Текст-лекций

каркасную, т. е. смешанную (нагрузки воспринимаются внутренним каркасом и несущими наружными стенами).

В полнокаркасных зданиях колонны устанавливаются во всех точках пересечения осей планировочной схемы. В систему горизонтальных связей между колоннами входят фундаментные балки, ригели, прогоны, диафрагмы жесткости. Горизонтальные связи используют для опирания на них элементов перекрытий. Промежутки между колоннами заполняются каменной кладкой или сборными элементами.

Шагом колонн принято называть расстояние между осями колонн в продольном направлении. В жилых зданиях шаг колонн составляет 4; 3,6; 3,2; 2,8; 2,4 м; в школах и больницах он (шаг) соответствует расстоянию между поперечными стенами. Пролет – это расстояние между осями колонн в поперечном направлении. В жилых зданиях он составляет 6,0; 5,6; 5,2; 4,8; 4,4 м; в школах и больницах – 6,4; 6; 5,6; 6,2 м.

К основным элементам каркаса относятся: фундаменты, фундаментные балки, колонны, диафрагмы жесткости, балки и связи.

Существуют следующие схемы железобетонных каркасов:

одноэтажные колонны и двух-пролетные балки;

двухэтажные колонны и однопролетные балки;

П-образные рамы, Н-образные рамы, Г-образные и тавровые колонны и балки-вставки, Н-образные рамы при однопролетной консольной схеме.

Самая распространенная схема – каркас с двухэтажными колоннами и одно-пролетными балками. Недостаток варианта каркаса с одно этажными колоннами и двух-пролетными балками заключается в том, что опирание балок в нем осуществляется на три точки, что при разной высоте колонн может вызвать перекос каркаса и большое число вертикальных стыков.

1.7.КОЛОННЫ КАРКАСА

Колонны каркаса – это основные опорные элементы. В зависимости от материала, из которого изготовлен каркас, он может быть железобетонный (сборный или монолитный), металлический из прокатных профилей, из асбестоцементных труб, заполняемых монолитным бетоном, из кирпичных столбов (неармированных или армированных). В жилых и общественных зданиях применяют унифицированный сборный железобетонный каркас (рис. 2).

Диафрагмы (стенки жесткости) выполняют в виде сплошно го или решетчатого элемента пространственной конструкции из монолитного или сборного железобетона и располагают их между колоннами каркаса, чтобы придать ему пространственную жесткость в поперечном направлении.

11

Рис. 2. Схемы жилых и общественных зданий:

а – с поперечными рамами каркаса; б – с пространственными рамами каркаса; в – с продольными рамами каркаса

Балки (ригели, прогоны) – это горизонтальные конструктивные связи (из сборного железобетона или металла), которые располагают вдоль или поперек здания для восприятия ими горизонтальных и вертикальных нагрузок. В каркасных зданиях балки опирают: непосредственно на колонну («платформенный стык»), в прорезь колонны («вилочное соединение») или на консоли колонн.

Последний способ опирания – самый простой для монтажа, но он не отвечает эстетическим требованиям.

12

1.8.ВНУТРЕННИЕ СТЕНЫ

Вбескаркасных зданиях стены являются одновременно несущими и ограждающими конструкциями. В этих зданиях вертикальные нагрузки воспринимаются стенами, а горизонтальные – перекрытиями и поперечными стенами. Наличие в подобных зданиях продольных и поперечных стен из кирпича или крупных блоков требует больших затрат труда на их кладку, что не всегда является экономически оправданным. Бескаркасные здания монтируют также из крупных стеновых панелей и плит перекрытий размером на комнату. В зданиях из крупных панелей вертикальные нагрузки воспринимаются поперечными и продольными несущими стенами, ветровые нагрузки – перекрытиями и поперечными стенами. В крупнопанельном домостроении самая эффективная схема бескаркасного здания – схема с внутренними несущими поперечными стенами.

Внеполнокаркасных зданиях применяют внутренний каркас и не-

сущие наружные стены (рис. 3). Внутренние стены устраивают только в тех местах, где они необходимы для создания устойчивости наружных стен, для ограждений лестничных клеток, размещения вентиляционных каналов.

Рис. 3. Схема здания из объемно-пространственных блоков: а – блок на две комнаты; б – блок на одну комнату

Эта схема получила широкое распространение, так как замена внутренних несущих стен колоннами с системой ригелей дает увеличение полезной площади помещений, экономию материалов, а также снижение стоимости строительства таких зданий.

13

Если в каркасном здании между колоннами устанавливают панели, то здание называется каркасно-панельным. Неполнокаркасная схема чаще применяется при проектировании жилых и общественных зданий.

Нередко жилые здания собирают из блок-коробок размерами на од-

ну-две комнаты (см. рис. 3). Такие блоки изготавливают монолитными или из сборных панелей, соединяемых сваркой закладных деталей. Здания из объемно-пространственных блоков обладают большой жесткостью.

Производственные здания строят одноэтажными, многоэтажными и смешанной этажности, однопролетными и малопролетными (с одним или несколькими пролетами). При проектировании одно- и многоэтажных

производственных зданий чаще применяют полнокаркасную схему, так как в подобных зданиях наблюдаются значительные нагрузки от массы технологического оборудования и мостовых кранов.

Одноэтажные производственные здания имеют ряд характерных особенностей: большие пролеты между рядами колонн; большие и высокие помещения; подъемно-транспортные устройства, расположенные внутри здания; бесчердачные покрытия, позволяющие освещать помещения производственного назначения через фонари. В одноэтажных производственных зданиях несущий остов должен обладать большой пространственной жесткостью из-за сосредоточенных нагрузок от несущих элементов покрытия и динамических нагрузок от кранового оборудования. Поэтому одноэтажные здания решаются, как правило, по каркасной схеме (рис.4). В современном промышленном строительстве большое распространение получили многопролетные здания, позволяющие использовать большие производственные площади».

Рис. 4. Поперечный разрез одноэтажного производственного здания

14

Размеры пролетов в здании назначают кратными в метрах и принимают равными в бескрановых зданиях (при отсутствии мостовых кранов) и 18, 24, 30 и 36 м; в зданиях с мостовыми или подвесными кранами – 36 м. По технологическим требованиям ширина пролетов может быть более 36 м. В массовом промышленном строительстве наиболее распространены пролеты 18 и >24 м.

Высоту помещений, т. е. расстояние от уровня пола до низа несущей конструкции покрытия, принимают кратной 0,6 м (или 3 м). Здания смешанной этажности можно монтировать из отдельных частей, которые изготавливают на заводе или полигоне, а собирают на монтажной площадке. Стальные фермы объединяют попарно в пространственный блок, раскрепленный постоянными (жесткий блок) или временными (гибкий блок) связями. Для укрупнения конструкций используют специальные стенды и кондукторы.

1.9.ТИПОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Строительство здания или сооружения возможно лишь при наличии утвержденного проекта. В состав проектной документации входят чертежи, расчетно-пояснительная записка, смета, проекты организации строительства и производства работ и другие материалы. Исходным документом для создания проекта является задание на проектирование. В задании должны быть определены назначение и объем здания, этажность, состав помещений и их размеры, архитектурно-художественные требования, основные строительные материалы и конструкции, виды санитарнотехнического оборудования.

Строительство зданий ведут по индивидуальным и типовым про-

ектам. Индивидуальным называют проект, предназначенный для возведения только одного здания. По таким проектам строят общественные уникальные здания (музеи, театры и т. п.) или производственные здания и сооружения особого назначения и с новыми технологическими процессами.

Типовым называют проект, осуществленный по планировочному и конструктивному решениям и предназначенный для многократного использования. По типовым проектам возводят жилые дома, школы, детские учреждения и т. п. Типовой проем разрабатывают применительно к географическому району строительства, но без ориентировки на определенное место строительства. Поэтому в дальнейшем перед применением типовой проект привязывают к конкретному участку (рельефу, грунтам основания, инженерным сетям). Привязка типового проекта заключается в разработке проекта фундаментов, присоединений к сетям водоснабжения, канализации, теплофикации и т. п.

Использование типовых проектов уменьшает затраты и время на проектирование и повышает их качество. По методике типового проектирования

15

разрабатываются не только типовые здания, но и типовые секции, ячейки, квартиры.

Типизация конструктивных элементов зданий и сооружений является важным звеном в индустриализации строительства. Типизацией называются разработка и отбор отдельных конструкций и целых зданий и сооружений с лучшими технико-экономическими показателями для многократного повторения.

При типизации необходима унификация конструкций, т. е. приведение разнообразных типовых конструкций к небольшому количеству взаимозаменяемых видов. Это упрощает и удешевляет производство конструкций и деталей и их монтаж. Унификация объемно-планировочных решений зданий и сооружений, например, установление единой высоты этажей, одинаковых размеров пролетов, шага колонн, проемов для окон и дверей, дает возможность широко внедрять типовые конструкции.

1.10.ЕДИНАЯ МОДУЛЬНАЯ СИСТЕМА

Размеры унифицированных конструкций увязаны с размерами зданий и сооружений и их элементов, что стало возможным в результате создания в России Единой модульной системы (ЕМС). Основой модульной системы является принцип кратности размеров единой величине, называемой «мо-

дулем». В качестве основного «модуля» в России установлен модуль 100 мм. Иногда применяют укрупненный модуль, «кратный 100 мм», например ЗМ (300 мм).

Ряд производных укрупненных модулей состоит из следующих наиболее распространенных в массовом строительстве: ЗМ (300 мм), 6М (600 мм), 12М (1200 мм), 15М (1500 мм), 30М (3000 мм) и 60М (6000 мм).

Пролеты и шаги колонн зданий и соответствующие им номинальные пролеты ферм (балок) и плит рекомендуется принимать кратными 60М, а в отдельных обоснованных случаях – кратными 3ОМ. Для мелких элементов допускаются дробные производные модули: 50, 20, 10, 5, 2 и 1 мм; обозна-

чаемые соответственно 1/2М; 1/5М, 1/10М, 1/20М, 1/50М и 1/100М.

По модульной системе высота этажей установлена:

в жилых зданиях 2,7–3,3 м;

в школах и больницах – 3,6–3,9 м;

первых этажах жилых зданий со встроенными торговыми помещениями – 4,2–4,5 м.

Номинальную высоту этажей и колонн производственных зданий рекомендуется назначать кратной 12М и GM, а в отдельных случаях – ЗМ.

При проектировании зданий следует применять сборные элементы по действующим стандартам, а также по утвержденным в установленном порядке чертежам типовых конструкций и изделий.

16

Для проектирования зданий и сооружений ЦНИИЭП жилища выпустил общероссийский «Каталог индустриальных конструкций для применения в строительстве жилых и общественных зданий».

Кроме того, разработаны серии типовых конструкций и деталей зда-

ний и сооружений: фундаментов, каркасов, стен, перегородок, перекрытий, покрытий, лестниц и др. Индустриализация строительства заключается в том, что при проектировании зданий и сооружений изготовление сборных железобетонных, стальных и других конструкций производится предприятиями строительной индустрии. Это позволяет шире использовать механизмы вертикального транспорта, снизить затраты непроизводительного ручного труда, сократить нормативные сроки строительства.

2. КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

ЖИЛЫХ И ОБЩЕСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ

2.1.ОСНОВАНИЯ ФУНДАМЕНТОВ

Основания фундаментов – это грунты, которые находятся под по-

дошвой фундамента и воспринимают нагрузку от него. Основания бывают естественные и искусственные. Основание называют естественным в том случае, если нагрузка воспринимается грунтом в состоянии его природного залегания; если грунт предварительно укрепляют, то он считается искусственным основанием.

Грунт естественного основания должен иметь достаточную несущую способность, обладать равномерной и небольшой сжимаемостью. Несущая способность грунта определяется нагрузкой, при которой осадка основания не превосходит значений, указанных в СНиП II–15–74 «Основания зданий и сооружений. Нормы проектирования».

Осадка основания зависит от степени сжимаемости основания, на-

грузки на него, формы и размеров фундамента. Неподвижность грунта зависит от устойчивости основания. При наклонном расположении пластов грунта может быть скольжение одного пласта по другому (оползень), которое приводит к разрушению здания. Грунты основания не должны под-

вергаться пучению, не должны размываться и растворяться грунтовыми водами. Грунтовые воды снижают прочность грунта, а иногда оказывают химическое воздействие, растворяя каменную соль, гипс, известняк и т. п. В целях борьбы с грунтовыми водами устраивают специальные ограждающие стенки или искусственно понижают уровень грунтовых вод.

Грунты подразделяют на скальные и нескальные (СНиП II-15-74).

К скальным грунтам относят первичные (изверженные) вторичные (осадочные) и видоизмененные (метаморфические) породы с жесткими связями между зернами, залегающие в виде сплошного или трещиноватого массива.

17

К нескальным грунтам относят:

–крупнообломочные – несцементированные грунты, содержащие более 50 % .по массе обломков кристаллических пород с размерами частиц более 2 мм;

–песчаные – сыпучие в сухом состоянии грунты, содержащие менее 50 % по массе частиц крупнее 2 мм и не обладающие пластичностью;

–глинистые – связные грунты, для которых число пластичности

ρ>0,01.

2.2.ВИДЫ ГРУНТА

Крупнообломочные и песчаные грунты в зависимости от зернового состава подразделяют на виды (в воздушно-сухом состоянии):

валунный грунт (с размером частиц крупнее 200 мм, составляющей более 50 % (рис. 5 а);

галечниковый грунт (с размером частиц крупнее 10 мм, составляющей более 50 %) (рис. 5 б);

гравийный грунт (с размером частиц крупнее 2 мм, составляющей более 50 %) (рис. 5 в);

песок гравелистый (с размером частиц крупнее 2 мм, составляющей более 25 % (рис. 5 г);

песок крупный (с размером частиц крупнее 0,5 мм составляет более

50 % (рис. 5 д);

песок средней крупности (с размером частиц крупнее 0,25 мм, составляющей более 50 % (рис. 5 е);

песок мелкий (с размером частиц крупнее 0,1 мм, составляющей 75 % и более (рис. 5 ж);

песок пылеватый (с размером частиц крупнее 0,1 ,мм, составляющей менее 75 % (рис. 5 з).

Глинистые грунты в зависимости от числа пластичности и показателя консистенции подразделяют на супеси, суглинки и глины.

Супеси могут быть:

твердые – твердые и полутвердые (рис. 6 а);

пластичные – тугопластичные и мягкопластичные (рис. 6 б);

текучие – текучепластичные (рис. 6 в);

суглинки и глины – текучие (рис. 6 г).

Для определения типа основания в районе строительства производят инженерно-геологические и гидрогеологические изыскания с целью определения вида грунтов, их свойств, положения уровня грунтовых вод, характера расположения пластов грунта; выбора, в случае необходимости методов улучшения свойств грунтов основания.

18

Рис. 5. Крупноблочные и песчаные грунты:

а– валунный грунт; б – галечниковый грунт; в – гравийный грунт;

г– песок гравелистый; д – песок крупный; е – песок средней крупности;

ж– песок мелкий; з – песок пылеватый

Для создания искусственного основания грунты укрепляют различными способами, соответствующими требованиям СНиП III–9–74 «Правила

производства и приемки работ. Основания и фундаменты»:

созданием грунтовых, песчаных или гравийных (щебеночных)

подушек;

поверхностным уплотнением с помощью катков, виброплит или трамбовочных плит;

глубинным уплотнением песчаных грунтов вибрацией или слабых грунтов песчаными сваями;

искусственным закреплением слабых грунтов химическим,

электрохимическим, термическим и другими способами.

19

Рис. 6. Глинистые грунты:

а – твердые; б – пластичные; в – текучие; г – суглинки и глины

Поверхностное уплотнение катками, тяжелыми трамбовками применяется для оснований, у которых грунты просадочные или они не соответствуют в природном состоянии требуемой проектом плотности и водонепроницаемости.

Песчаные и пылеватые грунты уплотняют поверхностными вибраторами. Для глинистых грунтов вибрирование малоэффективно. Глубинное уплотнение всей просадочной толщи основания производят грунтовыми сваями и предварительным замачиванием грунтов. Закрепление грунтов с целью повышения их прочности, устойчивости и водонепроницаемости производят цементацией, глинизацией, битумизацией, силикатизацией, смолизацией и термическим закреплением.

Цементацию и глинизацию применяют с целью постоянного закреп-

ления скальных, песчаных и гравелистых грунтов в основании зданий и сооружений, а также для устройства противо-фильтрационных завес. Суть этих способов заключается в том, что в грунт нагнетается жидкий цементный раствор или глина. Проникая в поры грунта, этот раствор или глина затвердевает и образует прочный массив. При битумизации в грунт нагнетается горячий битум или холодная битумная мастика, а при силикатизации – раствор жидкого стекла и отвердителя, при смолизации – карбамидные смолы.

Битумизация применяется для тампонирования крупных трещин в скальных грунтах.

Силикатизация и смолизация (способы постоянного закрепления грунтов оснований зданий и сооружений) – для создания оснований из закрепленного грунта и устройства водонепроницаемых завес в песчаных и в просадочных грунтах.

Термическое закрепление применяют для глинистых грунтов с достаточной воздухопроницаемостью. Осуществляется оно либо нагнетанием в грунт под давлением воздуха, подогретого до температуры 600…800оС, либо сжиганием топлива в пробуренных для этой цели и герметически закрытых скважинах. Под действием высокой температуры происходит обжиг глинистого грунта, в результате чего он упрочняется. Этот способ дорогостоящий и имеет ограниченное применение.

20