4. Конструктивное решение здания

К основным конструктивным элементам здания относятся: фундаменты, стены, перекрытия, крыша, лестницы, перегородки, окна и двери.

Фундаменты – это часть здания, расположенная ниже отметки спланированной поверхности грунта. Их назначение – передать все нагрузки от здания на грунт основания. В случаях, когда под зданием устраивают подвалы, фундаменты выполняют роль ограждающих конструкций подвальных помещений.

В данной курсовой работе рекомендуется устраивать ленточные фундаменты, которые представляют собой заглубленные в грунт ленты (стенки), устраиваемые под все капитальные стены зданий.

Ленточные фундаменты рекомендуется устраивать из сборных бетонных стеновых блоков и фундаментных железобетонных плит заводского изготовления (см. табл. П.4.3 данных методических указаний).

Верхняя часть фундамента, на которую опирается надземная часть здания, называется обрезом. Нижняя часть фундамента, соприкасающаяся с основанием, называется подошвой фундамента.

Расстояние от спланированной поверхности грунта до подошвы фундамента называется глубиной заложения фундамента Н_зал. Глубина заложения назначается в зависимости от объемно-планировочного и конструктивного решений здания (наличия подвала), величины и характера действующих на фундамент нагрузок, геологических и гидрогеологических характеристик грунта строительной площадки, климатических условий (глубина зимнего промерзания и возможности их пучения при замерзании).

Глубина заложения фундаментов под наружные стены и колонны отапливаемых зданий при непучинистых грунтах не зависит от глубины промерзания. В этих случаях обычно принимают минимальное ее значение под наружные стены 0,7 м, под внутренние – 0,5 м. Если же основание фундамента состоит из пучинистых грунтов, тогда глубину заложения фундаментов назначают в зависимости от нормативной глубины сезонного промерзания глинистых и суглинистых грунтов.

Грунты скальные, крупнообломочные, пески гравелистые, крупные и средней крупности не подвержены пучению, и глубина заложения подошвы фундаментов не зависит от их влажности и глубины промерзания.

Если уровень грунтовых вод в период промерзания грунтов расположен ниже расчетной глубины промерзания более чем на 2 м, то для песков мелких и пылеватых, а также твердых и маловлажных глинистых грунтов глубину заложения фундаментов принимают независимо от глубины промерзания.

При уровне грунтовых вод, находящихся ниже расчетной глубины промерзания (менее 2 м), глубина заложения фундаментов для этих же грунтов, а также глинистых грунтов пластичной и текучей консистенций принимается на 150 мм ниже расчетной глубины промерзания [31].

Если основание состоит из влажного мелкозернистого грунта (песка) мелкого или пылеватого, супеси или суглинка (глины), который при замерзании способен увеличиваться в объеме, то глубина заложения фундамента должна быть не менее расчетной глубины промерзания грунта d_f :

Н_зал ≥ d_f.

Нормативная глубина промерзания грунта d_fn принимается в соответствии с [24, с. 83]. Для г. Омска d_fn=2,2 м.

Расчетная глубина заложения фундамента определяется как [4]

d_f = k_h · d_fn ,

где d_fn – нормативная глубина промерзания грунта; k_h – коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения; k_h = 0,5, если пол первого этажа уложен по грунту; k_h = 0,6, если пол первого этажа уложен на лагах по грунту.

Фундаментные плиты, ширина которых подбирается по расчету, укладываются на песчаную тщательно утрамбованную подготовку толщиной 100 – 150 мм. Фундаментные бетонные блоки и плиты укладываются обязательно с перевязкой вертикальных швов.

Фундаменты здания в первую очередь защищают от прямого воздействия дождевых и талых вод. Для этого по периметру наружных стен устраивают отмостку из бетона, асфальта или плоских камней на слое песка и с подстилкой жирной глины.

В любых грунтах содержится капиллярная влага, которая проникает в тело фундамента и поднимается к зоне сопряжения с конструктивными элементами надземной части здания. Чтобы преградить доступ капиллярной влаги в помещение, на границе контакта фундамента со стенами устраивают гидроизоляцию. По конструктивному решению гидроизоляция бывает горизонтальная и вертикальная.

При отсутствии подвалов горизонтальную гидроизоляцию целесообразно укладывать на 150 – 200 мм ниже уровня чистого пола и выше отмостки. Конструктивно горизонтальная гидроизоляция чаще всего представляет собой два слоя рубероида или толя на мастике, слой асфальтобетона толщиной 10 – 20 мм или слой цементного раствора с отношением ц:п = 1:2 толщиной 20 – 30 мм.

Вертикальную гидроизоляцию устраивают для защиты стен подвалов. Тип гидроизоляции зависит от влажности грунта. При сухих грунтах можно ограничиться двухразовой обмазкой горячим битумом. При сырых грунтах устраивают цементно-известковую штукатурку, после просушки которой производят обмазку битумом за два раза или оклейку рулонными материалами. Как простейшее средство допускается устройство глиняного замка из мятой жирной глины.

Стены – одна из основных структурных частей здания, которая обеспечивает восприятие нагрузок, теплозащиту и звукоизоляцию помещений, отвод атмосферных осадок, а также служит основным архитектурным элементом зданий.

В зависимости от расположения в плане стены разделяются на наружные и внутренние. В зависимости от статической функции стены разделяются на несущие, самонесущие и навесные. Кроме того, стены могут быть однородными и неоднородными.

Наружные стены являются ограждающими конструкциями, которые защищают помещение от неблагоприятных внешних воздействий. Внутренние стены также являются ограждающими конструкциями, защищая помещение в первую очередь от звуковой энергии, т.е. выполняют функции звукоизоляции.

Несущие стены воспринимают нагрузки от собственного веса, ветра, перекрытий и покрытий и передают их на фундамент. Самонесущие стены воспринимают нагрузки от собственного веса стен всех этажей здания и ветра и передают их на фундамент.

Однородные стены по всей своей толщине выполнены из одного материала (например, кирпича). Размер обыкновенного глиняного кирпича 25012065 мм. Толщина однородных кирпичных стен всегда кратна половине кирпича. Кирпичные стены «в кирпич» имеют толщину 250 мм, «в полтора кирпича» – 380 мм, «в два кирпича» – 510 мм и т.д.Неоднородные стены выполняются двух-, трехслойными. В конструкцию неоднородной стены с целью повышения теплозащитных качеств вводится материал с более высокими теплозащитными свойствами.

Возможные варианты конструктивного решения наружных несущих и самонесущих стен представлены в прил. 3 данных методических указаний, это:

• колодцевая кладка из обыкновенного глиняного кирпича на цементно-песчаном растворе;

• кладка из обыкновенного глиняного кирпича на гибких связях;

• облегченная кладка с армированными керамзитобетонными элементами;

• кладка из газобетонных блоков с облицовкой из обыкновенного глиняного кирпича;

• кладка из обыкновенного глиняного кирпича с фасадной теплоизоляцией,

и назначаются в соответствии с результатами теплотехнического расчета.

Внутренние несущие стены однородные, сложены из обыкновенного глиняного кирпича на цементно-песчаном растворе толщиной 380 мм.

Положение капитальных стен в плане определяется разбивочными осями. Конструктивные элементы здания привязываются к разбивочным осям с учетом применения строительных изделий одних и тех же типоразмеров.

Привязку стен к разбивочным осям в зданиях с несущими про­дольными или поперечными стенами следует осуществлять, руковод­ствуясь следующими указаниями [19]:

• геометрическая ось внутренних стен, как правило, совмещается с разбивочными осями;

• внутренняя плоскость наружных несущих стен смещается внутрь здания на расстояние от разбивочной оси, номинально соответствующее половине толщины внутренней несущей стены, кратное 100 мм;

• внутренняя плоскость наружных самонесущих стен совмещается с разбивочной осью.

Расстояние между разбивочными осями несущих стен называется пролетом, размер которого определяется длиной плит перекрытий и назначается от 2,4 до 6,3 м с градацией 300 мм.

Перемычкой называется конструкция, перекрывающая проем в стене сверху и поддерживающая вышележащую кладку. В данной курсовой работе рекомендуется использовать вариант сборных железобетонных брусковых перемычек по серии 1.038.1-1 ГОСТ 948-84, номенклатуру которых см. в табл. П.4.2 данных методических указаний:

• несущих – брусков размером 120220 мм, предназначенных для восприятия нагрузки от собственного веса, вышележащей кладки и плит перекрытия. Минимальная длина опирания на стены – 250 мм;

• ненесущих – брусков размером 120140 мм, предназначенных для восприятия нагрузки от собственного веса и вышележащей кладки. Минимальная длина опирания на стены – 125 мм.

Для наружных стен, выполненных:

• колодцевой кладкой из обыкновенного глиняного кирпича на цементно-песчаном растворе;

• кладкой из обыкновенного глиняного кирпича на гибких связях;

• облегченной кладкой с армированными керамзитобетонными элементами

конструкция перемычек представлена в данных методических указаниях (см. прил. 2 «Ведомость перемычек»). Нередко с целью улучшения эстетических качеств кладки железобетонный брусок в конструкции перемычки со стороны фасада заменяют на прокатный металл.

Для наружных стен, выполненных из обыкновенного глиняного кирпича на цементно-песчаном растворе, конструкция перемычек в отличие от представленных в прил. 2 следующая: брусок из жестких минераловатных плит будет заменен на ненесущие брусковые перемычки размером 120140 мм, выполненные по серии 1.038.1-1, ГОСТ 948-84.

Для наружных стен, выполненных кладкой из газобетонных блоков с облицовкой из обыкновенного глиняного кирпича, перемычки (над газобетонной частью стены) выполняются из армированного легкобетона.

Внутренняя (ненесущая) стена, имеющая ограждающие функции и функции звукоизоляции, называется перегородкой. Перегородки делят внутреннее пространство здания на отдельные помещения, не имеют фундаментов и устанавливаются непосредственно на перекрытие.

К перегородкам предъявляются требования звукоизоляции от воздушного шума и огнестойкости, они должны быть водонепроницаемыми, иметь низкие трудозатраты при изготовлении и монтаже.

В курсовой работе перегородки необходимо проектировать в зависимости от назначения и формы помещения здания. В помещениях сложной формы рекомендуется закладывать каркасно-обшивные перегородки с использованием ГКЛ (гипсокартонных листов) или же перегородки из легкобетонных блоков СИБИТ толщиной до 100 мм. В мокрых и влажных помещениях перегородки должны быть влагостойкие – кирпичные толщиной 120 или 65 мм. В помещениях, не освещенных естественным светом, целесообразно использование перегородок из стеклоблоков.

Перекрытия – горизонтальные несущие и ограждающие конструкции, воспринимающие вертикальные и горизонтальные силовые воздействия и передающие их на несущие стены или каркас. Перекрытия разделяют внутреннее пространство здания по горизонтали. В зависимости от их расположения различают перекрытия:

• междуэтажные – между двумя смежными по высоте этажами;

• чердачные – между верхним этажом и чердачным пространством;

• подвальные – между первым этажом и подпольем.

Функции перекрытий как ограждающих конструкций зависят от их расположения в здании. Междуэтажные перекрытия являются внутренними ограждениями и их основная функция – звукоизоляция. Перекрытия чердачные, подвальные являются наружными ограждениями, их основная функция – теплоизоляция ограждаемых помещений.

В зданиях до трех этажей перекрытия могут выполняться по деревянным балкам, но поскольку пролет балок ограничен 4 – 4,5 м, они обладают недостаточной огнестойкостью, малым сопротивлением загниванию, трудоемки в изготовлении. В первой курсовой работе по архитектуре предлагается выполнить перекрытия из сборных железобетонных пустотных панелей серии 1.141-1 (см. табл. П.4.1 данных методических указаний).

Жесткость горизонтальных дисков перекрытия и всего здания в целом обеспечивается: жесткой заделкой на растворе и с помощью анкерных креплений плит перекрытий в стены и их скреплением между собой за петли с помощью анкеров (арматура d = 6мм), расположенных на расстоянии, не превышающих 3 м. Кроме того, замоноличиванием швов между плитами, что одновременно увеличивает звукоизоляцию перекрытия.

При выполнении схемы расположения плит перекрытий необходимо выполнять следующие требования:

• минимальная длина опирания плит на стену – 120 мм;

• во избежание продавливания опорных зон плит вышележащей кладкой торцы плит заполняются бетоном на глубину опирания;

• плита перекрытия может опираться на кладку максимально на 50–70 мм по своей боковой стороне.

Крышей называют часть здания, ограждающую его сверху. Крыши обеспечивают восприятие нагрузок, защиту от атмосферных осадков, необходимую теплозащиту и являются архитектурным элементом здания.

Крыши бывают скатные и плоские. Скатные крыши состоят из несущих элементов (стропильная система) и кровли (рубероид, шифер, черепица и др.). Основные формы чердачных скатных крыш, используемых в курсовой работе, см. в [29, с. 91]. Для освещения и вентиляции чердачного пространства на крыше должны быть предусмотрены слуховые окна, расположенных на расстоянии 1 – 1,2 м от верха утеплителя чердачного перекрытия.

Основные элементы стропильной системы крыши – это лежень, мауэрлат, стойка, коньковый прогон, стропильная нога, подкос, схватка.

Конструкция стропил зависит от формы крыши, наличия и расположения внутренних опор, величины перекрываемого пролета и расположения чердачного перекрытия.

В большинстве гражданских зданий имеются внутренние опоры, расположенные через 4 – 7 м, на которые и опирается чердачное перекрытие. В этих случаях, как правило, применяются наиболее простые, так называемые наслонные стропила, элементы которых работают, как балки. Наслонные стропила выполняются в большинстве случаев из дерева. Основным элементом их являются стропильные ноги, укладываемые вдоль ската и поддерживающие обрешетку.

Нижние концы стропильных ног опираются на наружные стены через укладываемый по стене продольный брус, называемый мауэрлатом. Верхние концы стропильных ног поддерживаются системой стоек и подкосов, передающих нагрузку на внутренние стены и столбы. Подкосы и стойки, кроме того, должны обеспечивать жесткость всей крыши. Расстояние между стропильными ногами назначается от 1,2 до 2,0 м, соответственно применяемым типам обрешетки. Чтобы избежать большого числа подкосов и стоек, часто стропильные ноги опирают на продольные балки – прогоны, которые через 3,0–4,5 м поддерживаются подкосами и стойками. Такое решение неизбежно, если здание не имеет внутренних стен, столбы же расставлены редко. Прогоны могут быть расположены или только под коньком крыши, или сбоку под стропильными ногами (боковые прогоны).

Для уменьшения рабочего пролета стропильных ног ставятся подкосы, воспринимающие сжимающие усилия. Иногда подкосы ставят для увеличения жесткости всей системы стропил; в этом случае их называют подкосами жесткости.

Для восприятия распора, возникающего в некоторых конструкциях наслонных стропил, ставятся ригели (повышенные затяжки). Ригели ставятся также для увеличения жесткости всей системы стропил, в этом случае их называют ригелями жесткости.

Стропильные ноги опираются на мауэрлат, распределяющий сосредоточенную нагрузку от стропил равномерно вдоль всей наружной стены. В каменных зданиях при частой расстановке стропил, а при стенах из малопрочных материалов независимо от расстояния между стропильными ногами мауэрлаты укладываются по всему периметру наружных стен. В местах примыкания к кирпичной кладке мауэрлат с двух сторон опиливается. Все места соприкасания мауэрлата с кладкой следует антисептировать, а между кладкой и мауэрлатом прокладывать изоляционную бумагу или толь.

Чтобы мауэрлаты и концы стропильных ног были доступны для осмотра, нижняя поверхность мауэрлата должна отстоять от верха чердачного перекрытия не менее чем на 35 – 50 см. В пролете между наружными стенами стропильные ноги опираются на один или несколько продольных прогонов, которые являются основными продольными элементами наслонных стропил.

Скатные крыши малоэтажных зданий обычно имеют свободный сток воды по периметру свесов крыши.

Выбор уклона крыши зависит от климатических условий и материала кровли [24, с. 108].

Кровля. Основное назначение кровли – изоляция чердачного помещения от атмосферных осадков и ветра. Для устройства кровли применяются различные материалы:

• металлическую кровлю, которая выполняется из оцинкованных или черных листов кровельной стали стандартных размеров: шириной 510 – 710 мм, длиной 710 – 3000 мм, толщиной от 0,25 до 2 мм. Листы соединяют между собой с помощью фальцев, которые бывают двух типов – стоячие и лежачие. Стоячие располагают вдоль скатов крыши, лежачие – поперек и в ендовах. Лежачие фальцы загибают в направлении стока воды, при небольших уклонах и в ендовах их делают для надежности двойными. Листы кровельной стали с заранее отогнутыми краями (т.н. «картины») укладывают на обрешетку крыши следующим образом. На расстоянии, равном длине картины, укладывают доски 50200 мм, на которых картины скрепляются с помощью лежачего фальца. Между досками устанавливают обрешетку из брусков с шагом 250 – 300 мм. В ендовах и у карнизного свеса на всей его длине обрешетку выполняют из досок без зазоров. Это делается для предотвращения срыва кровли ветром (на карнизном свесе) и для тщательной заделки кровли в ендове. Точно так же выполняют обрешетки при многих других типах кровель. Кровлю крепят к обрешетке кляммерами. Это узкая полоска кровельной стали, один конец которой прибивается под кровлей к обрешетке, другой запускается в стоячий фальц. Таким образом, никаких отверстий для крепежных изделий в листах кровли не делается. Для образования и закрепления свеса кровли к обрешетке через 700 мм прибивается Т-образный костыль из полосовой стали. Он имеет вынос на 100 мм от обрешетки, под который подгибают кровельную сталь с образованием капельника. Удобство использования кровельной стали в том, что ей можно придать разные формы, что она имеет небольшую массу, и в том, что обеспечивает надежную гидроизоляцию даже при уклонах 12 – 15%. Не случайно при многих других видах кровли ответственные места (ендовы и т.п.) выполняют из кровельной стали;

• кровлю из асбестоцементных волнистых листов. Листы бывают нескольких типов, отличающихся размерами: обыкновенного профиля (высота волны 30 мм, толщина 5,5 мм, длина 1200 мм, ширина 686 мм), усиленного (соответственно 50, 8, 2800 и 1000 мм), среднего и унифицированного профилей (соответственно 45 – 54, 6 – 7,5, длина 1750, 2000 и 2500 мм, ширина 980, 1125, 1300 мм). В малоэтажном строительстве в основном применяют листы обыкновенного, среднего и унифицированного профилей. Усиленный профиль также изредка применяется в случаях устройства железобетонных стропил при большом шаге обрешетки (до 1360 мм). Листы укладывают по обрешетке из брусков 5050 мм (с шагом 370 – 525 мм и более) с напусками: внахлестку поперек ската на 0,5 волны и вдоль ската. Величина нахлестки вдоль ската зависит от уклона кровли: при уклоне 33% – не менее 100 – 120 мм, а при меньшем уклоне – не менее 200 мм. Крепление плит осуществляется оцинкованными шурупами или гвоздями с антикоррозийной шляпкой через отверстия, рассверленные в гребне волны. Под шляпкой эластичные шайбы из резины или рубероида предохраняют кровлю от протечек. Конек покрывают специальными фасонными элементами или досками;

• кровлю из плоских асбестоцементных листов устраивают по сплошной или разреженной (с зазором 10 – 20 мм) обрешетке из досок толщиной 25 мм. Рядовые плитки имеют размеры 400400 мм и 300300 мм. Кроме того, применяют одновременно краевые, фризовые и коньковые плитки. Плитки крепят к настилу гвоздями, а между собой – с помощью специальных противоветренных кнопок и скоб;

• черепичные кровли наиболее долговечны. Область применения этих кровель ограничена допустимым уклоном – не менее 30 – 45° в зависимости от вида черепицы. Обрешетку выполняют из брусков сечением 5050 мм или 5060 мм с шагом, соответствующим размеру черепицы, с учетом ее напуска (330, 260 мм и т.п.);

• металлочерепичные кровли изготавливают методом роликовой обработки из оцинкованной стали с полимерным покрытием. Стальные листы подвергаются поперечному штампованию, создающему объемный рисунок – под черепицу. Крепеж листа осуществляется при помощи саморезов к обрешетке, выполняемой из досок, шириной 10 – 150 мм. Доска, выходящая на карниз, должна быть на 10 – 15 мм толще. Расстояние между досками обрешетки соответствует шагу профиля металлочерепицы – 350 – 400 мм. Доски обрешетки крепят гвоздями к стропилам или контробрешетке, а на коньке и в ендовах укладывают сплошной настил. Листы металлочерепицы крепят саморезами с уплотнительными резиновыми прокладками в гребень волны листа;

• мягкие кровли выполняют из материала (картон, целлюлоза, полиэфирные волокна, стеклоткань), служащего основой для последующей пропитки его окисленным битумом. По конструктивному исполнению мягкие кровельные материалы разделяют на рулонные, наборные и листовые. Для мягкой кровли устраивают сплошной настил из досок 25100 (25150) мм или из водостойкой фанеры.

Полы являются конструктивным элементом, который постоянно подвергается эксплуатационным воздействиям. Полы в помещениях первого этажа предлагается выполнить по грунту, в помещениях второго этажа – по плитам перекрытия. В курсовой работе могут быть использованы монолитные полы, полы из штучных и рулонных материалов. В качестве покрытия пола могут быть использованы линолеум, поливинилхлоридные плитки, ламинат, паркет штучный или щитовой, ковровое покрытие. В санузлах и ванных комнатах, в других помещениях, подверженных воздействию жидкости, конструкция полов должна быть водостойкой и водонепроницаемой с обязательным устройством гидроизоляционного слоя из рубероида или двух слоев полиэтиленовой пленки от воздействия сточных вод и с обязательным заведением этого слоя на стены на высоту не менее 300 мм. Керамическая плитка может быть предложена в качестве покрытия в помещениях тамбура и крыльцах, а, кроме того, на кухнях при условии устройства конструкции «теплого» пола (водяного или электрического). Типы полов жилых зданий и примеры конструкций полов см. в [6], [24, с. 92–94].

Окна устраиваются для освещения и проветривания (вентиляции) помещений. Основные требования к окнам – пропускать свет в помещения, создавать необходимые теплозащитные качества и воздухопроницаемость.

Окна состоят из оконных коробок и оконных переплетов. В большинстве случаев оконные блоки выполняются из поливинилхлоридных профилей, деревянные с двойным или тройным остеклением. В курсовой работе конструкция окон назначается в соответствии с результатами теплотехнического расчета.

Входные двери – утепленные (назначаются в соответствии с [14]), ширина входных однопольных дверей – 1 м, двупольных –

1,3 м. Внутриквартирные двери назначаются в соответствии с [13], однопольные – шириной 0,9 м и 0,7 м (санузловые), двупольные – шириной 1,3, 1,5 м. Высота дверей – 2,1 м. Двери могут быть остекленные и глухие в зависимости от назначения помещений.