Конструктивные элементы и схемы зданий.

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 6Следующая ⇒

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.

Конструктивные схемы здании

Несущие элементы здания в совокупности образуют пространственную систему, называемую его несущим остовом. Несущий остов должен иметь достаточную прочность и обеспечивать пространственную жесткость и устойчивость здания, тогда кйк ограждающие конструкции должны обладать стойкостью против атмосферных и других физико-химических воздействий, а также достаточными тепло- и звукоизоляционными свойствами.

В зависимости от вида несущего остова различают две основные конструктивные схемы зданий — бескаркасную (с несущими стенами) и каркасную.

Остов бескаркасных одноэтажных и многоэтажных зданий с несущими наружными и внутренними (продольными или поперечными) стенами представляет собой коробку, пространственная жесткость которой обеспечивается перекрытиями и стенами, образующими жесткие горизонтальные и вертикальные диафрагмы. Устойчивость такого несущего остова зависит от надежности связи между стенами и перекрытиями, их жесткости и устойчивости.

В каркасных зданиях все нагрузки воспринимаются системой стоек (колонн), которые вместе с горизонтальными элементами (прогонами, ригелями) образуют каркас. Каркасные схемы зданий бывают с полным и неполным каркасами. Каркас называют полным, если его вертикальные элементы расположены как по периметру наружных стен, так и внутри здания.

Возможна схема с несущими наружными стенами и внутренним каркасом, колонны которого заменяют внутренние несущие стены. Такие каркасы называют неполными. Устойчивость наружных стен в зданиях с неполным каркасом обеспечивают в основном элементы каркаса и перекрытия. Такую конструктивную схему применяют в многоэтажных гражданских и промышленных зданиях при отсутствии значительных динамических нагрузок.

Одноэтажные каркасные здания. Каркас одноэтажного промышленного здания состоит из железобетонных или стальных колонн, образующих вместе с несущими конструкциями покрытия поперечные рамы, и разного рода продольных элементов — фундаментных, обвязочных и подкрановых балок, подстропильных ферм, а также различного рода связей, которые придают каркасу в целом и отдельным элементам пространственную жесткость и устойчивость. Расстояние между колоннами каркаса в продольном направлении (вдоль оси здания) называется шагом колонн, в поперечном — пролетом. Размеры пролетов и шага колонн принято называть сеткой колонн. Одноэтажные каркасные здания широко применяют в промышленном (рис. 1, а) и сельскохозяйственном строительстве (рис. 1, б). Такие здания состоят из железобетонного (стального) каркаса, стен и покрытия. Каркас состоит из вертикальных элементов — колонн и горизонтальных — ригелей, балок и ферм. По балкам или фермам укладывают плиты покрытия, выполняют кровлю, а в необходимых случаях устраивают световые или аэрационные фонари.

Рис. 1. Одноэтажные промышленные и сельскохозяйственные здания а — промышленное здание с мостовыми кранами; б —сельскохозяйственное здание с несущими стенами; 1 — колонна; 2 — ригель; 3 — покрытие; 4 — подкрановая балка

Каркас воспринимает все внешние нагрузки от покрытия и массы конструкций каркаса, вертикальные и горизонтальные крановые нагрузки, а также горизонтальные нагрузки от ветра, воздействующего на стены.

В зданиях сельскохозяйственного назначения используют в основном каркасы из железобетонных конструкций.

В промышленных зданиях при пролетах 30 м и более каркас делают смешанным: колонны железобетонные, а фермы стальные.

Многоэтажные промышленные здания каркасного типа (рис. 21) широко распространены в легкой, пищевой, химической, приборостроительной, электротехнической промышленности и аналогичных производствах.

Рис. 2. Схема многоэтажного промышленного здания каркасного типа 1 — фундамент; 2 — колонна; 3 — ригель; 4 — связь; 5 — балка покрытия; 6 — плита покрытия; 7 — стеновая панель

Каркас зданий состоит из колонн и ригелей, образующих многоярусные рамы с жесткими узлами. Рамы располагают поперек здания, а в продольном направлении устойчивость здания обеспечивают стальными связями, которые устанавливают по каждому продольному ряду колонн в середине температурных отсеков. Число пролетов в каркасах бывает различным — от одного до грехче тырех, а иногда и больше. Размеры пролетов 6, 9 и 12 м.

Верхние этажи шириной 12 и 18 м перекрывают стропильными балками или фермами и плитами аналогично покрытиям одноэтажных зданий. Этажи могут иметь высоту 3, 6—7, 2 м с градацией размеров через 0, 6 м. Стены выполняют из панелей или кирпичной кладки.

Многоэтажные гражданские здания сооружают трех типов: каркасно-панельными, бескаркасно-панельными и с несущими кирпичными стенами. Каркасно-панельные здания состоят из каркаса, плит перекрытий и покрытий, перегородок и панелей стен (рис. 3). Пролеты каркасов зданий приняты 5, 6 и 6 м. Шаг колонн вдоль здания 3, 2 и 3, 6 м. Высота этажа в гражданских зданиях зависит от назначения зданий и принимают ее равной (м): 2, 8 — для жилых домов и гостиниц; 3, 3 — для административных зданий, учебных заведений, торговых предприятий; 3, 6 и 4, 2 — для зданий специального назначения (конструкторские бюро, лаборатории).

Широкое распространение, особенно в жилищном строительстве, получили бескаркасные крупнопанельные здания.

Пятиэтажные жилые дома и здания гостиничного типа строят с несущими наружными и внутренними поперечными и продольными перегородками (рис. 4, а), с самонесущими наружными стенами и несущими поперечными перегородками (рис. 4, б), а также с несущими наружными и внутренними стенами (рис. 4, в). Последнее решение допускает более свободную внутреннюю планировку зданий.

Основания и фундаменты. Основные требования, классификация.

Все здания и сооружения опираются на поверхностные слои земли (глины, пески, скальные породы и др.), именуемые в строительной практике грунтами.
Основанием называют часть массива грунтов, непосредственно воспринимающую нагрузку и вследствие этого подверженную деформациям под ее воздействием. Основание из грунтов природного сложения называют естественным. Основание из предварительно уплотненных или укрепленных тем или иным способом грунтов называют искусственным.
Если основание состоит из одного слоя грунта, его называют однородным, если из нескольких слоев — неоднородным. Слой (пласт) грунта, на который опирается фундамент, называют несущим слоем, а нижележащие слои — подстилающими.
Фундаментом называют часть здания или сооружения, находящуюся ниже поверхности грунта (на суше) или ниже самого низкого (меженного) уровня воды в водотоке (водоеме) и предназначенную для передачи нагрузок на основание. Различают массивные фундаменты, состоящие из одного несущего элемента (рис. В.1), и немассивные, состоящие из группы (куста) несущих элементов — свай разных видов, свай-оболочек (оболочек), свай-столбов (столбов), объединенных в единую конструкцию плитой, называемой ростверком (рис. В. 2).
Независимо от типа фундаментов и особенностей их конструкции принято называть обрезом фундамента поверхность его соприкасания с надфундаментной частью здания или сооружения; подошвой фундамента нижнюю поверхность его соприкасания с грунтом основания; высотой фундамента расстояние от его подошвы или нижнего конца (низа) несущих элементов до обреза; глубиной заложения фундамента расстояние от поверхности грунта или уровня воды в водоеме до подошвы фундамента или низа несущих элементов.
Под воздействием на фундамент вертикальных нагрузок, равномерно сжимающих грунты основания, происходят перемещения зданий и сооружений, называемые осадкой. При действии на фундаменты неравномерных сжимающих нагрузок наблюдаются наклоны, именуемые кренами. Воздействие больших горизонтальных нагрузок иногда приводит к смещениям, называемым сдвигами.
Для предотвращения возможности появления недопустимых осадок, кренов или сдвигов зданий и сооружений (исходя из условия обеспечения их нормальной эксплуатации) фундаменты закладывают на некоторой глубине от дневной поверхности, чтобы передать расчетные нагрузки на более прочные грунты.
В зависимости от особенностей передачи нагрузки на грунты основания фундаменты подразделяют на два типа: мелкого и глубокого заложения. Характерной особенностью фундаментов мелкого заложения (см. рис. В. 1), иногда неправильно называемых «фундаментами на естественном основании», является передача на основание вертикальных, горизонтальных и изгибающих (от моментов) нагрузок от надфундаментной части сооружения только через их подошву. Их боковая поверхность в работе не участвует из-за невозможности, как правило, обеспечить засыпку пазух между боковыми поверхностями фундаментов и котлованов грунтом с плотностью, равной или выше природной. В отличие от фундаментов мелкого заложения нагрузки, воспринимаемые фундаментами глубокого заложения (см. рис. В. 2), передаются на грунт не только через их подошву или торец несущих элементов в виде свай, оболочек, столбов либо опускных колодцев, но и через их боковую поверхность вследствие проявления сил трения, сопротивляющихся вдавливанию (вертикальному смещению) фундаментов в грунт, и сил бокового отпора грунта, сопротивляющихся смещению (сдвигу или повороту) фундаментов.
Благодаря тому, что в работе фундаментов глубокого заложения кроме подошвы участвует их боковая поверхность, повышается степень использования прочностных свойств материалов, а следовательно, сокращается их расход. Для устройства фундаментов глубокого заложения в равных с фундаментами мелкого заложения условиях требуется, в зависимости от конструкции фундаментов и сложности местных особенностей строительства, в 2—4 раза меньше бетона. При этом объем земляных работ сокращается в 5—10 раз, затраты труда и сроки строительства фундаментов уменьшаются в 1, 5—3 раза. Кроме существенной экономической эффективности фундаменты глубокого заложения обладают более высокой надежностью.
Водопропускные трубы сооружают, как правило, с фундаментами мелкого заложения и редко с фундаментами из свай разных типов. Опоры мостов традиционной конструкции, имеющие надфундаментную часть, возводят с фундаментами как мелкого, так и глубокого заложения.
Применяемые для мостов, водопропускных труб, зданий и других сооружений фундаменты мелкого и глубокого заложения подразделяют по конструктивным особенностям. Фундаменты мелкого заложения можно разделить на массивные, сплошные в виде плиты, ленточные, стоечные, комбинированные. Фундаменты глубокого заложения подразделяют по виду несущих элементов: из свай, оболочек, столбов или опускных колодцев.
В свою очередь фундаменты перечисленных видов могут быть монолитными, полностью возводимыми на месте постройки, и сборными, монтируемыми из заранее изготовленных элементов. Промежуточное положение занимают сборно-монолитные фундаменты, состоящие из сборных элементов, омоноличиваемых бетоном, например сваи с монолитной плитой, фундаменты из сборных железобетонных оболочек, заполняемых бетоном, и т. п.
Помимо перечисленных основных видов фундаментов в практике строительства мостов и труб известны разновидности фундаментов, представляющие собой видоизмененные основные конструкции, например безростверковые фундаменты опор мостов, так называемые безростверковые опоры. Характерной особенностью таких опор (рис. В. 3) является использование нижней заглубленной в грунт части стоек в качестве фундамента, не имеющего объединяющего их ростверка, а верхней части стоек, возвышающейся над грунтом или над водой и объединенной подферменной плитой (насадкой), в качестве надфундаментной конструкции опор. В качестве стоек опор используют сваи, оболочки или столбы.

Объемно-планировочные и конструктивные решения промышленных зданий.

Объемно-планировочное решение промышленного здания определяется требованиями размещаемого в нем производственного процесса. Следовательно, проектированию здания должно предшествовать тщательное изучение технологического процесса, его основных характеристик, особенностей. При этом выявляются последовательность технологических операций и организация производственных потоков, вес и габариты технологического оборудования и изделий, способы транспортировки материалов (вид и грузоподъемность подъемно-транспортного оборудования), наличие производственных вредностей, требования к температурно-влажностному режиму внутреннего воздуха и пр.

Кроме этого, объемно-планировочное решение должно обеспечить возможность реконструкции и модернизации производства, переход на новые виды продукции.

Далее рассматриваются характеристики участка, предназначенного для застройки: рельеф и геологические условия, свободное пространство или затесненный участок в городской застройке, насыщенность инженерными коммуникациями; оцениваются возможные архитектур но-ком позиционные решения с точки зрения размещения здания на генплане и характера окружающей застройки.

Принимаются во внимание техническая база, наличие тех или иных строительных материалов и конструкций для возведения здания.

В случаях, когда с учетом удовлетворения всего комплекса требований допускается возможность строительства одно — или многоэтажного здания, проводится предварительный технико-экономический сравнительный анализ стоимости и трудовых затрат на возведение здания различных вариантов.

На основе всех этих факторов определяются этажность и рациональные параметры промышленного здания.

Конструктивные решения промышленных зданий

Конструктивные системы промышленных зданий выполняют по различным конструктивным схемам. В основном для промышленных зданий применяют каркасную схему, в которых прочность, жесткость и устойчивость обеспечивается пространственными рамными каркасами как с поперечным или продольным расположением ригелей, так и безригельными.
Выбор конструктивной схемы осуществляют с учетом конкретных нагрузок и воздействий на здание, а также в соответствии с функциональными, экономическими и эстетическими требованиями. Наиболее предпочтительной является каркасная система с поперечным расположением ригелей, при которой в поперечном направлении образуются рамы, которые совместно со связями обеспечивают пространственную жесткость и устойчивость здания и позволяют, изменяя шаг колонн, обеспечивать гибкость планировочного решения внутреннего пространства здания. Каркасные системы – основной тип промышленных зданий, так как в них действуют большие сосредоточенные нагрузки, удары, сотрясения от технологического оборудования и кранов.
В бескаркасных зданиях размещают небольшие цеха с пролетами шириной до 12 м, высотой до 6 м и кранами грузоподъемностью до 50 кН. В местах опирания стропильных конструкций стены с внутренних сторон усиливают пилястрами. Многоэтажные промышленные здания по бескаркасной системе строят очень редко.
Производственные здания с неполным каркасом проектируют под небольшие нагрузки: бескрановыми с Q < 50 кН. В таких зданиях отсутствуют пристенные колонны, а наружные стены выполняют и несущую и ограждающую функции.

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 Следующая ⇒