ЧАСТЬ ПЕРВАЯ
ГРАЖДАНСКИЕ И ПРОМЫШЛЕННЫЕ ЗДАНИЯ
ГЛАВА ПЕРВАЯ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИЯХ
1. ПОНЯТИЕ О ЗДАНИИ И ЕГО ЭЛЕМЕНТАХ
В строительной практике различают понятия: здание и сооружение.
Зданиями называют постройки, предназначенные для жизни людей, работы, учебы, отдыха и т. п., например: жилые дома, заводские корпуса, школы, театры и т. п.
Сооружения предназначаются для выполнения каких-либо технических задач. Примером сооружений являются: мосты, плотины, радиомачты, резервуары и т. п. Сооружение—понятие более широкое, чем здание. Оно применяется как обобщающий термин и им характеризуются как здания, так и собственно сооружения, которые в этом случае иногда называются инженерными сооружениями.
Внутреннее пространство здания разделяется на помещения. Помещения, полы которых расположены на одном уровне, образуют этаж.
Этаж, пол которого расположен не ниже тротуара или отмостки (вымощенной или асфальтированной полосы вокруг здания), называется наземным. Этаж, пол которого заглублен ниже отмостки или тротуара, но не более чем на половину высоты помещения, называется цокольным или полуподвальным. При большем заглублении пола этаж называют подвальным.
Всякое здание состоит из отдельных архитектурно-конструктивных элементов или частей (рис. 1-1), которые можно подразделить на две основные группы: несущие и ограждающие.
Несущие конструкции воспринимают все нагрузки, возникающие как в самом здании (вес конструкций, людей, оборудования), так и воздействующие на него извне, например ветер, снег.
Ограждающие конструкции служат для защиты помещений, расположенных в здании, от атмосферных воздействий, отделяют одно помещение от другого и способствуют сохранению в них требуемого температурновлажностного режима.
Некоторые элементы, например стены, могут одновременно выполнять функции несущей и ограждающей конструкции.
Основными конструктивными элементами гражданских зданий являются: фундаменты, стены и отдельные опоры (колонны, столбы), перекрытия, крыша, перегородки, лестницы, двери, окна.
Фундаменты предназначаются для передачи собственного веса здания и действующих на здание нагрузок на основание (грунт).
Фундаменты являются подземными элементами здания и сооружаются под стенами или колоннами.
Стены образуют наземный объем здания и отделяют помещения от внешней среды (наружные стены) или от других помещений (внутренние стены). Различаются несущие, самонесущие и ненесущие стены. Несущие стены воспринимают нагрузку не только от собственного веса, но и от веса вышележащих частей здания — перекрытий, крыши и передают эту нагрузку на фундаменты.
Самонесущие стены воспринимают нагрузку только от собственного веса стен всех этажей здания и ветровую нагрузку.
Стены, которые выполняют роль только ограждающих конструкций и свой собственный вес несут в пределах одного этажа, называются ненесущими.
В стенах устанавливают проемы для окон и дверей. Размеры, количество, взаимное расположение проемов в большой степени определяют архитектурный облик и назначение здания.
Конструкции, разделяющие объем здания на этажи, называются перекрытиями. В зависимости от месторасположения в здании перекрытия разделяются на следующие виды:
а) междуэтажные — между двумя смежными по высоте этажами,
б) чердачные- между верхним этажом и чердаком, в) надподвальные — между первым этажом и подвалом,
г) нижние —отделяющие первый этаж от подполья.
Перекрытия представляют собой систему горизонтально расположенных несущих конструкций, опирающихся на капитальные стены, столбы (кирпичные) или колонны (железобетонные или металлические) и воспринимающих нагрузки от веса перегородок, оборудования, людей и предметов, находящихся в здании.
Кроме того, перекрытия являются одним из основных элементов, обеспечивающих пространственную жесткость здания (геометрическую неизменяемость под влиянием действующих нагрузок).
Отдельными опорами называются стойки, столбы или колонны, поддерживающие перекрытия и крышу.
Чаще всего элементы перекрытий опираются непосредственно не на колонны, а на уложенные по ним мощные балки — прогоны. Колонны, соединенные друг с другом прогонами, образуют внутренний несущий к а р к а с здания.
Крыша предназначается для защиты здания сверху от атмосферных осадков, солнечных лучей и ветра. Деревянная крыша состоит из трех основных элементов:
- стропил— несущих наклонных балок;
- об решетки из брусков или сплошного настила;
- кровли, т. е. водонепроницаемого слоя, выполняемого из различных материалов: черепицы, шифера, рубероида, кровельного железа и т. п.
Крыше придается уклон для стока атмосферных вод. Верхняя горизонтальная линия пересечения плоскостей крыши (скатов) называется коньком.
В крыше имеются проемы — слуховые окна, предназначенные для освещения и вентиляции чердака и выхода на крышу.
Чердаком называется неотапливаемая часть здания, расположенная между перекрытием над верхним этажом и крышей.
При плоских кровлях крыша и чердачное перекрытие совмещаются в одну конструкцию—бесчердачное покрытие. В настоящее время такая конструкция покрытия осуществляется в подавляющем большинстве зданий промышленного назначения, а также в значительной части жилых и общественных зданий.
Рис. 1-1. Конструктивные элементы трехэтажного гражданского здания.
1 — фундамент; 2 — стена подвала; 3 —цоколь; 4 — несущая стона; 5 - междуэтажное перекрытие; 6 — чердачное перекрытие; 7 — перегородка; 8 — стропила; 9 — крыша; 10 — карниз; 11 — тротуар; 12 — оконный проем: 13 — дверной проем; 14—подполье; 15 — нижнее перекрытие; 16 — подвал; 17—надподвальное перекрытие.
Лестницы служат для сообщения между помещениями, расположенными в разных этажах, и обычно размещаются в отдельных помещениях—лестничных клетках, ограждаемых капитальными стенами. Конструкция лестниц состоит из наклонных маршей со ступенями и горизонтальных площадок, соединяющих марши между собой. Лестничные марши ограждаются перилами.
Легкие стены, расположенные в пределах одного этажа и разделяющие на отдельные помещения внутренний объем здания или сооружения, называются перегородками.
Окна предназначаются для освещения помещений естественным светом и для их проветривания. Окна состоят из коробок и заполнения, называемого переплетами. Переплеты бывают глухие и открывающиеся (створные).
Двери служат для сообщения между соседними помещениями и между помещениями и наружным пространством. Двери, как и окна, имеют коробку, а в качестве заполнения — полотно двери. При необходимости въезда в помещение средств транспорта устраиваются ворота.
Кроме перечисленных основных конструктивных элементов, существуют еще некоторые элементы (балконы, эркеры, веранды, приямки и т. п.), которые не являются обязательными составными частями каждого здания, хотя и имеют значительное распространение.
1-2. КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ ЗДАНИЙ
Основные несущие конструкции здания: фундаменты, стены, отдельные опоры, прогоны, перекрытия и крыша в совокупности образуют несущий остов здания, воспринимающий нагрузки, действующие на здание, и обеспечивающий его пространственную жесткость и устойчивость.
В зависимости от вида несущего остова различают две основные схемы зданий: здания с несущими стенами и каркасные здания. Несущие стены могут располагаться вдоль здания — продольные стены — или поперек его — поперечные стены (рис. 1-2).
Рис. 1-2. Схемы зданий с несущими стенами.
а — с продольными несущими стенами; б — то же с поперечными; 1 — фундамент; 2 —продольная несущая стена; 3 — поперечная самонесущая стена; 4 — поперечная несущая стена; 5 — продольная самонесущая стена; 6 — панель перекрытия; 7 — пол подвального этажа.
Рис. 1-3. Здание с внутренним каркасом при одном ряде колонн.
1 — колонна; 2 —прогон; 3— элементы перекрытия (панель); 4 — несущая стена.
Несущий остов здания состоит из системы несущих стен и опирающихся на них перекрытий, образующих горизонтальные диафрагмы (плоские жесткие элементы) здания.
Ширина жилых и общественных зданий массового строительства (школ, больниц) принимается обычно в пределах 9—18 м.
Для опирания элементов перекрытий, длина которых не превышает 5—7 м., создаются промежуточные опоры в виде внутренних несущих продольных или поперечных стен. Вместо внутренних стен в качестве промежуточных опор перекрытий иногда используют отдельные столбы с уложенными по ним прогонами. Такая конструктивная схема здания с несущими стенами и внутренним каркасом, являющаяся переходной между схемой с несущими стенами и каркасной, называется схемой с неполным каркасом (рис. 1-3). В таких зданиях внутренние стены устраивают там, где они необходимы для обеспечения устойчивости наружных стен, для ограждения лестничных клеток или устройства дымовых и вентиляционных каналов. При необходимости устройства в пределах этажа одного большого помещения, например зала, приходится отказаться вообще от сооружения внутренних стен, заменив их системой колонн, располагаемых параллельными рядами, по которым укладываются прогоны. Меньшее расстояние между осями колонн, обычно в продольном направлении, называется шагом колони, а большее, обычно в поперечном направлении,—пролетом.
В каркасных зданиях колонны располагаются как по периметру наружных стен, так и внутри здания (рис. 1-4).
Рис. 1-4. Схема каркасного здания, 1 -наружная стойка (колонна); 2 — внутренняя стопка (колонна); 3 — ригель каркаса (прогон); 4—панель перекрытия; 5 - стена из крупных панелей.
Элементы перекрытий в этом случае опираются на ригели. Если стоны выполняются самонесущими, опирающимися на собственные фундаменты, то каркас здания воспринимает нагрузку только от перекрытия и кровли, а также горизонтальные нагрузки от ветра и сейсмики. Если в каркасных зданиях ненесущие наружные стоны выполняются из мелких элементов (кирпича, блоков), они опираются в каждом этаже на специальные балки, так называемые бортовые или обвязочные балки, через которые вес стен передается на колонны каркаса. Если ренесущие стены выполняются из крупных навесных панелей, то они крепятся непосредственно к колоннам каркаса, без устройства бортовых балок.
Толщина несущих стен по условиям прочности в нижних этажах высоких зданий принимается большей, чем в верхних этажах. Ненесущие стены каркасных зданий, выполняющие только ограждающие функции, могут быть выполнены из легких, относительно малопрочных материалов; толщина их принимается постоянной для всех этажей здания.
1 Сейсмика, или сейсмические воздействия, — горизонтальные нагрузки, возникающие при землетрясении.
1-3. КЛАССИФИКАЦИЯ ЗДАНИЙ
Здания в зависимости от назначения можно подразделить на три большие группы: гражданские, промышленные и сельскохозяйственные.
К гражданским относятся здания, предназначенные для удовлетворения бытовых и общественно-культурных потребностей, людей, например жилые дома, школы, больницы, театры, вокзалы, магазины и т. я. К промышленным относятся здания, обслуживающие нужды промышленности и транспорта, например корпуса заводов, фабрик, электростанций, паровозных депо, гаражей и т. п. Сельскохозяйственные здания предназначены для нужд сельского, хозяйства, например коровники, свинарники, теплицы, склады сельскохозяйственных продуктов и т. п.
Каждое здание должно удовлетворять ряду предъявляемых к нему требований, основным из которых является целесообразность, т. е. соответствие здания своему назначению. Важнейшими требованиями, предъявляемыми к зданию, являются: прочность и устойчивость, капитальность, внутреннее благоустройство, экономичность и архитектурная выразительность.
Прочность и устойчивость здания зависят от прочности отдельных его конструкций, надежности их взаимной связи, правильного соотношения размеров здания, надежности основания.
Капитальность зданий характеризуется степенью их огнестойкости и степенью долговечности основных частей зданий в заданных условиях эксплуатации.
Огнестойкость здания зависит от противопожарных свойств его основных конструкций. Строительные материалы и конструкции по степени возгораемости делятся на несгораемые, трудносгораемые, например деревянные оштукатуренные стены, и сгораемые.
Пределом огнестойкости называется продолжительность сопротивления строительных конструкций действию огня до потери ими несущей способности, или до образования в них сквозных трещин, или до момента, когда на противоположной от огня поверхности конструкции температура достигает - 150° С.
Предел огнестойкости конструкций выражается в часах и зависит от материала, размеров поперечного сечения и других факторов. Например, предел огнестойкости кирпичной стены толщиной в 26 см равен 5,5 ч, кирпичного столба сечением 30x50 см—3,5 ч, а деревянной стены толщиной 25 см, оштукатуренной с двух сторон — 75 мин. Пределы огнестойкости и группы возгораемости различных строительных конструкций приведены в главе СΗиΠ ΙΙ-Α.5-62 *. Установлено пять степенен огнестойкости зданий.
* СНиП, или «Строительные нормы и правила», представляют собой общесоюзный нормативный документ, охватывающий все вопросы проектирования и строительства, являющийся обязательным для всех организаций независимо от ведомственной подчиненности.
К I, II и III степеням огнестойкости относятся каменные здания, имеющие конструкции разной степени огнестойкости, к IV степени—деревянные оштукатуренные и к V— деревянные неоштукатуренные здания.
Для предотвращения распространения огня при пожаре здания больших размеров, выстроенные из сгораемых и трудносгораемых материалов, разделяют на отсеки противопожарными преградами из несгораемых материалов.
Долговечность зданий зависит от степени долговечности основных конструктивных элементов этих зданий, определяемой сроком их службы без потери требуемых эксплуатационных качеств.
Степень долговечности ограждающих конструкций устанавливается в зависимости от класса здания:
для зданий I класса — I степень долговечности со сроком службы не менее 100 лет;
для зданий II класса — II степень со сроком службы не менее 50 лет;
для зданий III класса — III степень со сроком службы не менее 20 лет;
для зданий IV класса — степень долговечности не нормируется.
Уровень внутреннего благоустройства или эксплуатационные качества здания определяются составом, размером и взаимным расположением помещений, внутренней отделкой и техническим оборудованием здания.
Экономичность здания обеспечивается соответствием его размеров предусмотренной вместимости или пропускной способности, применением рациональных конструкций и материалов, недопущением излишеств в архитектурном решении и отделке здания, рациональной организацией строительных работ.
Архитектурная выразительность здания достигается пропорциональностью его частей, применением соответствующих материалов для отделки, высоким качеством строительных работ.
По совокупности признаков долговечности, огнестойкости и эксплуатационных качеств здания делятся на четыре класса капитальности:
а) здания I класса, удовлетворяющие повышенным требованиям (общественные здания, стоящие на главных магистралях города и имеющие важное архитектурное и градостроительное значение, многоэтажные жилые здания любой этажности и т. п.);
б) здания II класса — общественные здания массового строительства (детские ясли, школы и жилые дома высотой не более девяти этажей);
в) здания III класса — общественные здания небольшой вместимости в поселках городского типа и сельских местностях и жилые дома высотой не более пяти этажей;
г) здания IV класса — удовлетворяющие минимальным требованиям (жилые дома высотой не более двух этажей).
