Структурные части зданий.

Здание является искусственным сооружением, состоящим из структурных элементов в совокупности создающих искусственную среду. Ранее было показано, что она создается за счет элементов несущих и ограждающих конструкций, обеспечивающих восприятие силовых воздействий (собственного веса, снега и т.д.) и действия температуры, влажности, пара, шума и других факторов внешней среды. Все это сооружение состоит из структурных элементов, объединяемых в единое целое, которое называют зданием. Основными структурными элементами (частями) зданий являются:

Основания (грунты, на которые опирается здание), фундаменты, стены, столбы, колонны, перегородки, перекрытия, покрытия, лестницы, крыши, кровли, окна, двери. Каждая часть имеет свое назначение. На основе накопленного опыта проектирования и строительства, а также эксплуатации, разработаны многочисленные конструктивные решения этих элементов. В последнее время большинство конструкций многократно применяются, т.е. их делают типовыми, унифицированными, изготовленными за пределами строительной площадки на предприятиях стройиндустрии (заводах, полигонах), и они поступают на стройку в виде деталей, из которых собирается здание подобно тому, как делают машины, станки и другие изделия в машиностроении.

Далее будут рассмотрены принципиальные решения основных конструктивных частей зданий, которые используются при строительстве современных зданий.

2. Основания зданий.

Здание передаёт все нагрузки на грунт, который принято называть основанием. Надежность и прочность основания является важнейшим условием успешной работы здания при его эксплуатации. Грунт, слагающий основание и способный воспринимать нагрузку от здания, называется «естественным» основанием. Если несущей способности грунта недостаточно, то создаётся искусственное основание путём замены слабых грунтов на более прочные. Возможно облагораживание грунта путём воздействия на него трамбованием, инъекций в него солей, битума, растворов и т.д. Прочностные качества грунта определяют путём исследований образцов добытых бурением скважин или отрывкой шурфов. Под здание и вокруг него обычно делают не менее пяти шурфов. По составу грунты делятся на скальные, глины, суглинки, пески. Структура грунтов может быть

Рис. 4.1 Материалы геологических изысканий: а – план расположения скважин и шурфов; б – геологический профиль по скважинам.

однородная или сложная – слоистая (см. рис. 4.1). Большое значение имеет наличие воды и влаги, т.к. она существенно влияет на прочность грунтов. Фундаменты опирают на основание ниже глубины промерзаний грунтов.

Под нагрузкой грунт деформируется, т.е. сжимается, происходит осадка фундаментов. Для зданий допускается осадка в размере от 80 до 150 мм. При промачивании грунтов они теряют несущую способность, становятся пластичными, начинают интенсивно проявлять просадки.

3. Фундаменты.

Часть здания, установленная на основание, называется фундаментом. По конструктивному решению фундаменты делятся на ленточные, плитные, свайные. Все они применяются в определённых условиях в зависимости от планировочной структуры зданий, грунтов в основании (особенно их вида), наличия грунтовых вод, прочности и многих других факторов.

Для фундаментов капитальных зданий используют каменные материалы в виде бутовой кладки, бутобетона, бетона, железобетона. По способу исполнения они могут быть монолитные, сборные, сборно-монолитные.

Ленточные фундаменты представляют собой подземные стены (ленты) по всему контуру с заглублением ниже (подошвы) на глубину h не менее глубины промерзания грунта H_пр.

В зависимости от прочности грунта и величины нагрузки на фундамент нижняя соприкасающаяся с грунтом часть фундамента может уширяться. На рис. 4.2 приведены виды сечения фундаментов.

Рис. 4.2 Поперечные сечения ленточных фундаментов: а – из бутобетона прямоугольного сечения; б – из бута с уступом; в – из монолитного бетона с двумя уступами; г – из сборных бетонных блоков: 1 – подошва; 2 – отмостка; 3 – гидроизоляция; 4 – обрез; h – глубина заложения фундамента; ФС – блок фундаментный стеновой; Ф – фундаментная плита.

Столбчатые фундаменты устраивают под отдельные столбы, колонны, простенки стен при большой ширине окон, дверей. Если на них опираются стены, то поверх столбов под стены укладываются фундаментные балки. Поперечное сечение столбчатых фундаментов принципиально не отличается от сечения ленточных фундаментов. Очень важно защитить фундаментную балку, которая находится в зоне промерзания грунта от действия пучения путем устройства под балкой воздушной прослойки или укладки под нее упругих материалов в виде пенопласта толщиной 50-100 мм. При каркасных несущих схемах из сборных колонн применяют столбчатые фундаменты стаканного типа. Конструкция таких фундаментов показана на рис. 4.3

Рис. 4.3 Столбчатый фундамент под стены и колонны

1 – стена; 2 – фундаментная балка; 3 – столбчатый фундамент; 4 – прослойка противопучинная (воздух, пенопласт); 5 – Защитная стенка (доски, кирпич на ребре); 6 – колонна сборная; 7 – фундамент стаканного типа

Свайные фундаменты. Разновидность столбчатых фундаментов, когда вместо столба в грунт погружают стержень путем забивки или заливки бетона в предварительно пробуренное в грунте отверстие (скважину). Такие фундаменты называют свайными. На голову свай устанавливают уширенную часть, которую называют ростверком. Они могут устанавливаться рядами под стены с шагом не менее трех диаметров или в виде групп (куста).

На рисунке 4.4 показано сечение свайных фундаментов.

Рис. 4.4 Свайные фундаменты.

а) забивная свая; б) буронабивная свая

1 – стена; 2 – ростверк; 3 – свая; 4 –противопучинная прокладка

Фундаменты плитные. При большой нагрузке на фундаменты, слабых грунтах применяют фундаменты в виде сплошных плит. Плиты используют как основание под полы. На плиты опирают стены, столбы, колонны каркасов. Толщина плит устанавливается по условиям продавливания и восприятию отпора грунта. Конструкция делается из монолитного бетона. На рис. 4.5 показан железобетонный плитный фундамент под здание. Для легких временных зданий можно применять фундаменты из деревянных лежней, уложенных на щебень, песок. Срок службы таких фундаментов 20-30 лет.

Рис. 4.5 Плитный фундамент

1 – стены; 2 – плита

4. Подвалы, входы, приямки.

При устройстве подвальных помещений в зданиях фундаменты исполняют роль стен подвалов. Толщина стен и глубина заложения определяются по условию устойчивости на боковое давление грунта. Низ стен (подошва фундамента) должен заглубляться в грунт от пола подвала не менее чем на 0,5 м.

Важным элементом в конструкции подвала является гидроизоляция. Она проектируется с условием обеспечения сухости в помещениях независимо от наличия грунтовых вод. Гидроизоляция делается горизонтальная в конструкции пола с переходом на вертикальные стены из обмазочных, оклеечных облицовочных материалов, а также с применением различного рода добавок в бетоны и растворы.

На рис. 4.6 показана конструкция и гидроизоляция подвалов.

Рис. 4.6 Гидроизоляция подвала: а – обмазочная; б – склеечная; в - облицовочная; 1 – гидроизоляция стен от грунтовой сырости; 2 – обмазка битумом за два раза; 3 – влагостойкий пол; 4 – бетон; 5 – глиняный замок; 6 – цементная стяжка; 7 – защитная кирпичная стенка; 8 - гидроизоляция из рулонных материалов, наклеенных на мастике; 9 - осадочный шов с компенсаторной петлей гидроизоляционного ковра; 10 – металлический кессон; 11 – железобетонная плита.

В подвалах приходится делать проемы для входов, окон, загрузочных люков. Эти конструктивные элементы делают с условием устойчивости при действии грунта, его пучения, а так же действия влаги. На рисунке 4.7 приведены конструкции этих решений.

Рис. 4.7 Приямки у стен подвала: а – световой; б – загрузочный; 1 - стена подвала; 2 – влагостойкий пол с уклоном; 3 – щебень гравий; 4 - труба для выпуска травы; 5 – стенка приямка ( кирпичная, бетонная); 6 - отмостка, тротуар; 7 – стальная защитная решетка; 8 – перекрытие; 9 – оконный блок; 10 – антисептированные лаги; 11 – бетон; 12 - водонепроницаемая крышка приямка с уклоном; 13 – дощатый настил.