Здания и их устойчивость при пожаре / Roytman - Zdaniya i ikh ustoychivost pri pozhare 2013

В основном фермы работают на изгиб под действием внешней вертикальной нагрузки, как правило, приложенной в узлах. При этом верхние пояса работают на сжатие, нижние – на растяжение, а элементы решетки (раскосы, стойки) в зависимости от сочетания действующих внешних нагрузок – на растяжение или сжатие. В своей плоскости ферма является жесткой конструкцией, а устойчивость ее элементов из плоскости фермы обеспечивается системой связей и элементами покрытия.

Наиболее распространенными в практике строительства являются фермы, элементы которых выполнены из парных стальных прокатных уголков или из труб.

Элементы верхних поясов и элементов решетки рассчитываются на сжатие из условий прочности и устойчивости.

Растянутые элементы нижнего пояса и решетки рассчитываются на прочность. Гибкость сжатых и растянутых элементов фермы не должна превышать предельного значения, приведенного в учебнике [4]. Расчетом на прочность проверяютсяузловыесоединенияотдельныхэлементовконструкции.

Колонны служат для передачи эксплуатационной нагрузки от вышерасположенных конструкций покрытия и перекрытия через фундаменты на грунт. Колонна состоит из трех основных частей (рис. 2.42, а): оголовка, на который опираются вышележащие конструкции; стержня, воспринимающего нагрузки; базы, передающей давление колонны на фундамент.

Металлические колонны изготавливаются из стали. Алюминиевые сплавы из-за их низкого модуля упругости применяются для малонагруженных колонн в сборно-разборных зданиях.

Различают колонны с постоянным и переменным (ступенчатым) по высоте сечением; сплошным и сквозным сечением (рис. 2.42, а, б). По способу изготовления колонны делятся на сварные и клепаные.

Колонна, воспринимающая усилие от нагрузок, приложенных в центре тяжести сечения, называется центрально-сжатой (рис. 2.42, в).

Если продольная сила не совпадает с центром тяжести сечения или к стержню приложены поперечные нагрузки (ветер, тормозные усилия от крана), то кроме сжатия возникает поперечный изгиб и колонна, работающая на внецентренное сжатие, называется внецентренно сжатой (рис. 2.42, г). Сплошные и сквозные колонны, имеющие стержни постоянного сечения, наиболее распространены при центральном сжатии. Поперечные сечения сплошных центрально-сжатых колонн показаны на рис. 2.42, д.

Широко применяются двутавровые сечения, выполненные из прокатного обычного и широкополочного профилей, а также сварные, выполненные из отдельных элементов.

71

Стержни сквозных колонн состоят из двух или более ветвей (рис. 2.42, е), которые соединяются между собой системой планок или ре-

шеток (рис. 2.42, б–г, е).

N Оголовок
	N
		Решетка
Стержень
		(планки)
		M
		QsQs
База

а

N

Решетка (раскосная)

в

		б
e		y	y	y	y
N	х		х	х	х	х
	Решетка	y	y	д y	y
(треугольная)			y		y
	lef	х		х		х
		е	y		y
г			Планки или решетка

Рис. 2.42. Колонны:

а– центрально-сжатая сплошного постоянного по высоте сечения;

б– центрально-сжатая сквозного постоянного по высоте сечения;

в– ступенчатая центрально-сжатая; г – ступенчатая внецентренно сжатая;

д– типы сечений сплошных колонн; е – типы сечений сквозных колонн

Кплоскостным распорным конструкциям относят арки и рамы. Арка представляет собой конструкцию криволинейного очертания.

Стальными арками перекрываются пролеты от 30 до 150			м.
По очертанию различают арки: пологие параболические (с отношени-
ем высоты	подъема к	пролету ƒ / l = 1/4–1/8);	прямолинейные
(ƒ / l = 1/5–1/6);	полукруглые,	подъемистые и стрельчатые (ƒ / l ≤ 1/2)
(рис. 2.43).

72

5

f1	≥ 1/15l	4

3 R2

R1

2

1

l

	= (1/2÷1)l
	1	4
	R f
	= 1/2l =
	3
	f
l	(1/5÷1/6)l	l
(1/6÷1/8)	f
	=
	2
=		2
1		=
f		5
		f

Рис. 2.43. Типы арок по их очертанию:

1 – пологая параболическая; 2 – прямолинейная; 3 – полукруглая; 4 – подъемистая; 5 – стрельчатая

По статической схеме арки подразделяются на трехшарнирные, двухшарнирные и бесшарнирные (рис. 2.44).

а

б

в

Рис. 2.44. Типы арок по статической схеме их работы: а – трехшарнирная; б – двухшарнирная; в – бесшарнирная

Сечение арок может быть как сплошное, так и сквозное (рис. 2.45).

h / l = 1/50–1/80				h / l = 1/30–1/60
Fh		Fh	Fh	Fh
Fv1	l ≤ 60 000	Fv2	Fv1	l ≤ 60 000–150 000 F
				v2

Рис. 2.45. Конструктивные схемы и типы сечений двухшарнирных арок: а – сплошных; б – сквозных

73

Прочность сплошного сечения в плоскости арки проверяется на внецентренное сжатие, а из плоскости – на сжатие из условия устойчивости. Сплошные двутавровые сечения проверяются на местную устойчивость стенки и свесов сжатой полки.

Сечения сквозных арок рассчитываются аналогично сечениям ферм. При этом усилия в поясах определяются от действия изгибающего момента и нормальной силы.

Мембранные покрытия являются частным случаем висячих конструкций, работающих на растяжение, что является наиболее благоприятным напряженным состоянием для металла. Распор воспринимается опорным контуром. Особенностью мембраны является то, что она совмещает несущие и ограждающие функции и представляет собой висячую оболочку, выполненную из тонколистового металла – стали или алюминиевого сплава. Мембраны позволяют перекрывать пролет до 200 м притолщине листа 2 мм.

Мембранные покрытия применяются для большепролетных зрелищных сооружений, например, при строительстве универсального стадиона на проспекте Мира в Москве. Размеры пролетов мембраны, перекрывающей эллиптический план стадиона, равны 224 и 183 м (рис. 2.46).

1

	f = 12,5 3 δ = 5 мм
2,5	30	2
	224

10

6

183

Рис. 2.46. Мембранное покрытие Олимпийского универсального стадиона на проспекте Мира в Москве:

1 – опорное железобетонное кольцо (5×1,75 м); 2 – висячие стальные фермы высотой 2,5 м, придающие изгибную жесткость в радиальном направлении; 3 – мембрана толщиной δ = 5мм

74

Листовые конструкции представляют собой различные сооружения типа оболочек, основой которых являются плоские или изогнутые металлические листы. Такие конструкции применяются для хранения, транспортирования, переработки жидкостей, газов и сыпучих материалов.

Наземные вертикальные цилиндрические резервуары постоянного объема применяются для хранения нефти и нефтепродуктов с низкой упругостью паров (керосин, газолин, дизельное топливо и др.) с внутренним давлением до 0,002 МПа, поэтому их называют резервуарами низкого давления (рис. 2.47).

1 000
820		11 845
11
	22 790	б

а

Рис. 2.47. Вертикальный цилиндрический резервуар низкого давления: а – конструктивная схема; б – схема монтажа

Для хранения нефтепродуктов с высокой упругостью паров (бензин, нефть и др.) применяются резервуары с повышенным давлением до 0,2 МПа.

Резервуары повышенного давления имеют криволинейное очертание, что усложняет их конструкцию (рис. 2.48).

75

D = 3 242 D = 3 242

а

10 490

в

						= 10 496
			160	4 800
			5
	5 600	12 230	200
50
		50
			5
	12 230		б	1 300	1 500	7 900
					12 000	15 000
	18 454		г			36 000

Рис. 2.48. Резервуары повышенного давления:

а– горизонтальный цилиндрический; б – шаровой;

в– каплевидный; г – многоторовый

2.4.Деревянные конструкции

Всвязи с большими запасами древесины на территории нашей страны этот строительный материал является одним из самых распространенных. Увеличение темпов строительства требовало перехода к индустриальным методам изготовления деревянных конструкций. Развитие химической промышленности способствовало разработке синтетических водонерастворимых клеёв, позволяющих изготовлять индустриальные деревянные клеёные конструкции (ДКК).

Такие возможности ДКК при индустриальном изготовлении, как варьирование качества досок (по сортам) при формировании клеёного пакета; снижение влияния пороков при изготовлении клеёных конструкций на прочность и деформативность древесины; возможность создания элементов конструкций различных размеров сечения и длины, а также большая несущая способность ДКК в условиях пожара за счет их мощных сечений определяют преимущества этих конструкций по сравнению с неклеёными (из цельной древесины), выполненными из брусьев или досок. Наиболее выгодно применять деревянные конструкции в тех случаях, когда полностью используются такие качества древесины, как ее стойкость в агрессивной среде, малая объемная масса и возможность высокой механизации работ по обработке древесины.

76

Практика применения деревянных конструкций показала, что в зданиях с агрессивной средой эти конструкции служат в 4–5 раз дольше, чем железобетонные. При изготовлении конструкций из древесины значительно снижаются энергозатраты по сравнению с металлическими в 8–10 раз и в 3–4 раза по сравнению с железобетонными конструкциями [15].

Эти положительные качества древесины как конструкционного материала и определяют область применения деревянных конструкций в отечественном строительстве: строительство зданий сельскохозяйственного назначения; складов минеральных удобрений; промышленных зданий с повышенной агрессией среды; большепролетных зданий общественного назначения; малоэтажных, каркасных и щитовых домов.

Для производства деревянных конструкций используется в основном древесина сосны и ели, а клеефанерные конструкции изготовляются с применением водостойкой фанеры, выполненной из березового шпона. В зависимости от пороков (трещины, сучки и т. д.) различают древесину 1-, 2- и 3-го сортов.

К ограждающим деревянным конструкциям индустриального изготовления, применяемым в отечественном строительстве, относятся плиты покрытий и панели стен.

Вкачестве несущих деревянных конструкций используются: клеёные и клеефанерные балки с постоянной или переменной высотой сечения; металлодеревянные фермы; распорные плоскостные конструкции,

ккоторым относятся арки и рамы; пространственные конструкции в виде сводчатых и купольных покрытий.

ВРоссии были построены такие крупные объекты с применением ДКК, как спортивно-зрелищное здание в Архангельске (пролет 63 м); крытый каток в Твери (пролет 58 м); склад минеральных удобрений в морском порту Санкт-Петербурга(пролет 63 м и высотав коньке арок45 м) и др.

Однако известно, что древесина является горючим материалом, поэтому применение деревянных конструкций увеличивает пожарную нагрузку в здании, а распространение огня по конструкциям способствует увеличению очага пожара, что затрудняет организацию его тушения и эвакуацию людей из здания. В качестве примера можно привести пожар в здании спортивного манежа «Трудовые резервы» в Минске, в результате которого клеёные несущие конструкции потеряли свою несущую способность через 25–30 мин после начала пожара.

Всвязи с увеличением объемов строительства зданий с применением деревянных конструкций работники Государственной противопожарной службы МЧС России уделяют большое внимание вопросам совершенствования нормирования требований пожарной безопасности, оценки пределов огнестойкости таких конструкций и вопросам их огнезащиты [3].

77

3.Здания и сооружения: общие сведения

3.1.Объемно-планировочные решения зданий различного назначения

3.1.1.Общие принципы объемно-планировочных решений зданий

Объемно-планировочным решением здания называется объединение помещений избранных размеров и формы в единую композицию.

Основой объемно-планировочного решения является происходящий

вздании функциональный процесс. По характеру эти процессы весьма разнообразны: производственный процесс, основанный на определенной технологии; процесс обучения и воспитания детей, подчиняющийся определенному режиму; процесс, связанный с бытом или отдыхом людей, и т. д.

От характера процесса зависят количество участвующих в нем людей, необходимое для его организации оборудование, требуемое благоустройство и другие элементы. Совокупность элементов, составляющих процесс, определяет габариты и форму помещений, способы их взаимосвязи и порядок размещения в объеме здания.

Процессы отличаются не только по характеру, но и по сложности организации. Функциональный процесс, происходящий в жилом доме, отличается от протекающих в большинстве общественных зданий функ- ционально-технологических процессов, складывающихся зачастую из нескольких сливающихся воедино процессов (например, процесс подготовки и организации театрального действия и зрелищный процесс в театре) или существующих параллельно (работа зрительного зала, библиотеки

вдоме культуры).

Вцелях создания оптимального объемно-планировочного решения функциональные процессы приводят в определенную систему, которая устанавливает, как должны быть взаимосвязаны между собой отдельные помещения или группы родственных по назначению помещений, обеспечивающие последовательность развития процесса. Графически система взаимосвязей помещений может быть представлена в виде функциональной (технологической) схемы, на которую условно в виде прямоугольников или квадратов наносят помещения и указывают связь между ними (рис. 3.1).

Набор размещаемых в зданиях типов помещений ограничен. Это основные, вспомогательные, обслуживающие и коммуникационные помещения. К последним относятся входные узлы, коридоры, галереи, переходы, холлы, лестничные клетки.

78

Зал

Киноап-

паратная

Эстрада

Буфет

Входной

вестибюль

Админи-

Санузлы

страция

Касса

Дирекция

а

Обеденный зал

Полуфабрикаты

Административные помещения

Доготовочная- Склад

Обеденный

зал

Технические помещения

Отходы

б

Рис. 3.1. Функциональные схемы помещений:

а– функциональная схема помещений театра;

б– функциональная схема помещений предприятия общественного питания

Объединение помещений в единую композицию в объеме здания осуществляется по схеме, которая называется планировочной. Планировочная схема разрабатывается при проектировании любого здания, поэтому число схем не ограничено. Но в любой из них можно найти элементы четырех основных планировочных схем: коридорной (галерейной), секционной, анфиладной, зальной (рис. 3.2).

В коридорной схеме (рис. 3.2, в) помещения объединяют коридором и располагают относительно него с одной или двух сторон или по периметру. Такая схема применяется при проектировании общежитий, гостиниц, больниц, домов отдыха.

79

а

в

б

г	д

Рис. 3.2. Планировочные схемы зданий:

а– анфиладная (прямоугольная); б – анфиладная (центрическая); в – коридорная;

г– зальная; д – смешанная

Вгалерейной схеме (вариант коридорной схемы) (рис. 3.3) помещения располагают по одну сторону открытой в окружающую среду галереи. Схема получила распространение при проектировании гражданских зданий в районах с жарким климатом.

Секционная схема (рис. 3.3, а), представляющая собой сочетание изолированных и, как правило, одинаковых по планировке отсеков – секций, является основной при проектировании жилых домов.

Анфиладная схема (рис. 3.2, а, б), в которой помещения, расположенные одно за другим, соединяются через дверные проемы, размещаемые, как правило, на одной оси, находит применение при проектировании музеев, выставочных залов, некоторых магазинов.

При зальной схеме (рис. 3.2, г) имеется одно помещение больших размеров (зальное), которое располагают обычно в центре здания, и помещения меньших размеров, которые группируют вокруг зального. Одноили многозальная планировочная схема используется при проектировании театров и кинотеатров, рынков, торговых центров, спортивно-зрелищных предприятий, промышленных и сельскохозяйственных объектов.

80