Основные конструктивные элементы зданий и сооружений.

Каж­дое здание (сооружение) состоит из отдельных взаимосвязанных структурных частей (конструктивных элементов). К ним относятся фундаменты, стены, отдельные опоры, перекрытия, крыши (покрытия), лестницы, перегородки, окна, двери и т.д.

Стены служат для ограждения помещения от внешней атмосфе­рной среды (наружные стены) и для разделения между собой отдельных помещений (внутренние стены). К отдельным опорам относят столбы или колонны, воспринимающие нагрузку от перекрытий и по­крытий или поддерживающие наружные стены.

Перекрытия — горизонтальные элементы конструкции, разде­ляющие здание (сооружение) по высоте на этажи (ярусы) и воспри­нимающие нагрузки от собственной массы, массы людей, технологи­ческого оборудования и т. д. Одновременно перекрытия обеспечивают общую пространственную неизменяемость здания. Перекрытия в зда­ниях бывают надподвальные (между подвалом и первым этажом), чердачные (между верхним этажом и чердаком) и междуэтажные (между этажами). Покрытие — это верхнее ограждение здания (соо­ружения) для защиты помещений от внешних климатических факто­ров и воздействий, воспринимающее нагрузку от собственной массы, снеговую; а иногда и ветровую нагрузку. При наличии пространства (проходного или полупроходного) над перекрытием верхнего этажа покрытие называют чердачным. Верхнюю водонепроницаемую часть покрытия, непосредственно предохраняющую здание от проникания атмосферных осадков, называют кровлей. Лестница — это элемент здания (сооружения), служащий для сообщения между этажами (ярусами). По требованиям противопожарной охраны лестницы обычно размещают в отдельных помещениях — лестничных клетках.

Перегородка — тонкая внутренняя стена, опирающаяся непосред­ственно на перекрытие и служащая для разделения на отдельные помещения внутреннего пространства здания. Окна и фонари верхне­го света предназначены для естественного освещения помещений и их проветривания, а двери — для сообщения между помещениями или выхода из здания.

Основные конструктивные элементы здания:

-основание - толща грунта, воспринимающая непосредственно все нагрузки и воздействия от здания,

-фундаменты – подземная часть вертикальных несущих конструкций здания (стен, колонн), воспринимающая все приходящиеся на здание силовые нагрузки и воздействия и передающая их основанию (фундаменты устанавливают под все вертикальные несущие конструкции (стены, столбы, колонны)),

-стены - разделяют по их положению в здании на наружные и внутренние, а по статической функции – на несущие, самонесущие и ненесущие (навесные). Несущие наружные стены воспринимают и передают на фундамент все вертикальные и горизонтальные нагрузки, самонесущие – только нагрузки от собственной массы, ненесущие – передают нагрузки от собственной массы и ветра поэтажно на внутренние несущие конструкции. Несущие наружные стены совмещают несущие и ограждающие функции, защищая помещения от неблагоприятных воздействий внешней среды – холода, атмосферных осадков, шума. Ненесущие наружные стены имеют только ограждающие функции. Внутренние стены так же могут воспринимать силовые воздействия и защищать ограждаемое помещение от шума.

-перекрытия - горизонтальные несущие и ограждающие конструкции. Они раз­деляют здания на этажи, воспринимают вертикальные и горизонтальные нагрузки и воз­действия и передают их поэтажно на вертикальные несущие конструкции. Различают междуэтажные, цокольные и чердачные перекрытия. Основная ограждающая функция междуэтажных перекрытий - защита разделяемых помещений от шума, цокольного и чердачного - от охлаждения.

-крыши (покрытия) - верхняя часть здания, предназначенная для защиты от ат­мосферных воздействий, образованная несущими (стропила, кровельные лотковые па­нели с поддерживающими их вертикальными конструкциями - стойками, подкосами, фризовыми панелями) и ограждающими гидроизоляционными (кровельными) элемен­тами. Отвод осадков с крыши может быть предусмотрен наружным или внутренним.

-перегородки - ненесущие вертикальные конструкции. Они разделяют помещения здания, защищают их от шума и опираются на перекрытия.

-каркас – система конструкций, которая состоит из вертикальных (стойки, колонны) и горизонтальных (ригели, диски перекрытий) несущих элементов, при необходимости дополняется специальными связевыми элементами.

 

Среди конструктивных элементов здания (сооружения) могут быть выделены несущие конструкции, воспринимающие нагрузки и воздействия и обеспечивающие прочность, жесткость и устойчивость зданий и сооружений — это покрытие, перекрытия, стены, отдельные опоры, фундаменты. Совокупность несущих элементов образует про­странственную систему — несущий остов здания. Кроме несущих, существуют ограждающие конструкции — наружные и внутренние стены, перекрытия и полы, перегородки, покрытия, кровли. Ограж­дающие конструкции здания предназначены для изоляции внутрен­них объемов здания от внешней среды или между собой. Они должны быть стойкими против атмосферных и других внешних воздействий, обладать достаточными тепло- и звукоизоляционными свойствами. Некоторые конструкции, например стены, перекрытия, покрытия зданий, днища емкостей, выполняют одновременно функции несущих и ограждающих.

Назначение конструкций – восприятие силовых и несиловых воздействий на здание.

К силовым относят следующие виды нагрузок и воздействий:

-постоянные нагрузки - от собственной массы конструкций здания и давления грунта основания на его подземную часть;

-длительно действующие временные нагрузки - от технологического оборудования, перегородок, длительно хранимых грузов (книгохранилища и т.п.), воздействия неравномерных деформаций грунтов основания и т.п.;

-кратковременные нагрузки и воздействия - от массы подвижного оборудования, людей, мебели, снега, ветра и т.п.;

-особые воздействия - от сейсмических явлений, просадочности лессового или протаявшего мерзлого грунтового основания здания, воздействия деформаций земной поверхности в районах влияния горных выработок и т.п.

-воздействия, возникающие при чрезвычайных ситуациях - взрывы, пожары и пр.

К несиловым относят воздействия:

-переменных температур наружного воздуха, вызывающих линейные (температурные) деформации - изменения размеров наружные конструкций здания или температурные усилия в них при стесненности проявления температурных деформаций вследствие жесткого закрепления конструкций;

-атмосферной и грунтовой влаги на материал конструкций, приводящие к изменениям физических параметров, а иногда и структуры материалов вследствие их атмосферной коррозии, а также воздействие парообразной влаги воздуха помещений на материал наружных ограждений, при фазовых переходах влаги в их толще;

-солнечной радиации, влияющей на световой и температурный режим помещений и вызывающей изменение физико-технических свойств поверхностных слоев конструкций (старение пластмасс, плавление битумных материалов и т.п.).

В соответствии с характером воспринимаемых воздействий конструкции зданий различают на несущие (воспринимающие силовые воздействия) - фундаменты, несущие стены, каркас, перекрытия и ограждающие – изолирующие пространство здания от неблагоприятных (атмосферные осадки, отрицательные температуры воздуха, шум и пр.) воздействий внешней (или внутренней) среды – наружные стены здания, крыша, перегородки и пр.

В соответствии с назначением здания его конструктивное решение предусматривает четкое разделение его элементов на несущие и ограждающие (большинство промзданий), либо совмещение несущих и ограждающих функций.

Иногда здания рассекают на отдельные отсеки деформационными швами, благодаря чему каждый отсек здания получает возможность независимых деформаций.

Необходимость устройства деформационных швов определяется различными воздействиями: изменчивостью температуры наружного воздуха, просадочностью грунтов основания, разностью осадок фрагментов здания имеющих разную этажность, сейсмичностью территорий и т.д.

Деформационные швы делятся на:

температурно-усадочные

осадочные

антисейсмические

Температурно-усадочные швы устраиваются для предотвращения образования в наружных стенах здания трещин и перекосов, вызываемых концентрацией усилий от воздействия переменных температур и усадки материала (каменной кладки, монолитных и сборных бетонных конструкций и др). Температурно-усадочные швы рассекают конструкции только наземной части здания. Расстояние между этими швами назначают в соответствии с климатическими условиями и физико-механическими свойствами стеновых материалов.

Для наружных стен из глиняного кирпича марки М50 и более расстояние между температурно-усадочными швами принимают от 40 до 100 метров. Для наружных стен из бетонных панелей – от 75 до 150 метров. Меньшее расстояние назначают в наиболее суровых климатических условиях, наименьшая ширина шва 20 мм.

Швы необходимо защищать от продувания, промерзания, сквозных протечек с помощью металлических компенсаторов, герметизации, утепляющих вкладышей.

Осадочные швы предусматривают в местах резких перепадов высоты здания, а также при значительной неравномерности деформаций основания по длине здания, вызванной особенностями геологического строения основания. Осадочные швы разрезают здание на всю длину: от конька крыши до подошвы фундамента.

Антисейсмические швы расчленяют здание на отсеки элементарной прямоугольной формы (при сложной конфигурации плана) и по длине здания.

Деформационные швы в зданиях

А-схемы размещения

Б-детали устройства температурных швов в кирпичных (д, е) и панельных (ж) зданиях:

а-температурно-усадочный шов

б-осадочный шов I типа

в-то же II типа

г-антисейсмический шов

д- с продольными несущими стенами (в зоне поперечной диафрагмы жесткости)

е-с поперечными стенами при парных внутренних стенах

ж-в панельных зданиях с поперечными стенами

1-наружная стена, 2-внутренняя стена, 3-утепляющий вкладыш в обертке из рубероида, 4-конопатка, 5-раствор,

6-нащельнак, 7-плита перекрытия, 8-панель наружной стены, 9-то же, внутренней.

 

Лекция 3

Требования, предъявляемые к зданиям. МКРС в строительстве. Архитектурно-строительное проектирование и стадийность его разработки.

Требования к зданиям и сооружениям.

Основные требования, предъявляемые к зданиям:

-функциональная целесообразность (полное соответствие назначению здания);

-прочность;

-устойчивость;

-долговечность (по СНИПу существует 3 степени долговечности: срок службы

здания 100 лет; 50 лет; 20 лет);

-огнестойкость (существует 5 степеней огнестойкости);

- эксплутационные требования - создание условий труда, быта, находящихся в здании;

- экономичность (зависит от рационального выбора материалов и методов работ);

- архитектурно - художественные требования.

Требования, предъявляе­мые к зданиям, сооружениям и их конструктивным элементам, можно свести к пяти основным группам — функциональные, технические, архитектурно-художественные, экономические, природоохранные.

Функциональные (технологические) требования зак­лючаются в том, что любое здание должно прежде всего соответст­вовать своему назначению, т. е. обладать необходимыми эксплуата­ционными качествами, создавая наилучшие условия для быта и труда людей, для протекания в нем производственного процесса. Эксплуа­тационные качества зданий, обеспечивающие их нормальную экс­плуатацию, определяются составом помещений, их объемами и пло­щадями, качеством внутренней и наружной отделки, наличием и уровнем инженерного оборудования помещений.

Технические требования заключаются в том, что здания должны быть прочными, жесткими, устойчивыми, долговечными, на­дежно защищать людей и оборудование от вредных атмосферных воздействий, удовлетворять противопожарным требованиям (вопро­сы прочности, жесткости, устойчивости зданий и сооружений под воздействием различных постоянных и временных нагрузок рассмат­риваются ниже в третьем разделе).

Долговечность здания, т. е. способность сохранять во времени заданные качества при установ­ленном режиме эксплуатации без разрушения и деформаций, во многом определяется долговечностью материалов и конструкций — их морозо-, влаго-, био- и коррозионной стойкостью, стойкостью против высокой температуры и т. п. В случае необходимости можно добиться повышения долговечности материалов и конструкций за счет соответствующих конструктивных решений, например в случае элементов, выполненных из недостаточно стойких материалов — пу­тем их специальной защиты. В количественном отношении долговеч­ность конструкций определяется сроком их службы без потери тре­буемых эксплуатационных качеств.

Для наружных ограждающих конструкций жилых зданий установлены следующие степени долговечности:
I степень - со сроком службы не менее 100 лет;
II степень - со сроком службы не менее 50 лет;
III степень - со сроком службы не менее 20 лет.

Важным техническим требованием, оказывающим большое влия­ние на объемно-планировочное и конструктивное решение здания, яв­ляется пожарная безопасность, которая включает сумму мероприя­тий, уменьшающих возможность возникновения пожара и обеспе­чивающих безопасность людей.

Строительные материалы и конструкции по степени возгораемос­ти делятся на три группы: ■ несгораемые — под воздействием огня или высокой температуры не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются; ■ трудносгораемые — под воздействием огня или вы­сокой температуры с трудом воспламеняются, тлеют или обугли­ваются, но после удаления источника огня или высокой температуры горение и тление прекращаются; ■ сгораемые — под воздействием огня или высокой температуры воспламеняются или тлеют и продол­жают гореть или тлеть после удаления источника огня.

Конструкции характеризуются также пределом огнестойкости, т. е. сопротивлением действию огня (в ч.) до потери прочности или устойчивости, до образования сквозных трещин или до повыше­ния температуры на поверхности конструкции со стороны, противо­положной действию огня, более чем на 200 °С.

По огнестойкости здания разделяют на пять степеней, причем I степень огнестойкости соответствует наибольшей огнестойкости, V степень — наименьшей. К I, II и III степеням огнестойкости отно­сят каменные здания. В зданиях I и II степеней огнестойкости стены, опоры, перекрытия и перегородки — несгораемые, в зданиях III сте­пени огнестойкости стены и опоры — несгораемые, а перекрытия и перегородки — трудносгораемые (например, деревянные отштукату­ренные). К IV степени огнестойкости относят деревянные отштука­туренные, к V — деревянные неоштукатуренные здания. Этажность зданий IV и V степеней огнестойкости, исходя их противопожарных требований, должна быть не более двух этажей.

 

Степень огнестойкости	Конструктивные характеристики
I	Здания с несущими и ограждающими конструкциями из естественных или искусственных каменных материалов, бетона или железобетона с применением листовых и плитных негорючих материалов
II	То же. В покрытиях зданий допускается применять незащищенные стальные конструкции
III	Здания с несущими и ограждающими конструкциями из естественных или искусственных каменных материалов, бетона или железобетона. Для перекрытий допускается использование деревянных конструкций, защищенных штукатуркой или трудногорючими листовыми, а также плитными материалами. К элементам покрытий не предъявляются требования по пределам огнестойкости и пределам распространения огня, при этом элементы чердачного покрытия из древесины подвергаются огнезащитной обработке
IIIа	Здания преимущественно с каркасной конструктивной схемой. Элементы каркаса - из стальных незащищенных конструкций. Ограждающие конструкции - из стальных профилированных листов или других негорючих листовых материалов с трудногорючим утеплителем
IIIб	Здания преимущественно одноэтажные с каркасной конструктивной схемой. Элементы каркаса - из цельной или клееной древесины, подвергнутой огнезащитной обработке, обеспечивающей требуемый предел распространения огня. Ограждающие конструкции - из панелей или поэлементной сборки, выполненные с применением древесины или материалов на ее основе. Древесина и другие горючие материалы ограждающих конструкций должны быть подвергнуты огнезащитной обработке или защищены от воздействия огня и высоких температур таким образом, чтобы обеспечить требуемый предел распространения огня.
IV	Здания с несущими и ограждающими конструкциями из цельной или клееной древесины и других горючих или трудногорючих материалов, защищенных от воздействия огня и высоких температур штукатуркой или другими листовыми или плитными материалами. К элементам покрытий не предъявляются требования по пределам огнестойкости и пределам распространения огня, при этом элементы чердачного покрытия из древесины подвергаются огнезащитной обработке
IVа	Здания преимущественно одноэтажные с каркасной конструктивной схемой. Элементы каркаса - из стальных незащищенных конструкций. Ограждающие конструкции - из стальных профилированных листов или других негорючих материалов с горючим утеплителем
V	Здания, к несущим и ограждающим конструкциям которых не предъявляются требования по пределам огнестойкости и пределам распространения огня

 

Все здания и сооружения по капитальности делят на четыре клас­са в зависимости от требований к долговечности и огнестойкости основных конструкций, а также к эксплуатационным качествам. К I классу относят уникальные здания и сооружения, удовлетворяю­щие наиболее высоким требованиям, а к IV классу — здания и сооружения с минимальными требованиями по долговечности, огне­стойкости и эксплуатационным качествам. Конкретные требования к зданиям и сооружениям различного назначения, определяющие класс здания, изложены в главах СНиПа, относящихся к проектиро­ванию соответствующих объектов.

I класса - по долговечности и огнестойкости основных конструкций не ниже 1 степени;
II класса - по долговечности и огнестойкости основных конструкций - не ниже II степени;
III класса - по долговечности основных конструкций не ниже II степени и огнестойкости - не ниже III степени;
IV класса - по долговечности основных конструкций не ниже III степени, степень огнестойкости не нормируется.

Архитектурно-художественные требования к зданиям заключается в том, что здание должно эстетично выглядеть по своему внешнему виду, благоприятно воздействовать на психо­логическое состояние и сознание людей. Оно должно быть органи­чески связано с окружающей застройкой. Внешний вид здания опре­деляется прежде всего его назначением, конструктивной схемой, а также градостроительными условиями. Качество архитектурной ком­позиции в значительной мере зависит от того, насколько четко выде­лено главное композиционное ядро, а остальные элементы компо­зиции связаны с главным композиционным ядром в одно целое. Архи­тектурный облик здания должен быть созвучным современной эпохе, удовлетворять эстетическим вкусам людей.

Экономические требования — это экономическая це­лесообразность, предусматривающая при минимальной затрате тру­да, средств и времени на постройку получения максимума полезной площади. Требование экономичности должно распространяться не только на единовременные затраты (при строительстве), но и на эксплуатационные расходы в течение срока использования здания.

Природоохранные требования заключаются в том, что проектируемые и реконструируемые предприятия должны отвечать санитарно-гигиеническим условиям жизни и труда человека в про­мышленных районах, не вызывать загрязнения воздушного и водно­го бассейнов, по возможности сохранять природный ландшафт. Для этого необходимо: ■ максимально сохранять естественный рельеф, почвенный покров и зеленые насаждения; ■ предельно сокращать выбросы вредных веществ в атмосферу, а также промышленные стоки в естественные водоемы; ■ отводить поверхностные воды со скоростями, исключающими возможность эрозии почвы или исполь­зуя специальные сооружения; ■ предотвращать при вертикальной планировке территорий возникновение оползневых и просадочных процессов, нарушение режима грунтовых вод и заболачивание тер­ритории; ■ проектировать минимальный объем земляных работ с учетом использования на площадке вытесняемых грунтов; ■ преду­сматривать централизованный сбор и удаление промышленных отхо­дов, не допуская их выброс в естественные системы без полного обезвреживания; ■ предусматривать строительство и ввод в эксплуа­тацию очистных сооружений водопроводов и канализаций с макси­мальным использованием оборотных систем; ■ предотвращать за­топление, заболачивание и эрозию почв до ввода в эксплуатацию обводнительных систем; ■ объединять однородные выбросы, удаляя их через возможно меньшее количество высоких труб; ■ исклю­чить возможность неорганизованных выбросов вредных веществ в атмосферу, особенно из низкорасположенных источников.