Архитектурные конструкции гражданских зданий.
С. Е. КУТАКОВ АРХИТЕКТУРНЫЕ КОНСТРУКЦИИ.
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ — КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ.
2003 УДК 721: 725: 728.
Кутаков С.Е. Архитектурные конструкции гражданских зданий. Конспект лекций. Учебн. пособие.- Днепропетровск: ПГАСиА, 2003.- 226с.
Ил. Библиогр. назв.
Ответственный за выпуск А.П. Приходько, канд. техн. наук, профессор.
Рецензент Г.К. Клопко, канд. архитектуры, профессор.
С.Е. Кутаков, 2003.
Кутаков Сергей Евгеньевич.
Архитектурные конструкции гражданских зданий Конспект лекций.
Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры 49600, Днепропетровск, ул. Чернышевского 24-а.
При составлении конспекта лекций проведена попытка раскрыть ряд ведущих разделов дисциплины «Архитектурные конструкции гражданских зданий» для студентов, обучающихся по специальности «Архитектура.
Дисциплина «Архитектурные конструкции» наиболее тесно связана с профилирующим предметом «Архитектурное проектирование» на всех курсах обучения. При этом наиболее целесообразен метод комплексного проектирования, дающий возможность использовать полученные знания при конструктивном обосновании архитектурных решений, реализовать их в конкретных строительных чертежах, являющихся продолжением архитектурного проекта.
Цель данной работы — подготовить, студентов к профессиональному решению задач проектирования массовых объектов, умению самостоятельно пользоваться справочно — информационной литературой (справочники, каталоги и пр.), освоить методы и вырабатывать навыки творческой работы при проектировании; приблизить учебный процесс к условиям деятельности проектной организации.
Задачи работы — дать студентам систему современных научных и теоретических знаний по архитектурно — конструктивным структурам жилых и общественных зданий, возводимых на базе новейшей строительной техники; способствовать развитию у них логического мышления, конструктивного воображения и интуиции при применении строительных конструкций в проектировании зданий; научить применять полученные знания и углублять их в процессе конструктивно -творческой деятельности студентов в ходе архитектурного проектирования.
Архитектурные конструкции жилых и общественных зданий изучаются студентами на втором году обучения. Учебный план и программа предусматривают изучение теоретической части и разработку курсовой роботы со сдачей экзамена в конце семестра.
При создании конспекта лекций составитель, руководствуясь педагогическими и творческими соображениями, основанными на его многолетнем опыте проектной и педагогической работы, наряду с некоторой компактностью и лаконичностью изложения текстового материала, значительно расширил и детализировал иллюстративную часть, дающую более полное представление о принципах конструирования зданий из индустриальных сборных элементов заводского изготовления, а также использования заводского изготовления, а также использования в современном строительстве традиционных местных строительных материалов. Это дает возможность использовать конспект на всех этапах обучения студентов архитектурной специальности при курсовом и дипломном проектировании гражданских зданий.
Автор конспекта лекций выражает признательность рецензентам кафедры Архитектурного проектирования и коллегам по кафедре Архитектуры, ознакомившимися с работой, за ценные советы и рекомендации.
Понятие о зданиях и их классификация По назначению гражданские здания подразделяются на жилые и общественные. К жилым домам относятс я.
— многоквартирные жилые дома.
— индивидуальные жилые дома.
— жилые дома усадебного типа.
— общежития — для длительного проживания людей.
— гостиницы — для кратковременного проживания.
— дома — интернаты. К общественным зданиям относятся.
1 . Здания предназначенные для всех видов жизнедеятельности людей.
2. Здания государственного или большого культурного значения: — театры.
— здания правительственных учреждений.
— спортивные сооружения. В условиях рыночной экономики и развития различных видов собственности на землю и здания, гражданские здания могут строиться по заказу любого собственника в зависимости от его социальных потребностей и экономических возможностей.
Однако основные параметры определяются конкретными условиями каждого населенного места и регулируются местными советами и администрацией.
По этажности гражданские здания различают в зависимости от расположения пола к тротуару или отмостке.
— этаж, пол которого расположен не ниже тротуара или отмостки, называют надземным этажом.
— этаж, пол которого расположен ниже тротуара или отмостки, но не более чем на половину высоты помещения называют цокольным или полуподвальным.
— этаж, пол которого ниже тротуара или отмостки более чем на половину, называют подвальным.
— этаж, встроенный в пространство чердака называют мансардным.
Основные требования, предъявляемые к зданиям.
функциональная целесообразность (полное соответствие назначению здания.
долговечность (по СНИПу существует 3 степени долговечности: срок службы.
здания 100 лет; 50 лет; 20 лет.
огнестойкость (существует 5 степеней огнестойкости.
эксплутационные требования — создание условий труда, быта, находящихся в здании.
экономичность (зависит от рационального выбора материалов и методов работ.
архитектурно — художественные требования.
По роду материала наружных стен здания подразделяются на деревянные и каменные.
По этажности здания бывают.
— малоэтажные (до 2 эт.
— средней этажности (3-5 эт.
— повышенной этажности (6-9 эт.
— многоэтажные здания (10-25 эт.
— высотные здания (более 25 эт.
Все здания делятся на 4 класса.
класс — здания удовлетворяют повышенным требованиям (любой этажности.
класс — жилые и общественные здания до 9 этажей массового строительства.
класс — жилые и общественные здания средней этажности до 5 этажей.
класс — здания, которые удовлетворяют минимальным требованиям, до 2 этажей.
Для каждого класса в зависимости от назначения здания нормами предусмотрены определенные степени долговечности, огнестойкости, эксплуатационные нормы, а также учитывается степень влагостойкости, морозостойкости, огнестойкости и т. д. Основные положения модульной системы. Размеры строительных конструкций должны быть скоординированы и взаимно увязаны.
Совокупность правил, порядок координации и назначение размеров объемно-планировочных и конструктивных элементов, изделий и оборудования составляет Единую модульную систему в строительстве — ЕМС.
Цель применения ЕМС — создание основы для унификации, типизации и стандартизации в проектировании, производстве строительных конструкций и изделий. Модуль = 300.
Применяются укрупненные и дробные модули (см. рис.2.
Для точного определения взаимного расположения вертикальных элементов несущего остова здания (стен и колонн) в архитектурных и конструктивных чертежах применяют систему модульных разбивочных осей. Линий продольных осей обычно маркируют буквами, линии поперечных — цифрами.
Номинальный (модульный) размер обозначает проектное расстояние между модульными разбивочными осями здания или условный размер конструктивного элемента, включающий соответствующий части швов и зазоров, назначенный в соответствии с правилами модульной системы.
Конструктивный размер — проектный размер конструктивного элемента, строительного изделия или оборудования, отличающийся от номинального размера, как правило, на величину нормативного зазора.
Натурный размер — фактическое расстояние между разбивочными осями построенного здания и сооружения или фактические размеры его частей или элементов (см. рис.3.
Укрупненные модули применяют для назначения размеров зданий и сооружений — ширины, длины и высоты зданий, шагов колонн, расстояний между несущими конструкциями, высот этажей, размеров пролетов (ферм, балок, плит). Основные и дробные — для обозначения толщины плитных и листовых материалов, размеров зазоров между элементами, сечение колонн, балок, перемычек, элементов конструкций и деталей.
Совокупность таких элементов как фундаменты, стены отдельные опоры перекрытия носит название несущего остова здания. В зависимости от вида несущего остова различают основные конструктивные схемы зданий.
Здания с несущими стенами (бескаркасные.
Здания с неполным каркасом.
Каркасные здания.
В зданиях с несущими стенами нагрузку от перекрытий, крыши и др. воспринимают стены: продольные, поперечные или одновременно и продольные и поперечные.
В каркасных зданиях вся нагрузка передается на каркас, то есть систему связанных между собой вертикальных элементов (колонн) и горизонтальных (прогонов и ригелей.
Конструктивные схемы бескаркасных зданий.
А) несущие продольные стены (см. рис.4.
Б) поперечные несущие стены (см. рис.4.
В) со стенами несущими в обоих направлениях (см. рис.4.
Конструктивные схемы со смешанным каркасом.
А) продольное расположение ригелей (см. рис. 5.
Б) поперечное расположение ригелей (см. рис. 5). Конструктивные схемы каркасных зданий.
А) с продольным расположением ригелей (см. рис.6.
Б) с поперечным расположением ригелей (см. рис. 6.
В) с перекрестным расположением ригелей (см. рис. 6.
Г) безригельное решение (см. рис. 6.
Рис. 1. МОДУЛЬНАЯ СИСТЕМА КООРДИНАЦИИ РАЗМЕРОВ.
а — пространственная система модульных плоскостей; б — взаимосвязь укрупненных модулей в плоскости.
МАРКИРОВКА КООРДИНАЦИОННЫХ (РАЗБИВОЧНЫХ) ОСЕЙ.
И ПРИВЯЗКА КОНСТРУКЦИЙ.
(в — «нулевая» привязка наружных граней колонн; г — их привязка на расстоянии а.
ЗДАНИЯ С НЕПОЛНЫМ КАРКАСОМ.
ПРОДОЛЬНОЕ РАСПОЛОЖЕНИЕ ПОПЕРЕЧНОЕ РАСПОЛОЖЕНИЕ.
Основание под фундамент Геологические породы, залегающие в верхних слоях земной коры, используемые в строительных целях, называют грунтами. Грунты представляют собой скопление частиц (зерен) различной величины, между которыми находятся поры (пустоты). Грунты, непосредственно воспринимающие нагрузки от здания или сооружения, называются основаниями. Основания бывают искусственными или естественными.
Естественные основания делятся: скальные и нескальные.
Скальные грунты — вулканические, метаморфические и изверженные горные породы с жесткой связью между зернами минералов (граниты, песчаники, базальты, известняки) это наиболее прочные основания зданий и сооружений. К водорастворимым и размягчаемым в воде скальным породам относятся гипсы, ангидриты, глинистые сланцы, некоторые виды песчаников.
Крупнообломочные грунты несцементированные скальные грунты, могут быть прочным основанием. Делятся на щебенистые, дресвяные.
В зависимости от крупности частиц песка разделяются на гравелистые, крупные, средней крупности, мелкие и пылеватые. В зависимости от плотности сложения или пористости песчаные грунты бывают плотные, средней плотности и рыхлые. В зависимости от степени влажности или степени заполнения объема водой различают песчаные грунты маловлажные, влажные и насыщенные водой. Плавуны — это увлажненные мелкозернистые и пылеватые пески с глиняными примесями (не годятся для строительства.
Глинистые грунты — связные грунты с размерами плоских частиц. скреплены силами внутреннего сцепления. Они пластичны. К глинистым грунтам относятся — суглинки и супеси, содержащие примеси песка. В зависимости от степени влажности или степени заполнения пор водой различают грунты маловлажные, влажные и насыщенные водой. Грунты в водонасыщенном состоянии становятся текучими и называются плавунами.
Насыпные грунты — искусственные насыпи, образованные в результате культурной и производственной деятельности человека. Глубина заложения фундамента от уровня земли на глинистых грунтах должна быть, как правило ниже глубины зимнего промерзания на 15-20 см.
Грунтовые воды — образуются в результате проникновения в грунт атмосферных осадков.
Грунты, имеющие в своем составе лед, называют мерзлыми . Промерзания некоторых грунтов может вызвать их пучение.
Работа грунта под нагрузкой проходит следующим образом. Под действием нагрузки от фундаментов в грунтовом основании возникает давление, величина которого зависит от собственного веса грунта и от веса здания или сооружения. Давление от собственного веса грунта, зависящие, в свою очередь от объемного веса грунта и от глубины заложения фундамента, называют природным (бытовым) давлением. Давление от веса здания или сооружения называют дополнительным давлением.
Искусственные основания Искусственные основания бывают 2-х видов.
— основания, создаваемые уплотнением.
— основания, создаваемые укреплением.
Грунты оснований уплотняют поверхностным трамбованием тяжелыми трамбовками в виде усеченного конуса весом 1,5-3 т, поднимаемыми краном на высоту 3-4 м и сбрасывании на уплотняемую поверхность. Такой способ применяемый при уплотнении насыпных и просадочных грунтов, носит название поверхностного. Глубинное уплотнения производят «грунтовыми сваями» — забивкой сердечника в виде деревянной конической сваи. При слабых грунтах часто заменяют их песчаными подушками. Песок укладывают слоями толщиной 150 — 200 мм и уплотняют трамбовками или поверхностными вибраторами с поливкой воды.
Термический способ укрепления грунта состоит в нагнетании в толщину грунта под давлением через трубы воздуха, нагретого до 600°- 800°С, или в сжигании горючих продуктов. подаваемых в герметически закрытую скважину под давлением. Обожженный грунт приобретает свойства керамического тела, не намокает и не набухает.
Цементация грунтов осуществляется нагнетанием в грунт через забитые в нею трубы цементной суспензии, цементно — глинистых растворов.
Силикатизация состоит в инъекции через трубы в грунт растворов жидкого стекла и хлористого кальция и применяется для укрепления песчаных пылеватых грунтов, плывунов и макропористых грунтов. Инъекция делается на глубину 15-20 м и более, а радиус распространения силикатизации достигает 1 м.
По образцам грунтов и скважин, проходимых бурением, или из шурфов (шурф -небольшая геологическая выработка, яма) составляют разрезы (колонки) и геологические профили расположения слоев грунтового массива по характерным направлениям.
Фундаменты Требования предъявляемые к фундаментам.
устойчивость, на опрокидывание и скольжение в плоскости подошвы фундамента.
устойчивость к агрессивным грунтовым водам.
стойкость к атмосферным факторам (морозостойкость; пучение грунтов при замерзании.
соответствие по долговечности сроку службы здания.
По конструктивной схеме фундаменты разделяются на: ленточные, столбчатые или отдельно стоящие, сплошные и свайные (см. рис. 7.
Стоимость фундаментов от общей стоимости здания составляет: с бесподвальным решением 8-10%; с подвалом 12-15%, а трудоемкость составляет 10-15.
Ленточные фундаменты Монолитные ленточные фундаменты (рис. 9.
В простейшем случае — прямоугольные. В большинстве случаев для передачи давления на основание, не превышающего нормативного давления на грунт, приходится уширять подошву фундамента (рис.10.
Глубина заложения фундаментов должна соответствовать глубине залегания того слоя грунта, который можно принять за естественное основание.
Необходимо также учитывать глубину промерзания грунта. Нормативная глубина промерзания указана в СниПе.
При пучинистых грунтах глубину заложения фундаментов следует считать ниже на 100 мм глубины промерзания.
В непучинистых грунтах глубина заложения фундамента не зависит от глубины промерзания.
Фундаменты из бутового камня не отвечают требованиям индустриального строительства (затруднена механизация работ, снижаются темпы строительства, особенно в зимнее время.
Применение бутобетонных и бетонных фундаментов позволяют шире использовать механизацию при их возведении.
Сборные ленточные фундаменты : (рис. 11.
Для наружных стен 400, 500, 600мм.
Высота фундаментного блока — 580 мм.
Шов для блоков — 20 мм.
От одной глубины заложения монолитного ленточного фундамента к другой переходят постепенно с устройством уступов.
Отношение высоты уступа к его длине должно быть не более 1:2, причем высота уступа должна быть не больше 0,5м, а длина — не менее 1м. На более прочных грунтах отношение высоты уступа к его длине допускается не более 1:1, а высота уступа — не более 1м.
Если здание возводится на сборных фундаментах, высоту уступа можно принимать равной высоте унифицированного блока, т.е. 0,6м; в этом случае длина уступа должна быть не менее 1,2 м.
Расстояние между осями швов — 600 мм (по высоте.
Блоки укладываются с перевязкой швов в шахматном порядке. Длина — 1180 мм; 2380 мм (собачки) дополнительная толщина — 180 мм. Фундаментные блоки со швами с железобетонным раствором, на железобетонных подушках высотою — 300 мм, шириною до 2.80 м (рис. 12). Прерывистые фундаменты под несущие стены (рис.8-б.
Монолитные железобетонные пояса в районах с повышенной сейсмичностью. Арматурные стержни + заливка бетоном 5-6 см.
Фрагменты монолитных участков: на углах в местах расположения коммуникаций. Ленточные панельные фундаменты (рис.14.
В крупнопанельных зданиях отдельные блоки фундаментов и стен подвалов целесообразно заменять крупноразмерными элементами. Они состоят из сквозных бескаркасных ферм (панелей и блоков или ребристых панелей — подушек.
Столбчатые фундаменты (рис. 15, 16, 17.
Когда давление на грунт меньше нормативного, ленточные фундаменты целесообразно заменять столбчатыми. Фундаментные столбы (бетонные или железобетонные) перекрывают железобетонными фундаментными балками, на которых возводятся стены. Чтобы устранить выпирание фундаментной балки при пучении грунта, под ней устраивают подушку из песка или шлака толщиной 0,5 м.
Сплошные фундаменты (рис. 13.
При слабых или неоднородных грунтах, а также при очень больших нагрузках на колонны во избежание неравномерной осадки фундаменты объединяют систему (ребристой) железобетонной плиты.
При сплошных фундаментах обеспечивается равномерная осадка, что особенно важно для каркасно-панельных и крупнопанельных зданий повышенной этажности. Кроме того, он хорошо защищает подвалы от проникновения грунтовой воды при высоком ее уровне, когда пол подвала подвергается снизу большому гидростатическому давлению. Свайные фундаменты.
Они применяются, когда достижение естественного основания экономически или технически невыполнимо из-за большой глубины его заложения при значительных нагрузках, а также в других случаях.
Различают сваи-стойки (опирающиеся на толщину прочного грунта), висячие сваи, которые удерживаются в слабом грунте за счет его уплотнения и передают нагрузку на грунт трением, возникающем между сваей и грунтом (рис.18.
В зависимости от способа погружения в грунт применяют забивные, набивные, буронабивные, сваи-оболочки, буроопускные и винтовые сваи.
Забивные железобетонные и деревянные сваи погружают с помощью копров, вибропогружателей и вибровдавливающих агрегатов.
Железобетонные сваи могут изготавливаться цельными и составными (из отдельных секций.
Деревянные забивные сваи устраивают там, где существуют постоянные температурно — влажностные условия (рис. 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25.
Набивные сваи, устраивают методом заполнения бетонной или иной смесью предварительно пробуренных, пробитых или выштампованных скважин. Нижняя часть скважин может быть уширена с помощью взрывов (сваи с камуфлетной пятой.
Буроопускные сваи отличает от набивных то, что в скважину устанавливают готовые железобетонные сваи с заполнением зазора между сваей и скважиной песчано-цементным раствором (рис.20.
На верхние концы свай или на специальные уширения верхних концов (оголовки) укладывают «балки или плиты — ростверки. Они применяются сборные (железобетонные) или монолитные. В последнее время разработаны конструктивные решения свайных фундаментов «без ростверков (рис.23, 25.
В плане сваи могут состоять из одиночных свай — под опоры; лент свай — под стены с расположением в один или более рядов; кустов свай; сплошного свайного поля – под тяжелые сооружения (рис. 20, 21, 22). Защита зданий от грунтовых вод Для защиты стен бесподвальных зданий от капиллярной влаги во всех стенах в цоколе укладывают горизонтальную гидроизоляцию из 2-х слоев толя, рубероида или слоя жирного цементного раствора состава 1:2 толщиной 20-30 мм на 150-200 мм ниже уровня пола первого этажа и на 150 200 мм выше отметки тротуара или отмостки.
Фундаменты, находящиеся в агрессивной среде (при наличии в грунтовой воде агрессивных составов), выполняют из бетона на пуццолановом портландцементе и шлакопортландцементе, кроме случаев щелочной активности. когда можно применять цемент любых видов, кроме пуццоланового и шлакопортландцемента.
При напорах воды от 0,1 до 0,2 м для защиты подвала от проникновения воды под пол подвала укладывают слой мягкой жирной глины толщиной 250 мм и бетонную подготовку толщиной 100-200 мм. Наружную поверхность стен изолируют штукатуркой цементным раствором с последующей обмазкой горячим битумом за 2 раза и забивкой слоем мягкой жирной глины толщиной 200-250 мм (рис. 26.
При напорах воды от 0,2 до 0,8 м возникает опасность всплывания пола, поэтому пол искусственно утяжеляют. В этих случаях на грунт укладывают бетонную подушку толщиной 100-150мм, поверхность которой выравнивают цементным раствором или слоем асфальта толщиной 20-25 мм с последующей наклейкой по битумной или асфальтовой мастике гидроизоляционного ковра из 2-х или 3-х слоев рубероида, гидроизола, бризола. Для предохранения этой части гидроизоляционного ковра от механических повреждений устраивают защитную стенку толщиной 120 мм из хорошо обожженного кирпича, выкладываемую на цементном растворе.
При больших напорах воды, когда уровень грунтовых вод превышает уровень пола подвала более чем на 0,8 м, пол устраивают в виде плоской железобетонной плиты, загруженной стенами дома, или в виде плиты с ребрами верх.
На плоскую железобетонную плиту, (а при ребристой — в промежутках между ребрами), укладывают тяжелый бетон, по которому устраивают чистый пол.
Эффективность применения того или иного типа фундаментов зависит от объема, стоимости, трудоемкости и расхода материалов.
Свайные фундаменты экономичнее ленточных на 32-34% по стоимости, на 40% по затрате бетона и на 80% по объему земляных работ. Такая экономия позволяет снизить затраты стали увеличиваться — 1 — 3 кг на 1 м 2.
