Виды воздействия на здания и сооружения. Механизм сейсмических воздействий на здания и сооружения. Требования к проектированию многоэтажных жилых домов

В процессе строительства и во время эксплуатации здание испытывает на себе действие различных нагрузок. Этим силам сопротивляется сам материал конструкции, в нем возникают внутренние напряжения. Поведение строительных материалов и конструкций под воздействием внешних сил и нагрузок изучает строительная механика.

Одни из этих сил действуют на здание непрерывно и называются постоянными нагрузками, другие - лишь в отдельные отрезки времени и называются временными нагрузками.
К постоянным нагрузкам относится собственный вес здания , который в основном состоит из веса конструктивных элементов, составляющих его несущий остов. Собственный вес действует постоянно во времени и по направлению сверху вниз. Естественно, что напряжения в материале несущих конструкций в нижней части здания будут всегда больше, чем в верхней. В конечном счете все воздействие собственного веса передается на фундамент, а через него - на грунт основания. Собственный вес всегда был не только постоянной, но и главной, основной нагрузкой на здание.
Лишь в последние годы строители и конструкторы столкнулись с совершенно новой проблемой: не как надежно опереть здание на грунт, а как его «привязать», заанкерить к земле, чтобы его не оторвали от земли другие воздействия, в основном ветровые усилия. Это произошло потому, что собственный вес конструкций в результате применения новых высокопрочных материалов и новых конструктивных схем все время уменьшался, а габариты зданий росли. Увеличивалась площадь, на которую действует ветер, иначе говоря, парусность здания. И, наконец, воздействие ветра стало более «весомым», чем воздействие веса здания, и здание стало стремиться к отрыву от земли.
является одной из основных временных нагрузок. С увеличением высоты воздействие ветра возрастает. Так, в средней части России нагрузка от ветра (скоростной напор ветра) на высоте до 10 м принимается равным 270 Па, а на высоте 100 м она уже равна 570 Па. В горных районах, на морских побережьях воздействие ветра намного возрастает. Например, в некоторых районах береговой полосы Арктики и Приморья нормативное значение ветрового напора на высоте до 10 м равно 1 кПа. С подветренной стороны здания возникает разряженное пространство, которое создает отрицательное давление - отсос, который увеличивает общее воздействие ветра. Ветер меняет как направление, так и скорость. Сильные порывы ветра создают, кроме того, и ударное, динамическое воздействие на здание, что еще более усложняет условия для работы конструкции.
С большими неожиданностями столкнулись градостроители, когда стали возводить в городах здания повышенной этажности. Оказалось, что улица, на которой никогда не дули сильные ветры, с возведением на ней многоэтажных зданий стала очень ветреной. С точки зрения пешехода, ветер со скоростью 5 м/с уже становится надоедливым: он развевает одежду, портит прическу. Если скорость немного выше - ветер уже поднимает пыль, кружит обрывки бумаг, становится неприятным. Высокое здание является основательной преградой для движения воздуха. Ударяясь об эту преграду, ветер разбивается на несколько потоков. Одни из них огибают здание, другие устремляются вниз, а затем у земли также направляются к углам здания, где и наблюдаются самые сильные потоки воздуха, в 2-3 раза превышающие по своей скорости ветер, который дул бы на этом месте, если бы не было здания. При очень высоких зданиях сила ветра у основания здания может достигать таких размеров, что валит пешеходов с ног.
Амплитуда колебаний высотных зданий достигает больших размеров, что отрицательно влияет на самочувствие людей. Скрип, а иногда и скрежет стального каркаса одного из самых высоких в мире здания Международного торгового центра в Нью-Йорке (высота его 400 м) вызывает тревожное состояние у находящихся в здании людей. Предусмотреть, рассчитать заранее действие ветра при высотном строительстве очень сложно. В настоящее время строители прибегают к экспериментам в аэродинамической трубе. Как и авиастроители! они обдувают в ней модели будущих зданий и в какой-то мере получают реальную картину воздушных токов и их силу.
также относится к временным нагрузкам. Особенно внимательно надо подходить к влиянию снеговой нагрузки на разновысотные здания. На границе между повышенной и пониженной частями здания возникает так называемый «снеговой мешок», где ветер собирает целые сугробы. При переменной температуре, когда происходит поочередное подтаивание и вновь замерзание снега и при этом еще сюда попадают взвешенные частицы из воздуха (пыль, копоть), снеговые, точнее, ледяные массивы становятся особенно тяжелыми и опасными. Снеговой покров из-за ветра ложится неравномерно как при плоских, так и при скатных кровлях, создавая асимметрическую нагрузку, которая вызывает дополнительные напряжения в конструкциях.
К временным относится (нагрузка от людей, которые будут находиться в здании, технологического оборудования, складируемых материалов и т. д.).
Возникают в здании напряжения и от воздействия солнечного тепла и мороза. Это воздействие называется температурно-климатическим . Нагреваясь солнечными лучами, строительные конструкции увеличивают свой объем и размеры. Охлаждаясь во время морозов, они уменьшаются в своем объеме. При таком «дыхании» здания в его конструкциях возникают напряжения. Если здание имеет большую протяженность, эти напряжения могут достичь высоких значений, превышающих допустимые, и здание начнет разрушаться.
Аналогичные напряжения в материале конструкции возникают и при неравномерной осадке здания , которая может произойти не только из-за разной несущей способности основания, но и из-за большой разницы в полезной нагрузке или собственного веса отдельных частей здания. Например, здание имеет многоэтажную и одноэтажную части. В многоэтажной части на перекрытиях расположено тяжелое оборудование. Давление на грунт от фундаментов многоэтажной части будет намного больше, чем от фундаментов одноэтажной, что может вызвать неравномерность осадки здания. Чтобы снять дополнительные напряжения от осадочных и температурных воздействий, здание «разрезают» на отдельные отсеки деформационными швами.
Если здание защищают от температурных деформаций, то шов называется температурным. Он отделяет конструкции одной части здания от другой, за исключением фундаментов, так как фундаменты, находясь в земле, не испытывают температурного воздействия. Таким образом, температурный шов локализует дополнительные напряжения в пределах одного отсека, препятствуя передаче их на соседние отсеки, тем самым препятствуя их сложению и увеличению.
Если здание защищают от осадочных деформаций, то шов называется осадочным. Он отделяет одну часть здания от другой полностью, включая и фундаменты, которые благодаря такому шву имеют возможность перемещаться один по отношению к другому в вертикальной плоскости. При отсутствии швов трещины могли бы возникнуть в неожиданных местах и нарушить прочность здания.
Кроме постоянных и временных существуют еще особые воздействия на здания. К ним относятся:
сейсмические нагрузки от землетрясения;
взрывные воздействия;
нагрузки, возникающие при авариях или поломках технологического оборудования;
воздействия от неравномерных деформаций основания при замачивании просадочных грунтов, при оттаивании вечномерзлых грунтов, в районах горных выработок и при карстовых явлениях.

По месту приложения усилий нагрузки разделяются на сосредоточенные (например, вес оборудования) и равномерно распределенные (собственный вес, снег и др.).
По характеру действия нагрузки могут быть статическими, т. е. постоянными по величине во времени, например тот же собственный вес конструкций, и динамическими (ударными), например порывы ветра или воздействие подвижных частей оборудования (молоты, моторы и др.).
Таким образом, на здание действуют самые различные нагрузки по величине, направлению, характеру действия и месту приложения (рис. 5). Может получиться такое сочетание нагрузок, при котором они все будут действовать в одном направлении, усиливая друг друга.
Рис. 5. Нагрузки и воздействия на здание: 1 - ветер; 2 - солнечная радиация; 3 - осадки (дождь, снег); 4 - атмосферные воздействия (температура, влажность, химические вещества); 5 - полезная нагрузка и собственный вес; 6 - особые воздействия; 7 - вибрация; 8 - влага; 9 - давление грунта; 10 - шум
Именно на такие неблагоприятные сочетания нагрузок рассчитывают конструкции здания. Нормативные значения всех усилий, действующих на здание, приведены в СНиПе. Следует помнить, что воздействия на конструкции начинаются с момента их изготовления, продолжаются при транспортировке, в процессе возведения здания и его эксплуатации.
Благовещенский Ф.А., Букина Е.Ф. Архитектурные конструкции. - М., 1985.

Требования к зданиям

В соответствии с нагрузками и воздействиями к зданиям и их конструкциям предъявляются определенные требования.

Любое здание должно отвечать следующим основным требованиям :

1. Функциональной целесообразности, т. е. здание должно полностью отвечать тому процессу, для которого оно предназначено (удобство проживания, труда, отдыха и т. д.).

2.Технической целесообразности, т.е.здание должно надежно защищать людей от внешних воздействий (низких или высоких температур, осадков, ветра), быть прочным и устойчивым, т.е. выдерживать различные нагрузки, долговечным, т.е. сохранять нормальные эксплуатационные качества во времени.

3. Архитектурно-художественной выразительности , т. е. здание должно быть привлекательным по своему внешнему (экстерьеру) и внутреннему (интерьеру) виду, благоприятно воздействовать на психологическое состояние и сознание людей.

Для достижения необходимых архитектурно-художественных качеств используются такие средства, как композиция, масштабность, пропорции, симметрия, ритм и др .

4. Экономической целесообразности , предусматривающей наиболее оптимальные для данного вида здания затраты труда, средств и времени на его возведение. При этом необходимо также наряду с единовременными затратами на строительство учитывать и расходы, связанные с эксплуатацией здания.

Снижение стоимости здания может быть достигнуто рациональной планировкой здания и недопущением излишеств при установлении площадей и объемов помещений, а также внутренней и наружной отделке; выбором наиболее оптимальных конструкций с учетом вида зданий и условий его эксплуатации; применением современных методов и приемов производства строительных работ с учетом достижений строительной науки и техники.

При разработке технического решения проводится техникоэкономическое сравнение вариантов проектируемых конструкций с учетом стоимости возведения и эксплуатации здания.

5. Экологические требования.

требования сокращения территорий , отводимых под застройку. Это достигается повышением этажности, активным освоением подземного пространства (гаражи, склады, тоннели, торговые предприятия и т.п.);

широкое применение эксплуатируемых крыш , эффективное использование неудачных участков территорий (крутой рельеф, выемки и насыпи вдоль железнодорожных магистралей);

экономия природных ресурсов и энергии . Эти требования непосредственно влияют на выбор формы здания (предпочтение компактным сооружениям обтекаемой формы), выбор конструкций наружных стен и окон, выбор ориентации здания в застройке.

Экологические требования сказываются на решении благоустройства застраиваемой территории с увеличением озеленения их территории в том числе вертикального и заменой асфальтобетонных покрытий штучными (брусчаткой, каменными и бетонными плитами). Эти мероприятия способствуют сохранению водного баланса и чистоте воздушной среды территории.

По окончании строительных работ на площадке должна проводиться рекультивация грунтов в целях уменьшения ущерба, наносимого природной среде строительной деятельностью.

Безусловно, комплекс этих требований нельзя рассматривать в отрыве друг от друга. Обычно при проектировании здания принимаемые решения являются результатом согласованности с учетом всех требований, обеспечивающих его научную обоснованность.

Главным из перечисленных требований является функциональная, или технологическая, целесообразность .

Помещение – основной структурный элемент или часть здания. Соответствие помещения той или другой функции достигается только тогда, когда в нем создаются оптимальные условия для человека, т.е. среда, отвечающая выполняемой им в помещении функции.

Внутренне пространство зданий разделяется на отдельные помещения. Помещения подразделяются на:

основные; вспомогательные; технические.

Помещения, размещенные в одном уровне, образуют этаж. Этажи разделяются перекрытиями.

Внутреннее пространство зданий чаще всего расчленено

по вертикали -на этажи и в плане - на отдельные помещения.

Помещения здания должны наиболее полно соответствовать тем процессам, на которые данное помещение рассчитано; следовательно, основным в здании или его отдельных помещениях является его функциональное назначение.

При этом, необходимо различать главные и подсобные функции. Так, например, в здании образовательныхучреждений главной функцией являются учебные занятия, поэтому оно в основном состоит из учебных помещений (аудитории, лаборатории и т. п.). Наряду с этим, в здании осуществляются и подсобные функции: питание, общественные мероприятия, и т. п. Для них предусматриваются специальные помещения: столовые и буфеты, актовые залы, административные помещения и др.

Все помещения в здании, отвечающие главным и подсобным функциям , связываются между собой помещениями, основное назначение которых - обеспечение движения людей. Эти помещения принято называть коммуникационными. К ним относятся коридоры, лестницы, вестибюли, фойе, кулуары и т. п.

Таким образом, помещение должно обязательно отвечать той или иной функции. При этом, в нем должны быть созданы наиболее оптимальные условия для человека, т. е. среда, отвечающая выполняемой им в помещении функции.

Качество среды зависит от ряда факторов. К ним можно отнести:

1. пространство , необходимое для деятельности человека, размещения оборудования и перемещения людей;

2. состояние воздушной среды (микроклимат) – запас воздуха для дыхания с оптимальными параметрами температуры, влажности и скорости его движения, соответствующими нормальному для осуществления данной функции тепло- и влагообмену человеческого организма. Состояние воздушной среды характеризуется также степенью чистоты воздуха, т. е. количеством содержания вредных для человека примесей (газов, пыли);

3. звуковой режим – условия слышимости в помещении (речи, музыки, сигналов), соответствующие его функциональному назначению, и защита от мешающих звуков (шума), возникающих как в самом помещении, так и проникающих извне, и оказывающих вредное влияние на организм и психику человека. Со звуковым режимом связана акустика – наука о звуке; архитектурная акустика – наука о распространении звука в помещении; и строительная акустика – наука, изучающая механизм прохождения звука через конструкции;

4. световой режим – условия работы органов зрения,естественное и искусственное освещение, соответствующие функциональному назначению помещения, определяемые степенью освещенности помещения. Со световым режимом тесно связаны проблемы цвета; цветовые характеристики среды оказывают влияние не только на органы зрения, но и на нервную систему человека;

5. инсоляция – условия прямого влияния солнечного освещения. Санитарно-гигиеническое значение непосредственного солнечного облучения исключительно велико. Солнечные лучи убивают большинство болезнетворных бактерий, оказывают общеоздоровительное и психофизическое воздействие на человека. Эффективность влияния солнечного освещения на здания и окружающую территорию определяется продолжительностью их прямого облучения, т.е. которая в городской застройке регламентируется Санитарными нормами (СН).

6. видимость и зрительное восприятие – условия для работы людей, связанные с необходимостью видеть плоские или объемные объекты в помещении, например в аудитории - записи на доске или демонстрацию действия прибора; условия видимости тесно связаны со световым режимом.

7. движение людских потоков , которое может быть комфортным или

вынужденным, в условиях срочной эвакуации людей из зданий.

Следовательно, для того чтобы правильно запроектировать помещение, создать в нем оптимальную среду для человека, необходимо учесть все требования, определяющие качество среды.

Эти требования для каждого вида зданий и его помещений устанавливаются Строительными нормами и правилами (СНиП) - основным государственным документом, регламентирующим проектирование и строительство зданий и сооружений в нашей стране.

Лекция 2

Техническая целесообразность здания определяется решением его конструкций, которые должны находиться в полном соответствии с законами механики, физики и химии. Для того чтобы правильно запроектировать несущие и ограждающие конструкции зданий, необходимо знать, каким силовым и несиловым воздействиям они подвергаются.

Нагрузки и воздействия на здания.

Конструкции зданий должны учитывать все внешние воздействия, воспринимаемые зданием в целом и его отдельными элементами. Эти воздействия подразделяют на силовые и несиловые (воздействие среды)

Назначение конструкций - восприятие силовых и несиловых воздействий на здание

Внешние воздействия на здание.

1 – постоянные и временные вертикальные силовые воздействия; 2 – ветер; 3 – особые силовые воздействия (сейсмические или др.); 4 – вибрации; 5 – боковое давление грунта; 6 – давление грунта (отпор); 7 – грунтовая влага; 8 – шум; 9 – солнечная радиация; 10 – атмосферные осадки; 11 – состояние атмосферы (переменная температура и влажность, наличие химических примесей)

К силовым воздействиям относятся различные виды нагрузок:

- постоянные - от собственной массы здания, от давления грунта основания на его подземные элементы;

-временные длительного действия – от массы стационарного технологического оборудования, длительно хранящихся грузов, собственной массы перегородок, которые могут перемещаться при реконструкции;

-кратковременные - от массы подвижного оборудования, людей, мебели, снега, от действия ветра на здание;

-особые - от сейсмического воздействия, просадочности лессового или протаявшего мерзлого грунтового основания здания,воздействия деформаций земной поверхности в районах влияния горных выработок, взрывов, пожаров и т.п.

-воздействия, возникающие при чрезвычайных ситуациях - взрывы, пожары и пр.

К несиловым воздействиям относят:

- температурные воздействия пременных температур наружного воздуха, вызывающих линейные (температурные) деформации - изменения размеров наружных конструкций здания или температурные усилия в них при стесненности проявления температурных деформаций вследствие жесткого закрепления конструкций;

- воздействия атмосферной и грунтовой влаги, на материал конструкций, приводящие к изменениям физических параметров, а иногда и структуры материалов вследствие их атмосферной коррозии, а также воздействие парообразной влаги воздуха помещений на материал наружных ограждений, при фазовых переходах влаги в их толще;

-движения воздуха , вызывающие его проникновение внутрь конструкции и помещения, изменяющее их влажностный и тепловой режим;

-воздействие прямой солнечной радиации, влияющей на световой и температурный режим помещений и вызывающей изменение физико-технических свойств поверхностных слоев конструкций (старение пластмасс, плавление битумных материалов и т.п.).

-воздействие агрессивных химических примесей , содержащихся в воздухе, которые в смеси с дождевой или грунтовой водой образуют кислоты, разрушающие материалы (коррозия);

-биологические воздействия , вызываемые микроорганизмами или насекомыми, приводящими к разрушению конструкций и к ухудшению внутренней среды помещений;

-воздействие звуковой энергии (шума) от источников внутри и вне здания, нарушающий нормальный акустический режим в помещении

В соответствии с нагрузками и воздействиями предъявляют и технические требования :

1 Прочность - способность воспринимать силовые нагрузки и воздействия без разрушения.

2. Устойчивость - способность конструкции сохранять равновесие при силовых нагрузках и воздействиях.

3. Жесткость - способность конструкции осуществлять свои статические функции с малыми заранее заданными величинами деформации.

4. Долговечность - предельный срок сохранения физических качеств конструкции здания в процессе эксплуатации.Долговечность конструкции зависит от:

ползучести - процесса малых непрерывных деформаций материала конструкции при длительном загружении;

морозостойкости - сохранения влажными материалами необходимой прочности при многократном чередовании замораживания и оттаивания.

влагостойкости - способности материалов противостоять воздействию влаги без существенного снижения прочности следственного расслоения, возбуждения, коробления и растрескивания.

коррозионостойкости - способности материалов сопротивляться разрушению, вызываемому химическими, физическими или электрохимическими процессами.

биостойкости - способности органических материалов противостоять разрушающим воздействиям микроаргонизмов и насекомых.

Секционные жилые дома

Коридорные жилые дома. В коридорных жилых домах квартиры располагаются по обе стороны коридора. Такие дома могут быть квартирными для постоянного проживания и общежитиями и гостиницами для временного проживания. В коридорных домах вертикальными коммуникациями являются лестницы (при высоте дома до 5 этажей) и лестницы с лифтами для домов в 6 этажей и выше. Коридорная планировка позволяет более экономично использовать вертикальные коммуникации, обеспечивая увеличение количества квартир, приходящихся на лестницу и лифт, что особенно проявляется в домах повышенной этажности. Коридорные жилые дома имеют, как правило, меридианальную ориентацию, что позволяет выполнить требования по инсоляции. Коридоры в таких домах должны иметь достаточную ширину, освещенность и проветривание. Коридоры освещаются через оконные проемы с одного торца (при длине коридора до 24 м) и с двух торцов (при длине до 48 м). При большей длине устраиваются световые холлы на расстоянии не более 24 м друг от друга.

Галерейные жилые дома по планировке отличаются от коридорных тем, что входы в квартиры в таких домах устраиваются с поэтажных открытых коридоров-галерей, которые вынесены за наружную грань одной из продольных стен. Квартиры в галерейных домах расположены по одну сторону от галереи и, соответственно, имеют сквозное проветривание. Такой тип домов целесообразно строить в районах, где нужна защита жилых помещений от перегрева. Квартиры в галерейных домах примыкают к галереям своими подсобными помещениями. Вертикальный транспортный узел в галерейных домах примыкает к галереям или в торцах, или в средней части, при этом часто выносится за габариты жилого корпуса. В многоэтажных галерейных домах должно быть не менее двух узлов вертикального транспорта в виде эвакуационных лестниц.

3. Объемно-планировочные решения квартир, лестнично-лифтовых узлов, входных узлов

Расположение помещений заданных размеров и формы в одном здании или комплексе зданий, подчиненное функциональным, техническим, архитектурно-художественным и экономическим требованиям, называется объемно планировочным решением здания или комплекса зданий.

Помещения в здании в зависимости от их роли в выполнении основного функционального процесса делятся на:

Основные помещения, предназначенные для выполнения основных функций здания;

Подсобные (вспомогательные) помещения, предназначенные для выполнения вспомогательных функций, способствующих выполнению основного функционального;

Коммуникационные помещения, обеспечивающие связи между помещениями. Коммуникации бывают горизонтальными (коридоры, галереи, проходы, фойе, кулуары) и вертикальными (лестницы, лифты, эскалаторы, пандусы).

Требования к наружным стеновым панелям и их стыкам. Общие сведения о силовых воздействиях горизонтальных и вертикальных стыках наружных панельных стен

Любая конструкция должна удовлетворять требованиям:

Прочности,

Долговечности,

Минимальной деформативности,

Теплоизоляции,

Взаимодействия с внутренними несущими конструкциями здания

Архитектурно-декоративными свойствами

Связи между внешними слоями стен проектируют жесткими или гибкими.

Требования прочности удовлетворяют применением для внутренних слоев конструкций материалов с высокой прочностью на сжатие.Требование долговечности и трещиностойкости наружного слоя, которое удовлетворяется применением высоких классов или марок стенового материала по прочности на сжатие (см. выше), его соответствия требованиям к марке стенового материала по морозостойкости для каждого климатического Района Устойчивость. Совместную работу наружных и внутренних стен обеспечивают в кирпичных стенах перевязкой кладки стен, в бетонных панельных - бетонными дискретными шпоночными связями

Варианты устройства горизонтальных стыков панелей внутренних стен. Общие сведения о силовых воздействиях в этих стыках

Платформенные

Контактные;

Контактно - платформенные;

Монолитные платформенный

а - платформенные; б – контактные; в - контактно - платформенные; г - монолитные

Обеспечения изоляционных свойств панельных стен. Требование по теплозащите, влагонепроницаемости и воздухонепроницаемости стыков наружных панельных стен. Открытые, закрытые дренированные стыки. Область их применения

Наиболее ответственными и сложными по исполнению в конструкциях крупнопанельного здания являются стыки между панелями. Существует много различных решений, но ни одно из них не отвечает всем требованиям, предъявляемым к стыкам: по прочности (жесткая связь стеновых панелей между собой и с перекрытием), долговечности и герметичности, тепло- и звукоизоляции, простоте устройства и художественной выразительности. Конструктивные решения стыков могут быть классифицированы по следующим признакам: по устройству наружной зоны (открытые, с водоотбойной лентой и закрытые, защищенные цементным раствором и герметизирующими мастиками); по способу заделки (утепленные, с прокладкой эффективного утеплителя, и замоноличенные бетоном); по способу сопряжения (сварные, петлевые, болтовые самозаклинивающие или шпоночные Конструктивные решения стыков могут быть классифицированы по следующим признакам:

По способу сопряжения (сварные, петлевые, болтовые, самозаклинивающие или шпоночные),

По способу заделки (утепленные, с прокладкой эффективного утеплителя, и замонолич. бетоном),

Применяются стыки закрытого, дренированного и открытого типов.

По устройству наружной зоны (или по граням разрезки панелей),

Открытые и закрытые,

Дренированный стык применяется как вариант закрытого стыка защищенные цементным раствором и герметизирующими мастиками.

Выбор типа определяется конструкцией наружных стеновых панелей и климатическим районированием страны по расчетной зимней температуре и сопровождаемым ветром дождям. Правильный выбор типа стыков благоприятствует осушающему режиму наружных стен в процессе эксплуатации здания. Изоляционные свойства стыков обеспечиваются их лабиринтным сечением и упругим уплотнением наружных швов, компенсирующим тенденцию к раскрытию в зимнее время. Выпадение конденсата предотвращается осушающим режимом стены, поддерживаемым естественной вентиляцией через поры строительных материалов, и отводом проникшей за зону изоляции влаги. Конденсат стекает по декомпрессионным каналам в боковых гранях панелей и далее отводится из стены через дренажные отверстия в дренированных стыках или через открытые устья в открытых стыках.

21. Перекрытия зданий из крупноразмерных элементов. Назначение, требования к ним, классификация по местоположению и технологии возведения

Классификация крыш по материалу, по способу выполнения, по наличию пространства между кровлей и помещениями здания, по величине уклона кровли, по теплотехническим характеристикам, по виду кровли, по организации водосброса со здания

Крыша – это прочная часть здания, относящаяся к несущимся конструкциям, расположенная сверху и защищающая внутренние помещения от проникновения атмосферных осадков.

Крыша должна быть прочной и устойчивой, обладать гидро- и теплоизоляционными свойствами. При постройке следует обязательно учитывать противопожарные нормы. Кроме того, крыша – это украшение дома, она может полностью изменить его внешний вид – придать ему современный или старинный стиль, сделать его зрительно более высоким и воздушным или, наоборот, надежным и устойчивым.

Классификация по способу строения

Существуют два вида крыш: чердачные и совмещенные.

Чердачная крыша – это такая конструкция, которая состоит из наружной кровли и строительных ферм, которые её поддерживают. На балки обычно кладут обрешетку или настил. Уклон крыши может быть различным, он зависит от двух условий: материала, который используется для кровли, и климата природной зоны, в которой строится дом.

При большом количестве осадков скат крыши делают под углом 45° и более, а если преобладает сухая погода и сильные ветры, то уклон не должен превышать 30°. Когда для кровли применяются штучные материалы, то угол нельзя делать меньше 22°. Для рулонных материалов оптимальным будет угол от 5 до 25°, а для асбоцементных листов и черепицы - 25-35° и более. С увеличением уклона крыши возрастает расход материалов и ее общая стоимость.

Совмещенная крыша – это особый настил, выполняющий функции гидроизоляции, помещающийся на чердачном перекрытии и практически не имеющий уклона. Материалом для него служит нескольких слоев рубероида, промазанных битумной мастикой. Жидкость с него сливается по внутренним водостокам.

Классификация по уровню теплоизоляции

Крыши бывают теплыми и холодными. Наличие в конструкции чердака определяет их как теплые, так как его устройство обеспечивает теплоизоляцию, за счет воздушного пространства, образуемого поверхностью крыши, наружными стенами и перекрытием верхнего этажа. Он защищает здание от холода, обеспечивает проветривание и влагообмен различных элементов конструкции. Также его устройство существенно увеличивает надежность и срок службы дома, но общая стоимость строительства повышается, потому что чердак не входит в число жилых помещений.

В этом случае, можно организовать мансарду, которая представляет собой жилую комнату, расположенную прямо под кровлей, а её стенами являются боковые поверхности крыши. Расстояние от венца до пола мансардного помещения должно быть не менее 1,5 м. Таким образом, все внутреннее пространство используется для жилья.

Холодные крыши без чердака строят, как правило, над неотапливаемыми строениями, сараями и другими хозяйственными постройками. В их функции входит лишь непосредственная защита от атмосферных осадков.

Классификация по форме

Крыши бывают односкатные, двускатные, ломаные, вальмовые, шатровые и крестообразные. Скат – это плоскость крыши, расположенная под уклоном. Пересекаясь, они создают конек кровли. Угол, образованный скатами крыши и фронтона называется ендовой.

Односкатные – это крыши, имеющие одну наклонную поверхность. Они опираются на две стены разной высоты. Наклон, как правило, обращают к наветренной стороне, чтобы защитить дом от дождя и снега. Кроме того, односкатные крыши позволяют максимально использовать внутреннее пространство постройки.

Двускатные – это классический вариант для небольших коттеджей. Крыша образована двумя скатами, направленными в противоположные стороны.

Ломаные крыши возводятся при постройке дома с мансардой. Они представляют собой не два, а четыре ската, соединенных под тупым углом. Этот тип крыши часто применяется в индивидуальном строительстве.

Вальмовая – это четырехскатная крыша с треугольными скатами по торцовым сторонам.

Шатровые – это крыши с четырьмя скатами в виде одинаковых треугольников, сходящихся в одной точке.

Силовые нагрузки и воздействия на крыши. Требования к проектированию крыш. Слои, входящие в состав крыши и их назначение

Рис. 1. Внешние воздействия на покрытие

1-постоянные нагрузки (собственный вес); 2 - временные нагрузки (снег, эксплуатационные нагрузки); 3 - ветер - давление; 4 -ветер-отсос; 5, 9 - воздействие температур окружающей среды; 6 – атмосферная влага (осадки, влажность воздуха); 7 -химически агрессивные вещества, содержащиеся в воздухе; 8 - солнечная радиация; 10 - влага, содержащаяся в воздухе чердачного пространства

Конструктивные элементы чердачных сборных железобетонных крыш. Их классификация по способу удаления воздуха из системы вытяжной вентиляции через конструкцию крыши, в зависимости от вида и способа гидроизоляции чердачного покрытия

Крыши из сборных железобетонных панелей бывают неэксплуатируемые и эксплуатируемые, бесчердачные и чердачные. Сборные железобетонные крыши устраивают шести типов: 1 - чердачные с гидроизоляцией мастичными или окрасочными составами (безрулонная кровля) (рис. 14, в, г), 2 - чердачные с кровлей из рулонных материалов; 3 - бесчердачные из однослойных панелей, выполненных из легких или ячеистых бетонов; 4 - бесчердачные из многослойных комплексных панелей, состоящих из двух железобетонных панелей, между которыми уложен эффективный теплоизоляционный материал; 5 - бесчердачные с несущими панелями из тяжелого бетона, по которым уложены плиты из эффективных утепляющих материалов; 6 - бесчердачные построечного исполнения многослойной конструкции с засыпным утеплителем и стяжкой под кровлю из рулонных материалов.

Организация водоотвода с крыши. Варианты создания уклона кровли плоских крыш

34.Эксплуатируемые крыши-террасы

Эксплуатируемая крыша устраивается и над чердачными и над бесчердачными покрытиями. Она может быть устроена над всем зданием или его частью. В современных многоэтажных жилых домах крышу часто используют как площадку для отдыха и других целей. В этом случае эксплуатируемая кровля носит название крыши-террасы. Пол крыш-террас проектируют плоским или с уклоном не более 1,5 %, а поверхность кровли под ним - с уклоном не менее 3 %. Для кровли принимают наиболее долговечные материалы (например, гидроизол). Число слоев рулонного ковра принимают на один больше, чем при неэксплуатируемой крыше. На поверхность ковра наносят слой горячей мастики, антисептированный гербицидами. Они защищают ковер от прорастания корней растений от семян и спор, заносимых на крышу ветром.

Конструкцию кровли крыш-террас выполняют аналогично обычным рулонным кровлям, но сверху устраивают дополнительные слои, которые служат полом. Пол делают горизонтальным из отдельных плит, укладываемых на слой гравия или крупнозернистого песка. Плиты могут быть железобетонными, из природного камня, керамики. Слой гравия служит для защиты рулонного ковра, дренажа и отвода воды к водосточным воронкам, которые в этом случае делают с плоской крышкой-решеткой. Пол устраивают монолитным с небольшим уклоном (асфальтобетонным, мозаичным, цементным). Отвод воды происходит по наружной поверхности пола к ендове, где устанавливают водосточные воронки.

35. Классификация лестниц по назначению, расположению, материалу, по форме в плане, количеству маршей и площадок, размерам конструктивных элементов, по технологии возведения

По назначению различают лестницы: основные или главные - для повседневной эксплуатации, вспомогательные - запасные, пожарные, аварийные, служебные, служащие ля аварийной эвакуации, сообщения с чердаком или подвалом, для подхода к различному оборудованию и др., входные - для входа здание, устраиваемые обычно в виде широкой входной площадки со ступенямиПо количеству маршей:1)Одномаршевые2) Двухмаршевые 3)Трехмаршевые. По способу изготовления: в виде объемного блока; из площадок совместно с маршами; из раздельных площадок и маршей; из мелкоразмерных элементов в виде отдельных ступеней, косоуров, подкосоурных балок и плит. По расположению в здании различают: внутренние- лестницы общего пользования,расположенные в лестничных клетках или открытые в парадных вестибюлях- холлах общественных зданий, внутриквартирные- служащие для связи жилых помещений в пределах одной квартиры при расположении ее в нескольких уровнях, и наружные.

В практике массового строительства высоту подступенка обычно принимают равной 140-170 мм, но не более 180 мм и не менее 135 мм, а ширину проступи принимают равной 280-300 мм, но не менее 250 мм. Ширина марша определяется прежде всего требованиями пожарной безопасности, а также габаритами переносимых по лестнице предметов. Суммарную ширину лестничных маршей принимают в зависимости от количества людей, находящихся на наиболее населенном этаже из расчета не менее 0,6 м на 100 чел. Ширина лестничных площадок должна быть не меньше ширины марша. Для основных лестниц при ширине марша 1,05 м площадки должны быть шириной не менее 1,2 м. Лестничные площадки перед входами в лифт с распашными дверями принимают шириной не менее 1,6 л.

Между маршами лестниц оставляют зазор шириной не менее 100 мм, который необходим для пропуска пожарного шланга.

Требования к проектированию лестниц

Лестницы проектируют с соблюдением строительных норм и правил по обеспечению Основные требования, предъявляемые к лестницам: 1)прочность, жесткость . Проверяется расчетом.2)удобство , безопасность при ходьбе . Безопасность и удобство обеспечивается рядом правил: а)обеспечение неутомляемости подъема, обеспечивается размерами ступеней, удобными для постановки ноги. Высоту подступенка принимают 140-170 мм (стандартная – 150 мм), но не более 180 мм и не менее 135 мм. Ширину проступи принимают равной 280-300 мм (стандартная - 300 мм), но не менее 250 мм;б)все ступени в марше должны быть одного размера.в)число подъемов в одном марше не менее 3 (при меньшем легко оступиться) - и не более 18. г)естественное освещение; Лестничные клетки, как правило, должны иметь естественное освещение через окна в наружных стенах. В лестничных клетках нельзя делать какие-либо подсобные помещения или устройства, которые могли бы стеснить проходы или служить источником пожара.д)ограждение (перила) должно иметь высоту не менее 0,9 м.е)поворот у лестницы желательно проектировать левым (при движении по лестнице вверх.3) безопасность эвакуации . а)обеспечивается пропускной способностью лестницы, зависящей от ее ширины и уклона.б)ширина лестничной площадки должна быть не менее ширины лестничного маршав)между маршем и лестницей оставляется зазор не менее 50 мм для пропуска пожарного шланга;г) надежность пожарной безопасности . К лестницам многоэтажных зданий предъявляются дополнительные требования. Они должны быть несгораемыми, иметь предел огнестойкости равный 1,5 часа.

Гидроизоляция фундаментов

Конструкции нулевого цикла гражданских зданий требуют устройства гидроизоляции. Выбор варианта конструктивного решения гидроизоляции зависит от

Характера воздействия грунтовой влаги

Режима расположенных помещений

Водонепроницаемости материалов конструкций подземной части здания.

Влага поступает в фундаментные конструкции через грунт атмосферной влагой или фунтовой водой. Капиллярный подсос влаги вызывает отсырение стен подвала и первого этажа. Преградой этому процессу служит устройство горизонтальной и вертикальной гидроизоляции Для предохранения стен от капиллярной сырости в фундаментах устраивают гидроизоляцию - горизонтальную и вертикальную По методу устройства различают гидроизоляции:

Окрасочную,

Штукатурную (цементную или асфальтную),

Литую асфальтную,

Оклеечную (из рулонных материалов)

Оболочковую (из металла).

При отсутствии в здании подвальной части горизонтальную гидроизоляцию укладывают в уровне цоколя выше отметки уровня поверхности земли (№1), а во внутренних стенах - в уровне обреза фундамента. При наличии подвала прокладывают второй уровень горизонтальной гидроизоляции под его полом. Горизонтальная гидроизоляция выполняется из двух слоев рулонного материала (рубероида на мастике, гидроизола, гидростеклоизола, изопласта и др.) или слоя асфальтобетона, цемента с гидроизоляционными добавками.

Вертикальная гидроизоляция предназначена для защиты стен подвалов. Её конструкция зависит от степени увлажнения грунтов основания. При сухих грунтах ограничиваются двухразовой обмазкой горячим битумом. При влажных грунтах - устраивают влагоустойчивую цементную штукатурку с оклеенной гидроизоляцией рулонными материалами за два раза. Для защиты вертикальной гидроизоляции устанавливают прижимные стенки из кирпича или асбестоцементных листов.

Варианты конструктивных решений консольных и балочных плит балконов

48. Типы лоджий. Конструктивные решения встроенных и выносных лоджий зданий из крупноразмерных элементов

Балконы и лоджии - это открытые поэтажные площадки в жилых и общественных зданиях, связывающие внутренние пространства эксплуатируемых помещений с внешней средой. При аварийных ситуациях они могут использоваться для эвакуации людей. Лоджии, в отличие от балконов по боковым сторонам ограждены стенами, и могут быть как встроенными в объём здания, так и выносными. Лоджии бывают освещены солнцем меньшее количество время, чем балконы, а их устройство связано с увеличением площади наружных стен.

Междуэтажные перекрытия лоджий во избежание образования мостика холода, отделяют от основных междуэтажных перекрытий наружной стеновой панелью или заполняют зазор утепляющим материалом, к которому сверху подходит подоконная панель, а снизу – переплеты остекления. Пол лоджии устраивают так же, как на балконах с уклоном 1-2 % наружу, и выполняют из плиток, уложенных на цементном растворе по слою гидроизоляции.

Плита балконов и лоджий по наружному периметру должна иметь капельник. Ограждение лоджий выполняется в виде металлической решетки, стойки которой заделывают в гнездах балконной плиты, а поручень крепят к стене, и экранов. Экраны могут быть металлические, из асбестоцементных листов, стеклопластика, армированного стекла.

Плиты перекрытий встроенных лоджий панельных зданий опирают на несущие боковые внутренние железобетонные стены, которые требуют дополнительно утепляющих конструкций в виде отдельных доборных панелей наружных стен или объёмных элементов.

Особенность конструктивного решения выносных лоджий заключается в опасности возникновения разности осадочных деформаций лоджий и здания, особенно при большой этажности, так как перекрытия таких лоджий опираются на приставные боковые панельные стенки - "щёки".

Поэтому в многоэтажных зданиях проектируются конструкции навесных лоджий, "щёки" которых крепят на поперечные внутренние стены.

Боковые стены выносных лоджий проектируются несущими только в зданиях малой и средней этажности. При этом для обеспечения совместной осадки лоджий и здания стены лоджий опирают на участки фундаментов поперечных внутренних стен.

В каркасных панельных зданиях плиты балконов (лоджий) работают по балочной схеме, опираясь на консоли колонн, благодаря чему исключается передача нагрузки на наружные стены. При этом производится изоляция вертикальных и горизонтальных сопряжений панелей наружных стен по принципу дренированного стыка.

При проектировании балконов и лоджий необходимо обеспечивать отвод воды от наружных стен.

Варианты конструктивных решений наружных стен объемных блоков. Конструкции стыков, соединений и деталей

Конструктивное решение зависит от схемы разрезки этих зданий на составные элементы. Конструкционные схемы объёмно-блочных зданий сложнее кирпичных, блочных и панельных зданий, так как объёмные блоки представляют собой пространственные ячейки. В зависимости от вида применения объёмных блоков и других конструктивных элементов системы блочных зданий бывают: 1) однородная блочная система, при которой всё здание собирается из несущих объёмных блоков; 2) неоднородная блочная система, при которой здание собирается из несущих и ненесущих блоков; 3)каркасно-блочные системы, при которой ненесущие объёмные блоки опираются на несущий каркас здания; 4) блочно-панельная система, при которой здания собираются из несущих объёмных блоков и крупных панелей наружных и внутренних стен и перекрытий;5) система навесных объёмных блоков, при которой несущие объёмные блоки навешиваются на несущие части здания, являющиеся ядрами жёсткости.

Общие положения проектирования общественных зданий (классы капитальности, долговечности, степени огнестойкости, основные противопожарные мероприятия)

Здания по долговечности делятся на 3 степени:

1 степень – срок службы более 100 лет;

2 степень – срок службы от 50 до 100 лет;

3 степень – срок службы от 20 до 50 лет;

Менее 20 лет - временными.

Пожарная безопасность зданий

Строительные материалы и конструкции по возможности возгорания делятся на:

Сгораемые (горючие), которые под воздействием огня или высокой температуры воспламеняются и продолжают гореть после удаления источника огня;

Несгораемые (негорючие), которые под воздействием огня или высокой температуры не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются;

Трудносгораемые, которые под воздействием источника огня или высокой температуры трудно горят или тлеют, но при удалении источника огня их горение или тление прекращаются. Строительные конструкции характеризуются также пределом огнестойкости, т.е. сопротивлением действию огня в часах до потери прочности или устойчивости, или до образования сквозных трещин, или до повышения температуры до 140?C на поверхности конструкции со стороны, противоположной действию огня.По огнестойкости здания делятся на 5 степеней. При определении огнестойкости зданий учитывается огнестойкость основных материалов и конструкций и пожароопасность технологических процессов, выполняемых в здании. К первой степени относятся здания с наибольшей огнестойкостью, а к пятой – наименее огнестойкие.

66.Объёмно-планировочные решения общественных зданий (основные группы помещений, требования к ним основные объёмно-пространственной структуры зданий)

Общественные здания имеют самую разнообразную объемно-планировочную композицию, зависимую в основном от функционального назначения и архитектурного решения. Тем не менее, из большого круга композиционных форм общественных зданий четко выделяются коридорные и зальные. Большую часть общественных зданий представляет «смешанная группа», получившая более широкое распространение при современном обслуживании населения городов, рабочих поселков и сельских населенных мест. Строятся здания по анфиладной схеме, в которой движение людского потока направляется из комнаты в комнату с расположением дверей по одной оси. Такая планировка характерна для помещений музеев, картинных галерей, некоторых типов выставок.
Для всех видов общественных зданий присущи основные планировочные элементы: помещения основного функционального назначения (в административных зданиях - рабочие кабинеты, комнаты; в зальных помещениях - залы, в торговых зданиях и зданиях общественного питания - торговые и обеденные залы, в библиотеках - читальные залы и книгохранилища и т. д.); входной узел - в составе тамбура, вестибюля и гардероба; узел вертикального транспорта - лестницы, лифты; помещения движения и распределения людских потоков в коридорных зданиях - коридоры и рекреации; в театральных – фойе и кулуары; санитарный узел – туалеты, умывальники, комнаты личной гигиены.
Взаимное расположение основных планировочных элементов в соответствии с функциональным назначением и лучшей организацией людских потоков указывает на качество планировки здания.

Требования к проектированию многоэтажных жилых домов

К зданиям предъявляется следующие основные требования:

а) требование функционального соответствия, т.е. здание должно соответствовать своему функциональному назначению;

б) требование технического соответствия, т.е. здание должно быть прочным, устойчивым и долговечным;

в) требование архитектурно-художественной выразительности, т.е. здание должно быть красивым по внешнему виду и внутреннему оформлению и положительно воздействовать на человека;

г) требование экономической целесообразности, т.е. получения в результате строительства максимума полезной площади или объема здания при минимальных затратах средств, труда и времени на строительство и эксплуатацию здания, но при обязательном выполнении первых трех требований.

Соответствие здания или помещения той или иной функции достигается при создании в этом здании или помещении оптимальных условий для человека и для выполнения функциональных процессов. Условия в здании или помещении характеризуется следующими факторами: пространством, состоянием воздушной среды, звуковым режимом, световым режимом и условиями видимости и зрительного восприятия.

а) пространство характеризуется площадью и объемом здания и его помещений и обеспечивается размерами и формой здания и его помещений в плане и по высоте.

б) состояние воздушной среды характеризуется запасом воздуха, его температурой, влажностью и скоростью движения и обеспечивается конструкциями наружных ограждений и санитарно-техническим оборудованием (отоплением, механической вентиляцией, кондиционированием воздуха и др.).

в) звуковой режим характеризуется условиями слышимости в помещении, соответствующими его функциональному назначению, и обеспечивается объемно-планировочными и конструктивными решениями с использованием звукопоглощающих, звукоотражающих и звукоизолирующих материалов и конструкций.

г) световой режим характеризуется условиями работы органов зрения, соответствующими функциональному назначению помещения, и обеспечивается размерами оконных проемов и фонарей для естественного освещения, их ориентацией по сторонам горизонта и с помощью искусственного освещения.

д) видимость и зрительное восприятие связаны с необходимостью видеть плоские или объемные предметы в помещении и обеспечиваются за счет светового режима и взаимного расположения зрителя и воспринимаемого им объекта.

2. Типы планировочных схем многоэтажных жилых домов

Секционные жилые дома Секция в жилом доме включает узел вертикального транспорта (лестницу и лифты) и поэтажно примыкающие к нему квартиры. В домах средней этажности на лестничную площадку каждого этажа выходит от 2 до 4 квартир, а в домах в 6 этажей и более – не менее 4 квартир, что обеспечивает более экономное использование лифтов и мусоропроводов. В зависимости от местоположения в доме различают рядовые, торцевые, угловые и поворотные секции. Рядовые секции располагаются в средней части дома, торцевые – по торцам, угловые и поворотные, в местах поворота зданий в плане. В секциях неограниченной ориентации окна каждой квартиры выходят на обе продольные стороны здания. Такие секции могут располагаться в любом направлении по отношению к сторонам горизонта, в том числе и параллельно широте, и их называют широтными. В секциях ограниченной ориентации окна каждой квартиры выходят на одну из продольных сторон здания. Такие секции могут располагаться только параллельно меридиану и их называют меридиональными. В секциях частично ограниченной ориентации одна часть квартир выходит окнами на обе продольные стороны здания, а другая часть квартир – на одну сторону. Эти секции располагают по отношению к сторонам горизонта таким образом, чтобы обеспечивалась требуемая инсоляция квартир с односторонним расположением окон, так как инсоляция квартир с двухсторонним расположением окон обеспечивается в любом случае. Секционные жилые дома проектируют в две и более секции. Рядовые секции чаще всего бывают прямоугольной формы, торцевые – прямоугольной или T- образной формы, поворотные – Г- образной или другой формы.

Предполагается, что все опорные точки конструкции движутся поступательно по одинаковому закону Х 0 = XJ ()

При землетрясении грунты основания здания приходят в движение, что показано на рисунке 14.

При этом на каждую единицу объема сооружения действует инерционная сила, зависящая от сосредоточенных в этих объемах инерционных параметров - масс и жест- костных характеристик сооружения. Эти инерционные силы называются сейсмическими силами или сейсмическими нагрузками и приводят сооружение в напряженно- деформированное состояние.

Рассмотрим основные подходы, позволяющие определить такие важные параметры, как жесткость, собственную частоту и формы колебаний сооружения. Наиболее просто выбрать в качестве модели здания линейный осциллятор, воздействие на который моделируется горизонтальным перемещением основания по заданному закону X Q = X 0 (t), а система имеет одну степень свободы, определяемую горизонтальным перемещением сосредоточенной массы т (рис. 15).

Таким образом, полное перемещение Х 0 (0 массы т в любой момент времени складывается из «переносного» перемещения Xj(t) и относительного перемещения, вызванного изгибом стержня X 2 (t):

Составим уравнение движения, используя метод перемещений, ибо нас интересует значение восстанавливающей силы (силы упругости), равной

Расчетная схема линейного осциллятора

где -перемещение Х т массы в горизонтальном

направлении, вызванное действием единичной силы - жесткость линейного осциллятора.

Уравнение равновесия массы будет

Тогда с учетом:

где со 2 - частота собственных колебаний осциллятора, получаем уравнение движения, в котором параметром, определяющим колебательную систему, является частота собственных колебаний этой системы:

Сейсмические нагрузки могут действовать в любом направлении, поэтому для реальных зданий и сооружений уравнения, определяющие их движение при сейсмической нагрузке, весьма громоздки, однако при этом система характеризуется все той же частотой собственных колебаний.

Если обобщить задачу сейсмостойкого строительства, то с точки зрения выведенных уравнений она состоит в выявлении тех конструкций, которые являются наименее прочными и жесткими, и соответственно в увеличении их прочности (сейсмоусиление) или снижении нагрузки на них (сейсмоизоляция).

В современных нормативных документах изложены общие требования по обеспечению механической безопасности зданий и сооружений. Так, в ч. 6 ст. 15 Федерального закона № 384 «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» выдвинуты требования о том, что «в процессе строительства и эксплуатации здания или сооружения его строительные конструкции и основание не достигнут предельного состояния по прочности и устойчивости... при вариантах одновременного действия нагрузок и воздействий».

За предельное состояние строительных конструкций и основания по прочности и устойчивости должно быть принято состояние, характеризующееся:

разрушением любого характера;
потерей устойчивости формы;
потерей устойчивости положения;
нарушением эксплуатационной пригодности и иными явлениями, связанными с угрозой причинения вреда жизни и здоровью людей, имуществу физических или юридических лиц, государственному или муниципальному имуществу, окружающей среде, жизни и здоровью животных и растений.

В расчетах строительных конструкций и основания должны быть учтены все виды нагрузок, соответствующих функциональному назначению и конструктивному решению здания или сооружения, климатические, а в необходимых случаях технологические воздействия, а также усилия, вызываемые деформацией строительных конструкций и основания.

Здание или сооружение на территории, на которой возможно проявление опасных природных процессов и явлений и (или) техногенных воздействий, должно быть спроектировано и построено таким образом, чтобы в процессе эксплуатации здания или сооружения опасные природные процессы и явления и (или) техногенные воздействия не вызывали последствий, указанных в ст. 7 Федерального закона № 384 , и (или) иных событий, создающих угрозу причинения вреда жизни или здоровью людей, имуществу физических или юридических лиц, государственному или муниципальному имуществу, окружающей среде, жизни и здоровью животных и растений.

Для элементов строительных конструкций, характеристики которых, учтенные в расчетах прочности и устойчивости здания или сооружения, могут изменяться в процессе эксплуатации под воздействием климатических факторов или агрессивных факторов наружной и внутренней среды, в том числе под воздействием сейсмических процессов, которые могут вызывать усталостные явления в материале строительных конструкций, в проектной документации должны быть дополнительно указаны параметры, характеризующие сопротивление таким воздействиям, или мероприятия по защите от них.

При оценке последствий землетрясения используется классификация зданий, приведенная в сейсмической шкале MMSK - 86 . В соответствии с этой шкалой здания разделяются на две группы:

1) здания и типовые сооружения без антисейсмических мероприятий;
2) здания и типовые сооружения с антисейсмическими мероприятиями.

Здания и типовые сооружения без антисейсмических мероприятий разделяют на типы.

А1 - местные здания. Здания со стенами из местных строительных материалов: глинобитные без каркаса; саманные или из сырцового кирпича без фундамента; выполненные из скатанного или рваного камня на глиняном растворе и без регулярной (из кирпича или камня правильной формы) кладки в углах ит.п.

А2 - местные здания. Здания из самана или сырцового кирпича, с каменными, кирпичными или бетонными фундаментами; выполненные из рваного камня на известковом, цементном или сложном растворе с регулярной кладкой в углах; выполненные из пластового камня на известковом, цементном или сложном растворе; выполненные из кладки типа «мидис»; здания с деревянным каркасом с заполнением из самана или глины, с тяжелыми земляными или глиняными крышами; сплошные массивные ограды из самана или сырцового кирпича и т. п.

Б - местные здания. Здания с деревянными каркасами с заполнителями из самана или глины и легкими перекрытиями:

1) Б1 - типовые здания. Здания из жженого кирпича, тесаного камня или бетонных блоков на известковом, цементном или сложном растворе; деревянные щитовые дома;
2) Б2 - сооружения из жженого кирпича, тесаного камня или бетонных блоков на известковом, цементном или сложном растворе: сплошные ограды и стенки, трансформаторные киоски, силосные и водонапорные башни.

В - местные здания. Деревянные дома, рубленные в «лапу» или в «обло»:

1) В1 - типовые здания. Железобетонные, каркасные крупнопанельные и армированные крупноблочные дома;
2) В2 - сооружения. Железобетонные сооружения: силосные и водонапорные башни, маяки, подпорные стенки, бассейны и т. п.

Здания и типовые сооружения с антисейсмическими мероприятиями разделяются на типы:

1) С 7 - типовые здания и сооружения всех видов (кирпичные, блочные, панельные, бетонные, деревянные, щитовые и др.) с антисейсмическими мероприятиями для расчетной сейсмичности 7 баллов;
2) С8 - типовые здания и сооружения всех видов с антисейсмическими мероприятиями для расчетной сейсмичности 8 баллов;
3) С9 - типовые здания и сооружения всех видов с антисейсмическими мероприятиями для расчетной сейсмичности 9 баллов.

При сочетании в одном здании двух или трех типов здание в целом следует относить к слабейшему из них.

При землетрясениях принято рассматривать пять степеней разрушения зданий. В международной модифицированной сейсмической шкале MMSK-86 предлагается следующая классификация степеней разрушения зданий:

1) d = 1 - слабые повреждения. Слабые повреждения материала и неконструктивных элементов здания: тонкие трещины в штукатурке; откалывание небольших кусков штукатурки; тонкие трещины в сопряжениях перекрытий со стенами и стенового заполнения с элементами каркаса, между панелями, в разделке печей и дверных коробок; тонкие трещины в перегородках, карнизах, фронтонах, трубах. Видимые повреждения конструктивных элементов отсутствуют. Для ликвидации повреждений достаточно текущего ремонта зданий;
2) d = 2 - умеренные повреждения. Значительные повреждения материала и неконструктивных элементов здания, падение пластов штукатурки, сквозные трещины в перегородках, глубокие трещины в карнизах и фронтонах, выпадение кирпичей из дымовых труб, падение отдельных черепиц. Слабые повреждения несущих конструкций: тонкие трещины в несущих стенах; незначительные деформации и небольшие отколы бетона или раствора в узлах каркаса и стыках панелей. Для ликвидации повреждений необходим капитальный ремонт зданий;
3) d = 3 - тяжелые повреждения. Разрушения неконструктивных элементов здания: обвалы частей перегородок, карнизов, фронтонов, дымовых труб; значительные повреждения несущих конструкций: сквозные трещины в несущих стенах; значительные деформации каркаса; заметные сдвиги панелей; выкрашивание бетона в узлах каркаса. Возможен восстановительный ремонт здания;
4) d = 4 - частичные разрушения несущих конструкций: проломы и вывалы в несущих стенах; развалы стыков и узлов каркаса; нарушение связей между частями здания; обрушение отдельных панелей перекрытия; обрушение крупных частей здания. Здание подлежит сносу;
5) d = 5 - обвалы. Обрушение несущих стен и перекрытия, полное обрушение здания с потерей его формы.

Анализируя последствия землетрясений, можно выделить следующие основные повреждения, которые получили здания различной конструктивной схемы, если сейсмические воздействия превосходили расчетные.

В каркасных зданиях преимущественно разрушаются узлы каркаса вследствие возникновения в этих местах значительных изгибающих моментов и поперечных сил. Особенно сильные повреждение получают основания стоек и узлы соединения ригелей со стойками каркаса (рис. 16а).

В крупнопанельных и крупноблочных зданиях наиболее часто разрушаются стыковые соединения панелей и блоков между собой и с перекрытиями. При этом наблюдается взаимное смещение панелей, раскрытие вертикальных стыков, отклонение панелей от первоначального положения, а в некоторых случаях обрушение панелей (рис. 160).

Для зданий с несущими стенами из местных материалов (сырцовый кирпич, глиносаманные блоки, туфовые блоки и др.) характерны следующие повреждения: появление трещин в стенах (рис. 17); обрушение торцовых стен; сдвиг, а иногда и обрушение перекрытий; обрушение отдельно стоящих стоек и особенно печей и дымовых труб.

Разрушение зданий в полной мере характеризуют законы разрушения. Под законами разрушения здания по-

Разрушение каркасного здания при землетрясении в Китае (а) и разрушение панельных зданий при землетрясении в Румынии (б) нимается зависимость между вероятностью его повреждения и интенсивностью проявления землетрясения в баллах. Законы разрушения зданий получены на основе анализа статистических материалов по разрушению жилых, общественных и промышленных зданий от воздействия землетрясений разной интенсивности.

Характерные повреждения кирпичных простенков при сейсмическом воздействии

Для построения кривой, аппроксимирующей вероятности наступления не менее определенной степени повреждения зданий, используется нормальный закон распределения повреждений. При этом учитывается, что для одного и того же здания может рассматриваться не одна, а пять степеней разрушения, т.е. после разрушения наступает одно из пяти несовместимых событий. Значения математического ожидания М мо интенсивности землетрясения в баллах, вызывающего не менее определенных степеней разрушения зданий, приведены в таблице 1.

Таблица 1

Математические ожидания М мо законов разрушения зданий

Классы зданий по MMSK-86	Степени разрушения зданий
	Легкая d = 1	Умеренная d = 2	Частичное разрушение d = 4
	Математические ожидания М законов разрушения

Использование данных таблицы 1 позволяет прогнозировать вероятность повреждения зданий различных классов при заданной интенсивности землетрясения.

Для того чтобы здание было технически целесообразным, необходимо знать внешние воздействия, воспринимаемые зданием в целом и его отдельными элементами (рис. 11.2), которые можно разделить на два вида: силовые (нагрузки) и несиловые (воздействия окружающей среды).

Рис. 11.2.

1 – постоянные и временные вертикальные силовые воздействия; 2 – ветер; 3 – особые силовые воздействия (сейсмические или др.); 4 – вибрации; 5 – боковое давление грунта; 6 – давление грунта (отпор); 7 – грунтовая влага; 8 – шум; 9 – солнечная радиация; 10 – атмосферные осадки; 11 – состояние атмосферы (переменная температура и влажность, наличие химических примесей)

К силовым воздействиям относятся различные виды нагрузок:

постоянные – от собственной массы элементов здания, от давления грунта на его подземные элементы;
временные длительного действия – от массы стационарного оборудования, длительно хранящихся грузов, собственной массы перегородок, которые могут перемещаться при реконструкции;
кратковременные – от массы подвижного оборудования, людей, мебели, снега, от действия ветра на здание;
особые – от сейсмических воздействий, воздействий в результате аварии оборудования.

К несиловым воздействиям относятся:

температурные воздействия, влияющие на тепловой режим помещений, а также приводящие к температурным деформациям, которые уже являются силовыми воздействиями;
воздействия атмосферной и грунтовой влаги, а также воздействия паров влаги в воздухе помещения, вызывающие изменения свойств материалов, из которых выполнены конструкции здания;
движение воздуха, вызывающее его проникновение внутрь конструкции и помещения, изменяющее их влажностный и тепловой режим;
воздействие прямой солнечной радиации, вызывающее изменение физико-технических свойств поверхностных слоев материала конструкций, а также теплового и светового режима помещений;
воздействие агрессивных химических примесей, содержащихся в воздухе, которые в смеси с дождевой или грунтовой водой образуют кислоты, разрушающие материалы (коррозия);
биологические воздействия, вызываемые микроорганизмами или насекомыми, приводящие к разрушению конструкций и к ухудшению внутренней среды помещений;
воздействие звуковой энергии (шума) от источников внутри и вне здания, нарушающей нормальный акустический режим в помещении.

В соответствии с перечисленными нагрузками и воздействиями к зданиям и их конструкциям предъявляются следующие требования.

1. Прочность – способность воспринимать нагрузки без разрушения.
2. Устойчивость – способность конструкции сохранять равновесие при внешних и внутренних нагрузках.
3. Жесткость – способность конструкций нести нагрузку с минимальными, заранее заданными нормами деформациями.
4. Долговечность – способность здания и его конструкций выполнять свои функции и сохранять свои качества в течение предельного срока эксплуатации, на который они рассчитаны. Долговечность зависит от следующих факторов:
- ползучести материалов, т.е. процесса малых непрерывных деформаций, протекающих в материалах в условиях длительного воздействия нагрузок;
- морозостойкости материалов, т.е. способности влажного материала противостоять попеременному замораживанию и оттаиванию;
- влагостойкости материалов, т.е. их способности противостоять разрушающему действию влаги (размягчению, набуханию, короблению, расслоению, растрескиванию);
- коррозионной стойкости, т.е. способности материалов сопротивляться разрушению, вызванному химическими и электрохимическими процессами;
- биостойкости, т.е. способности органических материалов противостоять разрушающему действию насекомых и микроорганизмов.

Долговечность определяется предельным сроком службы зданий. По этому признаку здания и сооружения разделяют на четыре степени:

1–я – более 100 лет (основные конструкции, фундаменты, наружные стены и т.п. выполнены из материалов, обладающих высокой стойкостью против перечисленных видов воздействий);
2–я – от 50 до 100 лет;
3–я – от 20 до 50 лет (конструкции не обладают достаточной стойкостью, например дома с деревянными наружными стенами);
4–я – до 20 лет (временные здания и сооружения).

Срок службы зависит также от условий, в которых находятся здание и сто конструкции, а также от качества их эксплуатации.

Важнейшим требованием к зданиям и сооружениям является требование пожарной безопасности . По степени возгораемости строительные материалы делятся на три группы:

несгораемые (не горят, не тлеют и не обугливаются под воздействием огня или высокой температуры);
трудносгораемые (под воздействием огня или высокой температуры с трудом воспламеняются, тлеют или обугливаются, но после удаления источника огня или высокой температуры горение и тление прекращаются). Обычно они защищаются снаружи несгораемыми материалами;
сгораемые (под воздействием открытого огня или высокой температуры горят, тлеют или обугливаются и после удаления источника огня или температуры продолжают гореть или тлеть).

Предел огнестойкости конструкций зданий определяется длительностью (в минутах) сопротивления действию огня до потери прочности или устойчивости, либо до образования сквозных трещин, либо до повышения температуры на поверхности конструкции со стороны, противоположной огню, в среднем более 140°С.

Здания или их отсеки между противопожарными стенками – брандмауэрами (рис. 11.3) в зависимости от степени возгораемости их конструкций разделяются на пять степеней огнестойкости. Степень огнестойкости зданий определяется по Строительным нормам и правилам (СНиП) 21-01-97* "Пожарная безопасность зданий и сооружений".

Рис. 11.3. Противопожарные стенки – брандмауэры (а) и зоны (б):

1 – противопожарная стенка; 2 – несгораемое перекрытие; 3 – несгораемый гребень

К I степени огнестойкости относятся здания, несущие и ограждающие конструкции которых выполнены из камня, бетона, кирпича с применением плитных или листовых несгораемых материалов. В зданиях II степени огнестойкости материалы также выполнены из несгораемых материалов, но имеют меньший предел огнестойкости. В зданиях III степени огнестойкости допускается применение сгораемых материалов для перегородок и перекрытий. В зданиях IV степени огнестойкости для всех конструкций допускается применение сгораемых материалов с минимальным пределом огнестойкости 15 мин, кроме стен лестничных клеток. К V степени огнестойкости относят временные здания. Предел огнестойкости их конструкций не нормируется. В зданиях III, IV и V степеней огнестойкости предусматривается рассечение их брандмауэрами и противопожарными перекрытиями на отсеки, ограничивающие площадь распространения пожара.