Основные конструктивные элементы зданий и сооружений.

Классификация зданий. Основные конструктивные элементы зданий. Нагрузки.

Лекция 2

Классификация зданий:

- по назначению (гражданские, промышленные, сельскохозяйственные, специальные);

- по этажности (одноэтажные, малоэтажные-высотой до 3х этажей, средней этажности- 4-5 этажей, повышенной этажности 6-9 эт., многоэтажные-от 10 до 25 этажей, высотные-более 25 этажей.

- По капитальности (определяется степенью долговечности, огнестойкости, благоустройству, качеству отделки, степенью оснащения инженерных и санитарно-технических систем.) все здания делятся на 4 класса:

1 класс - здания удовлетворяют повышенным требованиям (любой этажности);

2 класс - жилые и общественные здания до 9 этажей массового строительства;

3 класс - жилые и общественные здания средней этажности до 5 этажей;

4 класс - здания, которые удовлетворяют минимальным требованиям, до 2 этажей.

Для каждого класса в зависимости от назначения здания нормами предусмотрены определенные степени долговечности, огнестойкости, эксплуатационные нормы, а также учитывается степень влагостойкости, морозостойкости и т. д.

- по огнестойкости. Предел огнестойкости- время в минутах до наступления признаков одного или нескольких предельных состояний: потери несущей способности(R), потери целостности(Е),потери теплоизолирующей способности (I).Пожарная опасность материалов характеризуется горючестью, воспламеняемостью, распространением пламени, дымообразующей способностью, токсичностью.

Строительные материалы подразделяются на негорючие (НГ) и горючие (Г), которые имеют 4 группы: Г1-слабогорючие;

Г2-умеренно горючие;

Г3-нормально горючие

Г4-сильно горючие

По пожарной опасности строительные конструкции подразделяются на классы (СНиП 21-01-97* Пожарная безопасность зданий и сооружений.):

К0-непожароопасные;

К1-малопожароопасные;

К2-умереннопожароопасные;

К3-пожароопасные.

Класс конструктивной пожарной опасности здания определяется по классам пожарной опасности конструкций, всего четыре класса: С0, С1, С2,С3.

Здания и сооружения класса С0 являются лучшими с противопожарной точки зрения. Все конструкции здесь выполнены из негорючих материалов, которые в условиях пожара не горят, не повреждаются, не дают теплового эффекта, не образуют токсичных дымовыделений. В зданиях класса С1 допускается применять ряд конструкций из трудногорючих материалов. А к большинству конструкций класса С3 (кроме конструктивных элементов лестниц, стен, лестничных клеток и противопожарных преград) вообще не предъявляются никакие противопожарные требования.

В соответствии с этим определяется степень огнестойкости здания 1,II,III,IV,V.

Класс функциональной пожарной опасности определяется функциональным назначением здания и контингентом находящихся в нем людей:

Ф1-здания с постоянным и временным проживанием людей-жилые дома, общежития, гостиницы, детские дошкольные учреждения, спальные корпуса и др.

Ф2 – зрелищные и культурно-просветительные учреждения с массовым пребыванием посетителей в определенные периоды времени

(театры, музеи, цирки, спортивные сооружения, библиотеки и др.

Ф3 – предприятия по обслуживанию населения ( с большей численностью посетителей, чем обслуживающего персонала.

Ф4 – здания, в которых находится постоянный, привыкший к местным условиям контингент людей определенного возраста и физического состояния (учебные заведения, административные здания, пожарные депо и др.).

Ф5 - производственные и складские здания и сооружения.

Промышленные здания классифицируются по категориям пожаровзрывоопасности.

К категории А относятся предприятия, технология которых связана с применением материалов, жидкостей, паров и газов, взрыв которых возможен при t до 28°С.

К категорииБ относятся предприятия в которых имеется наличие горючей пыли, волокон, легковоспламеняющихся жидкостей с температурой вспышки от 29° до 61°С. Они образуют взрывоопасные пылевоздушные или паровоздушные смеси.

К категорииВ1–В4 – относятся производства связанные с обработкой горючих материалов, веществ в горячем состоянии, способных при взаимодействии с водой или кислородом только гореть.

К категорииГ – относятся производства с обработкой негорючие веществ и материалов в горячем, раскалённом или расплавленном состоянии, когда процесс сопровождается выделением лучистого тепла, искр, пламени, горючих газов и жидкости.

К категорииД относятся производства с обработкой негорючих материалов и веществ в холодном состоянии.

 

Классификация по классам капитальности. Классы капитальности определяются по совокупности вышеприведенных показателей, их 4 класса I, II, III, IV. К первому классу капитальности предъявляются повышенные архитектурно-строительные требования, а к IV классу – пониженные.

1.2. Физико-технические требования к зданиям сводятся к основным разделам: тепловая защита зданий, строительная акустика и светотехника.

Тепловая защита зданий рассматривает теплотехнические качества ограждающих конструкций, выбор материалов их в зависимости от климатических воздействий, а также санитарно-гигиенические условия проектирования ограждающих конструкций.

Одной из важных задач при проектировании ограждающих конструкций является защита помещений от шума, проверка звукоизолирующей способности перекрытий, стен, перегородок, окон, дверей и выбор конструктивных решений элементов здания.

Основная задача строительной светотехники – определение естественной освещенности помещения, по коэффициенту естественного освещения.

Понятие об инсоляции. Инсоляция – облучение помещения прямыми солнечными лучами. Требования к необходимой инсоляции жилых зданий изложены в [СанПиН 2.2.1/2.1.1.1076-01].

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.

Стеныслужат 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.