Требования, предъявляемые к строительным конструкциям

Основные сведения и классификация строительных конструкций

11.1. Классификация зданий и сооружений

По назначению здания классифицируют на граж­данские (жилые и общественные), промышленные (производ­ственные, административно-бытовые и вспомогательные) и сельскохозяйственные.

Гражданские здания классифицируют по назначению, этаж­ности, основному материалу несущих конструкций, способу возведения, огнестойкости, долговечности, классам.

По назначению гражданские здания делят на жилые, обще­ственные и специального назначения. К жилым зданиям относят как предназначенные для длительного проживания (индиви­дуальные жилые дома, многоквартирные дома, дома-интернаты.

Для инвалидов и престарелых), так и для кратковременного про­живания (общежития, гостиницы, мобильные жилые дома).

Общественные здания предназначены для всех видов социаль­ной и бытовой жизнедеятельности людей. Условно обществен­ные здания можно разделить на две группы: для обслуживания повседневных нужд людей (детские ясли-сады, школы, магази­ны, административные здания и др.) и для эпизодического посе­щения (театры, музеи, библиотеки, цирки, дворцы спорта, вок­залы и т. д.).

Специальные здания — для обслуживания населения специ­альными услугами (теле - и радиоцентры, крематории и колум­барии).

По этажности (в зависимости от количества надземных эта­жей) различают гражданские здания

· малоэтажные — высотой до двух этажей,

· средней этажности — высотой от трех до пяти этажей,

· Повышенной этажности — высотой шесть—десять эта­жей,

· Многоэтажные — от десяти до 29 этажей

· Высотные — Вы­сотой свыше 30 этажей, или свыше 100 м.

Эвакуация из всех видов зданий, кроме высотных, может производиться только по лестницам различных типов. Из высотных зданий эвакуация ор­ганизуется дополнительно по специально предназначенным для этой цели лифтам или другим устройствам. Действующие в Рос­сии нормы проектирования зданий по высоте подразделяют на здания высотой до 75 м и высотой свыше 75 м.

Кроме специально оговоренных случаев, высота здания определяется высотой расположения верхнего этажа, не считая верхнего технического этажа. Высота расположения этажа опре­деляется разностью отметок поверхности проезда для пожарных машин и нижней границы открывающегося проема окна в на­ружной стене.

По материалу основных несущих конструкций здания класси­фицируют на:

· каменные (из кирпича, естественных или искусст­венных камней),

· бетонные (в том числе из легкого бетона, же­лезобетона),

· металлические,

· деревянные,

· смешанного типа.

По способу возведения различают здания

· Традиционного типа (основные вертикальные несущие конструкции из кирпича, мелких естественных или искусственных камней, перекрытия сборные или монолитные),

· Сборные из мелко - или крупнораз­мерных элементов (изготовленные предварительно на заводе сборные детали и изделия, крупные блоки, панели, объемные элементы полной заводской готовности),

· Монолитные (из тяжелого или легкого бетона, в том числе армированного непосред­ственно на строительной площадке в специальных формах — опалубке),

· Сборно-монолитные (комбинируются сборные детали с элементами из монолитного бетона или железобетона.

По огнестойкости здания подразделяются по степеням огне­стойкости, классам конструктивной и функциональной пожар­ной опасности.

Степень огнестойкости здания определяется в соответствии со СНиП 21-01-97* огнестойкостью его строительных кон­струкций. Показателем огнестойкости является предел огне­стойкости — по времени (в минутах) наступления одного или нескольких нормируемых для данной конструкциипризнаков предельных состояний:

§ потери несущей способности;

§ по­тери целостности;

§ потери теплоизолирующей способности.

Пределы огнестойкости строительных конструкций и их условные обозначения устанавливаются по ГОСТ 30247.

По степени огнестойкости Различают здания 1—IV степеней огнестойкости, при этом для зданий IV степени огнестойкости пределы огнестойкости строительных конструкций не норми­руются.

По конструктивной пожарной опасности здания подразделя­ются на классы СО, CI, C2 и СЗ. В соответствии с этим устанав­ливается минимально требуемый класс пожарной опасности строительных конструкций:

§ СО — непожароопасные;

§ С1 — ма­лопожароопасные;

§ С2 — умереннопожароопасные;

§ СЗ — пожа­роопасные.

Класс пожарной опасности строительных конструк­ций устанавливается по ГОСТ 30403.

По функциональной пожарной опасности гражданские здания и части зданий — помещения или группы помещений, функ­ционально связанных между собой,— подразделяются на клас­сы в зависимости от способа их использования и от того, в какой мере в случае возникновения пожара находится под угрозой безопасность присутствующих в них людей (с учетом их возрас­та, физического состояния, возможности пребывания в состо­янии сна и других факторов):

§ Ф1. Для постоянного и временного (в том числе круглосу­точного) пребывания, для этих зданий характерно наличие спальных помещений:

§ Ф1.1. Детские дошкольные учреждения, дома престарелых и инвалидов, больницы, спальные корпуса школ-интернатов и детских учреждений;

§ Ф1.2. Гостиницы, общежития, спальные корпуса санатори­ев и домов отдыха общего типа, кемпингов, мотелей и пансио­натов;

§ Ф1.3. Многоквартирные жилые дома;

§ Ф1.4. Одноквартирные, в том числе блокированные, жилые дома;

§ Ф2. Зрелищные и культурно-просветительные учреждения (основные помещения в этих зданиях характерны массовым пребыванием посетителей в определенные периоды времени):

§ Ф2.1. Театры, кинотеатры, концертные залы, клубы, цирки, спортивные сооружения с трибунами, библиотеки и другие уч­реждения с расчетным числом посадочных мест для посетите­лей в закрытых помещениях;

§ Ф2.2. Музеи, выставки, танцевальные залы и другие подоб­ные учреждения в закрытых помещениях;

§ Ф2.3. Учреждения, указанные в Ф2.1, на открытом воздухе;

§ Ф2.4. Учреждения, указанные в Ф2.2, на открытом воздухе;

§ ФЗ. Предприятия по обслуживанию населения (помещения этих предприятий характерны большей численностью посети­телей, чем обслуживающего персонала):

§ Ф3.1. Предприятия торговли;

§ Ф3.2. Предприятия общественного питания;

§ ФЗ. З. Вокзалы;

§ Ф3.4. Поликлиники и амбулатории;

§ Ф3.5. Помещения для посетителей предприятий бытового и коммунального обслуживания (почт, сберкасс, транспортных агентств, юридических консультаций и т. д.) с нерасчетным чис­лом посадочных мест для посетителей;

§ Ф3.6. Физкультурно-оздоровительные комплексы и спор­тивно-тренировочные учреждения (без трибун для зрителей), бытовые помещения, бани;

§ Ф4. Учебные заведения, научные и проектные организации, учреждения управления (помещения в этих зданиях использу­ются в течение суток некоторое время, в них находится, как правило, постоянный, привыкший к местным условиям кон­тингент людей определенного возраста и физического состо­яния):

§ Ф4.1. Школы, внешкольные учебные заведения, средние специальные учебные заведения, профессионально-техниче­ские училища;

§ Ф4.2. Высшие учебные заведения, средние специальные учебные заведения, профессионально-технические училища;

§ Ф4.3. Учреждения органов управления, проектно-конструк-торские организации, информационные и редакционно-изда-тельские организации, научно-исследовательские организации, банки, конторы, офисы;

§ Ф4.4. Пожарные депо.

По долговечности (продолжительность службы здания, по истечении которой его эксплуатация невозможна) здания де­лятся на три степени:

І Степень — срок службы свыше 100 лет;

ІІ Степень — срок службы свыше 50 до 100 лет;

ІІІ Степень — срок службы от 20 до 50 лет.

Здания с предполагаемым сроком службы менее 20 лет счи­таются временными.

По Классам для выбора экономически целесообразных ре­шений в зависимости от степени капитальности здания подраз­деляют:

I класс — крупные общественные здания, жилые здания вы­
сотой более девяти этажей;

II класс — общественные здания массового строительства, жилые здания высотой от шести до девяти этажей;

III Класс — небольшие общественные здания, жилые здания высотой 3—5 этажей;

IV класс — малоэтажные жилые здания, временные здания.

По капитальности в зависимости от градостроительных тре­бований и назначения здания делят на четыре класса (опреде­ляются степенью долговечности, огнестойкости, благоустроен­ности, качеством отделки и инженерным оборудованием). В зависимости от класса установлена максимальная этажность зданий:

1 класс — этажность не ограничивается;

2 класс — до девяти этажей;

3 класс — до пяти этажей;

4 класс — до двух этажей.

11.2. Основные конструктивные элементы зданий

Конструктивные элементы, или строительные кон­струкции зданий, представляют собой материальную основу зданий, обеспечивающую их эксплуатационные качества в те­чение всего срока службы.

Строительные конструкции предназначены для восприятия без разрушения и заметных деформаций всех действующих на здание нагрузок (собственный вес конструкций, мебели, обору­дования; нагрузки от находящихся в нем людей, ветра, снега, сейсмических колебаний и др.) и воздействий (от солнечной радиации, атмосферной влаги и т. д.), а также защиты помеще­ний от воздействия внешней среды (холода, жары, шума, ветра и других неблагоприятных несиловых воздействий).

По расположению в объеме здания конструктивные элемен­ты подразделяются на вертикальные и горизонтальные.

По функциональному назначению конструктивные элементы делят на несущие и ограждающие. При этом один элемент мо­жет выполнять и несущие, и ограждающие функции, например наружная стена. Такие строительные конструкции называются Конструкциями совмещенного типа. Вертикальные несущие эле­менты в гражданских зданиях, как правило, дифференцируют на несущие и ограждающие.

Несущие конструкции предназначены для восприятия нагру­зок в месте их приложения и для передачи нагрузок на другие элементы. С геометрической точки зрения мы различаем:

§ то­чечные элементы (узлы, опоры, шарниры);

§ линейные элементы (балки, стержни ферм, тросы);

§ плоскостные элементы (плиты, диски);

§ корпусные (пространственные) элементы.

Несущие конструкции должны отвечать требованиям прочности, геоме­трической неизменяемости, устойчивости и долговечности.

Несущие конструктивные элементы характеризуют тремя признаками (по одному из каждой пары):

§ плоскостные — про­странственные;

§ сплошные (сплошностенчатые) — решетчатые (сквозные, сетчатые);

§ безраспорные — распорные.

Ограждающие конструкции защищают помещения от внеш­них воздействий или выгораживают отдельные помещения в объеме здания. По восприятию нагрузок и передаче их на дру­гие конструкции различают самонесущие, навесные и комби­нированные ограждающие конструкции.

Самонесущие ограждающие конструкции, кроме собствен­ного веса (иногда еще и ветра), не воспринимают никаких дру­гих нагрузок. Они, как правило, опираются на собственные фундаменты или на фундаментные балки, которые, в свою оче­редь, опираются на фундаменты.

В комбинированных строительных конструкциях одни элемен­ты выполняют несущие, а другие — ограждающие функции.

Навесные ограждающие конструкции опираются на несущие конструктивные элементы в уровне каждого этажа и из всех ви­дов нагрузок воспринимают лишь собственную массу, например крыши (покрытия). Они состоят из несущей конструкции в виде плоскостных, пространственных или линейных элементов и ог­раждающей (защищающей здание от атмосферных осадков).

Основные строительные конструкции гражданских зда­ний — фундаменты, стены и отдельные опоры, перегородки, каркас, перекрытия и покрытия, полы, лестницы.

§ Фундаменты — подземные конструкции, воспринимающие и перераспределяющие нагрузки от всех вышерасположенных элементов здания на грунты, называемые основанием. Фунда­менты располагают под всеми вертикальными несущими кон­струкциями здания.

§ Стены — вертикальные, а иногда наклонные поверхности, защищающие помещения от внешних воздействий (наружные стены) Или выделяющие в объеме здания отдельные помеще­ния или группы помещений (внутренние стены). Стены делятся также на несущие (они, как правило, являются конструкциями смешанного типа и выполняют одновременно ограждающие функции) и ненесущие (выполняют только ограждающие функ­ции). Разделение стен на несущие и ненесущие зависит от того, опираются или не опираются перекрытия и крыши на стены. Несущими могут быть как наружные, так и внутренние стены. Несущие стены обычно называют капитальными. В стенах пре­дусматривают оконные и дверные проемы, размеры которых в несущих стенах ограничены требованиями прочности стены, в ненесущих стенах таких ограничений нет. Отдельные опоры выполняют в виде вертикальных линейных (столбы) или пространственных (стволы) элементов.

§ Перегородки — внутренние (ненесущие) стены, имеющие только ограждающие функции. Перегородки разделяют внут­реннее пространство здания на отдельные помещения, не име­ют фундаментов и опираются непосредственно на горизонталь­ные конструкции.

§ Каркас — несущая конструкция из вертикальных (стойки или колонны) и горизонтальных несущих элементов. По типу горизонтальных конструкций каркасы подразделяют на ригельные и без ригельные. В каркасах ригельного типа горизонталь­ными несущими конструкциями служат главные балки — риге­ли, в без ригельных — плиты перекрытий. При необходимости в конструкцию каркаса включают связи, или диафрагмы жестко­сти. Специфический вид без ригельного каркаса положен в осно­ву несущих конструкций зданий, возводимых методом подъема перекрытий или этажей. В них перекрытия представляют собой монолитные железобетонные сплошные плиты, бетонируемые на уровне земли. Затем по колоннам каркаса с помощью подъем­ников плиты поднимают в проектное положение и оформляют стыки плит с колоннами. При ригельных каркасах могут быть применены главные и второстепенные балки. Главные балки каркаса называют риге­лями. При без ригельных каркасах плиты опираются непосредственно на колонны каркаса.

§ Перекрытия — горизонтальные несущие и ограждающие кон­струкции, разделяющие объем здания по вертикали на отдельные этажи. По конструктивному решению различают балочные и плиточные перекрытия. Все воспринимаемые перекрытиями на­грузки передаются на стены или каркас (в без ригельных каркасах плита перекрытия является одновременно элементом каркаса). Нижняя видимая часть перекрытия называется потолком, сверху может располагаться конструкция пола. В зависимости от месторасположения различают перекры­тия междуэтажные, цокольные, над проездами и проходами, чердачные.

o Междуэтажные Перекрытия разделяют объемы смежных этажей, их основные функции — ограждение и звукоизоляция.

o Цокольные Перекрытия отделяют объем первого этажа от технического подполья или подвала, могут выполнять тепло- или звукоизоляционные функции (при эксплуатируемых под­вальных помещениях).

o Перекрытия над проездами и проходами, а также чердачные перекрытия являются одновременно наружными ограждающи­ми конструкциями и должны включать теплоизоляционный слой.

§ Лестницы служат для сообщения между этажами и для эва­куации людей в экстремальных ситуациях.

§ Покрытие — верхняя часть здания, защищающая его от ат­мосферных осадков. Состоит из несущей и ограждающей (ос­нование под кровлю, кровля) частей. При наличии в объеме покрытия проходного или полупроходного пространства кры­ша называется чердачной, при наличии жилых помещений в объеме крыши — мансардной. Если в объеме чердака размещают инженерное оборудование, применяют термин технический этаж. Видимые плоскости крыши называют скатами, им придают уклон для стока дождевых и талых вод. Атмосферную влагу с покрытий или сбрасывают по всей линии фасада (неорганизо­ванный водосток), или удаляют через систему водосточных труб (организованный водосток). В последнем случае различают на­ружный и внутренний водоотвод.

11.3. Классификация строительных конструкций

Разделение строительных конструкций по функ­циональному назначению на несущие и ограждающие в значи­тельной мере условно. Если такие конструкции, как арки, фер­мы или рамы, являются только несущими, то панели стен и покрытий, оболочки, своды, складки и т. п. обычно совмещают ограждающие и несущие функции, что отвечает одной из важ­нейших тенденций развития современных строительных кон­струкций. В зависимости от расчетной схемы несущие строи­тельные конструкции подразделяют на плоские (например, балки, фермы, рамы) и пространственные (оболочки, своды, купола и т. п.). Пространственные конструкциихарактеризуются более выгодным (по сравнению с плоскими) распределением усилий и, соответственно, меньшим расходом материалов. Однако их изготовление и монтаж во многих случаях оказываются весьма трудоемкими. Новые типы пространственных конструк­ций, например структурные конструкции из прокатных профи­лей на болтовых соединениях, отличаются как экономичнос­тью, так и сравнительной простотой изготовления и монтажа. По виду материала различают следующие основные типы стро­ительных конструкций: бетонные и железобетонные, стальные, каменные, деревянные.

Бетонные и железобетонные конструкции — наиболее распро­страненные как по объему, так и по областям применения. Для современного строительства особенно характерно применение железобетона в виде сборных конструкций индустриального изготовления, используемых при возведении жилых, обществен­ных и производственных зданий и многих инженерных сооруже­ний. Рациональные области применения монолитного железобе­тона: гидротехнические сооружения, дорожные и аэродромные покрытия, фундаменты под промышленное оборудование, ре­зервуары, башни, элеваторы и т.п. Специальные виды бетона и железобетона используют при строительстве сооружений, экс­плуатируемых при высоких и низких температурах или в усло­виях химически агрессивных сред (тепловые агрегаты, здания и сооружения черной и цветной металлургии, химической про­мышленности и др.). Применение высокопрочных бетонов и ар­матуры, рост производства предварительно напряженных кон­струкций, расширение областей использования легких и ячеистых бетонов способствуют уменьшению массы, снижению стоимости и расхода материалов в железобетонных конструк­циях.

Стальные конструкции применяются главным образом для каркасов большепролетных зданий и сооружений, для цехов с тяжелым крановым оборудованием, домен, резервуаров большой емкости, мостов, сооружений башенного типа и др. Области использования стальных и железобетонных конструкций в ряде случаев совпадают. При этом выбор типа конструкций произ­водится с учетом соотношения их стоимостей, а также в зависи­мости от района строительства и местонахождения предприятий строительной индустрии. Существенное преимущество сталь­ных конструкций по сравнению с железобетонными — их мень­шая масса. Этим определяется целесообразность их применения в районах с высокой сейсмичностью, труднодоступных об­ластях Крайнего Севера, пустынных и высокогорных районах. Расширение объемов использования сталей высокой прочности и экономичных профилей проката, а также создание эффектив­ных пространственных конструкций, в том числе из тонколис­товой стали, позволят значительно снизить вес зданий и соору­жений.

Основная область применения Каменных конструкций — сте­ны и перегородки. Здания из кирпича, природного камня, мел­ких блоков и т. п. в меньшей степени удовлетворяют требовани­ям индустриального строительства, чем крупнопанельные зда­ния. Поэтому их доля в общем объеме строительства постепенно снижается. Однако использование высокопрочного кирпича, армокаменных и комплексных конструкций (каменных кон­струкций, усиленных стальнойарматурой или железобетонны­ми элементами) позволяет значительно увеличить несущую способность зданий с каменными стенами, а переход от ручной кладки к применению кирпичных и керамических панелей за­водского изготовления — существенно повысить степень ин­дустриализации строительства и снизить трудоемкость возведе­ния зданий из каменных материалов.

Основное направление в развитии современных деревянных конструкций — переход к конструкциям из клееной древесины. Возможность индустриального изготовления и получения кон­структивных элементов необходимых размеров посредством склеивания определяет их преимущества по сравнению с дере­вянными конструкциями других видов. Несущие и ограждающие клееные конструкции находят широкое применение в сельском строительстве.

В современном строительстве значительное распростра­нение получают новые типы индустриальных конструкций — асбестоцементные изделия и конструкции, пневматические строи­тельные конструкции, Конструкции из легких сплавов и с приме­нением пластических масс. Их основные достоинства — низкая удельная масса и возможность заводского изготовления на ме­ханизированных поточных линиях. Легкие трехслойные панели (с обшивками из профилированной стали, алюминия, асбесто­цемента и с пластмассовыми утеплителями) применяют в каче­стве ограждающих конструкций вместо тяжелых железобетон­ных и керамзитобетонных панелей.

С точки зрения эксплуатационных требований строительные конструкции должны отвечать своему назначе­нию, быть огнестойкими и коррозиеустойчивыми, безопасны­ми, удобными и экономичными в эксплуатации. Масштабы и темпы массового строительства предъявляют к строительным конструкциям требования индустриальное их изготовления (в заводских условиях), экономичности, удобства транспорти­ровки и быстроты монтажа на строительном объекте. Особое значение имеет снижение трудоемкости как при изготовлении строительных конструкций, так и в процессе возведения зданий и сооружений. Одна из важнейших задач современного строи­тельства — снижение массы строительных конструкций на ос­нове широкого применения легких эффективных материалов и совершенствования конструктивных решений.

При проектировании того или иного здания (сооружения) оптимальные типы строительных конструкций и материалы для них выбираются в соответствии с конкретными условиями строительства и эксплуатации здания, с учетом необходимости использования местных материалов и сокращения транспортных расходов. При проектировании объектов массового строитель­ства, как правило, применяются типовые строительные кон­струкции и унифицированные габаритные схемы сооружений.