Основные конструктивные элементы гражданских зданий.
Индустриализация строительства ЕМС (единая модульная система).
Раздел 1.1. Здания и требования к ним.
В строительной практике различают «здание» и «сооружения».
Сооружением принято называть всё, что искусственно создано человеком для удовлетворения материальных и духовных потребностей общества. Среди разнообразных сооружений особую группу составляют здания.
Здание - наземное сооружение, имеющее внутреннее пространство, предназначенное и приспособленное для той или иной человеческой деятельности (например, жилые дома, заводские корпуса, школы).
Все прочие наземные, а также подземные и подводные сооружения относят к инженерным, то есть сооружения, предназначенные для выполнения сугубо технических задач (мост, телевизионная мачта, туннель, метро, резервуар, дороги). Внутреннее пространство здания разделяется на отдельные помещения.
Помещение - огражденное со всех сторон пространство внутри здания, не имеющее подразделений (жилая комната, аудитория, коридор, цех). Помещения, расположенные в одном уровне, образуют этаж. Этажи разделяются перекрытиями.
Все здания состоят из отдельных взаимно связанных между собой частей и элементов, которые представляют собой три большие группы:
- объемно-планировочные элементы, то есть крупные части, на которые можно расчленить весь объем здания (этаж, отдельные помещения, часть здания между основными расчленяющими его стенами);
- конструктивные элементы, отделяющие структуру здания (фундамент, стены, перекрытия, крыша);
- строительные изделия, то есть сравнительно мелкие детали, из которых состоят конструктивные элементы (отделочные камни, панели, плиты, ступени).
Форма здания в плане, его размеры, а также размеры отдельных помещений, этажность и другие характерные признаки определяются в ходе проектирования здания с учетом его назначения.
Любое здание должно отвечать следующим основным требованиям:
1) функциональная целесообразность, то есть здание должно полностью отвечать тому процессу, для которого оно предназначено (удобство проживания, отдыха, труда).
Необходимо различать главные и подсобные функции. Так в здании школы главной функцией являются учебные занятия, поэтому школьное здание в основном состоит из учебных помещений. Наряду с этим в здании осуществляются и подсобные функции: питание, общественные мероприятия, руководство. Для них предусматриваются специальные помещения: столовые, буфеты, актовые залы. При этом перечисленные функции для этих помещений будут главными. Им же соответствуют свои подсобные функции. Все помещения в здании, отвечающие главным и подсобным функциям, связываются между собой коммутационными помещениями, основное назначение которых обеспечивать движения людей (коридоры, лестницы). Качество среды зависит от таких факторов как:
- пространство для деятельности человека;
- размещение оборудования;
- состояние воздушной среды (температура, влажность, воздухообмен);
- звуковой режим (обеспечение слышимости и защита от шумов);
- световой режим;
- видимость и зрительное восприятие;
- обеспечение удобств передвижения и безопасной эвакуации людей.
Следовательно, для того, чтобы правильно запроектировать помещение, создать в нем оптимальную среду для человека, необходимо учесть все требования, определяющие качество среды.
Эти требования для каждого вида зданий и его помещений устанавливаются строительными нормами и правилами (СНиП) - основной государственный документ, регламентирующий проектирование и строительство зданий и сооружений
2) техническая целесообразность, то есть здание должно наземно защищать людей от:
- внешних воздействий (низких и высоких температур, ветра, осадков)
- быть прочным и устойчивым, то есть выдерживать различные, нагрузки
- долговечным, сохраняя нормальные эксплуатационные качества во времени.
Техническая целесообразность здания определяется решением его конструкций, которое должно учитывать все внешние воздействия, воспринимаемые зданием в целом и его отдельными элементами.
Эти воздействия подразделяются на:
- силовые
- несиловые (воздействие среды). К силовым относят нагрузки:
- от собственной массы элементов здания (постоянные нагрузки)
- массы оборудования, людей, снега
- от действия ветра (временные нагрузки)
- особые (сейсмические нагрузки)
К несиловым:
- температурные воздействия (вызывают изменение линейных размеров конструкций)
- воздействия атмосферной и грунтовой влаги (вызывает изменение свойств материалов конструкций)
- движение воздуха (изменение микроклимата в помещении)
- воздействие энергии солнца (вызывает изменение физико-технических свойств материалов конструкций)
- биологическое воздействие (микроорганизмами или насекомыми, приводящее к разрушению конструкций)
- воздействие шума, нарушающие нормальный акустический режим помещения
С учетом указанных воздействий здание должно обладать прочностью, устойчивостью и долговечностью.
Прочностью здания называется способность воспринимать воздействия без разрушения и существенных остаточных деформаций.
Устойчивостью здания называется способность сохранять равновесие при внешних воздействиях (сопротивляться опрокидывающим и сдвигающим усилиям)
Долговечность означает прочность и устойчивость и сохранность нормальных эксплуатационных качеств здания, и его элементов во времени.
Долговечность здания зависит:
1. от качества материалов его основных конструкций
2. от качества СМР, соблюдения их технологической последовательности, технических норм и правил.
Строительные нормы и правила делят здания по долговечности на 4 степени:
I - срок службы более 100 лет
II-от 50 до 100
III - от 20 до 50
IV - от 5 до 20
Важным техническим требованием к зданиям является пожарная безопасность, которая означает сумму мероприятий уменьшающих возможность возникновения пожара.
Применяемые для строительства материалы и конструкции делят на:
- несгораемые
- трудносгораемые (также конструкции из сгораемых материалов, защищенных от огня несгораемой штукатуркой или известкой)
- сгораемые.
Конструкции здания характеризуются также пределом огнестойкости, т.е. сопротивлением воздействию огня(в часах) до потери прочности или устойчивости, либо до образования сквозных трещин или повышения температуры на поверхности конструкции со стороны, противоположной действию огня, до 140 градусов Цельсия.
По огнестойкости здания разделяют на 5 степеней в зависимости от степени возгорания и предела огнестойкости конструкций:
3) Архитектурно-художественная выразительность, т.е. здание должно быть привлекательным по своему внешнему (экстерьеру) и внутреннему (интерьеру) виду, благоприятно воздействовать на психологическое состояние и сознание людей.
4) Экономическая целесообразность, предусматривающая наиболее оптимальные для заданного вида здания затраты труда, средств, времени на его возведение. При этом необходимо наряду с единовременными затратами на строительство учитывать и расходы, связанные с эксплуатацией здания. Для выбора экономической целесообразности решений СНиПом установлено деление зданий по капитальности на 4 класса в зависимости от их назначения и значимости
Здания в зависимости от назначения принято подразделять на:
Гражданские - здания жилые и общественные, предназначенные для обслуживания бытовых и общественных потребностей человека.
Промышленные - здания, сооруженные для размещения орудий производства и выполнения трудовых процессов, в результате которых получается промышленная продукция.
Сельскохозяйственные - здания, обслуживающие потребности сельского хозяйства (здания для содержания животных и птиц, теплицы).
Индустриализация означает механизированный монтаж зданий из конструктивных элементов, изготовляемых на заводах и доставляемых на стройки в готовом виде. Такие элементы (конструкции) называются сборными.
Преимуществом индустриальных методов массового строительства заказано практикой. Его технология основана на применении типовых сборных деталей и конструкций.
Типизацией называют отбор лучших с технической и экономической стороны решений отдельных конструкций и целых зданий, предназначенных для многократного применения в массовом строительстве.
Количество типов и размеров сборных деталей и конструкций для здания должно быть ограниченно. Поэтому типизация сопровождается унификацией, которая предполагает приведение многообразных видов типовых деталей к небольшому числу определенных типов, единообразных по форме и размерам. При этом в массовом строительстве унифицируют не только размеры детали и конструкций, но и основные их свойства (несущую способность для плит, тепло-звуко-изоляционные свойства для панелей ограждения). Унификация деталей должна обеспечивать взаимозаменяемость и универсальность.
Взаимозаменяемость - возможность замены данного изделия другим без изменения параметров здания (плиты покрашенные шириной 3000, 1500)
Универсальность - позволяет применять один и тот же типоразмер деталей для различных видов зданий.
Наиболее совершенные типовые детали и конструкции утверждаются в качестве стандартов, то есть образцов строго определенной формы, размеров и качества, обязательных как при проектировании так и при заводском изготовлении. Документы, содержащие все данные о стандартах называются ГОСТами (государственные стандарты).
Поскольку основные размеры строительных конструкций и деталей определяются объемно-планировочными решениями зданий, унификация их базируется на унификации объемно-планировочных параметров зданий, которыми являются шаг, пролет, высота этажа.
Шаг - расстояние между разбивочными осями поперечных рядов колонн или стен.
Шагом при проектировании плана здания является расстояние между координационными осями которые расчленяют здание на планировочные элементы и определяют расположение вертикальных несущих конструкций здания (стен, столбов, колонн). В зависимости от направления в плане здания шаг может быть продольным или поперечным.
Пролет - расстояние между разбивочными осями продольных рядов колонн или стен.
Пролетом в плане называют расстояние между координационными осями несущих стен или отдельных опор в направлении, соответствующем длине основной несущей конструкции перекрытия или покрытия.
В большинстве случаев шаг представляет собой меньшее расстояние между осями, а пролет большее. Координатные оси обозначают в более протяженном направлении цифрами, в другом - заглавными буквами русского алфавита.
Высотой этажа является расстояние по вертикали от уровня пола ниже расположенного этажа до уровня пола вышележащего этажа, а в верхних этажах и одноэтажных зданиях - до верха отметки чердачного перекрытия.
Использование в проектах единого или ограниченного числа размеров шагов, пролетов и высот этажей дает возможность применять и ограниченное число типоразмеров деталей.
Унификация объемно-планировочных параметров зданий и размеров конструкций и строительных изделий осуществляется на основе единой модульной системы (ЕМС).
Основным принципом ЕМС является кратность размеров некоторой величины, называемой модулем. Величина основного модуля принята 100 мм. и обозначается М.
Для назначения размеров объемно планировочных элементов здания и крупных конструкций применяют укрупненные производные модули: 200, 300, 600, 1200, 1500, 3000, 6000 мм 2М , ЗМ, 6М, 12М, 15М, ЗОМ, 60М
Дробные модули служат для назначения размеров мелких элементов, толщины плит.
50, 20, 10, 5, 2, 1 мм.
1/2М, 1/5М, 1/1 ОМ, 1/20М, 1/50М, 1/100М ЕМС предусматривает три вида размеров:
- номинальные
- конструктивные
- натурные
Номинальный - (Lн) - проектный размер между координационными осями здания, а также размер конструктивных элементов и строительных изделий между их условными гранями (с включением примыкающих частей швов или зазоров). Этот размер всегда назначается кратным модулю.
Конструктивный (Lк) - проектный размер изделия, отличающийся от номинального на величину конструктивного зазора.
Натурный - (Lф) - фактический размер изделия, отличающийся от конструктивного на величину, определяемую допуском
Гражданские здания предназначены для обслуживания бытовых (жилых) и общественных потребностей людей.
Все конструктивные элементы здания можно подразделить на ограждающие (отделяющие помещения от внешнего пространства или одно от другого), несущие (воспринимающие нагрузки, действующие в здании) и элементы, совмещающие обе эти функции.
Основные конструктивные элементы гражданских зданий.
Фундамент - подземная часть здания, воспринимающая нагрузки от вышележащих конструкций и передающая их на грунт.
Стены наружные и внутренние — вертикальные ограждения, защищающие помещения от воздействия окружающей среды и отделяющие одно помещение от другого. По статической работе стены делятся:
- несущие - воспринимающие нагрузки от собственного веса и опирающихся на них конструкций
- самонесущие - воспринимающие нагрузку только от собственного веса
- навесные - воспринимающие нагрузку от собственного веса (в пределах этажа) и передающие ее на межэтажное перекрытие.
Отдельные опоры - несущие вертикальные элементы (колонны, кирпичные столбы), передающие нагрузки на фундамент от вышерасположенных элементов.
Перекрытия - горизонтальные ограждения, разделяющие здание на этажи и передающие нагрузку на стены и отдельные опоры. Межэтажные, надподвалъные, чердачные.
Ригели - горизонтальные конструктивные элементы, воспринимающие нагрузку от перекрытия и предающие ее на колонну.
Перегородки - внутренние ненесущие стенки, разделяющие смежные помещения.
Лестницы - конструкции, служащие для сообщения между этажами а также для эвакуации людей из здания, они бывают внутренние и наружные. Внутренние лестницы располагают в помещениях, называют лестничными клетками. Состоит из маршей, площадок и ограждений.
Крыша - завершающая часть здания защищающая его от воздействия внешней среды, состоит:
- из водонепроницаемой оболочки - кровли
- поддерживающих ее несущих элементов. По конструктивному решению крыши бывают:
- чердачные, имеющие пространство между перекрытиями верхнего этажа и крышей
- бесчердачные (совмещенные) - крыша, совмещенная с перекрытием верхнего этажа.
Окна - светопрозрачные ограждения, предназначенные для освещения и проветривания помещения.
Двери - подвижные ограждения для сообщения между помещениями, вход в здание и выход.
Прочие конструкции (балконы, козырьки над дверями, приямки у окон подвала).
Для обеспечения необходимых эксплуатационных и санитарно-гигиенических условий гражданские здания оборудуются санитарно-техническими и инженерными устройствами:
- отопление
- водоснабжение
- водоотведение
- вентиляция
- мусоропровод
- газификация
- телефонизация и т.д.
Конструктивные типы гражданских зданий, конструктивные схемы. Фундаменты, стены, опоры, перекрытия, основные несущие элементы здания, соединяясь между собой в пространстве образуют несущий остов. По особенностям пространственного расположения несущих элементов различают следующие конструктивные типы зданий:
1. Бескаркасный (с несущими стенами) Наружные и внутренние стены воспринимают нагрузки от межэтажных перекрытий. Для бескаркасных типов зданий характерны следующие схемы:
- с продольным расположением несущих стен
- с поперечным
- перекрестная - с опиранием плит на продольные и поперечные стены.
2. Каркасный тип - в виде многоярусной пространственной системы, состоящей из колонн и межэтажных перекрытий такой тип используют для возведения высотных зданий, а также когда необходимы помещения значительных размеров, свободные от внутренних опор. Схемы:
- с поперечным расположением ригелей
- с продольным
- безригельные
З. С неполным каркасом - наряду с внутренним рядом колонн нагрузку от межэтажных перекрытий воспринимают наружные стены. Схемы:
- продольное расположение прогонов
- поперечное расположение прогонов