При проектировании нового цеха большое значение имеет выбор типа производственного здания, его компоновки, размеров в плане. Для цехов механосборочного производства применяют одноэтажные и многоэтажные здания со светоаэроционными фонарями и без них, крановые (оборудованные мостовыми кранами) и бескрановые здания с использованием напольного и подвесного транспорта. Стоимость производственных зданий в машиностроении довольно высока и достигает 30 – 40 % стоимости основных фондов предприятий.

Анализ затрат на создание производственных зданий показывает, что одноэтажные здания оказываются, как правило, дешевле многоэтажных при той же производственной площади. Более широкие пролеты и шаг колонн в одноэтажных производственных зданиях позволяют лучше использовать производственные площади в связи с уменьшением «мертвых зон» вокруг колонн. Поэтому в машиностроении преимущественно используются одноэтажные производственные здания. Однако при реконструкции действующих предприятий, площадка которых ограничена сложившейся застройкой, в обоснованных случаях идут на применение многоэтажных производственных зданий.

Наиболее широкое применение получили каркасные здания с использованием унифицированных железобетонных строительных элементов заводского изготовления. Для ускорения и удешевления строительного проектирования разработаны унифицированные типовые секции (УТС), представляющие собой объемную часть здания и состоящие из одного или нескольких пролетов одинаковой длины. Это позволяет разместить в одном здании несколько цехов, если это не противоречит условиям производства и требованиям противопожарной безопасности.

Типы, конструкции и размеры зданий для цехов выбираются в зависи­мости от следующих факторов:

· назначения здания;

· характера и размеров объектов производства, объема производствен­ной программы, характера технологического процесса и применяемого обо­рудования;

· типов, размеров и грузоподъемности кранов и транспортных устройств;

· требований, предъявляемых в отношении освещения, отопления и вентиляции;

· учета возможности дальнейшего расширения здания.

На рис.9.1 показаны конструктивные схемы пролетов одноэтажных производственных зданий.

Здания выполнены с полным каркасом, который образуют колонны 2, стропильные 3 и подстропильные 7 фермы, подкрановые балки 6 и плиты 4 покрытий. Колонны опираются на фундаменты 8, габаритные размеры которых необходимо учитывать при размещении высокоточных станков, устанавливаемых на собственные фундаменты, а также при определении трасс стружкоуборочных конвейеров. Высокая продольная и поперечная жесткость каркаса здания достигается сваркой стальных закладных элемен

тов и последующим заполнением стыков бетоном. Для освещения и естественного проветривания в пролетах средних рядов предусматривают светоаэрационные фонари. В крайних пролетах естественное освещение обеспечивается боковым остеклением, поэтому светоаэрационные фонари не предусматривают. К ограждающим конструкциям здания относятся панели стен, окна, двери и ворота.

Рис.9.1 Конструктивные схемы пролетов одноэтажных производственных зданий

Блокирование нескольких цехов в одном здании способствует сокращению коммуникаций и транспортных расходов. Более широкие пролеты и шаг колонн в одноэтажных производственных зданиях позволяют лучше использовать производственные площади в связи с уменьшением «мертвых зон» вокруг колонн. Поэтому в машиностроении преимущественно используются одноэтажные производственные здания. Однако при реконструкции действующих предприятий, площадка которых ограничена сложившейся застройкой, в обоснованных случаях идут на применение многоэтажных производственных зданий.

Для проектирования производственных зданий разработан типаж основных и дополнительных унифицированных типовых секций. Размеры основных секций в плане составляют 72 × 72 и 72 × 144 м, причем первый размер соответствует длине пролета, второй — ширине здания. Площадь указанных секций составляет соответственно 5184 и 10368 м². Основные секции могут быть крановыми и бескрановыми, с сеткой колонн

18 × 12 м или 24 × 12 м при высоте пролета 6; 7,2; 8,4 м для бескрановых и 10,8; 12,6 м для крановых зданий.

Помимо основных предусматривают дополнительные одно- и двухпролетные секции длиной 72 м, оборудованные кранами с высотой пролета 10,8; 12,6; 16,2 и 18 м.  Эти пролеты имеют ширину 24 и 30 м и предназначаются для размещения крупных изделий.

При оформлении компоновочных планов здание в плане изображают в виде сетки продольных и поперечных разбивочных осей (рис. 9.2, а). При этом продольные разбивочные оси, образующие пролеты здания, обозначают прописными буквами русского алфавита, а поперечные – арабскими цифрами.

Из основных и дополнительных секций можно компоновать производственные здания разных размеров и формы. Каждая секция отделяется от другой температурно-деформационным швом  4, представляющим собой сдвоенный ряд колонн (см. рис. 9.2, б).

Рис. 9.2. Компоновочные планы

Используются варианты, дополненные одно- и двухпролетными секциями. В дополнительных секциях пролеты иногда расположены перпендикулярно к пролетам основных секций,  что удобно, например при поточной конвейерной сборе изделий. Но чаще всего пролеты дополнительных секций располагают параллельно пролетам основных секций здания. Подобную компоновку используют в единичном и серийном производстве.

Основные строительные параметры пролетов современных производственных зданий приведены в табл.9.1

Важным при проектировании является выбор строительных параметров здания — сетки колонн и высоты пролета. Сетку колонн (ширину L пролета и шаг l колонн) и высоту Н пролета (расстояние от пола до нижней части несущей конструкции здания) выбирают из унифицированного ряда указанных величин, приведенных в табл. 9.1.

Ширину пролетов для отдельных механических и сборочных цехов в зависимости от рода машиностроения и характера выполняемых работ принимаются: 18, 24, 30 и 36 м

Высоту пролета цеха определяют исходя из размеров изготавливаемых изделий, габаритных размеров оборудования (по высоте), размеров и конструкции мостовых кранов, а также санитарно-гигиенических требований.

Таблица 9.1 Размеры унифицированных пролетов и грузоподъемностьподъемно-транспортных средств

Ширина пролета, в м	Высота Н цеха до нижнего пояса ферм, м	Высота Н1 головки кранового рельса, м	Тип кранов	Грузоподъемность крана, т*
18	6,0;7,2;8,4	-	Подвесные	0,25 – 5,0
24	7,2;8,4
30	7,2;8,4
18	8,4;9,6	6,15; 6,95; 8,16	Электрические мостовые	10; 20/5
24	10,8
18	12,6; 14,4	9,65; 11,45	То же	10; 20/5; 30/5
24
30
30	16,2; 18	12,65; 14,45;12,0; 13,8	То же	30/5
36				50/10;
30	16,2; 18,0	12,0; 13,8	То же	100/20
36	19,8	15,6	То же	150/30
30	19,8	11,2; 13,0; 14,8
Примечание. Полужирным шрифтом выделены наиболее употребительные значения. * В числителе и знаменателе указаны значения грузоподъемности двухкрюковых кранов.

Общая высота здания (H) от пола до нижней выступающей части верхнего перекрытия или до нижней точки стропильной затяжки (рис. 9.3) слагается из расстояния от пола до головки подкранового рельса (h₁) и расстояния от головки рельса до нижней выступающей части верхнего перекрытия или до нижней точки стропильной затяжки (h), которое зависит только от конструкции крана и его габаритного размера по высоте, т.е.

Н = Н₁+ h.                                      (9.1)

Величина Н₁ слагается из следующих величин:

H₁ = k + z + e+ f + c,                                        (9.2)

где k – высота наиболее высокого станка (если станки невысокие, то этот размер принимается не менее 2,3 м, т.е. несколько выше роста человека); z – промежуток между транспортируемым изделием, поднятым в крайнее верхнее положение, и верхней точкой наиболее высокого станка (оборудования) (этот промежуток принимается равным 0,5 – 1,0 м); е – высота наибольшего по размеру изделия в положении транспортирования, м; f – расстояние от верхней кромки наибольшего транспортируемого изде лия до центра крюка крана в верхнем его положении, необходимое для захвата изделия цепью или канатом и зависящее от размеров изделия (принимается не менее 1 м); с – расстояние от предельного верхнего положения крюка до горизонтальной линии, проходящей через вершину головки рельса (принимается по стандартам электрических мостовых кранов; его значение колеблется в пределах от 0,5 до 1,6 м в зависимости от конструкции и грузоподъемности крана).

Если высоких станков в пролете немного, высота пролета может быть принята без учета возможности транспортирования деталей над наиболее высокими станками; при этом должна быть обеспечена только возможность прохода крана над этими станками. Полученная таким образом высота пролета от пола до головки рельса (Н₁) будет мини

мальной. Самая малая высота для цеха, оснащенного электрическим мостовым краном, – 6,15 м. В зависимости от рода производства и размеров оборудования она часто бывает значительно выше и в цехах тяжелого машиностроения доходит до 23 м.

Вторая часть высоты пролета (h) определяется в зависимости от конструкции и размеров крана: она равна сумме габаритной высоты крана А (см. рис. 9.3) и расстояния т между верхней точкой крана и нижней точкой перекрытия или затяжки стропильной фермы, т.е.

h = A + m.

Высота электрических мостовых кранов (А) установлена стандартами  в зависимости от грузоподъемности кранов. Она колеблется в пределах от 2100 мм (для кранов грузоподъемностью 10 т) до 5200 мм (для кранов грузоподъемностью 250 т).

Расстояние между верхней точкой крана и нижней точкой перекрытия (или затяжки стропильной фермы) (m) должно быть не менее 100 мм (при расположении троллейных проводов сбоку под краном

Рис. 9.3. Схема для определения высоты и ширины пролета цеха

При определении высоты цеха следует учитывать санитарно-гигиенические требования, по которым на каждого работающего должно приходиться не менее 15 м³ объема производственного помещения и не менее 4,5 м² площади; высота производственных помещений должна быть не менее 3,2 м от пола до потолка, а высота от пола до выступающих частей конструкции здания – не менее 2,6 м.

Высота производственного помещения зависит также от ширины пролетов: чем шире пролет, тем больше должна быть его высота. При малой высоте и большой ширине пролета получается недостаточная и неравномерная освещенность цеха. Исходя из приведенных соображений, можно установить наиболее приемлемые размеры высот для различных конструкций зданий в соответствии с шириной пролетов.

Длина пролета цеха определяется суммой размеров производственных и вспомогательных отделений, последовательно расположенных вдоль пролета, проходов и других участков цеха. Основным размером, определяющим длину пролета, является длина технологической линии станков, расположенных вдоль пролета.

Длина пролета цеха, определяемая на основе планировки оборудования и всех отделений и участков, расположенных вдоль пролета, складывается из следующих размеров:

ширины цехового склада материалов и заготовок (при единичном и серийном производстве) или складских площадок для заготовок в начале станочных линий (при

1) поточном производстве); цеховые склады, как уже указывалось, обычно располагаются поперек пролетов цеха и только иногда, при направлении производственных потоков перпендикулярно продольным осям пролета, располагаются вдоль пролетов;

2) ширины поперечного прохода между этим складом и станочным отделением (не менее 4 м);

3) длины станочного отделения;

4) ширины  поперечного  прохода перед  контрольным  отделением (не менее 4 м);

5) ширины контрольного отделения и промежуточного склада, расположенных поперек пролетов  здания.

Общая длина цеха должна быть кратной величине шага колонн, который для всех цехов и размеров пролетов в настоящее время принимается равным 12 м. Если длина цеха по планировке не получилась кратной величине шага, то необходимо внести поправку в планировку за счет увеличения или уменьшения размеров участков, расположенных вдоль оси пролета.

Установив, таким образом, необходимые основные размеры пролета (его ширину, высоту и шаг колонн), а также необходимое число пролетов, общую ширину и длину здания, соответствующие условиям данного производства, подбирают применительно к ним типовые строительные схемы секций и зданий, разработанные для промышленных зданий с внутренним и наружным отводом дождевой воды с кровли.

При выборе схемы нового здания необходимо стремиться к унификации объемно-планировочных и конструктивных реше­ний промышленных зданий (рис. 9.4). Поэтому предпочтение следует отдавать зданиям прямоугольной формы с пролетами одного направления и преимущественно без перепадов высот. Пролеты цехов с повышенной высотой необходимо группировать вместе, но число высот должно быть минимальным.    

На рис.9.4 даны разрезы бескрановых и крановых пролетов производственных зданий, а также пристройки для размещения административных и бытовых помещений. Здания без светоаэрационных фонарей с подвесным потолком (рис.9.4, в) применяют для термоконстантных корпусов. Межферменное пространство при этом используют для размещения воздуховодов и  фильтров  для  систем кондиционирования. При оформлении компоновочного плана необходимо привязать конструктивные элементы здания (колонны, оси крановых рельсов и подкрановых балок) к разбивочным осям. В процессе общей компоновки корпуса, уточнения ранее принятых планировочных решений определяяют габаритные размеры и структуру производственного здания.