Нагрузки и воздействия на здание и его конструктивные элементы. Нагрузки и воздействия на стальные конструкции многоэтажные здания Виды нагрузок на здания

Каждое здание или сооружение неизбежно испытывает воздействие тех или иных нагрузок. Это обстоятельство заставляет нас, расчетчиков, анализировать работу сооружения с позиции наиболее неблагоприятного их сочетания - чтобы даже в случае его проявления конструкция оставалась прочной, устойчивой, выносливой.

Для конструкции нагрузка является внешним фактором, который переводит ее из состояния покоя в напряженно-деформированное состояние. Сбор нагрузок не является конечной целью инженера - эти процедуры относятся к первому этапу алгоритма расчета конструкции (рассмотрен в этой статье).

Классификация нагрузок

В первую очередь, нагрузки классифицируют по времени воздействия на конструкцию:

• постоянные нагрузки (действуют на протяжении всего жизненного цикла здания)
• временные нагрузки (действуют время от времени, периодически или разово)

Сегментация нагрузок позволяет моделировать работу конструкции и выполнять соответствующие расчеты более гибко, с учетом вероятности появления той или иной нагрузки и вероятности их одновременного появления.

Единицы измерения и взаимные преобразования нагрузок

В сфере строительства сосредоточенные силовые нагрузки измеряются, как правило, в килоньютонах (кН), а моментные нагрузки - в кНм. Напомню, что согласно Международной системе единиц (СИ) сила измеряется в Ньютонах (Н), длина - в метрах (м).

Распределенные по объему нагрузки измеряются в кН/м3, по площади - в кН/м2, по длине - в кН/м.

Рисунок 1. Виды нагрузок:
1 - сосредоточенные силы; 2 - сосредоточенный момент; 3 - нагрузка на единицу объема;
4 - нагрузка, распределенная по площади; 5 - нагрузка, распределенная по длине

Любую сосредоточенную нагрузку \(F\) можно получить, зная объем элемента \(V\) и объемный вес его материала \(g\):

Получить нагрузку, распределенную по площади элемента, можно через его объемный вес и толщину \(t\) (размер, перпендикулярный плоскости нагрузки):

Аналогично, распределенная по длине нагрузка получается произведением объемного веса элемента \(g\) на толщину и ширину элемента (размеры в направлениях, перпендикулярных плоскости нагрузки):

где \(A\) - площадь поперечного сечения элемента, м 2 .

Кинематические воздействия измеряются в метрах (прогибы) или радианах (углы поворотов). Температурные нагрузки измеряются в градусах Цельсия (°C) или других единицах температуры, хотя могут задаваться и в единицах длины (м) или быть безразмерными (температурные расширения).

В процессе строительства и эксплуатации здание испытывает на себе действие различных нагрузок. Внешние воздействия можно разделить на два вида: силовые и несиловые или воздействия среды.

К силовым воздействиям относятся различные виды нагрузок:

постоянные – от собственного веса (массы) элементов здания, давления грунта на его подземные элементы;

временные (длительные) – от веса стационарного оборудования, длительно хранящихся грузов, собственного веса постоянных элементов здания (например, перегородок);

кратковременные – от веса (массы) подвижного оборудования (например, кранов в промышленных зданиях), людей, мебели, снега, от действия ветра;

особые – от сейсмических воздействий, воздействий в результате аварий оборудования и т.п.

К несиловым относятся:

температурные воздействия , вызывающие изменения линейных размеров материалов и конструкций, которое приводит в свою очередь к возникновению силовых воздействий, а также влияющие на тепловой режим помещения;

воздействия атмосферной и грунтовой влаги , а такжепарообразной влаги, содержащейся в атмосфере и в воздухе помещений, вызывающие изменение свойств материалов из которых выполнены конструкции здания;

движения воздуха вызывающее не только нагрузки (при ветре), но и его проникновение внутрь конструкции и помещений, изменение их влажностного и теплового режима;

воздействие лучистой энергии солнца (солнечная радиация) вызывающие в результате местного нагрева изменение физико-технических свойств поверхностных слоев материала, конструкций, изменение светового и теплового режима помещений;

воздействие агрессивных химических примесей , содержащихся в воздухе, которые в присутствии влаги могут привести к разрушению материала конструкций здания (явлении коррозии);

биологические воздействия , вызываемые микроорганизмами или насекомыми, приводящие к разрушению конструкций из органических строительных материалов;

воздействие звуковой энергии (шума) и вибрации от источников внутри или вне здания.

По месту приложения усилий нагрузки разделяются на сосредоточенные (например, вес оборудования) и равномернораспределенные (собственный вес, снег).

По характеру действия нагрузки могут быть статическими , т.е. постоянными по величине во времени и динамическими (ударными).

По направлению – горизонтальные (ветровой напор) и вертикальные (собственный вес).

Т.о. на здание действует самые различные нагрузки по величине, направлению, характеру действия и месту приложения.

Рис. 2.3. Нагрузки и воздействия на здание.

Может получится такое сочетание нагрузок, при котором все они будут действовать в одном направлении, усиливая друг друга. Именно на такие неблагоприятные сочетания нагрузок рассчитывают конструкции здания. Нормативные значения всех усилий, действующих на здание, приведены в ДБН или СНиПе.

Следует помнить, что воздействия на конструкции начинаются с момента их изготовления, продолжаются при транспортировке, в процессе возведения здания и его эксплуатации.

4. Основные требования предъявляемые к зданиям и их элементам.

Здания образуют материально-пространственную среду для осуществления людьми различных социальных процессов быта, труда и отдыха. Поэтому они должны отвечать ряду требований, основные из них:

– функциональная (или технологичная ) целесообразность, т.е. здание должно быть удобно для труда, отдыха или другого процесса, для которого оно предназначено;

– техническая целесообразность, т.е. здания должны быть прочными, устойчивыми, долговечными, надежно защищать людей и оборудование от вредных атмосферных воздействий, удовлетворять противопожарным требованиям;

– архитектурно-художественной выразительности, т.е. оно должно быть привлекательным по своему внешнему виду, благоприятно воздействовать на психологическое состояние и сознание людей;

– экономическая целесообразность, предусматривающая при минимальных затратах на постройку и эксплуатацию здания получения максимума полезной площади.

– природоохранные .

Основным в здании или помещении является его функциональное назначение.

Осуществление той или иной функции всегда сопровождается осуществлением какой-либо другой функции, имеющей подсобный характер. Например, учебные занятия в аудитории представляют главную функцию этого помещения, движение же людей при заполнении аудитории и после окончания занятий – подсобную. Следовательно, можно различить главные и подсобные функции. Главная функция для конкретного помещения в другом помещении может быть подсобной, и наоборот.

Помещение – основной структурный элемент или часть здания. Соответствие помещения той или другой функции достигается только тогда, когда в нем создаются оптимальные условия для человека, т.е. среда, отвечающая выполняемой им в помещении функции.

Качество среды зависит от ряда факторов. К ним можно отнести:

пространство , необходимое для деятельности человека, размещения оборудования и перемещения людей;

состояние воздушной среды (микроклимат) – запас воздуха для дыхания с оптимальными параметрами температуры, влажности и скорости его движения. Состояние воздушной среды характеризуется также степенью чистоты воздуха, т.е. количеством содержания вредных для человека примесей (газов, пыли);

звуковой режим – условия слышимости в помещении (речи, музыки, сигналов), соответствующие его функциональному назначению, и защита от мешающих звуков (шума), возникающих как в самом помещении, так и проникающие извне, и оказывающих вредное влияние на организм и психику человека;

световой режим– условия работы органов зрения, соответствующие функциональному назначению помещения, определяемые степенью освещенности помещения;

видимость и зрительное восприятие – условия для работы людей, связанные с необходимостью видеть плоские или объемные объекты в помещении.

Техническая целесообразность здания определяется решением его конструкций, которое должно находиться в полном соответствии с законами механики, физики, химии.

В соответствии с воздействием среды к зданию и его конструкциям предъявляется комплекс технических требований.

Прочность – способность здания в целом и отдельных его конструкций воспринимать внешние нагрузки и воздействия без разрушения и существенных остаточных деформаций.

Устойчивость (жесткость) – способность здания сохранять статическое и динамическое равновесие при внешних воздействиях здания зависящая от целесообразного размещения конструкций в соответствии с величиной и направлением нагрузок и от прочности их сопряжений.

Долговечность , означающая прочность, устойчивость и сохранность здания и его элементов во времени. Она зависит от:

ползучести материалов, т.е. от процесса малых непрерывных деформаций, протекающих в материалах в условиях длительного воздействия нагрузок.

морозостойкости материалов, т.е. от способности влажного материала противостоять многократному попеременному замораживанию и оттаиванию;

влагостойкости материалов, т.е. их способности противостоять разрушающему действию влаги (размягчению, набуханию, короблению, расслоению, растрескиванию и т.д.);

коррозиестойкости , т.е. от способности материала сопротивляться разрушению, вызываемому химическими и электрическими процессами;

биостойкости , т.е. от способности органических строительных материалов противостоять действию насекомых и микроорганизмов.

Долговечность определяется предельным сроком службы зданий. Практических инженерных методов расчета долговечности зданий пока не создано, поэтому в строительных нормах и правилах здания по долговечности условно разделяются на три степени :

1-я степень – срок службы более 100 лет;

2-я степень – срок службы от 50 до 100 лет;

3-я степень – срок службы от 20 до 50 лет.

Что такое классы ответственности или категория сложности объекта?
Согласно ДБН В.1.2-14-2009 «Общие принципы обеспечения надежности и конструктивной безопасности зданий, сооружений, строительных конструкций и оснований» и ДБН A.2.2-3:2012 «Состав и содержание проектной документации на строительство», который распространяются на:
- строительные объекты (здания и сооружения) различного назначения.
- составные части объектов, их основы и конструкции из различных материалов.

КЛАССИФИКАЦИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ
Классы последствий (ответственности) зданий и сооружений определяются уровнем возможных материальных убытков и (или) социальных потерь, связанных с прекращением эксплуатации или с потерей целостности объекта.

Возможные социальные потери от отказа должны оцениваться в зависимости от таких факторов риска, как:
- опасность для здоровья и жизни людей;
- резкое ухудшение экологической обстановки в прилегающей к объекту местности (например, при разрушении хранилищ токсичных жидкостей или газов, отказе очистных сооружений канализации и т.п.);
- потеря памятников истории и культуры или других духовных ценностей общества;
- прекращение функционирования систем и сетей связи, энергоснабжения, транспорта или других элементов жизнеобеспечения населения или безопасности общества;
- невозможность организовать предоставление помощи пострадавшим при авариях и стихийных бедствиях;
- угроза обороноспособности страны.

КАТЕГОРИЯ СЛОЖНОСТИ ОБЪЕКТА СТРОИТЕЛЬСТВА
Категория сложности объекта строительства определяют на основании класса последствий (ответственности) в соответствии с таблицей
Возможные экономические убытки должны оцениваться расходами, связанными как с необходимостью восстановления объекта, который отказал, так и косвенный ущерб (убытки от остановки производства, упущенная выгода и т.д.).

Предполагается, что все опорные точки конструкции движутся поступательно по одинаковому закону Х 0 = XJ ()

При землетрясении грунты основания здания приходят в движение, что показано на рисунке 14.

При этом на каждую единицу объема сооружения действует инерционная сила, зависящая от сосредоточенных в этих объемах инерционных параметров - масс и жест- костных характеристик сооружения. Эти инерционные силы называются сейсмическими силами или сейсмическими нагрузками и приводят сооружение в напряженно- деформированное состояние.

Рассмотрим основные подходы, позволяющие определить такие важные параметры, как жесткость, собственную частоту и формы колебаний сооружения. Наиболее просто выбрать в качестве модели здания линейный осциллятор, воздействие на который моделируется горизонтальным перемещением основания по заданному закону X Q = X 0 (t), а система имеет одну степень свободы, определяемую горизонтальным перемещением сосредоточенной массы т (рис. 15).

Таким образом, полное перемещение Х 0 (0 массы т в любой момент времени складывается из «переносного» перемещения Xj(t) и относительного перемещения, вызванного изгибом стержня X 2 (t):

Составим уравнение движения, используя метод перемещений, ибо нас интересует значение восстанавливающей силы (силы упругости), равной

Расчетная схема линейного осциллятора

где -перемещение Х т массы в горизонтальном

направлении, вызванное действием единичной силы - жесткость линейного осциллятора.

Уравнение равновесия массы будет

Тогда с учетом:

где со 2 - частота собственных колебаний осциллятора, получаем уравнение движения, в котором параметром, определяющим колебательную систему, является частота собственных колебаний этой системы:

Сейсмические нагрузки могут действовать в любом направлении, поэтому для реальных зданий и сооружений уравнения, определяющие их движение при сейсмической нагрузке, весьма громоздки, однако при этом система характеризуется все той же частотой собственных колебаний.

Если обобщить задачу сейсмостойкого строительства, то с точки зрения выведенных уравнений она состоит в выявлении тех конструкций, которые являются наименее прочными и жесткими, и соответственно в увеличении их прочности (сейсмоусиление) или снижении нагрузки на них (сейсмоизоляция).

В современных нормативных документах изложены общие требования по обеспечению механической безопасности зданий и сооружений. Так, в ч. 6 ст. 15 Федерального закона № 384 «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» выдвинуты требования о том, что «в процессе строительства и эксплуатации здания или сооружения его строительные конструкции и основание не достигнут предельного состояния по прочности и устойчивости... при вариантах одновременного действия нагрузок и воздействий».

За предельное состояние строительных конструкций и основания по прочности и устойчивости должно быть принято состояние, характеризующееся:

• разрушением любого характера;
• потерей устойчивости формы;
• потерей устойчивости положения;
• нарушением эксплуатационной пригодности и иными явлениями, связанными с угрозой причинения вреда жизни и здоровью людей, имуществу физических или юридических лиц, государственному или муниципальному имуществу, окружающей среде, жизни и здоровью животных и растений.

В расчетах строительных конструкций и основания должны быть учтены все виды нагрузок, соответствующих функциональному назначению и конструктивному решению здания или сооружения, климатические, а в необходимых случаях технологические воздействия, а также усилия, вызываемые деформацией строительных конструкций и основания.

Здание или сооружение на территории, на которой возможно проявление опасных природных процессов и явлений и (или) техногенных воздействий, должно быть спроектировано и построено таким образом, чтобы в процессе эксплуатации здания или сооружения опасные природные процессы и явления и (или) техногенные воздействия не вызывали последствий, указанных в ст. 7 Федерального закона № 384 , и (или) иных событий, создающих угрозу причинения вреда жизни или здоровью людей, имуществу физических или юридических лиц, государственному или муниципальному имуществу, окружающей среде, жизни и здоровью животных и растений.

Для элементов строительных конструкций, характеристики которых, учтенные в расчетах прочности и устойчивости здания или сооружения, могут изменяться в процессе эксплуатации под воздействием климатических факторов или агрессивных факторов наружной и внутренней среды, в том числе под воздействием сейсмических процессов, которые могут вызывать усталостные явления в материале строительных конструкций, в проектной документации должны быть дополнительно указаны параметры, характеризующие сопротивление таким воздействиям, или мероприятия по защите от них.

При оценке последствий землетрясения используется классификация зданий, приведенная в сейсмической шкале MMSK - 86 . В соответствии с этой шкалой здания разделяются на две группы:

• 1) здания и типовые сооружения без антисейсмических мероприятий;
• 2) здания и типовые сооружения с антисейсмическими мероприятиями.

Здания и типовые сооружения без антисейсмических мероприятий разделяют на типы.

А1 - местные здания. Здания со стенами из местных строительных материалов: глинобитные без каркаса; саманные или из сырцового кирпича без фундамента; выполненные из скатанного или рваного камня на глиняном растворе и без регулярной (из кирпича или камня правильной формы) кладки в углах ит.п.

А2 - местные здания. Здания из самана или сырцового кирпича, с каменными, кирпичными или бетонными фундаментами; выполненные из рваного камня на известковом, цементном или сложном растворе с регулярной кладкой в углах; выполненные из пластового камня на известковом, цементном или сложном растворе; выполненные из кладки типа «мидис»; здания с деревянным каркасом с заполнением из самана или глины, с тяжелыми земляными или глиняными крышами; сплошные массивные ограды из самана или сырцового кирпича и т. п.

Б - местные здания. Здания с деревянными каркасами с заполнителями из самана или глины и легкими перекрытиями:

• 1) Б1 - типовые здания. Здания из жженого кирпича, тесаного камня или бетонных блоков на известковом, цементном или сложном растворе; деревянные щитовые дома;
• 2) Б2 - сооружения из жженого кирпича, тесаного камня или бетонных блоков на известковом, цементном или сложном растворе: сплошные ограды и стенки, трансформаторные киоски, силосные и водонапорные башни.

В - местные здания. Деревянные дома, рубленные в «лапу» или в «обло»:

• 1) В1 - типовые здания. Железобетонные, каркасные крупнопанельные и армированные крупноблочные дома;
• 2) В2 - сооружения. Железобетонные сооружения: силосные и водонапорные башни, маяки, подпорные стенки, бассейны и т. п.

Здания и типовые сооружения с антисейсмическими мероприятиями разделяются на типы:

• 1) С 7 - типовые здания и сооружения всех видов (кирпичные, блочные, панельные, бетонные, деревянные, щитовые и др.) с антисейсмическими мероприятиями для расчетной сейсмичности 7 баллов;
• 2) С8 - типовые здания и сооружения всех видов с антисейсмическими мероприятиями для расчетной сейсмичности 8 баллов;
• 3) С9 - типовые здания и сооружения всех видов с антисейсмическими мероприятиями для расчетной сейсмичности 9 баллов.

При сочетании в одном здании двух или трех типов здание в целом следует относить к слабейшему из них.

При землетрясениях принято рассматривать пять степеней разрушения зданий. В международной модифицированной сейсмической шкале MMSK-86 предлагается следующая классификация степеней разрушения зданий:

• 1) d = 1 - слабые повреждения. Слабые повреждения материала и неконструктивных элементов здания: тонкие трещины в штукатурке; откалывание небольших кусков штукатурки; тонкие трещины в сопряжениях перекрытий со стенами и стенового заполнения с элементами каркаса, между панелями, в разделке печей и дверных коробок; тонкие трещины в перегородках, карнизах, фронтонах, трубах. Видимые повреждения конструктивных элементов отсутствуют. Для ликвидации повреждений достаточно текущего ремонта зданий;
• 2) d = 2 - умеренные повреждения. Значительные повреждения материала и неконструктивных элементов здания, падение пластов штукатурки, сквозные трещины в перегородках, глубокие трещины в карнизах и фронтонах, выпадение кирпичей из дымовых труб, падение отдельных черепиц. Слабые повреждения несущих конструкций: тонкие трещины в несущих стенах; незначительные деформации и небольшие отколы бетона или раствора в узлах каркаса и стыках панелей. Для ликвидации повреждений необходим капитальный ремонт зданий;
• 3) d = 3 - тяжелые повреждения. Разрушения неконструктивных элементов здания: обвалы частей перегородок, карнизов, фронтонов, дымовых труб; значительные повреждения несущих конструкций: сквозные трещины в несущих стенах; значительные деформации каркаса; заметные сдвиги панелей; выкрашивание бетона в узлах каркаса. Возможен восстановительный ремонт здания;
• 4) d = 4 - частичные разрушения несущих конструкций: проломы и вывалы в несущих стенах; развалы стыков и узлов каркаса; нарушение связей между частями здания; обрушение отдельных панелей перекрытия; обрушение крупных частей здания. Здание подлежит сносу;
• 5) d = 5 - обвалы. Обрушение несущих стен и перекрытия, полное обрушение здания с потерей его формы.

Анализируя последствия землетрясений, можно выделить следующие основные повреждения, которые получили здания различной конструктивной схемы, если сейсмические воздействия превосходили расчетные.

В каркасных зданиях преимущественно разрушаются узлы каркаса вследствие возникновения в этих местах значительных изгибающих моментов и поперечных сил. Особенно сильные повреждение получают основания стоек и узлы соединения ригелей со стойками каркаса (рис. 16а).

В крупнопанельных и крупноблочных зданиях наиболее часто разрушаются стыковые соединения панелей и блоков между собой и с перекрытиями. При этом наблюдается взаимное смещение панелей, раскрытие вертикальных стыков, отклонение панелей от первоначального положения, а в некоторых случаях обрушение панелей (рис. 160).

Для зданий с несущими стенами из местных материалов (сырцовый кирпич, глиносаманные блоки, туфовые блоки и др.) характерны следующие повреждения: появление трещин в стенах (рис. 17); обрушение торцовых стен; сдвиг, а иногда и обрушение перекрытий; обрушение отдельно стоящих стоек и особенно печей и дымовых труб.

Разрушение зданий в полной мере характеризуют законы разрушения. Под законами разрушения здания по-

Разрушение каркасного здания при землетрясении в Китае (а) и разрушение панельных зданий при землетрясении в Румынии (б) нимается зависимость между вероятностью его повреждения и интенсивностью проявления землетрясения в баллах. Законы разрушения зданий получены на основе анализа статистических материалов по разрушению жилых, общественных и промышленных зданий от воздействия землетрясений разной интенсивности.

Характерные повреждения кирпичных простенков при сейсмическом воздействии

Для построения кривой, аппроксимирующей вероятности наступления не менее определенной степени повреждения зданий, используется нормальный закон распределения повреждений. При этом учитывается, что для одного и того же здания может рассматриваться не одна, а пять степеней разрушения, т.е. после разрушения наступает одно из пяти несовместимых событий. Значения математического ожидания М мо интенсивности землетрясения в баллах, вызывающего не менее определенных степеней разрушения зданий, приведены в таблице 1.

Таблица 1

Математические ожидания М мо законов разрушения зданий

Использование данных таблицы 1 позволяет прогнозировать вероятность повреждения зданий различных классов при заданной интенсивности землетрясения.

Секционные жилые дома

Коридорные жилые дома. В коридорных жилых домах квартиры располагаются по обе стороны коридора. Такие дома могут быть квартирными для постоянного проживания и общежитиями и гостиницами для временного проживания. В коридорных домах вертикальными коммуникациями являются лестницы (при высоте дома до 5 этажей) и лестницы с лифтами для домов в 6 этажей и выше. Коридорная планировка позволяет более экономично использовать вертикальные коммуникации, обеспечивая увеличение количества квартир, приходящихся на лестницу и лифт, что особенно проявляется в домах повышенной этажности. Коридорные жилые дома имеют, как правило, меридианальную ориентацию, что позволяет выполнить требования по инсоляции. Коридоры в таких домах должны иметь достаточную ширину, освещенность и проветривание. Коридоры освещаются через оконные проемы с одного торца (при длине коридора до 24 м) и с двух торцов (при длине до 48 м). При большей длине устраиваются световые холлы на расстоянии не более 24 м друг от друга.

Галерейные жилые дома по планировке отличаются от коридорных тем, что входы в квартиры в таких домах устраиваются с поэтажных открытых коридоров-галерей, которые вынесены за наружную грань одной из продольных стен. Квартиры в галерейных домах расположены по одну сторону от галереи и, соответственно, имеют сквозное проветривание. Такой тип домов целесообразно строить в районах, где нужна защита жилых помещений от перегрева. Квартиры в галерейных домах примыкают к галереям своими подсобными помещениями. Вертикальный транспортный узел в галерейных домах примыкает к галереям или в торцах, или в средней части, при этом часто выносится за габариты жилого корпуса. В многоэтажных галерейных домах должно быть не менее двух узлов вертикального транспорта в виде эвакуационных лестниц.

3. Объемно-планировочные решения квартир, лестнично-лифтовых узлов, входных узлов

Расположение помещений заданных размеров и формы в одном здании или комплексе зданий, подчиненное функциональным, техническим, архитектурно-художественным и экономическим требованиям, называется объемно планировочным решением здания или комплекса зданий.

Помещения в здании в зависимости от их роли в выполнении основного функционального процесса делятся на:

Основные помещения, предназначенные для выполнения основных функций здания;

Подсобные (вспомогательные) помещения, предназначенные для выполнения вспомогательных функций, способствующих выполнению основного функционального;

Коммуникационные помещения, обеспечивающие связи между помещениями. Коммуникации бывают горизонтальными (коридоры, галереи, проходы, фойе, кулуары) и вертикальными (лестницы, лифты, эскалаторы, пандусы).

Требования к наружным стеновым панелям и их стыкам. Общие сведения о силовых воздействиях горизонтальных и вертикальных стыках наружных панельных стен

Любая конструкция должна удовлетворять требованиям:

Прочности,

Долговечности,

Минимальной деформативности,

Теплоизоляции,

Взаимодействия с внутренними несущими конструкциями здания

Архитектурно-декоративными свойствами

Связи между внешними слоями стен проектируют жесткими или гибкими.

Требования прочности удовлетворяют применением для внутренних слоев конструкций материалов с высокой прочностью на сжатие.Требование долговечности и трещиностойкости наружного слоя, которое удовлетворяется применением высоких классов или марок стенового материала по прочности на сжатие (см. выше), его соответствия требованиям к марке стенового материала по морозостойкости для каждого климатического Района Устойчивость. Совместную работу наружных и внутренних стен обеспечивают в кирпичных стенах перевязкой кладки стен, в бетонных панельных - бетонными дискретными шпоночными связями

Варианты устройства горизонтальных стыков панелей внутренних стен. Общие сведения о силовых воздействиях в этих стыках

Платформенные

Контактные;

Контактно - платформенные;

Монолитные платформенный

а - платформенные; б – контактные; в - контактно - платформенные; г - монолитные

Обеспечения изоляционных свойств панельных стен. Требование по теплозащите, влагонепроницаемости и воздухонепроницаемости стыков наружных панельных стен. Открытые, закрытые дренированные стыки. Область их применения

Наиболее ответственными и сложными по исполнению в конструкциях крупнопанельного здания являются стыки между панелями. Существует много различных решений, но ни одно из них не отвечает всем требованиям, предъявляемым к стыкам: по прочности (жесткая связь стеновых панелей между собой и с перекрытием), долговечности и герметичности, тепло- и звукоизоляции, простоте устройства и художественной выразительности. Конструктивные решения стыков могут быть классифицированы по следующим признакам: по устройству наружной зоны (открытые, с водоотбойной лентой и закрытые, защищенные цементным раствором и герметизирующими мастиками); по способу заделки (утепленные, с прокладкой эффективного утеплителя, и замоноличенные бетоном); по способу сопряжения (сварные, петлевые, болтовые самозаклинивающие или шпоночные Конструктивные решения стыков могут быть классифицированы по следующим признакам:

По способу сопряжения (сварные, петлевые, болтовые, самозаклинивающие или шпоночные),

По способу заделки (утепленные, с прокладкой эффективного утеплителя, и замонолич. бетоном),

Применяются стыки закрытого, дренированного и открытого типов.

По устройству наружной зоны (или по граням разрезки панелей),

Открытые и закрытые,

Дренированный стык применяется как вариант закрытого стыка защищенные цементным раствором и герметизирующими мастиками.

Выбор типа определяется конструкцией наружных стеновых панелей и климатическим районированием страны по расчетной зимней температуре и сопровождаемым ветром дождям. Правильный выбор типа стыков благоприятствует осушающему режиму наружных стен в процессе эксплуатации здания. Изоляционные свойства стыков обеспечиваются их лабиринтным сечением и упругим уплотнением наружных швов, компенсирующим тенденцию к раскрытию в зимнее время. Выпадение конденсата предотвращается осушающим режимом стены, поддерживаемым естественной вентиляцией через поры строительных материалов, и отводом проникшей за зону изоляции влаги. Конденсат стекает по декомпрессионным каналам в боковых гранях панелей и далее отводится из стены через дренажные отверстия в дренированных стыках или через открытые устья в открытых стыках.

21. Перекрытия зданий из крупноразмерных элементов. Назначение, требования к ним, классификация по местоположению и технологии возведения

Классификация крыш по материалу, по способу выполнения, по наличию пространства между кровлей и помещениями здания, по величине уклона кровли, по теплотехническим характеристикам, по виду кровли, по организации водосброса со здания

Крыша – это прочная часть здания, относящаяся к несущимся конструкциям, расположенная сверху и защищающая внутренние помещения от проникновения атмосферных осадков.

Крыша должна быть прочной и устойчивой, обладать гидро- и теплоизоляционными свойствами. При постройке следует обязательно учитывать противопожарные нормы. Кроме того, крыша – это украшение дома, она может полностью изменить его внешний вид – придать ему современный или старинный стиль, сделать его зрительно более высоким и воздушным или, наоборот, надежным и устойчивым.

Классификация по способу строения

Существуют два вида крыш: чердачные и совмещенные.

Чердачная крыша – это такая конструкция, которая состоит из наружной кровли и строительных ферм, которые её поддерживают. На балки обычно кладут обрешетку или настил. Уклон крыши может быть различным, он зависит от двух условий: материала, который используется для кровли, и климата природной зоны, в которой строится дом.

При большом количестве осадков скат крыши делают под углом 45° и более, а если преобладает сухая погода и сильные ветры, то уклон не должен превышать 30°. Когда для кровли применяются штучные материалы, то угол нельзя делать меньше 22°. Для рулонных материалов оптимальным будет угол от 5 до 25°, а для асбоцементных листов и черепицы - 25-35° и более. С увеличением уклона крыши возрастает расход материалов и ее общая стоимость.

Совмещенная крыша – это особый настил, выполняющий функции гидроизоляции, помещающийся на чердачном перекрытии и практически не имеющий уклона. Материалом для него служит нескольких слоев рубероида, промазанных битумной мастикой. Жидкость с него сливается по внутренним водостокам.

Классификация по уровню теплоизоляции

Крыши бывают теплыми и холодными. Наличие в конструкции чердака определяет их как теплые, так как его устройство обеспечивает теплоизоляцию, за счет воздушного пространства, образуемого поверхностью крыши, наружными стенами и перекрытием верхнего этажа. Он защищает здание от холода, обеспечивает проветривание и влагообмен различных элементов конструкции. Также его устройство существенно увеличивает надежность и срок службы дома, но общая стоимость строительства повышается, потому что чердак не входит в число жилых помещений.

В этом случае, можно организовать мансарду, которая представляет собой жилую комнату, расположенную прямо под кровлей, а её стенами являются боковые поверхности крыши. Расстояние от венца до пола мансардного помещения должно быть не менее 1,5 м. Таким образом, все внутреннее пространство используется для жилья.

Холодные крыши без чердака строят, как правило, над неотапливаемыми строениями, сараями и другими хозяйственными постройками. В их функции входит лишь непосредственная защита от атмосферных осадков.

Классификация по форме

Крыши бывают односкатные, двускатные, ломаные, вальмовые, шатровые и крестообразные. Скат – это плоскость крыши, расположенная под уклоном. Пересекаясь, они создают конек кровли. Угол, образованный скатами крыши и фронтона называется ендовой.

Односкатные – это крыши, имеющие одну наклонную поверхность. Они опираются на две стены разной высоты. Наклон, как правило, обращают к наветренной стороне, чтобы защитить дом от дождя и снега. Кроме того, односкатные крыши позволяют максимально использовать внутреннее пространство постройки.

Двускатные – это классический вариант для небольших коттеджей. Крыша образована двумя скатами, направленными в противоположные стороны.

Ломаные крыши возводятся при постройке дома с мансардой. Они представляют собой не два, а четыре ската, соединенных под тупым углом. Этот тип крыши часто применяется в индивидуальном строительстве.

Вальмовая – это четырехскатная крыша с треугольными скатами по торцовым сторонам.

Шатровые – это крыши с четырьмя скатами в виде одинаковых треугольников, сходящихся в одной точке.

Силовые нагрузки и воздействия на крыши. Требования к проектированию крыш. Слои, входящие в состав крыши и их назначение

Рис. 1. Внешние воздействия на покрытие

1-постоянные нагрузки (собственный вес); 2 - временные нагрузки (снег, эксплуатационные нагрузки); 3 - ветер - давление; 4 -ветер-отсос; 5, 9 - воздействие температур окружающей среды; 6 – атмосферная влага (осадки, влажность воздуха); 7 -химически агрессивные вещества, содержащиеся в воздухе; 8 - солнечная радиация; 10 - влага, содержащаяся в воздухе чердачного пространства

Конструктивные элементы чердачных сборных железобетонных крыш. Их классификация по способу удаления воздуха из системы вытяжной вентиляции через конструкцию крыши, в зависимости от вида и способа гидроизоляции чердачного покрытия

Крыши из сборных железобетонных панелей бывают неэксплуатируемые и эксплуатируемые, бесчердачные и чердачные. Сборные железобетонные крыши устраивают шести типов: 1 - чердачные с гидроизоляцией мастичными или окрасочными составами (безрулонная кровля) (рис. 14, в, г), 2 - чердачные с кровлей из рулонных материалов; 3 - бесчердачные из однослойных панелей, выполненных из легких или ячеистых бетонов; 4 - бесчердачные из многослойных комплексных панелей, состоящих из двух железобетонных панелей, между которыми уложен эффективный теплоизоляционный материал; 5 - бесчердачные с несущими панелями из тяжелого бетона, по которым уложены плиты из эффективных утепляющих материалов; 6 - бесчердачные построечного исполнения многослойной конструкции с засыпным утеплителем и стяжкой под кровлю из рулонных материалов.

Организация водоотвода с крыши. Варианты создания уклона кровли плоских крыш

34.Эксплуатируемые крыши-террасы

Эксплуатируемая крыша устраивается и над чердачными и над бесчердачными покрытиями. Она может быть устроена над всем зданием или его частью. В современных многоэтажных жилых домах крышу часто используют как площадку для отдыха и других целей. В этом случае эксплуатируемая кровля носит название крыши-террасы. Пол крыш-террас проектируют плоским или с уклоном не более 1,5 %, а поверхность кровли под ним - с уклоном не менее 3 %. Для кровли принимают наиболее долговечные материалы (например, гидроизол). Число слоев рулонного ковра принимают на один больше, чем при неэксплуатируемой крыше. На поверхность ковра наносят слой горячей мастики, антисептированный гербицидами. Они защищают ковер от прорастания корней растений от семян и спор, заносимых на крышу ветром.

Конструкцию кровли крыш-террас выполняют аналогично обычным рулонным кровлям, но сверху устраивают дополнительные слои, которые служат полом. Пол делают горизонтальным из отдельных плит, укладываемых на слой гравия или крупнозернистого песка. Плиты могут быть железобетонными, из природного камня, керамики. Слой гравия служит для защиты рулонного ковра, дренажа и отвода воды к водосточным воронкам, которые в этом случае делают с плоской крышкой-решеткой. Пол устраивают монолитным с небольшим уклоном (асфальтобетонным, мозаичным, цементным). Отвод воды происходит по наружной поверхности пола к ендове, где устанавливают водосточные воронки.

35. Классификация лестниц по назначению, расположению, материалу, по форме в плане, количеству маршей и площадок, размерам конструктивных элементов, по технологии возведения

По назначению различают лестницы: основные или главные - для повседневной эксплуатации, вспомогательные - запасные, пожарные, аварийные, служебные, служащие ля аварийной эвакуации, сообщения с чердаком или подвалом, для подхода к различному оборудованию и др., входные - для входа здание, устраиваемые обычно в виде широкой входной площадки со ступенямиПо количеству маршей:1)Одномаршевые2) Двухмаршевые 3)Трехмаршевые. По способу изготовления: в виде объемного блока; из площадок совместно с маршами; из раздельных площадок и маршей; из мелкоразмерных элементов в виде отдельных ступеней, косоуров, подкосоурных балок и плит. По расположению в здании различают: внутренние- лестницы общего пользования,расположенные в лестничных клетках или от­крытые в парадных вестибюлях- холлах общественных зданий, внутриквартирные- слу­жащие для связи жилых помещений в преде­лах одной квартиры при расположении ее в нескольких уровнях, и наружные.

В практике массового строительства высо­ту подступенка обычно принимают равной 140-170 мм, но не более 180 мм и не менее 135 мм, а ширину проступи принимают рав­ной 280-300 мм, но не менее 250 мм. Ширина марша определяется прежде всего требованиями пожарной безопасности, а также габаритами переносимых по лестнице предметов. Суммарную ширину лестничных маршей принимают в зависимости от количе­ства людей, находящихся на наиболее насе­ленном этаже из расчета не менее 0,6 м на 100 чел. Ширина лестничных площадок должна быть не меньше ширины марша. Для основ­ных лестниц при ширине марша 1,05 м пло­щадки должны быть шириной не менее 1,2 м. Лестничные площадки перед входами в лифт с распашными дверями принимают шириной не менее 1,6 л.

Между маршами лестниц оставляют зазор шириной не менее 100 мм, который необхо­дим для пропуска пожарного шланга.

Требования к проектированию лестниц

Лестницы проектируют с соблюдением строительных норм и правил по обеспечению Основные требования, предъявляемые к лестницам: 1)прочность, жесткость . Проверяется расчетом.2)удобство , безопасность при ходьбе . Безопасность и удобство обеспечивается рядом правил: а)обеспечение неутомляемости подъема, обеспечивается размерами ступеней, удобными для постановки ноги. Высоту подступенка принимают 140-170 мм (стандартная – 150 мм), но не более 180 мм и не менее 135 мм. Ширину проступи принимают равной 280-300 мм (стандартная - 300 мм), но не менее 250 мм;б)все ступени в марше должны быть одного размера.в)число подъемов в одном марше не менее 3 (при меньшем легко оступиться) - и не более 18. г)естественное освещение; Лестничные клетки, как правило, должны иметь естественное освещение через окна в наружных стенах. В лестничных клетках нельзя делать какие-либо подсобные помещения или устройства, которые могли бы стеснить проходы или служить источником пожара.д)ограждение (перила) должно иметь высоту не менее 0,9 м.е)поворот у лестницы желательно проектировать левым (при движении по лестнице вверх.3) безопасность эвакуации . а)обеспечивается пропускной способностью лестницы, зависящей от ее ширины и уклона.б)ширина лестничной площадки должна быть не менее ширины лестничного маршав)между маршем и лестницей оставляется зазор не менее 50 мм для пропуска пожарного шланга;г) надежность пожарной безопасности . К лестницам многоэтажных зданий предъявляются дополнительные требования. Они должны быть несгораемыми, иметь предел огнестойкости равный 1,5 часа.

Гидроизоляция фундаментов

Конструкции нулевого цикла гражданских зданий требуют устройства гидроизоляции. Выбор варианта конструктивного решения гидроизоляции зависит от

Характера воздействия грунтовой влаги

Режима расположенных помещений

Водонепроницаемости материалов конструкций подземной части здания.

Влага поступает в фундаментные конструкции через грунт атмосферной влагой или фунтовой водой. Капиллярный подсос влаги вызывает отсырение стен подвала и первого этажа. Преградой этому процессу служит устройство горизонтальной и вертикальной гидроизоляции Для предохранения стен от капиллярной сырости в фундаментах устраивают гидроизоляцию - горизонтальную и вертикальную По методу устройства различают гидроизоляции:

Окрасочную,

Штукатурную (цементную или асфальтную),

Литую асфальтную,

Оклеечную (из рулонных материалов)

Оболочковую (из металла).

При отсутствии в здании подвальной части горизонтальную гидроизоляцию укладывают в уровне цоколя выше отметки уровня поверхности земли (№1), а во внутренних стенах - в уровне обреза фундамента. При наличии подвала прокладывают второй уровень горизонтальной гидроизоляции под его полом. Горизонтальная гидроизоляция выполняется из двух слоев рулонного материала (рубероида на мастике, гидроизола, гидростеклоизола, изопласта и др.) или слоя асфальтобетона, цемента с гидроизоляционными добавками.

Вертикальная гидроизоляция предназначена для защиты стен подвалов. Её конструкция зависит от степени увлажнения грунтов основания. При сухих грунтах ограничиваются двухразовой обмазкой горячим битумом. При влажных грунтах - устраивают влагоустойчивую цементную штукатурку с оклеенной гидроизоляцией рулонными материалами за два раза. Для защиты вертикальной гидроизоляции устанавливают прижимные стенки из кирпича или асбестоцементных листов.

Варианты конструктивных решений консольных и балочных плит балконов

48. Типы лоджий. Конструктивные решения встроенных и выносных лоджий зданий из крупноразмерных элементов

Балконы и лоджии - это открытые поэтажные площадки в жилых и общественных зданиях, связывающие внутренние пространства эксплуатируемых помещений с внешней средой. При аварийных ситуациях они могут использоваться для эвакуации людей. Лоджии, в отличие от балконов по боковым сторонам ограждены стенами, и могут быть как встроенными в объём здания, так и выносными. Лоджии бывают освещены солнцем меньшее количество время, чем балконы, а их устройство связано с увеличением площади на­ружных стен.

Междуэтажные перекрытия лоджий во избежание образования мостика холода, отделяют от основных междуэтажных перекрытий наружной стеновой панелью или заполняют зазор утепляющим материалом, к которому сверху подходит подоконная панель, а снизу – переплеты остекления. Пол лоджии устраивают так же, как на балконах с уклоном 1-2 % наружу, и выполняют из плиток, уложенных на цементном растворе по слою гидроизоляции.

Плита балконов и лоджий по наружному периметру должна иметь капельник. Ограждение лоджий выполняется в виде металлической решетки, стойки которой заделывают в гнездах балконной плиты, а поручень крепят к стене, и экранов. Экраны могут быть металлические, из асбестоцементных листов, стеклопластика, армированного стекла.

Плиты перекрытий встроенных лоджий панельных зданий опирают на несущие боковые внутренние железобетонные стены, которые требуют дополнительно утепляющих конструкций в виде отдельных доборных панелей наружных стен или объёмных элементов.

Особенность конструктивного решения выносных лоджий заключается в опасности возникновения разности осадочных деформаций лоджий и здания, особенно при большой этажности, так как перекрытия таких лоджий опираются на приставные боковые панельные стенки - "щёки".

Поэтому в многоэтажных зданиях проектируются конструкции навесных лоджий, "щёки" которых крепят на поперечные внутренние стены.

Боковые стены выносных лоджий проектируются несущими только в зданиях малой и средней этажности. При этом для обеспечения совместной осадки лоджий и здания стены лоджий опирают на участки фундаментов поперечных внутренних стен.

В каркасных панельных зданиях плиты балконов (лоджий) работают по балочной схеме, опираясь на консоли колонн, благодаря чему исключается передача нагрузки на наружные стены. При этом производится изоляция вертикальных и горизонтальных сопряжений панелей наружных стен по принципу дренированного стыка.

При проектировании балконов и лоджий необходимо обеспечивать отвод воды от наружных стен.

Варианты конструктивных решений наружных стен объемных блоков. Конструкции стыков, соединений и деталей

Конструктивное решение зависит от схемы разрезки этих зданий на составные элементы. Конструкционные схемы объёмно-блочных зданий сложнее кирпичных, блочных и панельных зданий, так как объёмные блоки представляют собой пространственные ячейки. В зависимости от вида применения объёмных блоков и других конструктивных элементов системы блочных зданий бывают: 1) однородная блочная система, при которой всё здание собирается из несущих объёмных блоков; 2) неоднородная блочная система, при которой здание собирается из несущих и ненесущих блоков; 3)каркасно-блочные системы, при которой ненесущие объёмные блоки опираются на несущий каркас здания; 4) блочно-панельная система, при которой здания собираются из несущих объёмных блоков и крупных панелей наружных и внутренних стен и перекрытий;5) система навесных объёмных блоков, при которой несущие объёмные блоки навешиваются на несущие части здания, являющиеся ядрами жёсткости.

Общие положения проектирования общественных зданий (классы капитальности, долговечности, степени огнестойкости, основные противопожарные мероприятия)

Здания по долговечности делятся на 3 степени:

1 степень – срок службы более 100 лет;

2 степень – срок службы от 50 до 100 лет;

3 степень – срок службы от 20 до 50 лет;

Менее 20 лет - временными.

Пожарная безопасность зданий

Строительные материалы и конструкции по возможности возгорания делятся на:

Сгораемые (горючие), которые под воздействием огня или высокой температуры воспламеняются и продолжают гореть после удаления источника огня;

Несгораемые (негорючие), которые под воздействием огня или высокой температуры не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются;

Трудносгораемые, которые под воздействием источника огня или высокой температуры трудно горят или тлеют, но при удалении источника огня их горение или тление прекращаются. Строительные конструкции характеризуются также пределом огнестойкости, т.е. сопротивлением действию огня в часах до потери прочности или устойчивости, или до образования сквозных трещин, или до повышения температуры до 140?C на поверхности конструкции со стороны, противоположной действию огня.По огнестойкости здания делятся на 5 степеней. При определении огнестойкости зданий учитывается огнестойкость основных материалов и конструкций и пожароопасность технологических процессов, выполняемых в здании. К первой степени относятся здания с наибольшей огнестойкостью, а к пятой – наименее огнестойкие.

66.Объёмно-планировочные решения общественных зданий (основные группы помещений, требования к ним основные объёмно-пространственной структуры зданий)

Общественные здания имеют самую разнообразную объемно-планировочную композицию, зависимую в основном от функционального назначения и архитектурного решения. Тем не менее, из большого круга композиционных форм общественных зданий четко выделяются коридорные и зальные. Большую часть общественных зданий представляет «смешанная группа», получившая более широкое распространение при современном обслуживании населения городов, рабочих поселков и сельских населенных мест. Строятся здания по анфиладной схеме, в которой движение людского потока направляется из комнаты в комнату с расположением дверей по одной оси. Такая планировка характерна для помещений музеев, картинных галерей, некоторых типов выставок.
Для всех видов общественных зданий присущи основные планировочные элементы: помещения основного функционального назначения (в административных зданиях - рабочие кабинеты, комнаты; в зальных помещениях - залы, в торговых зданиях и зданиях общественного питания - торговые и обеденные залы, в библиотеках - читальные залы и книгохранилища и т. д.); входной узел - в составе тамбура, вестибюля и гардероба; узел вертикального транспорта - лестницы, лифты; помещения движения и распределения людских потоков в коридорных зданиях - коридоры и рекреации; в театральных – фойе и кулуары; санитарный узел – туалеты, умывальники, комнаты личной гигиены.
Взаимное расположение основных планировочных элементов в соответствии с функциональным назначением и лучшей организацией людских потоков указывает на качество планировки здания.

Требования к проектированию многоэтажных жилых домов

К зданиям предъявляется следующие основные требования:

а) требование функционального соответствия, т.е. здание должно соответствовать своему функциональному назначению;

б) требование технического соответствия, т.е. здание должно быть прочным, устойчивым и долговечным;

в) требование архитектурно-художественной выразительности, т.е. здание должно быть красивым по внешнему виду и внутреннему оформлению и положительно воздействовать на человека;

г) требование экономической целесообразности, т.е. получения в результате строительства максимума полезной площади или объема здания при минимальных затратах средств, труда и времени на строительство и эксплуатацию здания, но при обязательном выполнении первых трех требований.

Соответствие здания или помещения той или иной функции достигается при создании в этом здании или помещении оптимальных условий для человека и для выполнения функциональных процессов. Условия в здании или помещении характеризуется следующими факторами: пространством, состоянием воздушной среды, звуковым режимом, световым режимом и условиями видимости и зрительного восприятия.

а) пространство характеризуется площадью и объемом здания и его помещений и обеспечивается размерами и формой здания и его помещений в плане и по высоте.

б) состояние воздушной среды характеризуется запасом воздуха, его температурой, влажностью и скоростью движения и обеспечивается конструкциями наружных ограждений и санитарно-техническим оборудованием (отоплением, механической вентиляцией, кондиционированием воздуха и др.).

в) звуковой режим характеризуется условиями слышимости в помещении, соответствующими его функциональному назначению, и обеспечивается объемно-планировочными и конструктивными решениями с использованием звукопоглощающих, звукоотражающих и звукоизолирующих материалов и конструкций.

г) световой режим характеризуется условиями работы органов зрения, соответствующими функциональному назначению помещения, и обеспечивается размерами оконных проемов и фонарей для естественного освещения, их ориентацией по сторонам горизонта и с помощью искусственного освещения.

д) видимость и зрительное восприятие связаны с необходимостью видеть плоские или объемные предметы в помещении и обеспечиваются за счет светового режима и взаимного расположения зрителя и воспринимаемого им объекта.

2. Типы планировочных схем многоэтажных жилых домов

Секционные жилые дома Секция в жилом доме включает узел вертикального транспорта (лестницу и лифты) и поэтажно примыкающие к нему квартиры. В домах средней этажности на лестничную площадку каждого этажа выходит от 2 до 4 квартир, а в домах в 6 этажей и более – не менее 4 квартир, что обеспечивает более экономное использование лифтов и мусоропроводов. В зависимости от местоположения в доме различают рядовые, торцевые, угловые и поворотные секции. Рядовые секции располагаются в средней части дома, торцевые – по торцам, угловые и поворотные, в местах поворота зданий в плане. В секциях неограниченной ориентации окна каждой квартиры выходят на обе продольные стороны здания. Такие секции могут располагаться в любом направлении по отношению к сторонам горизонта, в том числе и параллельно широте, и их называют широтными. В секциях ограниченной ориентации окна каждой квартиры выходят на одну из продольных сторон здания. Такие секции могут располагаться только параллельно меридиану и их называют меридиональными. В секциях частично ограниченной ориентации одна часть квартир выходит окнами на обе продольные стороны здания, а другая часть квартир – на одну сторону. Эти секции располагают по отношению к сторонам горизонта таким образом, чтобы обеспечивалась требуемая инсоляция квартир с односторонним расположением окон, так как инсоляция квартир с двухсторонним расположением окон обеспечивается в любом случае. Секционные жилые дома проектируют в две и более секции. Рядовые секции чаще всего бывают прямоугольной формы, торцевые – прямоугольной или T- образной формы, поворотные – Г- образной или другой формы.

В процессе строительства и во время эксплуатации здание испытывает на себе действие различных нагрузок. Этим силам сопротивляется сам материал конструкции, в нем возникают внутренние напряжения. Поведение строительных материалов и конструкций под воздействием внешних сил и нагрузок изучает строительная механика.

Одни из этих сил действуют на здание непрерывно и называются постоянными нагрузками, другие - лишь в отдельные отрезки времени и называются временными нагрузками.

К постоянным нагрузкам относится собственный вес здания , который в основном состоит из веса конструктивных элементов, составляющих его несущий остов. Собственный вес действует постоянно во времени и по направлению сверху вниз. Естественно, что напряжения в материале несущих конструкций в нижней части здания будут всегда больше, чем в верхней. В конечном счете все воздействие собственного веса передается на фундамент, а через него - на грунт основания. Собственный вес всегда был не только постоянной, но и главной, основной нагрузкой на здание.

Лишь в последние годы строители и конструкторы столкнулись с совершенно новой проблемой: не как надежно опереть здание на грунт, а как его «привязать», заанкерить к земле, чтобы его не оторвали от земли другие воздействия, в основном ветровые усилия. Это произошло потому, что собственный вес конструкций в результате применения новых высокопрочных материалов и новых конструктивных схем все время уменьшался, а габариты зданий росли. Увеличивалась площадь, на которую действует ветер, иначе говоря, парусность здания. И, наконец, воздействие ветра стало более «весомым», чем воздействие веса здания, и здание стало стремиться к отрыву от земли.

является одной из основных временных нагрузок. С увеличением высоты воздействие ветра возрастает. Так, в средней части России нагрузка от ветра (скоростной напор ветра) на высоте до 10 м принимается равным 270 Па, а на высоте 100 м она уже равна 570 Па. В горных районах, на морских побережьях воздействие ветра намного возрастает. Например, в некоторых районах береговой полосы Арктики и Приморья нормативное значение ветрового напора на высоте до 10 м равно 1 кПа. С подветренной стороны здания возникает разряженное пространство, которое создает отрицательное давление - отсос, который увеличивает общее воздействие ветра. Ветер меняет как направление, так и скорость. Сильные порывы ветра создают, кроме того, и ударное, динамическое воздействие на здание, что еще более усложняет условия для работы конструкции.

С большими неожиданностями столкнулись градостроители, когда стали возводить в городах здания повышенной этажности. Оказалось, что улица, на которой никогда не дули сильные ветры, с возведением на ней многоэтажных зданий стала очень ветреной. С точки зрения пешехода, ветер со скоростью 5 м/с уже становится надоедливым: он развевает одежду, портит прическу. Если скорость немного выше - ветер уже поднимает пыль, кружит обрывки бумаг, становится неприятным. Высокое здание является основательной преградой для движения воздуха. Ударяясь об эту преграду, ветер разбивается на несколько потоков. Одни из них огибают здание, другие устремляются вниз, а затем у земли также направляются к углам здания, где и наблюдаются самые сильные потоки воздуха, в 2-3 раза превышающие по своей скорости ветер, который дул бы на этом месте, если бы не было здания. При очень высоких зданиях сила ветра у основания здания может достигать таких размеров, что валит пешеходов с ног.

Амплитуда колебаний высотных зданий достигает больших размеров, что отрицательно влияет на самочувствие людей. Скрип, а иногда и скрежет стального каркаса одного из самых высоких в мире здания Международного торгового центра в Нью-Йорке (высота его 400 м) вызывает тревожное состояние у находящихся в здании людей. Предусмотреть, рассчитать заранее действие ветра при высотном строительстве очень сложно. В настоящее время строители прибегают к экспериментам в аэродинамической трубе. Как и авиастроители! они обдувают в ней модели будущих зданий и в какой-то мере получают реальную картину воздушных токов и их силу.

также относится к временным нагрузкам. Особенно внимательно надо подходить к влиянию снеговой нагрузки на разновысотные здания. На границе между повышенной и пониженной частями здания возникает так называемый «снеговой мешок», где ветер собирает целые сугробы. При переменной температуре, когда происходит поочередное подтаивание и вновь замерзание снега и при этом еще сюда попадают взвешенные частицы из воздуха (пыль, копоть), снеговые, точнее, ледяные массивы становятся особенно тяжелыми и опасными. Снеговой покров из-за ветра ложится неравномерно как при плоских, так и при скатных кровлях, создавая асимметрическую нагрузку, которая вызывает дополнительные напряжения в конструкциях.

К временным относится (нагрузка от людей, которые будут находиться в здании, технологического оборудования, складируемых материалов и т. д.).

Возникают в здании напряжения и от воздействия солнечного тепла и мороза. Это воздействие называется температурно-климатическим . Нагреваясь солнечными лучами, строительные конструкции увеличивают свой объем и размеры. Охлаждаясь во время морозов, они уменьшаются в своем объеме. При таком «дыхании» здания в его конструкциях возникают напряжения. Если здание имеет большую протяженность, эти напряжения могут достичь высоких значений, превышающих допустимые, и здание начнет разрушаться.

Аналогичные напряжения в материале конструкции возникают и при неравномерной осадке здания , которая может произойти не только из-за разной несущей способности основания, но и из-за большой разницы в полезной нагрузке или собственного веса отдельных частей здания. Например, здание имеет многоэтажную и одноэтажную части. В многоэтажной части на перекрытиях расположено тяжелое оборудование. Давление на грунт от фундаментов многоэтажной части будет намного больше, чем от фундаментов одноэтажной, что может вызвать неравномерность осадки здания. Чтобы снять дополнительные напряжения от осадочных и температурных воздействий, здание «разрезают» на отдельные отсеки деформационными швами.

Если здание защищают от температурных деформаций, то шов называется температурным. Он отделяет конструкции одной части здания от другой, за исключением фундаментов, так как фундаменты, находясь в земле, не испытывают температурного воздействия. Таким образом, температурный шов локализует дополнительные напряжения в пределах одного отсека, препятствуя передаче их на соседние отсеки, тем самым препятствуя их сложению и увеличению.

Если здание защищают от осадочных деформаций, то шов называется осадочным. Он отделяет одну часть здания от другой полностью, включая и фундаменты, которые благодаря такому шву имеют возможность перемещаться один по отношению к другому в вертикальной плоскости. При отсутствии швов трещины могли бы возникнуть в неожиданных местах и нарушить прочность здания.

Кроме постоянных и временных существуют еще особые воздействия на здания. К ним относятся:

• сейсмические нагрузки от землетрясения;
• взрывные воздействия;
• нагрузки, возникающие при авариях или поломках технологического оборудования;
• воздействия от неравномерных деформаций основания при замачивании просадочных грунтов, при оттаивании вечномерзлых грунтов, в районах горных выработок и при карстовых явлениях.

По месту приложения усилий нагрузки разделяются на сосредоточенные (например, вес оборудования) и равномерно распределенные (собственный вес, снег и др.).

По характеру действия нагрузки могут быть статическими, т. е. постоянными по величине во времени, например тот же собственный вес конструкций, и динамическими (ударными), например порывы ветра или воздействие подвижных частей оборудования (молоты, моторы и др.).

Таким образом, на здание действуют самые различные нагрузки по величине, направлению, характеру действия и месту приложения (рис. 5). Может получиться такое сочетание нагрузок, при котором они все будут действовать в одном направлении, усиливая друг друга.

Рис. 5. Нагрузки и воздействия на здание: 1 - ветер; 2 - солнечная радиация; 3 - осадки (дождь, снег); 4 - атмосферные воздействия (температура, влажность, химические вещества); 5 - полезная нагрузка и собственный вес; 6 - особые воздействия; 7 - вибрация; 8 - влага; 9 - давление грунта; 10 - шум

Именно на такие неблагоприятные сочетания нагрузок рассчитывают конструкции здания. Нормативные значения всех усилий, действующих на здание, приведены в СНиПе. Следует помнить, что воздействия на конструкции начинаются с момента их изготовления, продолжаются при транспортировке, в процессе возведения здания и его эксплуатации.

Благовещенский Ф.А., Букина Е.Ф. Архитектурные конструкции. - М., 1985.