Промышленные и гражданские здания и сооружения

Лекция 15

Зданиями обычно называют строения, имеющие замкнутый объем и предназначенные для длительного пребывания в них людей. Другие строения, где люди не живут и не постоянно работают, называют сооружениями.

По своему назначению все здания можно разделить на промышленные и гражданские.

К промышленным зданиям относятся основные производственные, подсобно-производственные, ремонтные, экспериментальные и другие цехи, а также здания электростанций, газогенераторных, компрессорных, насосных станций, склады для хранения изделий и материалов, очистные сооружения водопроводов и канализации и т. п.

K гражданским зданиям относятся жилые дома, общественные (школы, больницы, административные и культурно-просветительные, спортивные и т. п.) и коммунальные (бани, прачечные и др.) здания, а также декоративные сооружения (памятники, монументы).

В зависимости от материала наружных стен различают каменные и деревянные здания. По продолжительности службы здания делят на временные и постоянные. По этажности здания подразделяют на одноэтажные, малоэтажные (обычно не выше трех этажей) и многоэтажные.

Этажи, имеющие пол на уровне тротуара (или отмостки) и выше, называются надземными, заглубленные не более чем на половину высоты помещения — полуподвальным и, или цокольными, а еще более заглубленные—подвальными.

По характеру строительства различают дома, возводимые из кирпича, из блоков, с применением крупных блоков, панелей, каркасов и др.

В сейсмически опасных районах отдельно учитывается устойчивость зданий в отношении действия сейсмических сил. Все здания должны быть достаточно огнестойкими.

Важнейшим условием индустриализации строительства является унификация, т. е. повторяемость как зданий в целом, так и их отдельных частей и элементов, а также единообразия качества применяемых материалов. Не менее важна стандартизация сборных элементов. При соблюдении этих условий существенно упрощается процесс сборки зданий, т. е. процесс всего строительства.

Основой унификации геометрических параметров в строительстве является принятая единая модульная система (основной модуль—размер в 100 мм), при которой все размеры принимаются кратными модулю. К модульным размерам относят расстояния между разбивочными осями зданий, между вертикальными гранями стен и перегородок, высоту этажей, размеры оконных и дверных проемов, расстояния между балками перекрытий и т. п.

Основные конструктивные схемы зданий

Основными элементами здания являются фундаменты, стены, отдельные опоры—стойки (колонны), перекрытия и крыша. К второстепенным относят перегородки, лестницы, оконные и дверные проемы и т. п.

По своей работе стены могут быть несущими (воспринимающими всю нагрузку от собственного веса, веса вышерасположенной конструкции, эксплуатационного оборудования, крыши со снегом и т. п.) или самонесущими (воспринимающими только нагрузку от собственного веса). Самонесущие стены применяют при каркасных зданиях, в которых несущим основную нагрузку от всего сооружения является каркас, представляющий собой систему колонн и горизонтальных балок. Каркас передает нагрузку на фундамент.

Перекрытия — это элементы, перекрывающие этаж здания или разделяющие многоэтажные здания на отдельные этажи. Свой собственный вес, а также временные (эксплуатационные) нагрузки перекрытия передают несущим стенам или каркасу. Перекрытия должны удовлетворять не только условиям прочности конструкции, но и специальным теплотехническим, акустическим и противопожарным требованиям. В особых случаях к ним предъявляются требования водо -, паро- и газонепроницаемости.

Крыша ограничивает здание сверху и должна надежно охранять здание от дождя (снега) и ветра и быть пожароустойчивой. Крыша может быть расположена непосредственно над верхним этажом (при бесчердачной конструкции) или над чердаком (помещением, расположенным над верхним этажом).

Перегородками называют внутренние стены (обычно тонкие), которые разделяют здание на ряд помещений. Перегородки, как правило, не являются несущими.

Лестницы служат для сообщения между этажами и располагают их в лестничных клетках. Окна, двери и ворота представляют собой проемы в стенах и перегородках. В них устанавливают коробки (рамы) с навешенными оконными переплетами и дверными полотнами.

В практике современного строительства применяют очень большое разнообразие схем и конструкций зданий как промышленного, так и коммунального назначения. Рассмотреть их все не представляется возможным, поэтому ниже даются характеристики лишь самых простых и типичных, по которым видна принципиальная схема конструкции, условия ее работы, а также воздействие на фундаменты, опирающиеся на основание.

Одноэтажные здания с несущими стенами применяют при сравнительно небольших пролетах (обычно до 12 м), небольших высотах (до 9 м), и при мостовых кранах небольшой грузоподъемностью (до 5 т). Стены таких зданий являются одновременно и несущей конструкцией и ограждающим элементом. Толщина стен рассчитывается по прочности и должна обеспечивать опирание и устойчивость несущей конструкции покрытия. При большой высоте и наличии внутри здания мостовых кранов стены усиливаются пилястрами, на которые опираются подкрановые пути и несущие элементы покрытия. Пилястры представляют собой утолщенные участки стен, располагаемые в промежутках между окнами.

Одноэтажные каркасные здания отличаются от зданий с несущими стенами тем, что нагрузка от несущих конструкций покрытия, а также мостовых кранов воспринимается каркасом, состоящим из несущих колонн. В состав каркаса кроме основных колонн входят связующие конструкции: несущие конструкции, покрытия, подкрановые, обвязочные и фундаментные балки, а в ряде случаев (при пролетах между колоннами более 12 м) и вспомогательные колонны. Каркас здания в целом должен надежно и устойчиво работать под действием крановых, ветровых и других нагрузок. В ряде случаев в его состав вводят специальные распорные элементы, увеличивающие его жесткость.

Весьма ответственным элементом здания являются подкрановые пути, располагаемые обычно на подкрановых балках. Последние выполняются в виде металлических или железобетонных балок, причем для лучшего восприятия динамических нагрузок и уменьшения деформаций применяется предварительно-напряженный железобетон.

Многоэтажные здания с несущими стенами, особенно в промышленном строительстве, в настоящее время применяют редко. В гражданском (жилищном) строительстве они иногда еще встречаются, но обычно это здания небольшой этажности (до 5 этажей). Однако и в таких зданиях междуэтажные перекрытия опираются внутри здания на колонны, а по внешнему контуру— на стены и создают таким образом «неполный» каркас. Обычным типом многоэтажного промышленного и современного гражданского (жилого) здания является каркасный, у которого все междуэтажные перекрытия, как и покрытие здания, опираются на колонны, а стены являются лишь ограждающей конструкцией.

Конструкции некоторых элементов зданий

Стены состоят из следующих элементов: цоколя —нижней, обычно несколько утолщенной части стены, опирающейся на фундамент; простенков — отделяющих друг от друга отверстия (проемы) для окон и дверей; перемычек —балок, поддерживающих часть стены над проемом; карниза —выступа в верхней части стены, предохраняющей его от попадания на стену воды, стекающей с крыш; гидроизоляции, располагающейся в нижней части стены и препятствующей капиллярному подсосу влаги из грунта в тело стены (выполняется в виде слоя жирного цементного раствора или рулонного кровельного материала—рубероида).

Вдоль стены снаружи здания всегда сооружают отмостку, имеющую уклон от здания к окружающей территории и предназначенную для защиты от попадания в прифундаментную часть влаги, стекающей с кровли здания или со стены. Ширина отмостки должна на 20—30 см превышать вынос карниза.

Во избежание образования трещин из-за неравномерного расширения при нагреве, а также из-за неравномерных осадок в стенах предусматривают температурные и осадочные швы, которые для обеспечения непродуваемости заполняют паклей или рубероидом.

Стены современных капитальных промышленных и гражданских зданий строят из кирпича, блоков, панелей и т. п. В отдельных случаях для отделки стен и заполнения пространств между несущими элементами каркаса применяют стекло, легкие металлы и пластмассу. Некоторые мелкие здания и сооружения возводят еще из дерева, но этот материал для стен является в настоящее время отживающим.

Кирпичные стены, как и стены из других естественных или искусственных камней, все еще широко используются в практике промышленного и гражданского строительства. Для придания надлежащей прочности и устойчивости кладку ведут с перевязкой, т. е. с расположением камней так, чтобы швы в нижнем ряду перекрывались камнями вышерасположенного ряда. Раствор, на котором ведется кладка, обволакивает каждый камень и связывает всю кладку в единый массив. Кирпичные стены возводят из глиняного (обожженного «красного»), силикатного («белого») и шлакового кирпича, толщиной кратной «полукирпичу» (0, 5; 1, 1, 5 и т.д.).

Стены из бетонных (мелкоблочных) камней возводятся так же, как и из кирпича, т. е. методом ручной кладки. В целях экономии ручного труда и повышения производительности труда в настоящее время переходят на такие стеновые материалы, как крупные блоки, панели и т. д.

Крупноблочные стены возводят из бетонных или других блоков весом до 5 т путем монтажа их с помощью кранов. Такие блоки изготовляются на заводах железобетонных конструкций, а доставка на строительство осуществляется специальным транспортом. Установка блоков в стену ведется на цементном растворе с заполнением им же вертикальных швов. Стены из крупных блоков могут работать как несущие элементы здания.

Крупнопанельные стены возводятся из тонких железобетонных или армированных керамзито- и пенобетонных плит, изготовляемых на специальных заводах и навешиваемых к несущему каркасу здания. Такие стены всегда являются не несущими, так как плиты ввиду малой толщины недостаточно прочны для этого.

Покрытия ограждают здание и сооружения сверху и несут нагрузку от снега и дождя. В них различают две основные части: несущую и ограждающую. Несущая часть может состоять из отдельных плоских элементов (балок, ферм, плит и т. п.) или из пространственных конструкций. Последние представляют собой купол пли оболочку и являются не только несущим, но и ограждающим элементом здания.

Междуэтажные перекрытия — важнейший элемент всякого многоэтажного здания. Балки перекрытия опираются на колонны или стены и вместе с ними создают рамы, являющиеся основой всего несущего каркаса здания. Для придания надлежащей жесткости многоэтажному зданию в состав его каркаса вводятся специальные элементы — стальные связи. Это особенно важно в зданиях с навесными панельными стенами, тогда как в стенах из крупных блоков жесткость конструкции обеспечивается самими несущими стенами.

Конструкции таких элементов здания, как кровли, лестницы, двери и окна, перегородки и другие, нами не рассматриваются, так как эти элементы являются второстепенными во взаимодействии сооружения с основанием.

Выбор типа и конструкции промышленного или гражданского здания и сооружения производится исходя, главным образом из его назначения и является результатом специальных проектных проработок.

При этом геологические условия не только принимаются во внимание, но часто являются решающими. Так, решение вопроса о разрезке каркаса или несущей стены осадочными или строительными швами основывается на анализе сжимаемости основания. Наличие большой разнородности (по сжимаемости) основания может потребовать введения большей жесткости конструкции здания или разрезки его на отдельные секции. Особенности геологической обстановки в наибольшей степени определяют выбор типа и конструкции фундамента, а также влияют на решение многих вопросов проектирования надфундаментной конструкции сооружения.