Architecton: Proceedings of Higher Education №1 (13) March, 2006

Theory of architecture

ПРИНЦИПЫ ФОРМИРОВАНИЯ ОБЪЕМНО-ПЛАНИРОВОЧНЫХ РЕШЕНИЙ ЦЕХОВ ГОРЯЧЕГО ПРОКАТА В УСЛОВИЯХ РЕКОНСТРУКЦИИ

Abstract

Исследования архитектуры промышленных зданий, существующих в настоящее время, показали, что наиболее проблемные вопросы возникают в архитектуре прокатных цехов современных металлургических заводов. Место в структуре завода, масштабность, использованные материалы и конструкции, решения интерьеров были в поле зрения исследователей во второй половине ХХ века. Однако первостепенные задачи увеличения объемов выпуска проката были превалирующими, а рекомендации по повышению архитектурно-эстетических качеств, разработанные в ХХ веке? не нашли должного воплощения.

Нижнетагильским архитектурным институтом совместно с УралНИИС проведены исследования в прокатных цехах на ряде предприятий Урала и Сибири.

Одним из характерных и типичных представителей этой группы объектов является рельсобалочный цех (РБЦ) ОАО «Нижнетагильского металлургического комбината». Объемно-планировочное решение цеха формировалось в течение более четырех десятилетий в результате нескольких этапов реконструкции (рис. 1).
 

1947 год

1949 год -  1 этап реконструкции. Сформировалась планировка со сплошным периметром

1965 год  - 2 этап реконструкции. Сформировалась новая  вторая подсистема с одним внутренним двором

Рис.1. Этапы формирования структуры объемно-планировочного решения.
(Рельсобалочный цех ОАО Нижнетагильского металлургического комбината, г. Нижний Тагил).
 

В год пуска, в 1947-м, РБЦ представлял собой 2-пролетное здание длиной 76 м, в котором размещались становый пролет и машзал. Необходимость наращивания мощности выпуска рельсов была первопричиной первого этапа реконструкции. Развитие производства шло экстенсивным путем: расширялся машзал, появилось отделение холодильников, участки обработки спецпрофилей. Здание изменялось в линейном направлении и достигло 5 пролетов, общая ширина которых 246 м, а длина – 521 м. В результате технологической реконструкции уже на этом этапе развития сформировалась объемно-планировочная структура со сложным периметром. Необходимость в дальнейшем наращивании мощности и совершенствовании технологии производства обусловила второй этап реконструкции в 1965 г. и ряд последующих преобразований цеха в связи со строительством термоотделения, позволившего увеличить проектную мощность цеха в 2 раза. В результате поэтапной реконструкции образовалось здание из двух производственных блоков, объединенных поперечным пролетом; появился полузамкнутый внутренний двор.

Линейный характер технологического процесса и большая протяженность технологического оборудования обуславливают распространение отрицательного воздействия агрессивных факторов на значительной площади цеха, что с особой остротой ставит задачи по локализации и нейтрализации вредностей, ограниченного их воздействия на работающие соседние участки (рис.2).
 

Рис. 2. Параметры микроклимата рельсобалочного цеха Нижнетагильского металлургического комбината, г. Нижний Тагил

Участки нагревательных печей прокатного стана и другие отделения расположены линейно, и из-за отсутствия ограждений, изолирующих участки с различным температурно-влажностным режимом и шумовым фоном, распространение вредного воздействия отрицательных факторов на работающих наблюдается практически по всему объему цеха. Конструкции несущего каркаса и ограждений, концентрирующие тепло от агрегатов и нагретого металла, сами становятся дополнительными источниками лучистого и конвективного тепла. В результате этого на значительной части площади цеха наблюдается температурный дискомфорт как из-за перегрева, так и из-за переохлаждения на отдельных участках, причиной которого являются сильные сквозняки в холодное время года.

В целом в цехе создается тепловой фон с превышением нормативных показателей воздуха на 3-50С. На ряде участков этот показатель еще больше: в отделении нагревательных печей и прокатных станов в летний период превышение температур составляет 10-140С, а зимой, вследствие переохлаждения, температура воздуха здесь ниже нормативной на 100С. Аэрационный режим цеха не обеспечивает необходимый воздухообмен на наиболее теплонапряженных участках, а система механической вентиляции недостаточно эффективна.

Нарушение температурно-влажностного режима из-за плохой аэрации и вентиляции характерно для ряда постов управления, рабочих мест уборщиков горячего металла, вальцовщиков.

Максимальное превышение температуры на 25⁰, по сравнению с нормативным значением, имеет место в кабине пратценкрана, до 20⁰ – в кабине клещевого крана печного пролета, до 15⁰ – в кабинах крана станового пролета, крана с поворотной тележкой, клещевого крана, до 10⁰ – на постах управления старшего нагревальщика и транспортера горячей обрези. Этому способствует недостаточная теплоизоляция кабин кранов, несовершенные системы кондиционирования воздуха и аэрации, открытые и плохо защищенные от действия теплового излучения и сквозняков посты управления нагревальщиков. Так, на постах управления станового пролета, холодильников, участках рельсоотделки рельсов, в вальцетокарных мастерских наблюдается температура в ночные часы ниже нормативной: в летний период до 3-5⁰С, а в холодный – до 9⁰С, что объясняется отсутствием к тому же отопления на этих участках.

Таким образом, ярко выраженный общий тепловой дискомфорт в цехе обуславливается, с одной стороны, наличием мощных зон теплоизлучений в пролетах цеха, а с другой – очень малой эффективностью сложившейся схемы удаления тепла из воздушного пространства, отсутствием четкого зонирования площадей с избыточными выделениями.

Избыточные тепловыделения являются мощным побудителем движения воздушных потоков в пространстве цеха и тем самым активно способствуют распространению по производственным помещениям других сопутствующих технологическому процессу агрессивных выделений: газов, пыли, аэрозолей. Натурные обследования с инструментальными замерами показали, что большая часть внутреннего пространства цеха характеризуется многократным превышением ПДК по содержанию в воздушной сфере газов, пыли и аэрозолей. Так, на участках нагревательных печей, прокатного стана, охладительного стана они превышают ПДК в 2-5 раз и более. У правильной машины превышения выбросов пыли достигают 4 мг/м³, на стеллажах рельсоотделочной группы – до 6-8 мг/м³, при движении по рольгангам – до 24 мг/м³.

Характерным для микроклимата рельсобалочного цеха является значительный уровень производственного шума. Негативные максимальные превышения уровней звукового давления на 15-25 дБ имеют место на постах управления, центральном холодильнике, рабочих местах уборщиков горячего металла, резчика на пиле холодной резки. В печном и в становом пролетах превышение уровня звукового давления достигает 9-18 дБ, в отделении холодильников – 5-12 дБ, в термическом отделении – 14-15 дБ, т.е. на всей территории цеха создается значительный дискомфорт. Характерно, что шум распространяется практически по всей площади и захватывает все участки, так как источники шума не локализованы, а существующие помещения постов управления имеют недостаточную звукоизоляцию или вообще открыты. Способствует этому объемно-планировочное решение цеха. Он представляет собой в одной части 2-пролетную, в другой – 4-пролетную структуры, как последовательно расположенные, так и автономно, но не имеющие экранов на пути распространения шума, которые могли бы его локализовать. На отдельных участках в качестве ограничений применены сталь и бетон с очень малой степенью звукопоглощения, для которых характерно интенсивное отражение звуковых волн. В результате многократного отражения звуковых волн – процесса реверберации и суммирования энергии прямых и отраженных волн – в помещении формируется звуковое поле, в котором, помимо основного источника шума (оборудования), возникают добавочные фокусы звуковой энергии, являющиеся дополнительными источниками шума.

Таким образом, тип планировки рельсобалочного цеха, сформировавшийся в несколько этапов, в значительной мере обуславливает неудовлетворительный шумовой режим в здании. Пролетный характер цеха при отсутствии локализации наиболее шумных участков, узкие замкнутые пристрои, расположенные параллельно основным объемам – все эти факторы объемно-планировочного характера влияют на возникновение шумового дискомфорта.

Как показали исследования, производственные вредности различны по характеру и неравномерно распределяются по цеху в количественном отношении и по времени. В связи с этим в целях создания более благоприятного микроклимата необходимо производить технологические компоновки, принимать такие их типы, которые бы позволяли более четко зонировать внутреннее пространство по санитарно-гигиеническим характеристикам. В этом случае можно будет более эффективно локализовать производственные вредности, не допуская их широкого распространения по цеху, рационально использовать инженерные системы вентиляции и отопления. Все отделения в реконструируемых цехах должны быть в виде блоков-отделений, соединенных между собой блоками-перемычками – транспортными связями-рольгангами, наземным транспортом. Каждый блок – элемент технологической цепочки, в котором за основу блокировки необходимо взять показатели дискомфорта микроклимата аналогичного реального решения (рис. 3).
 

Рис. 3. Пример блокировки прокатного цеха на основе параметров микроклимата

Так, РБЦ может состоять из 4-х блоков – блока печей, блока станового пролета, блока адьюстака и холодильников, термоотделения. Причем целесообразно блоки-отделения располагать перпендикулярно блокам-перемычкам. Учитывая особенности технологии, при проектировании реконструкции можно предлагать такие типы компоновки, при которых бы в определенных зонах сосредотачивалось оборудование, близкое по высотным параметрам. Тогда внутренние габариты помещения на различных участках, исходя из функциональных требований, могли бы приниматься одинаковыми, что обеспечило бы экономичность внутреннего пространства. Усложненная конфигурация в плане и профиле здания принимается, исходя из условий улучшения микроклимата. Блоки-отделения должны формироваться из 2-5 пролетов – параллельных, шириной 24-36 м (в зависимости от габаритов технологического оборудования), высотой до 160 м, а блоки-перемычки – из 1-2 параллельных пролетов шириной до 18 м.

Специфика прокатного производства предполагает оптимальный выбор конструктивной формы элементов каркаса, которая способствовала бы созданию гибкого пространства на случай его деформаций. В проектах реконструкции цехов для борьбы с отложением пыли целесообразно закладывать сплошностенчатые и коробчатые сечения колонн и подкрановых балок, а конструкции ферм, связей и переходов – из элементов трубчатого сечения.

Помимо блокировки отделений, для улучшения показателей теплового фона имеет смысл в процессе реконструкции увеличивать внутренние шаги колонн до 18 и 24 м, чтобы нагревательные печи находились на значительном расстоянии от колонн и подкрановых балок – в этом случае не будет источников дополнительного конвективного тепла. Желательно в новых цехах увеличивать величину пролетов в печном отделении до 30 м.

Предлагаемая система блокировки отделений реконструируемых цехов в виде автономных объектов, увеличение размеров пролетов и шагов колонн – факторы, влияющие на уменьшение шумового дискомфорта. Для уменьшения влияния динамических нагрузок на ограждающие конструкции в качестве стенового ограждения целесообразно применять оцинкованный профлист и в основном отказаться от остекления, как не оправдавшего себя в условиях больших тепло- и пылевыделений. Минимальное количество остекления может быть использовано в складских пролетах и холодильниках в чисто психологических целях.

Формирование объемно-планировочных решений зданий цехов горячего проката в условиях реконструкции должно идти согласно следующим условиям:

1. Организация зонирования внутреннего пространства по параметрам микроклимата в виде автономных блоков-отделений с увеличением размеров пролетов, усложнением конфигурации в плане и профиле здания.

2. Использование несущих и ограждающих конструкций с высокими эксплуатационными характеристиками (колонны, подкрановые балки – сплошностенчатые и коробчатые фермы, связи – трубчатого сечения, большеуклонные покрытия).

3. Одной из эффективных дополнительных мер улучшения условий является создание в цехе оптимальной системы внутрицеховой инфраструктуры, изолированной от производственной среды.

References

1. Жуковский А.А. Социально-экономическое значение развития архитектуры заводов черной металлургии в период первых пятилеток. Сб.: технический прогресс и совершенствование социалистического образа жизни. УПИ, – Свердловск, 1983.

2. Козлова Л.И. Принципы формирования объемно-планировочных решений цехов горячего проката как один из путей реконструкции.// Строительство и образование. Вып.4. – Екатеринбург, 2000.

3. Козлова Л.И. Объемно-планировочные решения цехов горячего проката как результат дискомфортного микроклимата. // Повышение качества среды жизнедеятельности города и сельских поселений архитектурно-строительными средствами : сб. науч. тр. междунар. науч.-практ. конф. – Орел, 2005. – 261-264с.

4. Холодова Л.П. Архитектурная реконструкция исторически сложившихся промышленных предприятий: учебное пособие. – М.: МАРХИ, 1987. – 102с.

Citation link

Козлова Л.И. ПРИНЦИПЫ ФОРМИРОВАНИЯ ОБЪЕМНО-ПЛАНИРОВОЧНЫХ РЕШЕНИЙ ЦЕХОВ ГОРЯЧЕГО ПРОКАТА В УСЛОВИЯХ РЕКОНСТРУКЦИИ [Электронный ресурс] /Л.И. Козлова //Архитектон: известия вузов. – 2006. – №1(13). – URL: http://archvuz.ru/en/2006_1/5 

Лицензия Creative Commons
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons "Attrubution-ShareALike" ("Атрибуция - на тех же условиях"). 4.0 Всемирная