Общие сведения о зданиях

Все здания состоят из ограниченного количества основных элементов. Эти элементы могут быть разделены на две группы:

- несущие конструкции, которые воспринимают нагрузки, возникающие в здании, а также силы, действующие на него (например, давление ветра);

- ограждающие конструкции, которые предназначены защищать помещения от атмосферных воздействий, отделять их друг от друга и обеспечивать создание в помещениях необходимого температурно-влажностного и акустического режима.

Основание - обладающий достаточной прочностью слой естественного грунта (естественное основание) или грунт, искусственно уплотненный (искусственное основание).

Фундаменты - конструкции, расположенные ниже уровня земли и предназначенные для передачи и распределения нагрузки от несущих элементов здания на основание.

Стены - ограждающие конструкции здания, а также элементы, отделяющие одно помещение от другого. Стены используются часто и как несущие конструкции здания, воспринимающие нагрузку от его горизонтальных элементов, а также ветровые нагрузки.

Отдельные опоры - столбы или колонны, служащие для поддержания горизонтальных элементов здания, а иногда внутренних и наружных ограждений и передачи нагрузок от них через фундаменты на основание.

Перекрытия - горизонтальные конструкции, которые разделяют здания по высоте на этажи, ограждают их и воспринимают основные нагрузки, возникающие при эксплуатации здания (вес людей, оборудования, мебели и т.д.).

Крыша - верхняя несущая и ограждающая часть здания. Несущие конструктивные элементы (стропила, фермы, панели) воспринимают все нагрузки. Ограждающая водонепроницаемая оболочка крыши называется кровлей. Пространство между крышей и верхним перекрытием называется чердаком. Иногда верхнее чердачное перекрытие конструктивно объединяется с крышей, образуя бесчердачное покрытие.

Перегородки - легкие стены, устанавливаемые на перекрытия, предназначенные только для разделения помещений между собой.

Лестницы служат для сообщения между этажами. Чаще всего, по противопожарным соображениям, лестницы располагают в специальных помещениях, называемых лестничными клетками, состоящих из лестничных площадок и наклонных маршей.

Окна служат для освещения и проветривания помещений и обладают всеми соответствующими теплотехническими и акустическими качествами.

Двери и ворота - служат для сообщения между помещениями, ввода людей, средств транспорта, грузов и оборудования.

Кроме перечисленных, в здании могут быть и второстепенные элементы, например, балконы, входные площадки, приямки у окон, расположенных ниже уровня земли, и т.д.

Фундаменты, стены, элементы перекрытий являются в здании основными несущими конструкциями и в совокупности образуют, так называемый, несущий остов здания. В зависимости от несущего остова различают две основные конструктивные схемы: здания с несущими стенами и здания каркасные.

На рис. 2.1 показаны два примера конструктивного решения зданий с несущими стенами. В первом из них элементы перекрытий располагают поперек зданий и несущими являются наружные и внутренние (одна или несколько) продольные стены. Во втором случае элементы перекрытий располагают вдоль здания - они передают свою нагрузку на внутренние поперечные и торцовые стены.

В каркасных зданиях (рис. 2.2) несущий остов (каркас) - состоит из системы колонн, расположенных по периметру наружных стен и внутри здания, и системы горизонтальных связей между ними. Расстояния между колоннами выбираются сообразно нормальному пролету связей и опирающихся на них элементов перекрытий. Расстояние между осями колонн в продольном направлении называется их шагом, а в поперечном - пролетом. Связи между колоннами (ригели) используют для опирания на них элементов перекрытий.

Пространственная жесткость каркасных зданий обеспечивается надежной связью между всеми элементами каркаса.

В многоэтажных зданиях основным материалом для устройства каркаса является железобетон, а при большой высоте здания или наличии очень больших пролетов – сталь. Каждое здание должно быть спроектировано и построено рационально и технически правильно. Отсюда к зданию должны предъявляться технические, экономические, архитектурно-художественные и эксплуатационные требования.

К техническим относятся требования прочности и пространственной жесткости всего здания в целом и отдельных его элементов.

Экономические требования к зданию определяются соблюдением условий, позволяющих построить и эксплуатировать здание с минимальными затратами с учетом экономической целесообразности.

Архитектурно-художественными требованиями обусловлено придание зданию архитектурного облика, соответствующего его назначению, применение соответствующих материалов для отделки, а также высокое качество выполнения всех строительных работ.

К эксплуатационным требованиям относится обеспечение определенной степени капитальности здания и уровня его эксплуатационных качеств. Капитальность зданий характеризуется степенью огнестойкости и долговечности его основных конструктивных элементов, а эксплуатационные качества - соответствием объемно-планировочного решения здания его назначению, качеством внутренней отделки и обеспечением необходимым санитарно-техническим и инженерным оборудованием.

Перечисленные требования, относятся ко всем зданиям. Однако было бы нецелесообразно предъявлять качественно одинаковые требования к любым зданиям вне зависимости от их назначения и значимости. Поэтому Строительные нормы и правила предусматривают деление зданий и сооружений на классы. Выбор класса для каждого здания или сооружения производится при составлении задания на его проектирование. При этом учитывается значимость как самого здания (с точки зрения концентрации в нем материальных ценностей и уникального оборудования, требуемой долговечности и предъявляемых градостроительных требований), так и размеров, мощности того комплексного объекта (населенного пункта, промышленного предприятия и т.д.), в составе которого оно будет возводиться.

По совокупности этих признаков здания и сооружения каждого вида разделяются на четыре класса. При этом здания I класса должны удовлетворять повышенным требованиям, а здания IV класса - минимальным.

Для каждого класса зданий в зависимости от назначения нормами строительного проектирования установлены необходимые степени огнестойкости, долговечности ограждающих конструкций и обусловлены конкретные требования внутреннего устройства.

Фундаменты зданий

Фундаменты должны быть прочными, устойчивыми и долговечными. Кроме того, им предъявляют требования индустриальности и экономичности.

Размеры подошвы фундамента (нижней плоскости, опирающейся на грунт) должны соответствовать следующему условию: давление, передаваемое фундаментом на основание, не должно превышать нормативного. Форма фундамента в плане должна обеспечивать равномерное распределение нагрузок на основание, а материалы, применяемые для устройства фундаментов, - хорошо противостоять действию грунтовых вод.

По конструктивному решению фундаменты разделяются на:

- ленточные, представляющие собой продолжение стен ниже уровня земли и располагающиеся по всему их периметру;

- столбчатые - в виде системы отдельно стоящих опор;

- сплошные - в виде плиты, устраиваемой под всей площадью здания;

- свайные, состоящие из отдельных свай-стоек, погружаемых в грунт или устроенных в нем. Поверху таких фундаментов сооружается плита -ростверк, на который и ставятся вертикальные несущие элементы здания.

По характеру работы под действием нагрузки различают фундаменты жесткие, работающие преимущественно на сжатие, и гибкие, испытывающие значительные изгибающие, растягивающие и скалывающие напряжения.

Выбор типа фундамента зависит от величины и характера распределения нагрузок, передаваемых зданием, и несущей способности основания.

Ленточный фундамент по своему очертанию в профиле, в простейшем случае, представляет собой прямоугольник (рис. 2.4, а). Ширина этого прямоугольника соответствует или близка толщине стены, которая на него устанавливается, а высота делается равной необходимой глубине его заложения в грунт. Однако такая форма возможна только при небольших нагрузках и прочных основаниях. Чаше, для передачи на грунт напряжений, соответствующих его нормативному давлению, приходится для получения необходимой площади подошвы фундамента уширять его книзу. Уширение обычно делается в виде уступов (рис. 2.4, б, в).

Ширина каждого уступа с, во избежание появления в фундаменте растягивающих и скалывающих напряжений, ограничивается. Углы уступов а не должны выходить за пределы теоретической трапеции, стороны которой были бы направлены под углом к вертикали. Для фундаментов из бутовой кладки этот угол не превышает 33°, а для бетонных - 45°, что соответствует углам распространения давления в этих материалах.

Высота уступов h делается 0,3-0,5 м. Нижняя уширяющаяся участь фундамента называется подушкой. При необходимости значительного расширения фундамента книзу и стремлении уменьшить его высоту в бетонные подушки вводят соответствующее армирование. Форма подушки бетонных фундаментов может быть и трапецеидальной со срезанными нижними углами.

Глубина заложения фундамента зависит от глубины заложения грунта, принятого в качестве естественного основания. При пучинистых грунтах фундаменты наружных стен закладываются на глубину, превышающую глубину промерзания грунта на 0,1-0,2 м. Минимальное заглубление фундаментов наружных, а также внутренних стен отапливаемых зданий -0,5 м от поверхности земли или пола подвала.

Сборные фундаменты (рис. 2.5) состоят из подушек и вертикальных стенок. Подушку выполняют из железобетонных блоков прямоугольной или чаще трапецеидальной формы различной ширины по низу. Эти блоки укладывают на утрамбованную песчаную подготовку толщиной 100-150 мм. Вертикальные стенки дополняют из блоков в виде прямоугольных параллелепипедов высотой около 0,6 м и длиной до 2,4 м. При слабых, сильно сжимаемых грунтах в фундаментах для повышения их жесткости между подушкой и нижним рядом блоков и на уровне верха фундамента устраивают железобетонные пояса толщиной 100-150 мм или армированные швы: толщиной 30-50 мм.

В целях сокращения расхода бетона и уменьшения веса блоков их вертикальные стенки могут быть и пустотелыми, однако они неприемлемы при сильно влажных грунтах, так как вода может проникнуть в пустоты блоков и, замерзая, разрушить их стенки.

Для экономии материала фундамента и полного использования его прочности, толщину сборных сплошных блоков делают равной толщине надземных стен, а иногда и менее ее.

При прочных основаниях (рис. 2.6, а) значительная экономия материала может быть получена за счет устройства фундаментов со стеной уменьшенной толщины (рис. 2.6, а) или «прерывистых» фундаментов (рис. 2.6, б), при которых железобетонные блоки подушек укладывают на некотором расстоянии друг от друга; промежутки между ними засыпают грунтом.

Столбчатые фундаменты устраивают под вертикальные элементы каркаса и при незначительных нагрузках на фундамент, чаще всего при малоэтажном строительстве, когда давление под подошвой ленточного фундамента меньше нормативного давления основания. Фундаментные столбы перекрывают железобетонными (фундаментными) балками, на которые ставятся стены. Расстояние между осями фундаментных столбов принимают 2,5-3 м с тем, чтобы они оказались под простенками. Кроме того, установка столбов обязательна под углами здания и во всех местах пересечения и примыкания стен.

При пучинистых грунтах для устранения возможности выпирания фундаментных балок и для исключения возможности промерзания полов, устроенных на грунте, под балками устраивают подушки из песка или шлака толщиной 0,5-0,6 м.

Пример решения сборного столбчатого железобетонного фундамента под стены малоэтажных каменных зданий показан на рис. 2.7, а. Столбчатые фундаменты устраивают также под отдельные опоры малоэтажных и многоэтажных зданий(рис. 2.7, б).

Сборный фундамент под кирпичный столб с применением специальных железобетонных блоков плит показан на рис. 2.7, в.

Сплошные фундаменты устраивают, когда передаваемая нагрузка значительна, а грунт основания слабый. Они могут быть выполнены в виде бетонной или ребристой железобетонной плиты с ребрами, обращенными кверху (рис. 2.8).

Свайные фундаменты применяют при необходимости передачи на слабый грунт значительных нагрузок, а также при стремлении сократить величину осадки и добиться ее равномерности даже при наличии грунтов с высокой несущей способностью.

Сваи различают по:

- материалу (деревянные, бетонные, железобетонные, стальные);

- способу изготовления и погружения в грунт (забивные, погружаемые в грунт в готовом виде, и набивные, изготовляемые непосредственно в фунте);

- характеру их работы в грунте (сваи-стойки и висячие).

Сваи-стойки (рис. 2.9, а) своими концами опираются на прочный грунт и передают на него нагрузку. Они применяются, когда глубина залегания прочного грунта не превышает возможной длины свай (14-18 м). Фундаменты на сваях-стойках почти не дают осадки.

При значительной глубине залегания прочных грунтов применяют висячие сваи (рис. 2.9, б), которые оказывают сопротивление давлению от здания, главным образом, благодаря возникновению сил трения между боковой поверхностью свай и окружающим ее грунтом.