-9.

4. Конструктивные решения здания

По выбору материала каркас здания является смешанным. Конструкция здания состоит из поперечных рам, образованных жестко заделанными в фундаменте колоннами и шарнирно опирающимися на колонны фермами. В продольном направлении рамы образованы подкрановыми балками, подстропильными фермами, жестким диском покрытия.

4.1 Фундаменты и фундаментные балки

Под сборные железобетонные колонны устраивают фундаменты стаканного типа. Монолитный фундамент состоит из подколонника со стаканом для заделки колонн и ступенчатой плитной части. Все размеры монолитных фундаментов унифицированы. Фундаменты подбираются в зависимости от размеров колонн, количество ступеней фундамента (глубина заложения фундамента) зависит от глубины промерзания грунта: d=f(H_пр),

где, H_пр – глубина промерзания грунта

Для г. Калуга глубина промерзания грунта – 1,4м.

d ≥ H_пр × m_t,

где, m_t = 0,4 – коэффициент теплового влияния для отапливаемого здания.

d = 1,4 × 0,4 = 0,56м

Рассчитанная глубина заложения фундамента мала и не может обеспечить требуемую устойчивость зданию, поэтому конструктивно принимаем 2,1м.

Обрез фундамента располагается на отметке – 0,150 м.

Фундаментные балки выполнены из железобетона. Толщина стены равна 270 мм, а шаг колонн 6 м, поэтому фундаментные балки будут иметь тавровое сечение. Фундаментные балки опираются на бетонные столбики сечением 300×600 мм, устанавливаемые в пределах подколонников. Фундаментные балки укладывают под наружной стеной. В проемах ворот их не укладывают. Номинальная длина фундаментных балок соответствует шагу колонн, а ширина верхней полки – толщине стены.

Таблица 4.1Спецификация фундаментных балок