І.1.2 Загальні відомості про конструкції будівель

 

Кожна будівля складається із сукупності взаємопов'язаних конструктивних елементів, що виконують в ньому різні функції: фундаменти, стіни, каркаси, перекриття, дах, перегородки.

Фундаменти – підземні несучі конструкції, які передають силові впливи від будівлі на грунт. Вони влаштовуються під вертикальними несучими конструкціями – стінами або стовпами (стійками каркасу). Нижня горизонтальна площина фундаментної конструкції називається підошвою фундаменту; товща поверхневих геологічних порід ґрунтів, на яку передається навантаження від будівлі через його фундаменти, - основа будівлі чи споруди.

Стіни – розділяють на зовнішні і внутрішні за їх розташуванням у плані і на несучі і ненесучі за статичною функцією. Зовнішні – огороджувальні, захищають приміщення від негативних зовнішніх впливів. Стіна одночасно може бути несучою і огороджувальною. Несучі стіни сприймають вертикальні і горизонтальні навантаження і передають їх на фундамент, ненесучі стіни передають свою вагу поповерхово на інші несучі конструкції будівель. Внутрішні ненесучі стіни, що виконують тільки огороджувальні функції, називаються перегородками.

Каркас складається із вертикальних (стійки і колони) і горизонтальних (ригелі) стержневих систем, концентровано сприймаючих зовнішні навантаження і впливи і концентровано їх передаючих на основу через фундаменти колон. Каркас використовується замість несучих стін або в поєднанні з ними при необхідності розкриття великого внутрішнього простору.

Перекриття – горизонтальні несучі й огороджувальні конструкції. Вони сприймають вертикальні й горизонтальні силові впливи та передають їх на несучі стіни чи каркас.

Перекриття розділяють внутрішній простір будівлі по горизонталі. Залежно від їх розташування розрізняють перекриття:

-міжповерхові – між двома суміжними по висоті поверхами;

-дахові – між верхнім поверхом і горищним простором;

-цокольні – між першим поверхом і підвалом чи технічним підпіллям;

- перекриття над проїздами – між поверхом і простором проїзду під будівлею.

Функції перекриттів як огороджувальних конструкцій залежать від їх розташування в будівлі. Міжповерхові перекриття є внутрішні огорожі, їх основна функція - звукоізоляція. Горищні перекриття та перекриття над проїздами та підпіллями являють собою зовнішні огорожі. Їх основна функція – теплоізоляція внутрішніх приміщень.

Дах – зовнішня несуча і огороджувальна конструкція будівлі, що сприймає вертикальні (включаючи сніг) і горизонтальні навантаження та впливи. В якості огороджувальної конструкції дах має основну функцію – гідроізоляцію внутрішнього простору від атмосферних опадів. Площини даху називають скатами, вони розташовуються під кутом (нахилом) до горизонту для відведення дощових і талих вод. Для освітлення та вентиляції даху влаштовують «слухові вікна».

У відповідності до природно – кліматичних та інженерно-геологічних умов у будівлях можуть влаштуватись вертикальні шви: температурно-усадкові, осадкові (деформаційні) та антисейсмічні (рис І.1).

 

Рис.І.1 - Вертикальні шви в будівлях:

а – температурно-усадковий; б – осадковий І (зверху) і ІІ типу;в - антисейсмічний

 

Температурно-усадкові шви влаштовують щоб уникнути утворення тріщин і перекосів у стінах будівель, що викликаються концентрацією температурних зусиль.

Осадкові шви І типу передбачають в місцях різких перепадів поверховості будівлі для компенсації різниці вертикальних деформацій наземних конструкцій високої і низької її частин. Осадкові шви ІІ типу слугують для компенсації значних нерівномірних деформацій основи під будівлею, викликаних специфікою геологічної будови основи.

Антисейсмічні шви влаштовують для зменшення зусиль від сейсмічного впливу в конструкціях. Ці шви розділяють будівлю на відсіки елементарної форми (при складній конфігурації будівлі) та по її довжині.

Температурно-усадочні та осадочні шви І типу влаштовують тільки в наземній частині будівлі, осадочні ІІ типу й антисейсмічні – по всій висоті від підошви фундаменту до верха покрівлі. При необхідності влаштування в будівлі швів різного призначення їх по можливості суміщають.

 

І.1.3 Вимоги до будівель

Будівлі любого типу повинні максимально відповідати функціональним, технічним, економічним та художнім вимогам. Для досягнення цього необхідна узгоджена і цілеспрямована робота колективу спеціалістів, що розробляють проект будівлі, - архітекторів, конструкторів, спеціалістів з технічного обладнання, економістів і технологів.

Вимога функціональної доцільності проектного рішення означає максимальну відповідність приміщень будівлі функціональним процесам, що будуть в них протікати. Проект повинен забезпечити оптимальне середовище для людини в процесі здійснення нею функцій, для яких передбачена будівля. Параметри середовища – габарити приміщень будівлі у відповідності з призначенням, стан повітряного середовища (температурно-вологісні характеристики, показники повітрообміну), світловий режим (показники необхідної природної чи штучної освітленості), звуковий режим (умови чутливості в приміщенні та захист його від шумів, що проникають від зовнішнього середовища) - установлюються для кожного типу будівлі відповідними нормативними документами (державними будівельними нормами України – ДБН У).

Вимога технічної доцільності проектного рішення передбачає виконання його конструкцій у повній відповідності законам будівельної механіки, будівельної фізики та хімії. Для цього проектувальнику необхідно виявити й точно врахувати всі зовнішні впливи на будівлю.

Зовнішні впливи умовно ділять на силові і несилові.

До силових відносять наступні види навантажень і впливів:

- постійні навантаження – від власної ваги конструкцій будівлі й тиску ґрунту основи на її підземну частину;

- довготривалі тимчасові навантаження – від стаціонарного технічного обладнання, перегородок, вантажів, що тривало зберігаються (книгосховища і т. п.), впливи нерівномірних деформацій ґрунтів основи і т. п.;

- короткочасні навантаження – від маси рухомого обладнання, людей, меблів, снігу, вітру і т. п.;

Особливі впливи – від сейсмічних явищ, вибухів, просадки лесового чи відталої мерзлої основи будівлі, впливу деформацій земної поверхні в районах впливу гірничих виробок і т. п.

До несилових відносять впливи:

- змінних температур зовнішнього повітря, що викликають лінійні зміни розмірів зовнішніх конструкцій будівлі;

- атмосферної та ґрунтової вологи на матеріал конструкцій, що призводять до змін фізичних параметрів, а інколи і структури матеріалів;

- сонячної радіації, що впливає на світловий і температурний режим приміщень;

- інфільтрації зовнішнього повітря через шпарини огороджуючи конструкцій, що впливає на їх теплоізоляційні властивості і температурно-вологісний режим приміщень;

- хімічної агресії водорозчинних домішок в повітряному середовищі, які у вологому стані руйнують поверхневі шари матеріалу конструкцій;

- різнорідних шумів від джерел поза і в середині будівель, що порушують нормальний акустичний режим приміщень;

- біологічних – від мікроорганізмів або комах, що руйнують конструкції із органічних матеріалів.

При проектуванні конструкцій будівель повинно передбачатися їх опір всім перерахованим вище впливам. Ця вимога забезпечується міцністю, стійкістю і жорсткістю несучих конструкцій, довговічністю і стабільністю експлуатаційних якостей огороджувальних конструкцій.

Міцність конструкції – здатність сприймати силові навантаження і впливи без руйнування.

Стійкість – здатність конструкції зберігати рівновагу при силових навантаженнях і впливах. Вона забезпечується цілеспрямованим розташуванням елементів несучих конструкцій у просторі та міцністю їх з’єднань.

Жорсткість – здатність конструкцій виконувати свої статичні функції з малими, завчасно заданими величинами деформацій.

Довговічність – граничний термін збереження фізичних якостей конструкцій будівлі в процесі експлуатації. Довговічність конструкції залежить від повзучості, морозостійкості, вологостійкості, корозійної та біологічної стійкості будівельних матеріалів, з яких виготовлена конструкція.

За ознакою довговічності будівлі і споруди розділяють на чотири ступені: І – з терміном служби 100 років, 2 – від 50 до 100 р., 3 – від 20 до 50 р., 4 - до 20 р. (тимчасові будівлі і споруди).

Стабільність експлуатаційних якостей, до яких відносяться тепло-, звуко-, гідроізоляція та повітронепроникність огорож, - здатність конструкцій зберігати постійний рівень ізоляційних властивостей на протязі проектного терміну служби будівлі або конструктивного елемента.

Границя вогнестійкості будівельної конструкції визначається тривалістю (в годинах) випробування конструкції на вогнестійкість до виникнення одного із наступних трьох граничних станів: руйнування, утворення в конструкції наскрізних тріщин або отворів, підвищення температури на протилежній від вогню поверхні конструкції більш ніж на 220ºС.

Будівлі діляться на п’ять ступенів за вогнестійкістю залежно від границі вогнестійкості та групи займистості їх матеріалів. Згідно вимог ДБН, границя вогнестійкості різних конструкцій не однакові: від 2 – 2,5 год. (максимальна границя) до 0,2 5 – 0,5 год. (мінімальна границя для перегородок, покриттів та ненесучих стін).

Крім того, класифікація конструкцій будівель здійснюється за ознакою пожарної безпеки, яка визначається займистістю конструкцій та їх вогнестійкістю.

За займистістю конструкцій розрізняють матеріали:

- негорючі, які не займаються, не тліють і не обвуглюються під дією вогню або високих температур;

- важкозаймисті, які з трудом загоряються, тліють і обвуглюються, але процеси горіння і тління зупиняються при видаленні вогню або високих температур;

- горючі, які загоряються або тліють під впливом вогню або високих температур, і ці процеси не зупиняються після видалення джерела вогню.

Вимоги економічної доцільності проектного рішення будівлі відноситься до її функціональної і технічної сторони.

Економічна доцільність стосовно конструктивної частини проекту заклечається в призначенні при проектуванні необхідних запасів міцності і стійкості конструкцій, а також їх довговічності та вогнестійкості у відповідності з призначенням будівлі та проектним терміном експлуатації.

На вибір економічно доцільного рішення конструкцій впливає віднесення будівлі при проектуванні до певного класу.

Клас будівлі призначають при проектуванні у відповідності з її народногосподарським та містобудівельним значенням. До І класу відносять крупні громадські будівлі (театри, музеї), житлові будинки висотою більше 9 поверхів, до ІІ– громадські будівлі масового будівництва і будинки не вище 5 поверхів, до ІІІ – дома не вище 5 поверхів і громадські будівлі малої місткості, до ІУ – малоповерхові житлові будинки та тимчасові громадські будівлі. Клас більшості промислових будівель рідко призначають вище третього щоб уникнути функціонального старіння будівлі.

Основні конструкції будівель І класу повинні мати – 1-ий ступінь довговічності та вогнестійкості, ІІ класу – 2-ий ступінь, ІІІ класу – 2-ий ступінь довговічності і 3-ій ступінь вогнестійкості, ІУ класу – 3-ій ступінь довговічності без обмеження за вогнестійкістю.

Архітектурно-художні вимоги до проектного рішення полягають в необхідності відповідності зовнішнього виду будівлі її призначенню та в формуванні об’ємів і інтер’єрів будівлі за законами красоти.